DE29712396U1 - Mechanischer Oszillationsantrieb, insbesondere zum Antrieb eines Prüfkörper-Aufnehmers in einem Schwingungs-Verschleiß-Prüfstand - Google Patents

Description

Beschreibung

Mechanischer Oszillationsantrieb, insbesondere zum Antrieb eines Prüfkörper-Aufnehmers in einem Schwingungs-Verschleiß-Prüfstand

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Oszillationsantrieb, der insbesondere zum Antrieb eines Prüfkörper-Aufnehmers in einem Schwingungs-Verschleiß-Prüfstand geeignet ist.

Einrichtungen zur Verschleißmessung von gegeneinander bewegten Prüfkörpern sind seit längerem bekannt (z.B. DE1648597). Derartige Einrichtungen bestehen im wesentlichen aus zwei Aufnehmern für die Prüfkörper, wobei einer der Aufnehmer in Richtung der Reibflächennormale verschiebbar angeordnet ist. Ferner ist in derartigen Einrichtungen ein Baugruppe enthalten, um eine Last auf die Prüfkörper aufzubringen, und eine Baugruppe, mit der einer der Aufnehmer in Oszillationsbewegung in eine Richtung versetzt wird, die im wesentlichen senkrecht zur Lastrichtung steht. Weiterhin ist eine Baugruppe vorgesehen, um die zwischen den Prüfkörpern wirkende Reibungskraft zu bestimmen.

Die Aufnehmer für die Prüfkörper können in einem gasdichten Gehäuse angeordnet sein, sofern die Untersuchungen in einer kontrollierten Atmosphäre erfolgen sollen. Bekannt ist auch, daß die Prüfkörper auf eine vorgegebene Temperatur temperierbar sind.

Speziell zur Untersuchung des Schwingungs-Reibverschleißes sind Einrichtungen mit einer Oszillationsamplitude der Prüfkörper von ca. 1 mm und größer bekannt (z.B. DE 1648597, DE2040741, DE7514548, DE8435482), bei denen der OszUlationsantrieb aus einem von der Tauchspule eines Gleichstrommagneten angetriebenen Gestänge besteht. Entsprechend der Charakteristik des Speisestroms der Tauchspule kann die Oszillationsbewegung z.B. die Form einer reinen Sinusschwingung oder einer Rechteckschwingung aufweisen.

Der Vorteil von Lösungen der in der DE1648597 angegebenen Art soll in einer relativ großen Elastizität dieser Antriebsart bestehen. Dies wird erreicht, indem für den Oszillationsantrieb eine Kombination aus Gestänge und Tauchspulenantrieb genutzt wird. Dieser Vorteil erweist sich jedoch bei größeren Reibmomenten als schwerwiegender Nachteil, da es schon infolge elastischer Deformationen des Gestänges zu einer Verzerrung der Weg-Zeit-Charakteristik kommt Im übrigen ist die Amplitude der Oszillationsbewegung bei Tauchspulenantrieben sehr stark von der aufgebrachten Preßkraft und der daraus resultierenden Reibkraft abhängig. Diese nachteilige Eigenschaft ist auch nicht durch Betrieb der Tauchspule im magnetischen Sättigungsbereich auszuschließen.

Als Voraussetzung für die Reproduzierbarkeit der Messungen ist es jedoch bereits aus der DE3 903269 bekannt, daß die Amplitude (Hublänge), mit der die Prüfkörper oszillieren, bei

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konstanter Reibkraft während der Messung nur unwesentlich schwankt. Um diese Forderung zu erfüllen, kann gemäß DE3903269 eine geeignete Regelvorrichtung vorgesehen werden. Der Ausregelung der Amplitudenschwankungen mittels Regeleinrichtungen sind jedoch Grenzen gesetzt, wenn instationäre Reibzustände untersucht werden sollen, da in diesem Fall die Sollwerte der Oszillationsamph'tuden unbekannt sind. Weiterhin erweist sich im praktischen Einsatz die Ausregelung von Amplitudenschwankungen auch in den Fällen als wenig praktikabel, in denen der Oszillationsantrieb gegen sehr hohe Reibkräfte arbeiten soll.

Daher kann bei Anwendungen mit instationären Reibzuständen oder sehr hohen Reibkräften die Reproduzierbarkeit der Messungen nicht gewährleistet werden.

Die Lösung gemäß DE 16485 97 weist konstruktionsbedingt außerdem folgenden Nachteil auf: Für die Übertragung der Preßkraft wird ein Gestänge eingesetzt, daß sich an einem Ende in einem Schneidenlager abstützt, das mit dem oszillierend angetriebenen Prüfkörperaufhehmer verbunden ist. Am anderen Ende ist das Gestänge in einem Schneidenlager abgestützt, das mit der Preßkraft beaufschlagt ist. Während der im wesentlichen senkrecht zur Preßkraftrichtung erfolgenden Schwingbewegungen der Prüfkörper kommt es daher zwangsläufig zu einer kreisförmigen Bewegung des genannten Gestänges und somit zu einer periodisch veränderlichen Preßkraft. Zusätzlich entstehen durch elastische Verformung der kraftübertragenden Teile Beschleunigungskräfte, die die Preßkraft zusätzlich verändern.

Insgesamt ist festzustellen, daß sich die genannten Lösungen insbesondere dann als ungeignet erweisen, wenn die Oszillationsamplitude der Reibpartner beim Überschreiten vorgegebener Maximalwerte des Antriebsmoments sehr schnell gegen Null gefahren werden muß, wie dies z.B. zur Gewährleistung reproduzierbarer Meßergebnisse bzw. reproduzierbarer Verschleißzustände notwendig ist, um eine ansonsten mögliche weitere Zerstörung der zu untersuchenden Verschleißflächen auszuschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen mechanischen Oszillationsantrieb zu schaffen, der insbesondere zum Antrieb eines Prüfkörper-Aufnehmers in einem Schwingungs- Verschleiß-Prüfstand geeignet ist, eine einfache Verstellmöglichkeit für die Oszillationsamplitude aufweist und insbesondere auch bei hohen Reibkräften zwischen den Reibpartnern und instationärem Charakter der Bewegungsabläufe reproduzierbare Meßergebnisse liefert. Mit der Erfindung soll auch das Problem gelöst werden, die Oszillationsamplitude des angetriebenen Körpers beim Überschreiten vorgegebener Maximalwerte des Antriebsmoments sehr schnell gegen Null zu fahren, z.B. um eine Zerstörung der zu untersuchenden Verschleißflächen zu verhindern, ohne hierzu eine kostenaufwendige elektronische Meßwerterfassung und Antriebssteuerung einzusetzen.

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Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Antrieb arbeitet wie folgt:

Unter der Krafteinwirkung des elastischen RücksteUelements wird der oszillatorisch anzutreibende Körper bis zum Anschlag an die stirn- oder umfangsseitige Kontur der mit einem Drehantrieb versehenen Kurvenscheibe gefahren. Während jeder Umdrehung der Kurvenscheibe folgt das am anzutreibenden Körper angeordnete Koppelglied synchron der Kontur der Kurvenscheibe, wodurch die gewünschte Oszillationsbewegung entsteht.

Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung basiert darauf, daß sich sowohl das Koppelglied als auch das elastische Rückstellelement frei auf dem anzutreibenden Körper abstützen und ihn somit nur jeweils unidirektional antreiben. Überschreitet nämlich die Antriebskraft, die zur Überwindung des am anzutreibenden Körper wirksamen Reibmoments benötigt wird, einen Wert, der größer als die maximale Rückstellkraft des nicht angetriebenen elastischen Rückstellelements ist, bleibt der anzutreibende Körper stehen. Nach Abschalten des Antriebs und Arretierung des RücksteUelements kann daher der Körper, z.B. ein Prüfkörper aus einem Verschleiß-Prüfstand, in dem Zustand entnommen werden, der zum Zeitpunkt des Maximums der Antriebskraft vorlag. Durch Änderung der maximalen Rückstellkraft des RücksteUelements, z.B. über eine Änderung seiner Federvorspannung und/oder Federkonstante, können daher gezielt Versuchsreihen z.B. zur Untersuchung des Zustandes von Verschleißflächen bei vorgegebenen Werten des maximalen Reibmoments gefahren werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteü der Erfindung besteht darin, daß die OsziUationsamplitude durch Verwendung von Kurvenscheiben mit unterschiedlicher Kontur sehr einfach verändert werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische DarsteUung der wichtigsten Komponenten des erfindungsgemäßen OsziUationsantriebs.

Die WeUe 1 in Fig. 1 ist axial unverschiebUch gelagert und wird mittels eines nicht dargesteUten Drehantriebs angetrieben. Der oszülatorisch anzutreibende Körper 6 ist hier als Aufnehmer für einen Prüfkörper 5 ausgebüdet und stützt sich im Koppelpunkt 9 mittels eines Koppelgliedes 4 auf der Kurvenscheibe 2 ab, die hie als einfache Stützscheibe ausgebildet ist. Zur Verminderung der Reibung zwischen dem KoppelgUed 4 und der Stützscheibe ist letztere als TeU eines Wälzlagers ausgebildet. Die notwendige Oszülationsbewegung des Koppelpunktes 9 wird mittels einer auswechselbaren Keüscheibe 3 realisiert, die einen Keüwinkel &agr; aufweist und zwischen WeUe 1 und Stützscheibe 2 angeordnet ist.

Wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die WeUe mit &eegr; U/s angetrieben, so osziUiert der Körper 6 mit einer Frequenz von &eegr; Hz und der Amph'tude Äs.

Mit dem sich auf der Stützscheibe 2 frei abstützenden Koppelghed 4 ist nur ein unidirektionaler Antrieb des Körpers 6 realisierbar (in Fig. 1 in Richtung nach rechts), wobei jeweils die Feder des in Fig. 1 nur schematisch dargestellten elastischen Rückstellelements 7 gespannt wird.

Der Antrieb des Körpers 6 in der Gegenrichtung erfolgt mittels der Federkraft Ff des elastischen Rückstellelements 7, dessen Koppelghed 8 sich im Koppelpunkt 10 auf dem anzutreibenden

Körper 6 frei abstützt.

Mittels einer in Fig. 1 nicht dargestellten Verstelleinrichtung ist die axiale Position des elastischen Rückstellelements 7 veränderbar, um die die tatsächlich wirksame Osziüationsamplitude

annähernd stufenlos zwischen Null und dem Maximalwert Äs einzustellen.

Claims (6)

nsprüche

1. Mechanischer Oszillationsantrieb, insbesondere zum Antrieb eines Prüfkörper-Aufnehmers in einem Schwingungs-Verschleiß-Prüfstand, dadurch gekennzeichnet, daß

• der oszillatorisch anzutreibende Körper (6) linear verfahrbar oder drehbar angeordnet ist und ein Koppelglied (4) aufweist, das sich auf der Kontur einer mit einem Drehantrieb versehenen Kurvenscheibe (2) frei abstützt,

• ein elastisches Rückstellelement (7) vorgesehen ist, das sich auf der einen Seite am Gestell und auf der anderen Seite am oszillatorisch anzutreibenden Körper (6) abstützt und dort eine wegabhängige Rückstellkraft einkoppelt, die der von der Kurvenscheibe (2) auf den anzutreibenden Körper (6) aufgebrachten Kraft entgegengerichtet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Koppelglied (4) des anzutreibenden Körpers (6) auf der stirnseitigen Kontur der Kurvenscheibe (2) frei abstützt und diese Kontur so ausgebildet ist, daß ihr axialer Abstand von einer senkrecht zur Drehachse der Kurvenscheibe (2) angeordneten Ebene entlang der Bahnkurve variiert, in denen das Koppelglied (4) die Kontur berührt.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kurvenscheibe (2) als Taumelscheibe ausgebildet ist, deren Flächennormale um einen Winkel 0° < &agr; < 90° gegenüber der Achse des Drehantriebs geneigt ist.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (2) an einem Wälzlager angeordnet ist oder als Teil eines Wälzlagers ausgebildet ist.

5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Koppelglied (4) des anzutreibenden Körpers (6) auf der umfangsseitigen Kontur der Kurvenscheibe (2) frei abstützt und diese Kontur so ausgebildet ist, daß ihr radialer Abstand von der Drehachse der Kurvenscheibe (2) entlang der Bahnkurve variiert, in denen das Koppelglied (4) die Kontur berührt.

6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückstellelement (7) eine wählbare Vorspannung und/oder Federkonstante besitzt.