DE2748202C2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Schmiereigenschaften von Schmiermitteln - Google Patents

Description

Trägerblocks sind kürzer als diejenigen des festen Trägerblocks. Der Antriebsblock wird mit konstanter Geschwindigkeit parallel zu den Gleitelement sn der Trägerblöcke bewegt Vorzugsweise sind die Gleitführungen an dem festen Trägerblock und an eiern bewegbaren Trägerblock auswechselbar.

Die Belastungseinrichtung kann aus einem Kragarm bestehen, der auf dem Antriebsblock in der Weise berestigt ist, daß er in Richtung auf den Trägelblock vorsteht Ein Hebel erstreckt sich parallel zu den Gleitführungen oberhalb des Trägerblocks vom freien Ende des Kragarmes, an dem er gelenkig befestigt ist Dieser Hebel ruht auf einer Rolle auf dem bewegbaren Trägerblock und kann mit einem Gewicht belastet werden, das an unterschiedlichen Positionen zwischen der Rolle und is dem freien Ende des Hebels angehängt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung und

F i g. 2 bis 5 zeigen vier Aufzeichnungen von Beispielen, die mit der Vorrichtung nach F i g. 1 während vier Tests, die mit verschiedenen Schmiermitteln durchgeführt worden sind, erzielt wurden.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine Basisplatte 1, auf der ein fester Trägerblock 2 befestigt ist. Dieser demontierbare Trägerblock 2 trägt auf seiner Oberseite zwei längslaufende schienenförmige Gleitelemente 3, 4. Das Gleitelement 3 hat V-förmiges Profil, während das Gleitelement 4 flach ist

Auf dem Trägerblock 2 ist ein bewegbarer Trägerblock 5, der kürzer ist als der Trägerblock 2, angeordnet Der Trägerblock 5 hat zwei längslaufende schienenförmige Gleitelemente 6,7, deren Profil zu demjenigen der Gleitelemente 3 und 4 komplementär ist Der Trägerblock 5 ist auf dem Trägerblock 2 so angeordnet, daß die Gleitelemente 6,7 nach unten gerichtet sind und an den Gleitelementen 3, 4 von Trägerblock 2 angreifen. An der Oberseite des Trägerblocks befindet sich eine Rollspur 8, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird.

In der Verlängerung des festen Trägerblocks 2 ist ein Antriebsblock 9 montiert, der parallel zu den Gleitelementen 3, 4 und den Gleitelementen 6, 7 auf einem (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Führungssystem mit geringer Reibung (z. B. Schienen oder Rollen) auf einem Getriebeblook 10 verschiebbar geführt ist. Die Verschiebung von Antriebsblock 9 erfolgt mit einer Präzisionsspindel, die an Lagern befestigt ist, von einem Reduziergetriebe 11 mit einem (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Geschwindigkeitswandler. Ferner ist zwischen dem Übertragungsgetriebe 10 und Gern Reduziergetriebe 11 ein Schnell-Rücklaufmecbanismus 12 angeordnet.

Der Antriebsblock 9 ist mit einem Kragarm 13 versehen, der parallel zu den Gleitelementen 3, 4 und den Gleitelementen 6, 7 oberhalb der Trägerblöcke 2 und 5 verläuft. An dem freien Ende des Kragarmes 13 ist ein Hebel 14 um eine horizontale Achse 15 schwenkbar angeordnet. Der Hebel 14 ist, beginnend etwa in der Mitte seiner Länge, bis zum freien Ende hin genutet, bo daß an ihm Gewichte in unterschiedlichen Positionen aufgehängt werden können, und er weist in der Nähe seines an dei.i Kragarm 13 angelenkten Endes eine plattenförmige Stütze 16 auf, an der eine Rolle, die um eine horizontale Achse 18 drehbar ist, befestigt ist. Die Rolle 17 ruht auf der Rollspur 8 des bewegbaren Trägerblokkes5.

Der Antriebsblock 9 trägt ferner an seiner dem bewegbaren Trägerblock 5 zugewandten Seite ein elastisches Element 19, das zusammendrückbar ist. Schließlich trägt der Antriebsblock 9 auf seiner Oberseite eine Meßscheibe 20 und einen elektrischen Verschiebungssensor 22, dessen Fühler 21 und 23 über den Antriebsblock 9 in derselben Richtung wie das Element 19 hinausragen. Der Sensor 22 ist mit einer elektrischen Stromquelle sowie mit sinem Walzen-Aufzeichnungsgerät mit variabler Geschwindigkeit verbunden und kann auf verschiedene Empfindlichkeiten eingestellt werden, wodurch die Verstärkung der angegebenen Signale eingestellt werden kann. Die elektrische Stromzuführung und das Aufzeichnungsgerät sind in der Zeichnung nicht dargestellt

An der dem bewegbaren Trägerblock 5 zugewandten Seite des Antriebsblocks 9 ist ein zurückziehbarer Anschlag 25 vorgesehen, der zur Einstellung der Nullstellung dient

Schließlich weist der Antriebsblock 9 an einer Seite zwei Finger 26 und 27 auf, die Mikroschalter 28, 29 betätigen, welche als feste Endschalter wirken und an der Grundplatte 1 befestigt sind.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung erläutert

Das Prinzip der Vorrichtung besteht in der Messung der Differentialverschiebungen zwischen dem Antriebsblock 9, der mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, und dem bewegbaren Trägerblock 5. Die Regelmäßigkeit des Vorschubs des Trägerblocks 5 ist eine Funktion der Schmiereigenschaften des zwischen den Gleitelementen 3,4 und den Gleitelementen 6,7 befindlichen Schmiermittels.

Nachdem die Trägerblöcke 2 und 5 aus geeigneten Materialien gewählt sind, wird das zu testende Schmiermittel auf die Kontaktflächen der Gleitelemente aufgebracht. Der bewegbare Trägerblock 5 wird belastet, indem ein bestimmtes Gewicht an einer geeigneten Stelle des Hebels aufgehängt wird, um einen bestimmten Druck -*u erhalten (normalerweise weniger als 10 bar, vorzugsweise zwischen 0,15 und 3,5 bar).

Der (in der Zeichnung nicht dargestellte) Geschwindigkeitsvariator wird so geregelt, daß er dem Antriebsblock 9 eine gleichmäßige geradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit erteilt, die vorgewählt worden ist und weniger als 1 m pro Minute und vorzugsweise zwischen 0 und 12 mm pro Minute beträgt.

Da der bewegbare Trägerblock 5 dem Vorschub auf dem festen Trägerblock 2 einen Widerstand entgegengesetzt (statische Reibung), wird das elastische Element 19, mit dem der Antriebsblock 9 gegen den bewegbaren Trägerblock 5 stößt, zusammengedrückt. Es gibt nun die drei folgenden Möglichkeiten:

a) Die von dem elastischen Element gespeicherte Energie wird ausreichend groß, um die Uatische Reibung des bewegbaren Trägerblocks zu überwinden, der in Schubrichtung vorgeschoben wird und anschließend anhält, wenn sein Vorschubwiderstand wieder größer wird als die in dem elastischen Element gespeicherte verfügbare Energie. Des elastische Element drückt sich unter der Schiebewirkung des Antriebsblocks nun von neuem zusammen, seine gespeicherte Energie erhöht sich und wird freigesetzt, wenn sie größer wird als der Vorschubwiderstand, der ihm von dem bewegbaren Trägerblocks entgegengesetzt wird, so daß dieser wieder nach vorne geschoben wird, usw.

Diese abwechselnde Speicherung und Abgabe von Energie durch das elastische Element führt zu einem intermittierenden Vorschub (stick-slip advance) des bewegbaren Trägerblocks, der in direkter Beziehung zu den Schmiereigenschaften des zu testenden Produktes steht: die statische Reibung ist in diesem Falle größer als die kinetische Reibung (fs/fc > 1) und, wie in Fig.2 dargestellt ist, ist es nicht möglich, ein System mit öliger Schmierung zu erreichen, denn es tritt stickslip auf.

b) Die von dem elastischen Element angesammelte Energie wird größer als der durch statische Reibung von dem bewegbaren Trägerblock entgegengesetzte Widerstand, so daß der Trägerblock mit derselben Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wie der Antriebsblock. Es wird daher ein Gleichgewicht erreicht, das einen gleichmäßigen Vorschub der Gruppe der bewegbaren Trägerblocks bewirkt: die statische Reibung ist in diesem Falle kleiner als die kinetische Reibung (fs/fc > 1) und, wie in F i g. 3 dargestellt ist, erlauben die Schmiereigenschaften des zu testenden Produktes eine ölige Schmierung: es tritt kein stick-slip auf.

c) Während einer ersten Vorschubperiode bewegt sich der bewegbare Trägerblock wie unter a) und nach Zurücklegen eines bestimmten Weges unterschiedlicher Länge verhält er sich wie unter b). Dies bedeutet, da die Lagerflächen vollständig deaktiviert sind, daß sich die Aktivierung der Lagerflächen unter der Doppelwirkung der Adsorption und der chemischen Aktivität der Additive nicht unmittelbar zeigt. Diese Aktivierung steht in direkter Beziehung zur Eigenschaft und zur Quantität dieser Additive.

Auf diese Weise erhält man zu Beginn einen unregelmäßigen Vorschub des bewegbaren Trägerblocks, dann ein allmähliches Nachlassen des ruckweisen Vorschubs, und schließlich eine gleichmäßige Verschiebung der Einheit aus bewegbarem Trägerblock, elastischem Element und Antriebsblock, so daß gilt:

fs/fc > 1 — fs/fc > 1 — fs/fc <, 1.

In diesem Falle kann die statische Reibung mehr oder weniger schnell abnehmen und der Kurvenverlauf zeigt die Möglichkeit des Testproduktes zur Oberflächenaktivierung. Ein System mit öliger Schmierung erhält man, wenn fs/fc < 1 ist.

in diesem Zustand existierer, zwei Möglichkeiten:

1. Die Werte von fs und Fc für ein Verhältnis fs/fc < 1 sind stabilisiert und die für den Antrieb des bewegbaren Trägerglocks benötigte Energie ändert sich nicht mehr. In diesem Fall kann man annehmen, daß der Schmierfilm sich vollständig gebildet hat und eine Möglichkeit zur weiteren Verbesserung der Werte von fs und fc nicht mehr besteht (siehe F ig. 4).

2. Die Werte von fs und fc für ein Verhältnis fs/fc < 1 verringern sich weiter und die für den Antrieb des bewegbaren Trägerblocks benötigte Energie verringert sich. In diesem Fall ist die Oberflächenaktivierung durch das Schmiermittel noch nicht beendet. Durch Fortsetzung des Tests oder durch Durchführung eines zweiten Tests, bei dem alle anderen Umstände gleich sind, kann man ermitteln, wann die Werte fs und fc sich stabilisieren. Wenn man für die kleinsten zulässigen Werte von fs und fc fs/fc ;> 1 erhält, bedeutet dies den Punkt, an dem der Schmierfilm die Oberflächen vollständig aktiviert hat und an dem eine weitere Verbesserung nicht mehr möglich ist (siehe F i g. 5).

Bei Auswertung der Fi g. 2 bis 5 erkennt man, daß die für den Vorschub des bewegbaren Trägerblocks benötigte Energie, wenn alle anderen Testbedingungen gleich sind, in Abhängigkeit davon, ob das Schmiermittel sich angepaßt und mehr oder weniger schnell formiert hat, größer oder kleiner ist

Die Werte von fs und fc können gemessen werden. Die Meßscheibe 20 zeigt an, bis zu weichem Wert (in mm) das elastische Element 19 zusammengedrückt werden muß, um den bewegbaren Trägerblock S vorzuschieben. Das elastische Element wird geeicht (in mm Bewegung pro Newton) und die Differenz der Relativposition zwischen dem Antriebsblock und dem bewegbaren Trägerblock kann unmittelbar in Newton umgewandelt werden.

Ferner werden die Werte von fs und fc direkt mit einem Schreiber aufgezeichnet, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist und der auf die Impulse des elektrischen Verschiebungssensors 22 anspricht Durch eine einfache Eichung können auch hier die Werte von fs und fc direkt aufgezeichnet werden.

Die Auswertung der Testaufzeichnungen von unterschiedlichen Produkten, die unter gleichen Bedingungen geprüft wurden oder desselben Produktes, das unter unterschiedlichen Bedingungen geprüft wurde, gibt die folgenden Möglichkeiten:

festzustellen, ob ein stick-slip-Effekt auftritt oder nicht

die Amplitude des stick-slip zu messen,
die statische Reibung und die kinetische Reibung zu messen,

die Zeit zu messen, die erforderlich ist um von einer stick-slip-Vorschubbewegung zu einer gleichmäßigen Vorschubbewegung zu gelangen (wenn während des Tests eine Aktivierung stattfindet).

Mit diesen Informationen kann auf der Basis der Eigenschaften einer Werkzeugmaschine festgestellt werden, welches Produkt das geeignetste ist wobei der maximale spezififsche Druck, der zwischen den Gleitschienen bzw. Gleitführungen zulässig ist und die minimale Vorschubgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Diese Werte können auf die Tcstvorncntung Ut>crtragcn werden und es können einer oder mehrere Auswahltest durchgeführt werden, bis man eine Kurve erhält die mindestens nahe an die Kurven der F i g. 3 oder 5 herankommt

Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Testvorrichtung

eine Darstellung des Phänomens des stick-slip,
- eine Sichtbarmachung der Größe dieses Phänomens,

- eine Aufzeichnung seiner Amplitude,

- einen Test eines Schmiermittels unter variierenden spezifischen Drücken bei variierender Geschwindigkeit

Ausgehend von diesen Möglichkeiten ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.

40

60

65

die Leistungsfähigkeiten eines Schmiermittels mit einem anderen zu vergleichen,
ein Schmiermittel bei veränderten Materialpaarungen für die Gleitführungen und Gleitschienen zu testen, nach Auswahl einer Materialpaarung das beste Schmiermittel hierfür zu ermitteln,
sehr schnell die Schmiereigenschaften eines neu entwickelten Schmiermittels zu ermitteln,
auf der Basis der Anforderungen einer Werkzeugmaschine die beste Viskosität für die Schmierung ihrer Gleitelemente und die Qualität des Öles zu ermitteln,

die Schnelligkeit zu ermitteln, mit der sich ein Schmiermittelfilm durch seine Adsorptionskraft und die chemische Aktivierung der Oberflächen bildet,

den Einfluß von Fremdelementen, z. B. anderer Schmiermittel, Emulsionen und Bearbeitungslösungen zu beurteilen und zu messen, die Wirkungsdauer eines Schmierfilms über eine Zeitspanne und in Abhängigkeit von dem durchlaufenden Weg zu ermitteln,

die Schmiermitteleigenschaften eines Zusatzes bei unterschiedlichen Lösungsanteilen in einem Mineralöl oder in einem anderen Grundstoff, z. B. Fett, Gel, Alkohol, Ester, Alkylat usw. zu testen,
die Auswirkungen von Synergismus eines Additivs auf eines oder mehrerer andere in Lösung in einem Mineralöl oder in einem anderen Grundstoff, z. B. Fett, Gel, Alkohol, Ester, Alkylat usw. befindliche Zusätze zu testen,

neue Produkte zu entwickeln, mit der Gewißheit, daß die Leistungsfähigkeit der Maschinenelemente in bezug auf den Qualitätsstand der verwendeten Schmiermittel ausreicht,

unterschiedliche Lieferungen eines bestimmten Produktes hinsichtlich der Qualitätseigenschaften zu prüfen.

40

Andere Vorteile der Vorrichtung sind:

die ausgezeichnete Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Tests, weil sich die Testbedingungen während des Tests nicht ändern (die Gesamt-Oberfläche der in Kontakt stehenden Teile der Gleitführungen und Gleitschienen und die spezifischen Belastungen der Gleitelemente ändern sich nicht mit der Zeit);

die vollständige Reproduktion der Betriebsbedingungen, denen die Gleitelemente an einer Maschine ausgesetzt sind (die V-förmigen Gleitschienen an der Vorrichtung machen es möglich, die Schwerkraflwirkung auf die Ausbreitung des Schmiermittels zu berücksichtigen, während das Schmiermittel auf den flachen Gleitschienen hauptsächlich durch den Rolleffekt ausgebreitet wird);
die geringen Abmessungen und das niedrige Gewicht machen die Vorrichtung tragbar.

60

Hierzu 2 blatt Zeichnungen

65

Claims (4)

1 2 mensetzungen haben (die Materialpaare können beiPatentansprüche: spielsweise aus Fußeisen/Gußeisen, Gußeisen/Stahl, Stahl/Stahl, Kunststoff/Stahl, Bronze/Stahl usw. beste-

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Schmiereigen- hen). Die aufeinander gleitenden Teile müssen richtig schäften von Schmiermitteln, mit mindestens einem 5 geschmiert werden, weil die Genauigkeit der Maschinen festen Trägerblock und mindestens einem von einer beeinträchtigt wird, wenn die Verschiebung zwischen Antriebseinrichtung angetriebenen, relativ zu dem der festen Gleitführung und der bewegbaren Gleitfühfesten Trägerblock bewegbaren Trägerblock, von rung unregelmäßig ist Solche unregelmäßigen Relativdenen jeder mindestens ein Gleitelement aufweist, verschiebungen erfolgen insbesondere bei Vorschubbewobei das Gleitelement des bewegbaren Träger- io wegungen in Form von »stick-slip«. Dieser stick-slipblocks gegenüber demjenigen des festen Träger- Vorschub hat neben der Verursachung einer ungenauen blocks verschiebbar ist, einer Belastungseinrichtung, Bearbeitung auch noch andere Nachteile, z. B. eine vordie einen Druck zwischen dem bewegbaren Träger- zeitige Abnutzung der Gleitführungen und aller andeblock und dem festen Trägerblock ausübt, und mit ren Teile der Maschine, eine schnelle Abnutzung der einer Meßvorrichtung zur Bestimmung des Wider- 15 Werkzeuge, eine erhebHche Reduzierung der Bearbeistandes, der der Verschiebung des bewegbaren Trä- tungskapazitäten von Werkzeugmaschinen, Produkgerbbcks von dem festen Trägerblock entgegenge- tionsraten usw.

setzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Eine bekannte Vorrichtung nach dem Oberbegriff des

die Gleitelemente (3,4; 6,7) der beiden Trägerblök- Patentanspruchs 1 (US-PS 30 33 019) weist einen seit-

ke (2,5) zueinander komplementäre Profile aufwei- 20 Hch neben der Prüfstrecke angeordneten festen Träger-

sen, daß die Antriebseinrichtung (11,12) einen paral- block und einen entlang der Prüfstrecke bewegbaren,

IeI zu den Gleitelementen (3, 4; 6, 7) bewegbaren von einer Antriebseinrichtung direkt angetriebenen bc-

Antriebsblock (9) mit konstanter Geschwindigkeit wegbaren Trägerblock auf. An dem festen Trägerblock

antreibt, daß zwischen dem Antriebsblock (9) und ist ein horizontaler Arm pendelnd aufgehängt, der an

den bewegbaren Trägerblock (5) ein kompressibles 25 seiner Unterseite ein erstes Gleitelement trägt Das

elastisches Element (19) angeordnet ist und daß die zweite Gleitelement besteht aus einem Materialstreifen,

Meßvorrichtung (20 bis 23) den Abstand zwischen der an dem bewegbaren Trägerblock festgespannt ist.

dem Antriebsblock (9) und dem bewegbaren Träger- Auf das Ende des Armes wirkt ein Gewicht ein, das den

block (5) mißt. gegenseitigen Anpreßdruck der Gleitelemente be-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 stimmt Sowohl die Größe der Gewichtskraft als auch zeichnet daß die Belastungseinrichtung einem an die über die Gleitelemente auf den Arm ausgeübte M itdem Antriebsblock (9) befestigten Kragarm (13), ei- nahmekraft werden von Kraftmeßelementen gemessen nen an einem Ende des Kragarmes angelenkten He- und registriert. Diese bekannte Vorrichtung dient in erbel (14), der über eine Rolle (17) einen Druck auf den ster Linie dazu, Messungen des Reibungskoeffizienten bewegbaren Trägerblock (5) ausübt, und eine Befe- 35 bei unterschiedlichen Anpreßdrücken vorzunehmen, stigungsvorrichtung zur Anbringung von Gewichten Aus diesem Grund kann die Gewichtsbelastung wähan dem freien Ende des Hebels aufweist. rend des Messens verändert werden, ohne den Ver-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Schiebevorgang unterbrechen zu müssen. Da bei der gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zur Mes- Vorrichtung nicht-lineare Bewegungen zwischen den sung der Verschiebung des bewegbaren Träger- 40 Gleitelementen auftreten, ist diese Vorrichtung zur prablocks gegenüber dem Antriebsblock eine an dem xisnahen Untersuchung linearer Gleitführungen nicht Antriebsblock befestigte Meßscheibe (20) aufweist geeignet.

und daß der Antriebsblock mit einem Sensor (21) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorverbunden ist, der gegen die dem Antriebsblock zu- richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gewandte Fläche des bewegbaren Trägerblocks 45 zu schaffen, die es ermöglicht, das Gleitverhalten lineastößt. rer Gleitführungen zu ermitteln und die sich durch einen

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet,
gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zur Mes- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß sung der Verschiebung des bewegbaren Träger- mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Pablocks in bezug auf den Antriebsblock einen elektri- 50 tentanspruchs 1.

sehen Verschiebungssensor (22) aufweist, der an Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung treibt die

dem Antriebsblock befestigt und mit einem Auf- Antriebseinrichtung den bewegbaren Antriebsblock, Zeichnungsgerät verbunden ist, und der mit einem der seinerseits über das kompressible elastische EIe-Meßstift (23) gegen die dem Antriebsblock züge- ment auf den bewegbaren Trägerblock einwirkt. Der wandte Fläche des Trägerblockes stößt. 55 bewegbare Trägerblock wird daher nicht notwendiger

weise mit konstanter Geschwindigkeit angenrieben, son-

dem seine Antriebskraft richtet sich nach dem Reibungswiderstand bzw. nach dem Grad der Zusammendrückung des kompressiblen elastischen Elementes.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem 60 Dies führt zu einem einfachen konstruktiven Aufbau der Oberbegriff des Patentanspruchs I. Testvorrichtung und hat darüber hinaus zur Folge, daß

Moderne Werkzeugmaschinen sind mit Gleitführun- die Messung des Reibungskoeffizienten auf eine einlagen ausgerüstet, die in Längsrichtung, in Querrichtung ehe Abstandsmessung, nämlich die Messung des Grades oder vertikal verlaufen können oder irgendeine andere der Zusammendrückung des kompressiblen elastischen Stellung im Raum einnehmen. Diese Führungen stellen b5 Elementes, reduziert wird.

sehr wichtige Einheiten von Werkzeugmaschinen dar, Die Gleitelemente eines Trägerblocks haben ein Proweil sie zur Positionierung des Werkzeugs dienen. Sie fil, das zu den Gleitelementen des anderen Trägerblocks können unterschiedliche Konstruktionen und Zusam- komplementär ist. Die Gleitelemente des bewegbaren