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Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Reibungsgrößen, insbesondere
bei metallen. Zur Prüfung der Härte und Festigkeit von Materialien sind vielfach
Methoden bekannt, mittels welcher das Maß der Widerstandsfähigkeit am Material selbst
zur Erscheinung gebracht werden kann. Auch stehen zahlreiche Vorrichtungen und Geräte
in Verwendung, welche die zahlenmäßige Bestimmung der für die betreffenden Eigenschaften
maßgebenden Faktoren unter Beachtung der bei der praktischen Verwendung auftretenden
Umstände ermöglicht. Für die Feststellung des Reibungswiderstandes fehlt es gegenwärtig
sowohl noch an einer Methode, die Widerstandsfähigkeit durch die äußere Erscheinung
des Materiales erkennbar zu machen, als auch an Vorrichtungen, welche die zahlenmäßige
Bestimmung der wesentlichen Faktoren in so einfacher und rascher Weise ermöglichen,
wie dies die Verwendbarkeit solcher Maschinen im Laboratoriumsbetrieb erforderlich
machen würde. Obgleich es kaum eine Maschine gibt, bei welcher der Einfluß der Reibung
nicht von Bedeutung wäre, ist man bei der Vorausbestimmung derselben auf Tabellen
angewiesen, die nur IN äherungswerte geben, weil be@ ihrer Aufstellung wesentliche
Umstände des praktischen Falles zum großen Teil unberücksichtigt geblieben sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Materialprüfung hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit
gegen Reibungseinflüsse auf ebenso sichere Grundlagen zu stellen, wie (lies bezüglich
der Härte- und Festigkeitsprüfung bereits der Fall ist. Sie betrifft ein Verfahren
zur Prüfu7g der Reibungsgrößen, welches darin besteht, daß das Material durch meßbare
Reibungsarbeit zum Verschleiß gebracht wird,, so daß man aus dem Maß des Verschleißes
ein Bild von der Widerstandsfähigkeit gegen Reibungsesnfluß erhalten kann. Dieses
Bild kann im Sinne einer Ausführungsform des Verfahrens dadurch besonders charakteristisch
gemacht werden, daß man den Probekörper währe°id der den Verschleiß bewirkenden
Bearbeitung derart verschiebt, daß immer kleinere Flächen entweder bei konstanter
Flächenbelastung oder unter gleichzeitiger Vergrößerung der Flächenbelastung dem
Reibungseinfluß ausgesetzt bleiben, um auf diese Weise den Verschleiß entweder nur
als Funktion der Zeit oder als Funktion der Zeit und der Flächenbelastung zum Ausdruck
zu bringen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist im Sinne
der Erfindung derart ausgestaltet, daß alle im praktischen
Fall
möglichen Umstände Berücksichtigung finden konnen. Sie besteht aus einer finit ablesbarer
Ueschwindigkeit in Umdrehung versetzbaren Reibscheide, die auf ihrer Welle leicht
auswechselbar befestigt ist, und einem zur Aufnahme des Probestuckes eingerichteten
verschiebbaren Hebel, der mit meläbarer Belastung auf die Scheibe derart aufgesetzt
werden kann, daß das Probestück einen Bremsklotz bildet. Um den inneren Widerstand
der Vorrichtung möglichst klein und von der Größe der Belastung möglichst unabhängig
zu machen, ist der Hebel mit einer Körnerspitze in die Pfanne eines verschiebbaren
Schlittens eingesetzt, diie in der Achse der Reibscheibe liegt.
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Soll die Norrichtung auch die zahlenmäßige Bestimmung der für den
Reibungswiderstand ma15geüenden Faktoren ermöglicnen, so wird der den Bremsklotz
tragende Hebel in der Umfangsrichtung der Bremsscheibe beweglich gemacht und in
die Bewegungsbahn desselben ein Hebelwerk gebracht, welches die Abwägung der auf
den Bremsklotz wirkenden Reibungskraft gestattet. Zwecks Erzielung der Beweglichkeit
in der Umfangsrichtung wird der den Bremsklotz tragende Hebel mit einem Schlitz
ausgestattet, der sich an einem in der Drehachse der Reibscheibe liegenden Zapfen
führt. Diese besondere Art der Lagerung hat gleichfalls den Zweck, den Reibungswiderstand
der Vorrichtung möglichst klein zu halten.
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Die Verwendung einer Scheibe als das die Reibung erzeugende Organ
bietet den Vorteil, daß hinsichtlich der Schmierung und Kühlung die beim praktischen
Fall herrschenden Verhältnisse genauestens eingehalten werden können. Dieser Vorteil
ergibt sich insofern auch hi :sichtlich der Form, als es sich in der Praxis fast
durchweg um die Bestimmung von Zapfenreibungen handelt. Wenn auch ein Einfluß der
Form auf die Größe des Reibungswiderstandes bisher wissenschaftlich nicht festgestellt
worden ist, so erscheint es doch vorteilhaft, daß auch in dieser Beziehung die Umstände
des praktischen Falles eingehalten werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur
Prüfung der Reibungsgrößen schematisch dargestellt. Die Abb. i zeigt einen Schnitt
nach der Linie l-1 der Abb. 2, die Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der
Abb. i, die Abb. 3 eine Einzelheit in größerem Maßstabe; die Abb. 4. und 5 zeigen
Seitenansicht und Grundriß eines Probestückes vor und nach der Bearbeitung durch
die Vorrichtung.
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In dem Lagerbock i ist eine Welle 2 gelagert, die an einem Ende eine
Antriebsscheibe 3 und am anderen Ende eine Reib-Scheibe 4 trägt. Die Reibscheibe
ist an der Welle leicht auswechselbar befestigt und kann durch ein Getriebe bekannter
Art (das in der Zeichnung nicht dargestellt ist) in verschieden rasche Umdrehung
versetzt werden, die in bekannter Weise ablesbar gemacht ist. Die Vorrichtung ist
mit einem Satz von Reibscheiben aus verschiedenem Material und gegebenenfalls auch
verschiedener Art der Bearbeitung (z. B. abgedreht, geschliffen und poliert) für
alle möglichen praktischen Fälle ausgestattet. Das Gestell s der Vorrichtung trägt
noch einen Schlitten 6, der durch eine Schraubenspindel ? mit Handkurbel 8 verschoben
werden kann. Das Maß der - Verschiebung wird in bekannter Weise ablesbar gemacht.
Auf .dem Schlitten 6 ist ein Hebel 9 angeordnet, dessen Drehachse durch die gehärtete
Spitze einer Schraube io gebildet wird, deren zugehörige Pfanne in der Verlängerung
der Achse der Welle 2 liegt. Durch einen Anschlag 24. wird die Schwingbarkeit des
Hebels begrenzt, während eine Libelle 25 die genaue horizontale Ei :stellung des
Hebels ermöglicht. Der Hebel 9 ist noch um einen zur Welle 2 konachsial angeordneten
Zapfen i i des Schlittens 6 drehbar und zu diesem Zwecke mit einem Schlitz ausgestattet,
der sich an dem Zapfen führt. Das der Scheibe 4 zugekehrte Ende des Hebels g ist
zur Aufnahme des Probestückes 26 eingerichtet, «-elches auf dem Umfang der Scheibe
3 aufruht. Gemäß der dargestellten Ausführungsform finden Probestücke prismatischer
Form Verwendung, deren auf die Scheibe 3 aufsitzende Fläche eine zylindermantelförmige
Ausnehmung vom Radius der Scheibenumfläche aufweist und die ohne Verwendung einer
besonderen Haltevorrichtung in eine prismatische Ausnehmung des Hebelfortsatzes
9a eingesetzt sind. Eine Bohrung i2 im Hebelfortsatz macht es möglich, das Probestück
mit einem Thermoelement o. dgl. zur Temperaturmessung zu verbinden.
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Zur Belastung des Hebels 9 oder auch des Probestückes dient ein um
eine Schneide 13
drehbarer, mit einem Gewicht 14 ausgestatteter Hebel 15,
der mittels eines Fadens 16 an den Hebel 9 angehängt ist. Das Laufgewicht ist verschiebbar
und mit einem Kurbelgetriebe ausgestattet, wie es bei Zerreißmaschinen verwendet
wird. Die das Fadenende aufnehmende Bohrung 17 des Hebels 9 liegt gleichfalls in
der Achse der Welle 3; auf diese Weise sind alle Quellen für die Entstehung eines
Reibungswiderstandes an der Vorrichtung selbst in die Drehachse verlegt und daher
auf ein Mindestmaß beschränkt, damit jede noch so kleine Umfangskraft eine Verschwenkung
des Hebels 9 um den Zapfen i i zur Folge habe.
Neben dem Forts-atz
ga des Hebels 9 ist ein fester Anschlag 18 angeordnet, der in einer Schlitzführung
das Ende einer Schubstange ig aufnimmt. Die Stange ig ist mit einem Bund 2o ausgestattet
und an einen Winkelhebel angelenkt, dessen einer Arm Zia ein Gewicht 22 trägt, während
der andere Arm gib mit einem Laufgewicht 23 ausgestattet ist, dessen Verschiebung
in der bei "Zerreißmaschinen üblichen Weise erfolgt.
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Soll für eine bestimmte Flächenbelastung der Reibungswert bei nicht
drehender Scheibe bestimmt «-erden, so wird das Laufgewicht 23 der gewünschten Flächenbelastung
entsprechend eingestellt und hierauf die Scheibe 4 von Hand aus in der Richtung
des Pfeiles a so lange gedreht, bis das Ende der Schubstange aus dem Anschlag 18
nicht mehr vorragt und der Hebelfortsatz ga am Anschlag 18 unmittelbar anliegt.
Bei festgeli,altener Scheibe 4 wird nun das Laufgewicht 23 so lange verschoben,
bis das Ende der Schubstange den Hebelforts-atz wieder zurückbewegt. Der Reibungswert
in Kilogramm ist am Hebelaren 21b unmittelbar ablesbar: die weitere Verwertung dieser
Größe durch Division mit der Bremsklotzbelastung ergibt sich von selbst. Der Reibungswert
der Bewegung wird bei rotierender Scheibe 4 ermittelt. D:ie Einstellung des Laufgewichtes
23 ist dann richtig, `nenn der Anschlag 18 weder vom Bund noch vom Hebelfortsatz
ga berührt wird. Die Verschiebung des Laufgewichtes kann von Hand aus oder auch
selbsttätig erfolgen, beispielsweise durch ein Relais, das bei Berührung von ga
und 18 erregt wird. Beim Dauerversuch werden Ermittlungen einzelner Werte in den
meisten Fälle--i genügen.
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Verschiebt man beim Dauerversuch den Schlitten 6 nach rechts (Abb.
i), so wird das Probestück 26 nur mehr mit einem Teile seiner Fläche auf der Scheibe
4 aufliegen. Dadurch werden die spezifische Flächenbelastung, der Verschleiß und
die Temperatur steigen. Bei weiterer Verschiebung des Schlittens wird der Verschleiß
immer größer, und schließlich wird das Probestück teilweise zerstört «-erden. Die
Abb. 5 zeigt ein Probestück von der in Ahb.4 dargestellten Ursprungsform nach durchgeführtem
Versuch.
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Zur Schmierung läßt man entweder Öl in meßbarer Menge auf die Scheibe
.4 tropfen, oder man verwendet ein Ölbad, in welches die Scheibe taucht. Ebenso
bietet :die Anwendung von Schmierkissen keine Schwierigkeit, wie es denn überhaupt
ohne weiteres möglich ist, hinsichtlich der Schmierung dem praktischen Falle analoge
Verhältnisse zu schaffen.
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Um den Einfluß der Luft- oder Wasserkühlung beobachten zu können,
gelangen im Bedarfsfalle künstlich gekühlte Reibscheiben zur Verwendung.
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Ein besonderer Vorzug der Vorrichtung liegt darin, daß die Versuche
rasch und mit geringen Hilfsmitteln durchgeführt werden können und daß der Vorgang
gesetzmäßig erfolgt, woraus sich die Eichfäh.igkeit der Z"orrichtung ergibt. Auch
bietet das Verfahren die Möglichkeit, Etalonstücke herzustellen, an Hand welcher
die Prüfung von Muterialien hinsichtlich .ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Reibungseinflüsse
auf das genaueste durchgeführt werden kann.