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Verfahren zum Messen der Lagerreibung, insbesondere von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Lagerreibung, insbesondere von
Schienenfahrzeugen, mit einem durch die zu messenden Kräfte verformbaren Gelenkparallelogramm,
das an einer Kraftanzeigevorrichtung angreift. Ein bereits bekanntes ähnliches Verfahren
hat den Nachteil, daß das Meßergebnis um so mehr von dem theoretisch richtigen Wert
abweicht, je ungenauer die Belastung aufgebracht wird, je größer die Trägheit des
Gelenkparallelogramms ist und je beträchtlichere Spielräume in der Meßeinrichtung
und zwischen dieser und der Welle oder dem Achsschenkel bestehen. Außerdem wird
das Meßergebnis durch die Umkehrung der Drehrichtung der Welle beeinträchtigt.
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Durch das neue Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird es nun
ermöglicht, die Einflüsse fehlerhaften Aufbringens der Belastung sowie die Einwirkungen
der Trägheit und der Spielräume sowie der Umkehrung der Drehrichtung zu eliminieren.
Außerdem ergibt das Verfahren eine genaue Zentrierung der Belastung und eine genaue
Messung des Einflusses der Belastungsverschiebungen auf den Reibungskoeffizienten
sowie eine fortlaufende Registrierung des Reibungskoeffizienten auf einer Registriertrommel
und in bekannter Weise die seiner Beziehungen zu verschiedenen Faktoren, wie Drehgeschwindigkeit,
Belastung, Schmiermittelviskosität usw.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Durchführung der Messung in der Weise,
daß sowohl bei Rechts- als auch bei Linksdrehung der Welle oder des Achsschenkels
beliebig auf- oder abwärts gerichtete Kräfte des Gelenkparallelogramms über zwei
gleich lange Arme des unteren Parallelogrammbalkens auf die Anzeigevorrichtung übertragen
werden.
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Bei Durchführung des Verfahrens wird eine Welle 5, deren Lagerreibung
gemessen %verden soll, gemäß dem in Fig. i der -beiliegenden Zeichnung gezeigten
Schema mit einem Gelenkparallelogramm ABCD so belastet, daß die Endpunkte
A und
B des oberen Gelenkparallelogrammbalkens mit der Mitte der Welle
5 in einer Waagerechten
A O B liegen.
| Der Reibungskoeffizient ist c f - - F - p L |
| R-Rr' |
wenn F die Reibung, R' die Belastung der Achsschenkellagerschale, r den Radius des
Achsschenkelquerschnittes und P eine an einem Hebel L wirkende Kraft darstellen,
die der Reibung das Gleichgewicht hält.
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Die Messung wird in der Weise ausgeführt, daß vier Ablesungen, nämlich
zwei für die Rechtsdrehung und zwei .,für die Linksdrehung des Achsschenkels, stattfinden,
wobei man die Kraft mißt, die man bei C und D
anbringen muß, um
den oberen Balken
AB
des Parallelogramms in waagerechter Stellung zu halten,
worauf das arithmetische Mittel -f- 1l und -11T' von beiden Messungen, die jeder
Drehrichtung entsprechen, und dann von beiden Mitteln die halbe Differenz
| 31- 1Z' ermittelt wird. Beim Drehen in
der |
| 2 |
Pfeilrichtung f ist das Mittel +11l. Beim Drehen entgegengesetzt der Pfeilrichtung
f ist das Mittel -M'.
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Die Messung erfolgt "mit Hilfe einer Waage, auf deren Waagschale die
Kräfte über gleich lange Arme an den Parallelogrammeckpunkten C und D übertragen
werden.
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Beim Messen greift die Last R in Richtung der Linie 0'0" am Gelenkparallelogramm
ABCD an, dessen Symmetrielinie ZZ' -zum Mittelpunkt 0 der Welle in der Pfeilrichtung
f verschoben ist. Das Maß der Verschiebung des Parallelogramms zum Achsschenkel
5 ist e. Der Abstand 0"0' der Kraft R von der Symmetrielinie ZZ' ist ei. Die Verschiebung
erfolgt stets im Verhältnis
Der Balken AB ist waagerecht und das Parallelogramm im Gleichgewicht, wenn im Punkte
D eine abwärts gerichtete .Kraft
| 1 |
| RD - R #L+ .# oder im Punkte C eine auf- |
| wärts gerichtete Kraft Rc - R (e + elf
wirkt. |
| (L + -l |
Wird nun der Achsschenkel in der Pfeilrichtung gedreht, so entsteht eine Reibung
F, die sich durch eine Verformung des Parallelogramms bemerkbar macht, die man durch
eine Gegenkraft FD im Punkte
D oder durch eine Gegenkraft FC im Punkte C
ausgleichen
| kann. Es ist FD = L re und Fc --_.
+re |
Wenn -der Achsschenkel 5 in der Pfeilrichtung f gedreht wird, beträgt das arithmetische
Mittel beim Drehen in der Pfeilrichtung
und beim Drehen entgegengesetzt der Pfeilrichtung
Folglich ist
Da e immer sehr klein ist' und etwa nur o, r mm beträgt, während L 220 mm beträgt,
so kann
| z |
| der Ausdruck vernachlässigt werden. Man |
| erhält dann AZ 2 IT = Lr - P. Der Rei- |
| bungskoeffizient wird dann, cf - F - p L |
| -1Z` Rr' |
Durch eine geeignete Verschiebung des Balkens AB (Fig. i) kann man das Moment R
(e1 -j-
e) = Ra ändern und bewirken, daß dieses Moment dem Reibungsmoment
bei einer bestimmten Drehrichtung das Gleichgewicht hält. Dieses Gleichgewicht wird
erreicht, wenn
AB bei der Drehung waagerecht bleibt. Der Gleichgewichtszustand
wird durch eine Anzeigevorrichtung angezeigt. Kehrt man die Drehrichtung um, so
wird eine neue Verschiebung notwendig, um den Balken
AB wieder waagerecht
zu stellen. Die Gesamtverschiebung des Balkens
AB ist dann 2e. Da diese Verschiebung
das Doppelte der Länge des Hebelarmes der Kraft R darstellt, so erhält man Ra
= Fr und
| F = E . Der Reibungskoeffizient wird |
| c f - R - , worin s _-_ (e +,e1) ist. Durch |
Zurückschieben des Balkens
AB um die Strecke a
- (e + e1) wird der
Hebelarm der Kraft R eliminiert, wodurch ein Störungsmoment, das von einer fehlerhaften
Anbringung der Last herrühren würde, beseitigt wird.
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Zur Ausführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung benutzt, die in
den Fig. 2 bis 9 beispielsweise dargestellt ist.
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Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung und des Achsschenkellagers,
Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung, Fig. d. einen Teil einer Ansicht von
der Seite, die der in Fig. 2 gezeigten Seite gegenüberliegt.
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Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht und Fig. 6 einen Querschnitt eines
Schneidenlagers der Vorrichtung, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII der Fig.
5 in größerem Maßstabe, Fig. 8 einen Längsschnitt und Fig.9 eine Draufsicht einer
Anordnung von Schneiden von veränderlicher Länge. Die Vorrichtung wird auf eine
Radachse i (Fig. 2 und 3) aufgesetzt, deren dem Achsschenkel 5 entgegengesetztes
Ende durch eine nicht dargestellte Kupplung mit einem Motor verbunden wird, der
die Achse mit regelbarer Geschwindigkeit rechts oder links dreht. Um
möglichst
die wirklichen Verhältnisse der Beanspruchung der Fahrzeuge herzustellen, ist die
Achse i in zwei auf einer starren Grundplatte 2 ruhenden Lagern 3 und 4 gelagert.
Das eine Lager 3. stützt die Welle in der Nähe der Aufkeilstelle des Rades, während
das andere Lager 4 so nahe als möglich an die Kupplung herangerückt ist. Der Achsschenkel
s ragt aus dem Lager heraus und ermöglicht die Anwendung einer vollständigen Achsbuchse
6 mit Lagerschale 7, wie Fig.3 zeigt. Nachdem das Lager belastet ist, wird die Achse
i in der Pfeilrichtung so gedreht, wie es dem Betriebe entspricht.
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Auf der Achsbuchse 6 ist ein aus zwei Balken 8 und 9 und ihren Verbindungsstangen
io und ii gebildetes Gelenkparallelogramm gelagert. Die Verbindungsstangen io und
ii sind auf Messerschneiden derart gelagert, daß sich das Parallelogramm verformen
kann. Der untere Balken g trägt in seinem Mittelteil eine Last R auf einer Schneide
1.2, die am Ende eines Waagebalkens 13 angeordnet ist. Eine beliebige Anzeigevorrichtung,
die die Größe der Belastung anzeigen kann, 'ist vorgesehen.
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Das Parallelogramm läßt sich widerstandslos derart verformen, daß
es sich den verschiedenen Bewegungen der Achsbuchse- und der Schneide 12 anpassen
kann. Von der Schneiden- und Gelenkbeweglichkeit des Parallelogramms hängt die Empfindlichkeit
der Maschine und die Genauigkeit der Messungen ab. 'Die Schneiden 15 (Fig. 5 und
6) sind mit einer ebenen Sitzfläche 16 für die Zugstangen ii versehen. Die Zugstangen
ii sind mit einer gewölbten Stützfläche 18 auf den ebenen Sitzflächen 16 gelagert
und werden auf diesen zwischen gewölbten Ansätzen 17 (Fig. 7) der Schneide so geführt,
daß sich die Schneide zur Zugstange i i frei einstellen kann. Die Schneiden 15 (Fig.
5 und 6) können sich auf ihren Pfannen 14 nach allen Richtungen frei bewegen.
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Beispielsweise wird durch einen hydraulischen Kolben R1 (Fig. 2) eine
Kraft auf die Scheibe 12 ausgeübt, die die Last von dem Waagebalken 13 aufnimmt.
Von der Schneide 12 wird die Kraft durch das Parallelogramm über den oberen Balken
8 auf die Lagerschale 7 übertragen.
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Um das eine der oben angegebenen Messungsmittel anzuwenden, ist es
erforderlich, eine Verschiebung mittels des oberen Balkens zum Achsschenkel s und
folglich auch zur Achsbuchse 6, die mit der Lagerschale verbunden ist, vorzunehmen.
Zur Befestigung der Lagerschale 7 in der Achsbuchse dienen Kopfschrauben i9. Auf
der Buchse wird eine Stahlplatte 2o mittels Schrauben 21 festgeklemmt, die die Muttergewinde
zweier an den beiden Enden der Platte gelagerter Regulierschrauben 22 trägt, welche
mit ihren inneren Enden 23 gegen den Balken 8 stoßen. Diese Schrauben 22 können
mittels ihrer Handräder 24 gedreht werden. Eine Anzeigevorrichtung 25 ermöglicht,
die relative Verschiebung des Balkens zur Buchse mit einer Genauigkeit von über
1%10o turn zu messen.
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Mit Hilfe eines aus Hebeln und Zugstangen zusammengesetzten Gestänges
können die zu messenden Kräfte auf der Schale 45 einer nicht dargestellten automatischen
Waage bestimmt werden. Die Messungen werden bei immer gleichbleibenden Stellungen
des Balkens 8 und des die Waagschale 45 belastenden Hebels ausgeführt. Zur Kontrolle
der Stellungen dieser Teile sind diese mit einer Libelle versehen. Die Höhe des
Balkens 8 wird durch eine Libelle N (Fig. 3), die Höhe des Hebels 43 durch eine
Libelle N' (Fig.2) angezeigt.
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Nach dem vorher beschriebenen Verfahren muß man nacheinander nach
oben oder nach unten gerichtete Kräfte einerseits am unteren Ende der Zugstange
io, andererseits am unteren Ende der Zugstange i i messen. Diese Kräfte werden auf
die Waage mittels Stangen 26 von regelbarer Länge übertragen, die die in Fig. 8
und 9 dargestellte Gestalt aufweisen. Das eine Ende der Stangen 26 ist mit einem
zylindrischen Loch 26a versehen, durch das .ein Stift 27 der Zugstangen io bzw.
i i hindurchgeführt ist. In Fig. 3 ist die eine Stange 26 am unteren Ende der Zugstange
i i in der Gebrauchslage dargestellt. An ihrem anderen Ende weisen die Stangen 26
eine Schneide 28 auf. Die Schneidenkanten greifen in Pfannen 29, 30, 31 bzw. 32
ein. Fig. 4 zeigt beispielsweise den Eingriff der Schneide 28 in die Pfanne 31.
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Die Pfannen 29 und 3o nehmen die am Ende der Zugstange io auftretenden
Kräfte auf, die nach unten und nach oben gerichtet sind. Ähnlich entsprechen die
Pfannen 31 und 32 den Messungen am Ende der Zugstange ii. Die mit den Schneiden
28 versehenen Stangen 26 bestehen aus zwei durch eine Schraubenhülse 33 verbundenen
Teilen, so daß man durch Drehen der Schraubenhülse die Länge der Stange 26 verändern
kann. Anstatt der Schraubenhülse kann auch eine andere Längenregulierungsvorrichtung
angewendet werden.
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Die Waagschale ist durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in der
Höhe verstellbar. Um den oberen Waagebalken 8 waagerecht einzustellen, verstellt
man die Waagschale so, daß die Luftblase der Libelle N' des die Waagschale belastenden
Hebels 43 in der Mitte steht.
Die oberen Schneidenpfannen 29 und
3i stellen einen Teil der parallelen und mit einer Welle 36 verbundenen Hebel 34
und 35 dar, aus denen sie herausgearbeitet sind. Die Hebel 34 und 35, die
dazu dienen, die Kräfte von dem Gelenkparallelogramm auf die Anzeigevorrichtung
zu übertragen, liegen außerhalb der Verformungsebene des Gelenkparallelogramms.
Ebenso sind die unteren Schneidenpfannen 30 und 32 aus den parallelen Hebeln
37 und 38 herausgearbeitet, die auf einer Welle 39 befestigt sind. Die Hebel 34
und 37 sind derart verlängert, daß sie mit ihren Enden .4o und 41 eine Zugstange
42 belasten, die die Kräfte auf die Waage überträgt, während die von den Übertragungsschneiden
durch die Hebel 35 und 38 empfangenen Kräfte durch die Wellen 36 und 39 und dieselben
Hebel 34 und 37 übertragen werden. Eine Tarierwaagschale 44 der. Waage ist in bekannter
Weise zur Aufnahme eines Tariergegengewichts vorgesehen, und die Messung wird durch
eine schematisch dargestellte Vorrichtung 45 mit großer Genauigkeit erhalten.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Wenn die Vorrichtung
so gut als möglich einreguliert ist, stellt man die Stangen 26 der Übertragungsschneiden
28 auf die gewünschte Länge ein, um mit jeder von ihnen, die genau in der ihr entsprechenden
Pfanne sitzt, gleichzeitig die waagerechte Stellung des Ballrens 8 und des Hebels
43 zu erhalten. Dann erzeugt man mittels des Kolbens R1 die Belastung, die für die
Messungen maßgebend sein soll. Die Achse r wird mit der gewünschten Geschwindigkeit
in der gewünschten Richtung, z. B. in der Pfeilrichtung f (Fig. z), gedreht, und
man stellt die der Drehrichtung entsprechende Schneide 26-C in die Arbeitsstellung.
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Mittels der vorher erwähnten besonderen Vorrichtung stellt man die
Waagschale 45 in die gewünschte Höhe ein, um den Hebel 43, der mit der Libelle N'
versehen ist, waagerecht zu stellen, und ermittelt nun durch eine einfache Ablesung
die durch die Waage gelieferte Messung. Darauf nimmt man die benutzte Übertragungsschneide
26-C fort und setzt an ihre Stelle diejenige der Schneiden 26-D ein, die derselben
Drehrichtung f entspricht. Man reguliert, bis der Hebel 43 waagerecht steht, ermittelt
die neue Messung und nimmt das Mittel NI der beiden vorgenommenen Messungen.
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Hierauf hält man die Achse an und läßt sie dann in entgegengesetzter
Richtung, also in der Riehtung des Pfeiles f1 (Fig.3), laufen. In gleicher Weise
wie vorher nimmt man mit den beiden Übertragungsschneiden 26-C, 26-D entsprechend
dieser umgekehrten Drehung zwei neue Ablesungen vor, von denen man das Mittel 1b1'
bestimmt.
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Von diesen vier Ablesungen leitet man die Größen 11i1 und 117' nach
dem vorher dargelegten Verfahren ab, die den Reibungskoeffizienten ergeben. Man
kann dann den oberen Balken 8 zur Achsbuchse 6 mittels der Schrauben 22 derart verschieben,
daß IIT =l'
erhalten wird, und regelt so die richtige Anbringung der Lagt.
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Diese Regelung kann durch das zweite dargelegte Mittel wie folgt kontrolliert
werden. Wenn die Vorrichtung eingestellt ist, erzeugt man mittels des Kolbens R1
die Last, unter welcher die Messungen ausgeführt werden sollen. Man läßt die Radachse
mit der gewünschten Geschwindigkeit, z. B. in der Richtung des Pfeiles f, laufen.
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Man verschiebt den oberen Balken 8 mittels der Schrauben 22 derart,
daß der Balken 8 `nährend der Drehung waagerecht bleibt, und merkt sich die von
dem Anzeigeorgan 25 angezeigte Größe I.
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Dann hält man die Radachse an, um sie dann in entgegengesetzter Richtung
laufen zu lassen. Wenn die Regelung richtig ausgeführt worden ist, muß man.darauf
achten, daß. der obere Balken 8 waagerecht bleibt. Ist dies nicht der Fall, so schiebt
man den oberen Balken 8 mittels der Schrauben 22 so, bis er während der Drehung
waagerecht bleibt. Man liest die neue Anzeige des Anzeigeorgans I + 2 s ab und bewegt
den oberen Balken 8 in umgekehrter Richtung mittels der Schrauben 22 zurück, bis
das Anzeigeorgan I + E anzeigt. Diese Stellung entspricht der richtigen Anbringung
der Last.
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Ist diese Regelung ausgeführt, so wird eine Messung des Reibungskoeffizienten
mit folgenden Maßnahmen durchgeführt: Wenn die Vorrichtung arbeitsbereit ist und
die Länge der einen' der übertragungsschneiden 26 eingestellt ist, erzeugt man mittels
des Kolbens R1 die gewünschte Belastung und läßt die Radachse mit der gewünschten
Geschwindigkeit in irgendeiner Richtung umlaufen. Dann bringt man die Übertragungsschneide
26 mittels der vorher erwähnten Vorrichtung in die Arbeitsstellung, führt die Ausgleichswaageschale
in die gewünschte Höhe, um den Hebel 43 waagerecht zu stellen, und nimmt die Messung
vor.
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Ist diese Messung vollendet, so kann man die Änderungen des Reibungskoeffizienten
bei den Änderungen eines der mitwirkenden Faktoren, z. B. der Geschwindigkeit, verfolgen.
Man kann sogar mit Hilfe einer Registriertrommel beispielsweise die Änderungen des
Reibungskoeffizienten, mit den Änderungen eines der Faktoren registrieren.
Iin
Rahmen der Erfindung können Änderungen der Vorrichtung vorgenommen werden. Die Vorrichtung
kann auch insbesondere in an sich bekannter Weise mit einem Registrierwattmeter
zum Messen der von dem Antriebsmotor der Welle verbrauchten Arbeit und einem Geschwindigkeitsmesser
sowie mit Thermometern, die zur Ermittlung der Temperaturen der Lagerschalen, des
Öles, der Lager, der Stützen usw, dienen, versehen werden.