DE3206971A1

DE3206971A1 - Pruefgeraet zum pruefen von schmiermitteleigenschaften und konstruktionswerkstoffeigenschaften

Info

Publication number: DE3206971A1
Application number: DE19823206971
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: OPTIMOL-OELWERKE GmbH; Optimol Oelwerke 8000 Muenchen GmbH; OPTIMOL OELWERKE GmbH
Current assignee: Optimol Instruments 8000 Muenchen De GmbH
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-09-01
Also published as: JPS58156836A; US4466271A; GB2115560A; JPH0330100B2; GB2115560B; DE3206971C2; GB8301895D0

Description

69 Feb. 1982

Dipl. Ing. H. Weidmann, Dipl. Php. Dr. K. Rncke DIpI. Ing. F. A. Weidmann, DIpI. Chem. B. Huber

Dr.-Ing. H. Liska M 22» 8000 Möndien 8*

CCT

Optimol-Ölwerke GmbH
Friedenstraße 7
D-8000 München 80

Prüfgerät zum Prüfen von Schmiermitteleigenschaften und Konstruktionswerkstoffeigenschaften

Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Prüfgerät ist durch einen Prospekt Optimol-SRV der Patentsucherin bekannt. Bei dem bekannten Gerät sind die Einspannflächen zwei zueinander parallele ebene Flächen, zwischen denen sich Wälzkörper, nämlich Kugeln oder Zylinder, abwälzen. Alternativ ist es auch möglich, zwischen die EinspannflachenGleitstücke einzuspannen, um Schmiermittel-und Werkstoffeigenschaften bei gleitender Reibung zu beurteilen.

Das bekannte Gerät hat sich im großen und ganzen hervorragend bewährt. Es wurde jedoch nunmehr gefunden, daß es wünschenswert wäre, Untersuchungen von Schmiermitteln und Konstruktionswerkstoffen bei gleichzeitigem Vorliegen rollender und gleitender Bewegung durchzuführen. I

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln möglichst unter Verwendung von Elementen bekannter Prüfgeräte ein Prüfgerät der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß Schmierinittel- und Werkstoffeigenschaften während des gleichzeitigen Auftretens von rollender und gleitender Bewegung untersucht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Maßnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs vorgeschlagen.

Mit den erfindungsgemäßem Prüfgerät ist es insbesondere möglich, die Verhältnisse annähernd zu simulieren, welehe in sog. "homokinetischen Antrieben" auftreten, wie sie insbesondere zur Kraftübertragung von Fahrzeuggetrieben auf Fahrzeugräder im Automobilbau verwendet werden.

Wenn hier von der Möglichkeit der untersuchung von Werkstoffeigenschaften von Konstruktionswerkstoffen die Rede ist, so gilt dies sowohl für die Untersuchung der Konstruktionswerkstoffe für die Einspannflächen, als auch für die Konstruktionswerkstoffe der Gleit- bzw. Reibkörper.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts haben die Kugeln das Bestreben, über die Böschungen der muldenförmigen Ringlaufbahnen anzusteigen. Dem wirkt die Anpreßkraft entgegen, die zwischen den beiden Einspannbaugruppen wirksam ist, so daß die Verhinderung des Ansteigens einer gleitenden Reibung gleichkommt, welche der rollenden Reibung längs der Bodenlinien der Ringlaufbahnen .überlagert ist. Diese Verhältnisse kommen den Verhältnissen in homokinetischen Antrieben

insbesondere nahe. Die Verhältnisse können durch geometrische Veränderungen der Ringlaufbahnen und der Kugeln weitgehend variiert werden. Einflußmöglichkeiten sind beispielsweise die Dimensionierung der ersten Ringlaufbahnen und der zweiten Ringlaufbahn relativ zueinander, sowie die Abstimmung des Kugelradius zum Krümmungsradius der Ringlaufbahnen. Daneben kommen natürlich die üblichen Einstellparameter dazu, so die Anpreßkraft zwischen den beiden Einspannbaugruppen und die Frequenz und Amplitude der Relativbewegung zwischen den beiden Einspannbaugruppen.

Von besonderem Interesse ist es, daß sich die vorstehend beschriebenen Verhältnisse erzeugen lassen, wenn der Oszillationsantrieb eine geradlinige Antriebsrichtung besitzt, wie sie bei den herkömmlichen Prüfgeräten zur Verfügung steht.

Beste Ergebnisse wurden im Prüflauf erzielt, wenn die Antriebsrichtung im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie der Achsen der ersten Ringlaufbahnen eingestellt wurde. Beste praktische Erfahrungen liegen weiter vor für die Fälle, daß die ersten Ringlaufbahnen und ggf. auch die zweite Ringlaufbahn untereinander gleichen Durchmesser haben, die ersten Ringlaufbahnen sich mit ihren Außenumfängen annähernd berühren und der Achsabstand der ersten Ringlaufbahnen derart bemessen ist, daß in der Mittelstellung der zweiten Ringlaufbahn zwischen den Mittelpunkten der ersten Ringlaufbahnen die vier Kugeln annähernd die Eckpunkte eines Quadrats definieren.

Durch die Veränderung der Relation des Kugelradius und Muldenkrümmungsradius kann insbesondere das Maß der überlagerten Gleitreibung variiert werden.

Im Hinblick auf den Verschleiß der Ringlaufbahnen und auf den Wunsch, unterschiedliche Konstruktionswerkstoffe einzusetzen, empfiehlt es sich gemäß Anspruch 9, die Ringlaufbahnen in auswechselbaren Laufplatten auszubilden, welche in die jeweiligen Einspannbaugruppen eingesetzt und aus diesen entnommen werden können.

Im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Laufplatten auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, empfiehlt es sich, die Laufplatten ringförmig auszuführen und in ringförmige Ausnehmungen von Tischplatten der jeweiligen Einspannbaugruppen lösbar einzusetzen. Dabei können die ringförmigen Laufplatten mit den ersten Ringlaufbahnen an ihren benachbarten Umfangsbereichen Anschliffe besitzen, welche aneinander anliegen. Dadurch besteht einerseits größere Freiheit in der Annäherung der ersten Ringlaufbahnen aneinander und zum anderen werden die Ringplatten mit den Ringlaufbahnen unverdrehbar festgelegt.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, können die Träger der ersten und/oder der zweiten Ringlaufbahnen gegenüber der jeweils zugehörigen Einspannbaugruppe durch ein Druckmeßgerät abgestützt sein, welches einen Teil der Meßeinrichtung bildet. Hier bietet sich insbesondere ein piezoelektrisches Druckmeßgerät an, welches den Vorteil hat, eine elektrische und deshalb leicht verarbeitbare Meßgröße zu liefern.

Die Oszillationsantriebseinrichtung kann in an sich bekannter Weise mit einem elektromagnetischen Schwinger ausgeführt sein.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schemas eines erfindungsgemäßen Prüfgeräts;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einspannfläche der unteren Einspannbaugruppe gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schema der Kugelpositionen während der Oszillationsbewegung.

In Fig. 1 ist eine untere Einspannbaugruppe mit 10 bezeichnet und eine obere Einspannbaugruppe mit 12. Die untere Einspannbaugruppe 10 weist ein Fundament 14 und über diesem Fundament einen zweischeibigen Träger 16 auf, dessen obere Scheibe 16a gegenüber der unteren Scheibe 16b in Pfeilrichtung 18 verschiebbar ist. Die obere Trägerscheibe 16a ist gegenüber der unteren Trägerscheibe 16b durch ein piezoelektrisches Druckmeßelement in der Pfeilrichtung abgestützt. Das piezoelektrische Druckmeßelement liegt in einem Meß-Stromkreis, dessen Anschlüsse bei 20 schematisch angedeutet sind. Mit der oberen Trägerscheibe 16a ist ein Einspanntisch 22 fest verbunden. Dieser Einspanntisch 22 weist zwei achsversetzt nebeneinander angeordnete Ringnuten 22a und 22b auf. In diese Ringnuten sind ringförmige Laufplatten 24a und 24b eingesetzt. In jeder dieser Ringlaufplatten ist, wie aus Fig. 1a ersichtlich, eine muldenförmige Ringlaufbahn 26a bzw. 26b eingearbeitet. Die ringförmigen Laufplatten 24a und b sind in den einander zugekehrten ümfangsbereichen geradlinig angeschliffen und liegen in diesen geradlinig angeschliffenen Umfangsbereichen längs der Linie 28 aneinander an, so daß sie in den Ringnuten 22a und 22b unverdrehbar festgehalten sind. Die obere Einspannbaugruppe 12 umfaßt eine Halterung 3 0 für eine weitere ringförmige Laufplatte 32, in

deren Unterseite eine weitere muldenförmige Ringlaufbahn 34 eingelassen ist. Im Beispielsfall haben die Ringlaufbahnen sämtliche gleichen Innendurchmesser, gleichen Außendurchmesser, gleichen Muldenkrümmungsradius und damit gleichen Durchmesser der Bodenlinien. Die Achse der ringförmigen Laufplatte 32 geht durch die Verbindungslinie der Achsen der ringförmigen Laufplatten 24a und 24b.

Die obere Einspannbaugruppe 12 ist durch einen nicht eingezeichneten elektromagnetischen Oszillationsantrieb in Richtung der Pfeile 36a, 36b hin- und herverschiebbar, parallel zur Verbindungslinie der Achsen der ringförmigen Laufplatten 24a und 24b. Die einander zugekehrten Flächen der Ringlaufplatten 24a und 24b und 34 sind zueinander parallel. Demgemäß sind auch zueinander parallel die Tangentialflächen an die Bodenlinien der Ringlaufbahnen 26a, 26b einerseits und der Ringlaufbahn 34 andererseits. Die obere Ein-Spannbaugruppe 12 ist in Richtung des Pfeiles P nach unten belastbar durch eine nicht eingezeichnete Presse.

Zwischen die Ringlaufbahn 34 einerseits und die Ringlaufbahnen 26a, 26b andererseits sind vier Kugeln 38a/ 38b, 38c und 38d einsetzbar, wobei die Kugeln 38a und 38c von der Ringlaufbahn 26a aufgenommen werden, während die Kugeln 38b und 38d von der Ringlaufbahn 26b aufgenommen werden. Gleichzeitig werden sämtliche Kugeln 38a bis 38d von der Ringlaufbahn 34 aufgenom-0 men.

In Fig. 3 erkennt man übereinander projiziert die Ringlaufbahnen 26a, 26b und 34 zum einen in der Mittelstellung der Einspannbaugruppe 12 gegenüber der Ein-Spannbaugruppe 10 und zum anderen in der äußersten rech-

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ten Stellung der Einspannbaugruppe 12 gegenüber der Einspannbaugruppe 10 in Vollzug der Oszillationsbewegung. Die in Fig. 3 voll ausgefüllten Punkte zeigen die Kugeln 38a bis 38d in der oben bezeichneten Mittelstellung, während die kleinen Kreise die Kugeln in der nach rechts außen verschobenen Extremstellung der oberen Einspannbaugruppe 12 zeigen.

Die muldenförmigen Ringlaufbahnen können mit einem Schmiermittel, beispielsweise von fettartiger Konsistenz, gefüllt sein. Wenn ein Fortlaufen des Schmiermittels zu besorgen ist, so kann entweder das ganze Prüfgerät oder jedenfalls der durch die Teile 22 und 32 begrenzte Raum gekapselt sein.

Wenn die obere Einspannbaugruppe 12 die Oszillationsbewegung in Richtung der Pfeile 36a und 36b ausführt, so bewegen sich die Kugeln 38a bis 38d aus der in Fig. 3 durch kleine Kreise gezeichneten Stellung über die durch voll ausgefüllte Kreise gezeichnete Stellung in eine symmetrisch zu der erstgenannten Stellung links liegende Stellung und zurück. Dabei bewegen sich die Kugeln 38a bis 38d rollend längs der ringförmigen Laufbahnen 26a, 26b und 34 und haben aber gleichzeitig das Bestreben, über die Muldenflanken 4 0 hochzusteigen. Dies wird durch den axialen Anpreßdruck zwischen den beiden Einspannbaugruppen verhindert. Das verhinderte Hochsteigen erzeugt aber eine gleitende Reibung, die der rollenden Reibung längs der ringförmigen Laufbahnen überlagert ist.

Bei der Bewegung der oberen Einspannbaugruppe 12 in Pfeilrichtung 36a, 36b wird über die ringförmige Laufbahn 34, die Kugeln 38a bis 38d und die ringförmigen 5 Laufbahnen 26a und 26b eine Mitnahmekraftwirkung auf

die ringförmigen Laufplatten 24a und 24b in Pfeilrichtung 18 übertragen. Diese Kraft wird über das piezoelektrische Druckübertragungselement zwischen den Trägerscheiben 16 aufgenommen, so daß ein elektrisches Signal entsprechend der Größe dieser Kraft geliefert wird, das in einer nicht dargestellten elektrischen Umform- und Meßeinrichtung umgeformt und gemessen werden kann. Das Meßresultat ist zum einen eine Funktion der Anpreßkraft P, zum anderen eine Funktion der rollenden und der gleitenden Reibung und damit wieder ein Indiz für die Schmiermitteleigenschaften und/oder die Werkstoffeigenschaften der Kugeln 33a bis 38d sowie der Beschaffenheit der Laufbahnen 34 und 26a, 26b.

Leers eite

Claims

Patentansprüche

1. Prüfgerät zum Prüfen der Schmiereigenschaften von schmiermitteln und/oder der Gleit- bzw. Rolleigenschaften von Konstruktionswerkstoffen, umfassend zwei gegeneinander anpreßbare Einspannbaugruppen zum Einspannen von Roll- bzw. Gleitkörpern zwischen einander zugekehrte Einspannflächen der jeweiligen Baugruppe, eine Antriebseinrichtung zum oszillierenden Bewegen der Einspannbaugruppen relativ zueinander in einer zu der Anpreßrichtung im wesentlichen senkrechten Ebene und eine Meßeinrichtung in mindestens einer der Baugruppen zur Ermittlung der durch die oszillierende Bewegung auf die zugehörige Einspannfläche übertragenden Mitnahmekraftwirkung senkrecht zur Anpreßrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannflächen (26a, 26b) einer ersten Einspannbaugruppe (10) zwei erste achsversetzte, muldenförmige Ringlaufbahnen (26a, 26b) mit gemeinsamer erster Tangentialebene an die jeweiligen Bodenlinien der ersten Ringlaufbahnen aufweist und daß die Einspannfläche der zweiten Einspannbaugruppe (12) eine muldenförmige Ringlaufbahn (34) mit zu der ersten Tangentialebene paralleler zweiter Tangentialebene an die Bodenlinie der zweiten Ringlaufbahn (34) aufweist und daß in jeder der ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) zwei Prüfkugeln (38a, 38c bzw. 38b, 38d) aufgenommen sind, welche sämtliche auch von der zweiten Ringlaufbahn (34) aufgenommen sind.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillationsantrieb (36a, 36b) im wesentlichen geradlinig ist.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsrichtung (36a, 36b) im wesentlichen parallel zu der Verbindungslinie der Achsen der ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) ist.

4. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) gleichen Kreisdurchmesser besitzen.

5. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ringlaufbahnen (26a, 26b; 34) gleichen Kreisdurchmesser besitzen.

6. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) sich mit ihren Außenumfängen annähernd berühren .

7. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabstand der ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) derart gemessen ist, daß in der Mittelstellung der zweiten Ringlaufbahn (34) zwischen den Mittelpunkten der ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) die vier Kugeln (38a bis 38d) annähernd die Eckpunkte eines Quadrats definieren.

8. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Kugeln (38a bis 38d) kleiner ist als der Muldenkrümmungsradius der Ringlaufbahnen (26a, 26b; 34) .

9. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringlaufbahnen (26a, 26b; 34) in auswechselbaren Laufplatten (24a, 24b;

32) ausgebildet sind.

0O. Prüfgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufplatten (24a, 24b) ringförmig sind und in ringförmige Ausnehmungen (22a, 22b) einer Tischplatte (22) der jeweiligen Einspannbaugruppe (10) lösbar eingesetzt sind.

11. Prüfgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Laufplatten (24a, 24b) mit den ersten Ringlaufbahnen (26a, 26b) an ihren benachbarten Umfangsbereichen (28) Anschliffe besitzen, welche aneinander anliegen.

12. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (16a) der ersten und/oder der zweiten Ringlaufbahnen gegenüber der zugehörigen Einspannbaugruppe (10) durch ein vorzugsweise piezoelektrisches Druckmeßgerät abgestützt ist, welches einen Teil der Meßeinrichtung bildet.

13. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsantriebseinrichtung einen elektromagnetischen Schwinger umfaßt.