DE3140661C1 - Vorrichtung zum Simulieren der Beanspruchung von zwei gegeneinander gleitenden und sich aufeinander abwaelzenden Koerpern,insbesondere von Zahnraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Simulieren der Beanspruchung von zwei gegeneinander gleitenden und sich aufeinander abwälzenden Körpern, insbesondere von Zahnrädern.

Zum Zwecke der Prüfung der Schmiereigenschaften

so von Schmiermitteln im Zusammenhang mit zwei gegeneinander gleitenden und sich aufeinander abwälzenden Körpern hat man bereits den sogenannten Rollenprüfstand verwendet, bei dem auf zwei parallel angeordneten Achsen Walzen gelagert sind, die gegeneinander gedrückt und mit getrennt regelbarer Drehzahl angetrieben werden. Im Falle gegensinniger Drehrichtung ergibt sich dabei der Effekt des Abwälzens und im Falle unterschiedlicher Drehzahl zusätzlich des Gleitens. Bei konstant gehaltener, unterschiedlicher Drehzahl der beiden Walzen wird die Beanspruchung von zwei ineinander eingreifenden Zahnrädern simuliert, und zwar in einem bestimmten Eingriffspunkt der Zahnräder. Bei diesen ergibt sich nämlich zu Beginn des Eingriffs ein relativ starkes Gleiten, das bis zum Erreichen des sogenannten Wälzpunktes auf Null abnimmt, um danach in umgekehrter Gleitrichtung wieder ständig zuzunehmen, bis die Zähne außer Eingriff kommen. Gleichzeitig findet dabei ein Abwäl-

zen statt, was bedeutet, daß im Wälzpunkt, in dem, wie gesagt, kein Gleiten stattfindet, nur der Abwälzvorgang verbleibt Legt man dies zugrunde, so ist ersichtlich, daß mit dem vorstehend beschriebenen Rollenprüfstand bei konstant gehaltener Drehzahl der Walzen jeweils die Beanspruchung nur an einem ganz bestimmten Eingriffspunkt miteinander kämmender Zahnräder geprüft wird Wird nun die Drehzahl der Walzen in dem Sinne geändert, daß der Unterschied der Drehzahl zu Null abnimmt, so ergibt sich damit gewissermaßen eine Verschiebung des Prüfpunktes, der durch die beiden Walzen nachgebildet wird, und zwar in Richtung zum Wälzpunkt Auf diese Weise ist es mit dem Rollenprüfstand möglich, von Punkt zu Punkt im Abwälzbereich zweier miteinander kämmender Zahnräder die jeweils dort herrschenden Belastungen nachzubilden. Es ergibt sich dabei also eine Prüfung, die nur schrittweise von Punkt zu Punkt vorgenommen werden kann, wobei also die Verhältnisse, die sich aus der stetigen gegenseitigen Veränderung von Abwälzvorgang und Gleitvorgang ergeben, nicht nachgebildet werden können.

Darüber hinaus wird für die Prüfung der Schmiereigenschaften von Schmiermitteln auch so vorgegangen, daß Zahnräder unter Last angetrieben werden und dabei die Einwirkung eines Schmiermittels durch Beobachtung des Verschleißes an den Zahnrädern ermittelt wird. Diese Prüfmethode ist relativ aufwendig, da sie den Aufwand von eigens hierfür zur Verfugung gestellten Zahnrädern erfordert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Simulieren der Beanspruchung von zwei gegeneinander gleitenden und sich aufeinander abwälzenden Körpern, insbesondere von Zahnrädern, eine Vorrichtung zu schaffen, die einerseits mit geringem Materialaufwand auskommt und andererseits es gestattet den gesamten Eingriffsvorgang bei miteinander kämmenden Zahnrädern, also die Veränderung des Abwälzens und des Gleitens darzustellen, und zwar mit oder ohne Schmiermittel.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß jeder Körper drehfest auf einem Schwinghebel gelagert ist wobei die Drehachse des einen Schwinghebels auf einer Seite einer dem Kontaktverlauf beider Körper folgenden Linie (Kontaktlinie) und die Drehachse des anderen Schwinghebels auf der anderen Seite der Kontaktlinie liegt und beide Körper durch eine Verspannung zusammengedrückt und derart periodisch hin- und herbewegt werden, daß im mittleren Bereich der Bewegung der dem Abwälzvorgang überlagerte Gleitvorgang sich in seiner Richtung umkehrt.

Durch die periodische Hin- und Herbewegung der beiden auf verdrehbaren Hebeln gelagerten Körper ergibt sich jeweils im mittleren Bereich der Bewegung eine Abnahme des Gleitens der beiden Körper gegeneinander, bis das Gleiten zu Null wird und in diesem Augenblick der reine Abwälzvorgang verbleibt In diesem Punkt kehrt sich die Gleitrichtung um, ihr Absolutwert nimmt von diesem Punkt an zunächst ständig zu. Damit werden die Verhältnisse in der Nachbarschaft des Wälzpunktes zweier miteinander kämmender Zahnräder der Wirklichkeit sehr stark angenähert simuliert, da die Verhältnisse dargestellt werden, die sich beim Übergang aus gemischter Belastung, bestehend aus Abwälzen und Gleiten, zum reinen Abwälzen und danach wieder zu gemischter Belastung ergeben.

Die Körper gestaltet man zweckmäßig so, daß ihre Oberflächen im Kontaktbereich jeweils einem Zylinder folgen. Im einfachsten Falle bildet man die Körper durch zylindrische Scheiben aus. Diese erbringen einen besonders geringen technischen Aufwand. Zur Prüfung besonderer Verhältnisse ist es aber auch ohne weiteres möglich, den Körpern im Kontaktbereich jeweils die Oberfläche einer Evolvente zu geben.

Insbesondere die Verwendung zylindrischer Scheiben liefert weiterhin den Vorteil, durch Auswechseln der Scheiben, die nur einfache Drehteile darstellen, ίο unterschiedliche Parameter zu untersuchen, z. B. Materialien, Beschaffenheit der Oberfläche, Härtegrad der Oberfläche und dergleichen.

Die Beanspruchung der gegeneinander gedrückten Körper kann dabei mit und ohne Zugabe von Schmiermittel geprüft werden, wobei im Falle der Zugabe von Schmiermittel gleichzeitig die Vorrichtung dazu dient, die Schmiereigenschaften des Schmiermittels zu prüfen. Wird die Vorrichtung ohne Zugabe von Schmiermittel verwendet, so handelt es sich beispielsweise um die Prüfung von Notlaufeigenschaften bestimmter Materialien oder um die Prüfung von Materialien, die selbstschmierende Eigenschaften aufweisen.

Die Auswirkung der Beanspruchung der Körper wird durch Betrachtung des Kontaktbereiches der Körper, insbesondere unter dem Mikroskop, ermittelt, außerdem kann eine Abnutzung durch Messung der Form oder des Gewichtes der Körper festgestellt werden. Im Falle zylindrischer Scheiben lassen sich diese für mehrere Prüfläufe ausnutzen, da jeweils für einen Prüflauf nur ein Teil der Oberfläche der Körper der Beanspruchung unterworfen wird. Durch Verdrehen der Körper kann dann die noch unbeanspruchte Fläche ausgenutzt werden.

Wie oben erwähnt sind die Körper drehfest auf dem Drehachsen verdrehbaren Schwinghebeln gelagert. Die Drehachsen kann man nun auch dadurch angenähert realisieren, daß man die Schwinghebel als elastische Stäbe ausbildet die an ihren den Körpern abgewandten Enden fest gelagert sind. In diesem Falle führen die Körper im Bereich der hier interessierenden Auslenkungen praktisch eine Bewegung entlang einer Kreisbahn aus, was einem Verdrehen' um eine Drehachse entspricht

Die Gestaltung wird konstruktiv dann besonders einfach, wenn man im Falle der Ausbildung der Oberflächen der Körper als Zylinder bzw. bei Verwendung zylindrischer Scheiben die Achsen beider Zylinder parallel zueinander und senkrecht zur Ebene der Schwinghebelbewegung legt

Um bei Zahnrädern unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bzw. unterschiedliche Eingriffswinkel simulieren zu können, kann man den Schwinghebeln gleiche oder ungleiche Länge und im Falle der Verwendung zylindrischer Oberflächen der Körper den Zylindern gleichen oder ungleichen Durchmesser geben.

Darüber hinaus ist es möglich, die Schwinghebel in axialer Sicht der Drehachsen in ihrer Mittellage' entweder parallel zueinander oder im Winkel zueinander anzuordnen. Hierdurch läßt sich die simulierte Lage des Wälzpunktes innerhalb der periodischen Hin- und Herbewegung der Hebel wahlweise verschieben. Der Wälzpunkt wird in dem Augenblick simuliert, in dem die Schwinghebel parallel zueinander liegen. Um die auf die beiden Körper wirkende Vorspannung zu erzeugen, kann man die beiden Schwinghebel durch an sie angreifende Federn gegeneinander verspannen. Die Verspannung läßt sich aber auch dadurch

• herbeiführen, daß man hierfür hydraulische Drücke vorsieht.

Für den Antrieb der Schwinghebel zur Erzeugung der periodischen Hin- und Herbewegung verwendet man zweckmäßig einen Kurbeltrieb, der an einen der beiden Schwinghebel angelenkt ist.

Um das Prüfungsergebnis auf eine besonders sichere Basis zu stellen oder um gleichzeitig mehrere Parameter bei einem Prüfvorgang in die Untersuchung einzubeziehen, kann man jeweils mehrere Paare von Körpern derart hintereinander anordnen, daß die inneren Körper auf gegenüberliegenden Flächen der Beanspruchung unterliegen. Im einfachsten Fall verwendet man zwei Paare, wobei insgesamt hintereinander drei Körper angeordnet sind, so daß der mittlere Körper sowohl zu dem einen als zu dem anderen Paar gehört.

Eine vorteilhafte Art der Verspannung der Körper läßt sich auch dadurch erzielen, daß man zwei Paare von Körpern mit parallelen Bewegungsebenen anordnet und die jeweils nach einer Seite wegragenden Hebel über eine Welle miteinander verbindet, wobei in die eine Welle zwecks Verspannung beider Paare eine Verspannungskupplung gelegt ist und eine der beiden Wellen, vorzugsweise die Welle mit der Verspannungskupplung, als Torsionsstab ausgebildet ist.

Bei der Hin- und Herbewegung der Hebel ergibt sich jeweils am Ende dieser Bewegung der Übergang vom Hinlauf zum Rücklauf, was wegen des dabei eintretenden Anhaltens der Bewegung wegen momentaner Verdrängung eines Schmierfilms zu besonderem Verschleiß führen kann. An diese Stelle ist der Verschleiß für die Prüfung zwar unwesentlich, falls die Prüfung sich auf den betreffenden Bereich gar nicht erstreckt, jedoch kann der Verschleiß indirekte Auswirkungen auf die zu prüfende Zone haben, beispielsweise durch Absonderung von Verschleißteilchen, die die Prüfung verfälschen könnten. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann in Abhängigkeit von der Auslenkung der Schwinghebel die Verspannung der Körper reduzieren. Hierzu kann man an jedem Schwinghebel einen Anschlag vorsehen, bei dessen Beaufschlagung durch den jeweils anderen Schwinghebel die Körper sich voneinander trennen. Es ist auch möglich, durch von den Schwinghebeln gesteuerte Ventile den die Verspannung bewirkenden hydraulischen Druck entsprechend zu reduzieren. Hierdurch wird erreicht, daß im Bereich des Übergangs vom Hinlauf zum Rücklauf der Hebel keine Berührung der Körper stattfindet, wodurch der genannte Verschleiß vollständig vermieden wird.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung mit einem Paar von als zylindrische Scheiben ausgebildeten Körpern mit gleichlangen Schwinghebeln;

Fig.2 ein Diagramm, das einen Vergleich der Verhältnisse bei Zahnrädern und bei der Vorrichtung zeigt;

Fig.3 eine Vorrichtung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1, jedoch mit aus elastischen Stäben bestehenden Schwinghebeln;

F i g. 4 eine Vorrichtung mit ungleich langen Schwinghebeln und zylindrischen Scheiben ungleichen durchmessers;

Fig.5 eine Vorrichtung mit im Winkel zueinander stehenden Schwinghebeln;

F i g. 6 eine Vorrichtung mit zwei Paaren von zylindrischen Scheiben";

Fig.7 eine Vorrichtung mit Anschlägen für die Bewegung der Schwinghebel;

F i g. 8 eine Verspannung zweier Schwinghebel durch Zugfedern;

F i g. 9 eine Verspannung zweier Schwinghebel durch eine Hydraulik;

F i g. 10 eine Verspannung mittels einer auf zwei parallel angeordnete Paare von zylindrischen Scheiben wirkenden Verspannungskupplung.
Die in der F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus

ίο den beiden Körpern 1 und 2, die hier als zylindrische Scheiben ausgebildet sind. Die beiden Scheiben 1 und 2 mit ihren parallelliegenden Achsen 94 und 95 sind drehfest auf den Schwinghebeln 3 und 4 befestigt, die drehbar auf den Drehachsen 5 und 6 gelagert sind. Die beiden Drehachsen 5 und 6 sind starr auf den Stützen 7 und 8 eines nicht dargestellten Gestells montiert. Das Gestell spielt für die Bewegung in der Vorrichtung keine Rolle, so daß auf dieses nicht eingegangen zu werden braucht. Die beiden Scheiben 1 und 2 sind so gegeneinander verspannt, daß sie zusammengedrückt werden. Auf die Verspannung wird weiter unten im Zusammenhang beispielsweise mit der Fig.8 näher eingegangen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der F i g. 1 ist hier die Verspannung weggelassen. An den Schwinghebel 4 greift die Pleuelstange 9 des Kurbeltriebs 10 an, der starr auf dem Lager 11 gelagert ist, das ebenfalls an dem nicht dargestellten Gestell befestigt ist. Bei Drehung des Kurbeltriebs 10 wird die Pleuelstange 9 hin- und herbewegt und nimmt dabei den Schwinghebel 4 entsprechend mit. Bei jeder vollständigen Umdrehung des Kurbeltriebs 10 führen die beiden Schwinghebel 3 und 4 eine hin- und hergehende Bewegung aus.

In der F i g. 1 sind die beiden Schwinghebel 3 und 4 in ihrer Mittellage bezüglich der hin- und hergehenden Bewegung dargestellt, bei der sie in axialer Sicht auf die Drehachsen 5 und 6 parallel zueinander liegen. In der F i g. 1 ist weiterhin in gestrichelter Darstellungsweise die obere Extremlage der beiden Scheiben 1 und 2 dargestellt, bei der der Schwinghebel 4 gegenüber der für die Mittellage geltenden Mittellinie 12 um den Winkel φ verdreht ist. Entsprechendes gilt für den Schwinghebel 3. Bei der Verdrehung des Kurbeltriebs 10 bewirkt dieser, daß entsprechend der gestrichelt eingezeichneten oberen Endlage die beiden Schwinghebei 3 und 4 ihre untere Endlage einnehmen. Da die beiden Scheiben 1 und 2 drehfest auf den beiden Schwinghebeln 3 und 4 befestigt sind, ergibt sich bei der Hin- und Herbewegung der beiden Schwinghebel 3 und 4 jeweils eine Drehbewegung jeder Scheibe 1 und 2, wobei beide Drehrichtungen entgegengesetzt zueinander verlaufen. So verläuft bei Abwärtsbewegung der beiden Schwinghebel 3 und 4 die Drehrichtung der Scheibe 1 im Uhrzeigersinn und die Drehrichtung der Scheibe 2 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Für die Aufwärtsbewegung der beiden Schwinghebel 3 und 4 gilt das umgekehrte. Dies bedeutet, daß die Drehrichtung der beiden Scheiben 1 und 2 wie bei miteinander kämmenden Zahnrädern verläuft, d. h. zwischen den beiden Scheiben 1 und 2 ergibt sich eine Abwälzbewegung. Aus der Fig. 1 geht darüber hinaus hervor, wie der Kontaktpunkt 13 (fixiert gedacht auf jeweils einer Scheibe (1 bzw. 2) aus der mit dicken Linien gezeichneten Mittellage der beiden Scheiben 1 und 2 auswandert, wenn diese in die gestrichelt gezeichnete obere Endlage gelangen. Wie ersichtlich, wandert dieser fixiert gedachte Kontaktpunkt 13 auf der Peripherie der Scheibe 2 nach rechts hin und nimmt die mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnete Lage ein, während der

fixiert gedachte Kontaktpunkt 13 auf der Scheibe 1 zu der mit 15 bezeichneten Stelle läuft Die Punkte 14 und 15 ergeben sich dadurch, daß auf die Enden der gestrichelt gezeichneten Schwinghebel 3 und 4 die Senkrechten 16 und 17 aufgetragen sind, die die Peripherien der Scheiben 1 und 2 in den Punkten 15 und 14 schneiden. Dabei zeigt die F i g. 1 deutlich, daß bei der dargestellten Bewegung von der Mittellage in die gestrichelt gezeichnete obere Endlage der fixiert gedachte Kontaktpunkt 13 beim Übergang zum Punkt 14 bzw. zum Punkt 15 jeweils eine unterschiedliche Wegstrecke zurücklegt, nämlich mit der scheibe 2 die Wegstrecke 18 und mit der Scheibe 1 die Wegstrecke 19. Dabei ist der F i g. 1 deutlich zu entnehmen, daß die Wegstrecke 18 langer ist als die Wegstrecke 19. Mithin muß sich zwischen den beiden Scheiben 1 und 2 außer der vorstehend erwähnten Abwälzbewegung auch eine Gleitbewegung ergeben. Der sich jeweils momentan ergebende Kontaktpunkt folgt der Linie 93.

Die Betrachtung der F i g. 1 zeigt weiterhin, daß mit der Annäherung der Bewegung der beiden Scheiben 1 und 2 an die durch dicke Linien dargestellte mittlere Lage, in der sich die beiden Scheiben 1 und 2 im Kontaktpunkt 13 treffen, die Verschiebung der beiden Scheiben gegeneinander immer kleiner wird, d. h. die Länge der Strecken 18 und 19 wird immer kürzer und nähert sich schließlich dem Wert Null, wenn der Kontaktpunkt 13 erreicht ist Bei der Fortsetzung der Bewegung der beiden Scheiben 1 und 2 in die entgegengesetzte, nicht dargestellte extreme Lage, ergibt sich in umgekehrter Weise eine Verschiebung der beiden Scheiben 1 und 2 gegeneinander, nämlich derart, daß jetzt bei der Scheibe 1 die größere Verschiebung stattfindet

Dies bedeutet, daß sich die relative Verschiebung der beiden Scheiben 1 und 2 gegeneinander mit Erreichen des Kontaktpunktes 13 umkehrt, so daß also der Grad der Verschiebung und damit der Grad der Gleitbewegung mit Erreichen des Kontaktpunktes 13 zu Null wird. Infolgedessen existiert mit Erreichen des Kontaktpunktes 13 nur ein reines Abwälzen, während bei Fortbewegung aus der mit Erreichen des Kontaktpunktes 13 gegebenen Mittellage in Richtung auf die beiden Extremstellungen zu der Abwälzbewegung eine zunehmende Gleitbewegung hinzukommt

Diese Verhältnisse entsprechen weitgehend dem Abwälzvorgang bei miteinander kämmenden Zahnrädern, da diese mit Erreichen des Wälzpunktes sich ebenfalls nur aufeinander abwälzen, von dem aus bei Weiterbewegung der Zahnräder eine Gleitbewegung hinzukommt. Damit ist gezeigt, daß sich mit der in der Fig. 1 dargestellten VorrichÄng in hervorragender Weise das Simulieren der Bewegung von sich aufeinander abwälzenden Zahnrädern herbeiführen läßt

In der F i g. 1 ist die Vorrichtung zwar nur prinzipiell dargestellt dennoch zeigt sie die Vorrichtung mit möglichen Ausmaßen im Maßstab 1:1. Hierbei wird die Simulation einer Evolventen-Verzahnung zweier Zahnräder mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 zugrunde gelegt Dabei simuliert der in der Fig. 1 dargestellte Vorgang den Bewegungsablauf bei derartigen Zahnrädern, wenn diese sich in der Nähe des Wälzpunktes und über diesen bewegen.

Es hat sich darüber hinaus herausgestellt daß zum Simulieren der Evolvente für die Länge der Schwinghebel und den Durchmesser der zylindrischen Scheiben eine Gesetzmäßigkeit besteht und zwar unter Zugrundelegung eines Eingriffswinkels von 20°, wie er für Zahnräder üblicherweise verwendet wird. In diesem Falle folgt das Verhältnis von Radius rl der einen Scheibe 1 und Raidus r2 der anderen Scheibe 2 zu Länge Ri des Schwinghebels 3 und Länge R2 des Schwinghebels 4 folgender Gleichung:

rl _ rl Rl Rl

tan 20° = 0,364.

Darüber hinaus gilt für den Abstand α der Mitten beider Scheiben 1 und 2 die Bedingung:

Wenn nun das für die Darstellung in Fig. 1 geltende Übersetzungsverhältnis 1 :1 geändert werden soll, dann bedeutet dies, daß es das Verhältnis der Radien r 1 und r2 der beiden Scheiben 1 und 2 entsprechend ändern muß, wodurch sich unter Berücksichtigung der beiden vorstehend angegebenen Gleichungen auch die beiden Längen R1 und R 2 entsprechend ändern.

Bei Zahnrädern spielt nun das Verhältnis von Gleitgeschwindigkeit G zu Umfangsgeschwindigkeit U eine wesentliche Rolle. Dabei ist die Gleitgeschwindigkeit G die Geschwindigkeit, mit der die aufeinander abwälzenden Flanken zweier Zahnräder gegeneinander gleiten, und zwar im jeweiligen Kontaktpunkt Die Umfangsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der der Wälzpunkt sich um die Achse des Zahnrades bewegt Diese Geschwindigkeiten lassen sich nun ohne weiteres auf die in der F i g. 1 dargestellte Vorrichtung übertragen, die bei dieser Vorrichtung einerseits durch das Gleiten der beiden Scheiben 1 und 2 gegeneinander und andererseits durch die Bewegung des Punktes 13 um die Achse 5 repräsentiert wird, wobei der Punkt 13, wie die F i g. 1 zeigt bei der dargestellten Bewegung zu der Stelle 15 rückt. Dabei verläuft dieser Punkt 13 bzw. 15; auf einer Kreisbahn um die Achse 5, die sich dabei ergebende Umfangsgeschwindigkeit ist für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 die Geschwindigkeit U.

Wenn man nun unter Berücksichtigung dieser Definitionen in ein Diagramm sowohl das Verhältnis G/Uiür ein Zahnrad als auch das Verhältnis G/U für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 einträgt so ergibt sich zunächst für ein Zahnrad in bekannter Weise die Gerade 20, d. h. beim Zahnrad verläuft das Verhältnis G/U in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ des Zahnrades längs der eingezeichneten Gerade 20. In das Diagramm gemäß Fig.2 ist außerdem die Kurve für das Verhältnis G/U unter Zugrundelegung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingezeichnet, und zwar als gestrichelte Linie 21. Das Diagramm der Fig.2 zeigt, daß sich die Linie 21 bis in den Bereich von Verdrehungswinkeln von 20° (Verdrehungswinkel ψ der Schwinghebel siehe F ig. 1) sich sehr ■ stark der Geraden 20 annähert Dies bedeutet: Das für Zahnräder so wesentliche Verhältnis G/U läßt sich in hervorragender Weise auch durch die Vorrichtung gemäß F i g. 1 wiedergeben.

In der Fig.3 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt, jedoch bestehen hier die Schwinghebel aus den elastischen Stäben 22 und 23, die an ihren Enden einerseits in den Aufnahmen 24 und 25 gelagert sind, weichletztere auf den Stützen 26 und 27 befestigt sind. Die Stützen 26 und 27 sind an dem nicht dargestellten Gestell angebracht. Die beiden elastischen Stäbe 22 und sind mit ihrem anderen Ende fest in den Klemmen 28

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und 29 aufgenommen, die starr mit den Scheiben 1 und 2 verbunden sind. Die Elastischen Stäbe 22 und 23 bilden damit die Schwinghebel 3 und 4 gemäß der Vorrichtung nach Fig. 1 nach, da sie bei der periodischen Auslenkung der Scheiben 1 und 2 sich jeweils entsprechend verbiegen, und zwar in einer derartigen Weise, daß die Seheiben 1 und 2 dabei praktisch eine Kreisbahn durchlaufen, wie dies in der F i g. 1 dargestellt ist. Bezüglich der Verspannung der Scheiben 1 und 2 untereinander sei auf die Erläuterung zu Fig.8 verwiesen.

F i g. 4 zeigt eine Variante zu F i g. 1. Es sind hier bei der dargestellten Vorrichtung die beiden Schwinghebel 30 und 31 unterschiedlich lang ausgebildet, außerdem besitzen die beiden Scheiben 32 und 33 unterschiedlichen Durchmesser. Hierdurch wird ein von 1 :1 abweichendes Übersetzungsverhältnis repräsentiert, außerdem die gegenseitigen Beziehungen zwischen Gleiten und Abwälzen beeinflußt.

In der F i g. 5 ist eine weitere Variante gezeigt, bei der zwei Scheiben 34 und 35 mit gleichem Durchmesser auf in einem Winkel zueinander stehenden Schwinghebeln 36 und 37 gelagert sind. Dabei zeigt die Fig.5 die Mittellage für die hin- und hergehende Bewegung der Scheiben 34 und 35. Hierdurch wird die Symmetrie zum simulierten Wälzpunkt verändert, und zwar in dem Sinne, daß sich auf der einen Seite des Wälzpunktes ein längerer Bereich des Gleitens ergibt, als auf der anderen Seite des Wälzpunktes.

F i g. 6 zeigt eine Vorrichtung, bei der zwei Paare von Scheiben miteinander zusammenwirken, die so hintereinander angeordnet sind, daß eine mittlere Scheibe 38 von zwei außenliegenden Scheiben 39 und 40 beaufschlagt wird. Damit existieren also bezüglich der Kontaktpunkte 41 und 42 einerseits das aus den Scheiben 38 und 39 bestehende Paar und das aus den Scheiben 38 und 40 bestehende Paar. Bezüglich der Verspannung der Scheiben 38, 39 und 40 sei auf die F i g. 9 verwiesen. Mit der Vorrichtung gemäß F i g. 6 ist es möglich, gleichzeitig an zwei Stellen eine Prüfung vorzunehmen, wodurch z. B. gleichzeitig unterschiedliche Werkstoffe geprüft werden können.

Bei der in der F i g. 7 dargestellten Vorrichtung sind auf den Schwinghebeln 43 und 44 die Scheiben 45 und 46 befestigt, die hier im Bereich ihres Kontaktes die Form einer Evolvente 47 und 48 besitzen. Infolgedessen wird durch die Scheiben 45 und 46 exakt die Beanspruchung unter Zugrundelegung der üblicherweise bei Zahnrädern verwendeten Flankenform wiedergegeben. Die Vorrichtung gemäß Fi g. 7 enthält darüber hinaus noch Einrichtungen, mit denen im Endbereich der Bewegung der Scheiben 45 und 46 diese voneinander abgehoben werden. Zu diesem Zweck weisen die Schwinghebel 43 und 44 die Verlängerungen 49 und 50 auf, die in Rollen 51 und 52 enden. In der dargestellten Mittellage stehen die Rollen 51 und 52 mit Abstand den Anschlägen 53 und 54 gegenüber, die an den Schwinghebeln 43 und 44 befestigt sind. Bei der Hin- und Herbewegung der Schwinghebel 43 und 44 ergibt sich nun jeweils eine Annäherung der Rolle 51 an den Anschlag 53 bzw. der Rolle 52 an den Anschlag 54, und zwar bei Aufwärtsbewegung der beiden Schwinghebel 43 und 44 eine Annäherung der Rolle 52 an den Anschlag 54 und bei Abwärtsbewegung der beiden Schwinghebel 43 und 44 eine Annäherung der Rolle 51 an den Anschlag 53. Dies ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen jeweiligen Hebellängen. Durch die den Anschlägen 53 und 54 gegebene Kurvenform bildet das Auftreffen der Rollen 51 und 52 auf die Anschläge 53 und 54 keinen harten Aufschlag, sondern eine Art Aufgleiten, wodurch Erschütterungen vermieden werden. Im Augenblick des Auftreffens von Rolle 51 auf Anschlag 53 bzw. Rolle 52 auf Anschlag 54 und nachfolgender Weiterdrehung der beiden Schwinghebel 43 und 44 erzwingt die jeweils auftreffende Rolle 51 bzw. 52 aufgrund des gegenüber dem betreffenden Anschlag 53 bzw. 54 längeren Hebelarms bei dieser Bewegung ein vor sich Herschieben des betreffenden Anschlags, wodurch der Kontakt zwischen den Scheiben 45 und 46 aufgehoben wird. Dies hat zur Folge, daß vor dem Augenblick, in dem sich die Bewegungsrichtung der beiden Schwinghebel 43 und 44 umkehrt, keine Reibung mehr zwischen den Scheiben 45 und 46 gegeben ist, wodurch ein besonderer Verschleiß an dieser Stelle, der durch den momentanen Stillstand der beiden Scheiben 45 und 46 entstehen kann, vermieden wird.

In der F i g. 8 ist eine Methode der Verspannung der beiden Körper dargestellt, wobei hier wieder zylindrische Scheiben 1 und 2 zugrundegelegt werden. Die beiden zylindrischen Scheiben 1 und 2 sind von ihrer Stirnseite her gezeigt, sie sind von den hier gabelförmig ausgestalteten Schwinghebeln 55 und 56 gehalten. Die Scheiben 1 und 2 besitzen die Achsen 57 und 58, die beiderseits aus den Scheiben 1 und 2 herausragen und auf die drehbare Lagerringe 59 geschoben sind, in denen die Zugfedern 60 und 61 enden. Diese Zugfedern wirken symmetrisch auf die Achsen 57 und 58 und ziehen damit die Scheiben 1 und 2 zusammen, wodurch die notwendige Verspannung erzielt wird. Selbstverständlich können die Zugfedern 60 und 61 auch durch hydraulisch betriebene Kolben-Zylinder-Einheiten ersetzt werden.

Die Erzeugung der Verspannung mittels einer hydraulisch betriebenen Kolben-Zylinder-Einheit ist in der F i g. 9 dargestellt, bei der für die Vorrichtung die Anordnung gemäß F i g. 6 zugrundegelegt wird. Bei der Vorrichtung gemäß Fig.9 sind die Schwinghebel 62 und 63 über ihre Achsen 64 und 65 hinaus verlängert und enden in den beiden drehbeweglichen Anschlußstücken 66 und 67, die einerseits mit der Kolbenstange 68 und andererseits mit dem Zylinder 69 einer hydraulisch betriebenen Kolben-Zylinder-Einheit verbunden sind.

Bei Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 68/69 werden die beiden Verlängerungen 70 und 71 auseinandergedrückt, womit die Schwinghebel 62 und 63 zusammengedrückt werden, wodurch über die Scheiben 39 und 40 der erforderliche Druck auf die Scheibe 38 ausgeübt wird.

In der Fig. 9 ist weiterhin gezeigt, wie sich in Abhängigkeit von der Auslenkung der Schwinghebel 62, 63 deren VerspannungHeduzieren läßt, nämlich durch die an den Verlängerungen 70, 71 angebrachten Stößel 97, 98, die mit dem Ventil 96 zusammenwirken. Bei Betätigung des Ventils 96 durch einen der Stößel 97,98 wird der Druck in der Kolben-Zylinder-Einheit 68/69 herabgesetzt.

In der Fig.9 ist noch dargestellt, wie im Falle der Prüfung der Schmiereigenschaften eines Schmiermittels dieses den Kontaktstellen zwischen den Scheiben 38,39 und 40 zugeführt wird. Hierzu dienen die Spritzdüsen 72, 73, die an Ölzuleitungen 74 und 75 angeschlossen sind. Die Düsen 72 und 73 sprühen das Schmiermittel in den Bereich der Kontaktstellen 76 und 77, die damit ständig ausreichende Schmierung erhalten.

Das Schmiermittel tropft von oben her in die Ölwanne 78 ab und wird von dieser in nicht dargestellter

bekannter Weise zu den ölzuleitungen 74 und 75 befördert

In der F i g. 10 ist eine Verspannungsmethode dargestellt, bei der zwei Paare von Scheiben 79/80 und 81/82 in parallelen Ebenen bewegt werden. Die beiden Scheibenpaare entsprechen hinsichtlich ihrer Funktion den beiden Scheiben 1 und 2 aus F i g. 1. Die nach der einen Seite der Vorrichtung wegragenden Schwinghebel 83 und 84 enden auf ihren den Scheiben 80 bzw. 82 abgewandten Seiten in der Welle 85, die die beiden Schwinghebel 83 und 84 torsionssteif miteinander verbindet Bei Verdrehung des Schwinghebels 83 wird also der Schwinghebel 84 um den gleichen Winkel mitgenommen. Die Welle 85 ist in den Lagern 86 und 87 verdrehbar gelagert Die auf der anderen Seite der Vorrichtung von dieser wegragenden Schwinghebel 88 und 89 enden in den miteinander fluchtenden Wellen 90 und 91, die über die Verspannungskupplung 92 miteinander verbunden sind. Mit der Verspannungskupplung 92 wird in bekannter Weise durch gegenseitige Verdrehung ihrer beiden Kupplungshälften und starrer Verbindung der so verdrehten Kupplungshälften auf die beiden Wellen 90 und 91 ein Drehmoment ausgeübt, das diese aufgrund einer ihnen innewohnenden Torsionsfedereigenschaft aufnehmen. Die Wellen 90 und 91 sind nämlich als Torsionsstäbe ausgebildet Aufgrund der somit von den Torsionsstäben 90 und 91 ausgeübten Verdrehungsspannung, die sich auf die Schwinghebel 98 und 99 auswirkt, wird den beiden Scheibenpaaren 79/80 und 81/82 die notwendige Verspannung aufgedrückt Der Vorrichtung wird dabei durch die Pleuelstange 9, die an einem wie in F i g. 1 dargestellten Kurbeltrieb hängt, eine feste Ausgangstage gegeben, aus der das gesamte System bei der Herbeiführung der Verspannung nicht ausweichen

to kann.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei den vorstehend dargestellten Vorrichtungen gemäß den Fig.3 bis 10 noch ein Antrieb anzubringen ist der die Hin- und Herbewegung bewirkt Es kann sich dabei um einen Kurbeltrieb handeln, wie er im Zusammenhäng mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 dargestellt ist Desweiteren können alle dargestellten Vorrichtungen mit einer Schmierung, wie sie in der Fig.9 gezeigt ist, versehen werden. Darüber hinaus sind natürlich bei den Vorrichtungen gemäß den F i g. 1 und 3 — 7 Verspannungen vorzusehen, wie sie beispielsweise in den Fig.8 und 9 dargestellt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Verspannungen, die Schmiermittelzuführung und der Antrieb in einzelne Figuren jedoch weggelassen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Simulieren der Beanspruchung von zwei gegeneinander gleitenden und sich aufeinander abwälzenden Körpern, insbesondere von Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Körper (1,2; 32,33; 34,35; 38,39,40; 45, 45, 46; 79, 80, 81, 82) drehfest auf einem Schwinghebel (3,4; 22,23; 30,31; 36,37; 43,44; 55, 56; 62, 63; 83, 84, 88, 89) gelagert ist, wobei die Drehachse (5, 6; 64, 65; 85, 90/91) des einen Schwinghebels auf einer Seite einer dem Kontaktverlauf beider Körper folgenden Linie (Kontaktlinie 93) und die Drehachse des anderen Schwinghebels auf der anderen Seite der Kontaktlinie (93) liegt und beide Körper durch eine Verspannung zusammengedrückt und derart periodisch hin- und herbewegt werden, daß im mittleren Bereich der Bewegung der dem Abwälzvorgang überlagerte Gleitvorgang sich in seiner Richtung umkehrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Körper (1,2; 32,33; 34, 35; 38, 39, 40; 45, 46; 79, 80, 81, 82) im Kontaktbereich jeweils einem Zylinder folgen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (94,95) beider Zylinder (1, 2) parallel zueinander und senkrecht zur Ebene der Schwinghebelbewegung liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper durch zylindrische Scheiben (1,2) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (1, 2) gleichen Durchrnesseraüfweisen.

,6. Vorrichtung^ nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (32, 33) ungleichen Durchmesser aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Körper (45,46) im Kontaktbereich jeweils einer Evolvente (47, 48) folgen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel (3,4) gleiche Länge aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel (30, 31) ungleiche Länge aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel (3,4) in axialer Sicht der Drehachsen (5, 6) in ihrer Mittellage parallel zueinander angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel (36, 37) in axialer Sicht der Drehachsen in ihrer Mittellage in einem Winkel zueinander verlaufen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel aus elastischen Stäben (22,23) bestehen, die an ihren den Körpern (1, 2) abgewandten Enden fest gelagert sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwinghebel (55,56) durch an sie angreifende Federn (60,61) gegeneinander verspannt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwinghebel (62, 63) durch an sie angreifende hydraulische

Drücke gegeneinander verspannt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —14, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Schwinghebel (4) an einen Kurbeltrieb (9, 10, 11) angelenkt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Paare (38, 39; 38, 40) von Körpern derart hintereinander angeordnet sind, daß die inneren Körper (38) auf gegenüberliegenden Flächen der Beanspruchung unterliegen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare (79,80; 81, 82) von Körpern mit parallelen Bewegungsebenen angeordnet und die jeweils nach einer Seite wegragenden Hebel (83,84; 88,89) über eine Welle (90,91; 85) miteinander verbunden sind, wobei in die eine Welle (90, 91) zwecks Verspannung beider Paare (79, 80; 81, 82) eine Verspannungskupplung (92) gelegt ist und eine der beiden Wellen, vorzugsweise die Welle (90, 91) mit der Verspannungskupplung (92), als Torsionsstab ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 17, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Auslenkung der Schwinghebel die Verspannung reduziert wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schwinghebel (43,44) ein Anschlag (53, 54) vorgesehen ist, bei dessen Beaufschlagung durch den jeweils anderen Schwinghebel die Körper (45, 46) sich voneinander trennen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch von den Schwinghebeln (70,71) gesteuerte Ventile (96) der die Verspannung bewirkende hydraulische Druck entsprechend reduziert wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —20, dadurch gekennzeichnet, daß den zusammengedrückten Körpern (1,2; 32,33; 34,35; 38,39,40; 45, 46; 79,80,81,82) ein Schmiermittel zugeführt wird.