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Schmierölprüfgerät Es ist bisher eine große Anzahl von Ge räten zur
Prüfung von Schmierölen entwickelt worden. So stellte man z. B. die Ölmenge fest,
die einem Gerät zugeführt werden muß, um ein Minimum von Energieverbrauch zu erhalten,
oder bestimmte das Drehmoment während der Prüfung und zog hieraus seine Schlüsse.
Ein anderer Vorschlag zielte darauf ab, die Reibungskraft, die zwischen Maschinenteilen
auftritt, zwischen denen sich ein Olfilm befindet, zu messen; ein weiterer bestimmte
den Druckverlauf in Dampfzylindern, deren hin und her gehende Kolben unter Dampfdruck
stehen. Der Nachteil dieser bekannten Geräte liegt darin, daß, abgesehen davon,
daß die mit den verschiedenen Ge räten ermittelten Werte untereinander nicht annähernd
übereinstimmen, auch die übereinstimmung mit den Erfahrungen der Praxis sehr mangelhaft
ist.
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Das liegt daran, daß die Prüfbedingungen, deren die Öle während der
Prüfung in den bisher bekannten Geräten unterworfen wer den, sehr verschieden sind
und dieselben in keinem bekannten Fall den Betriebsbedingungen entsprechen. Von
ausschlaggebendem Einfluß auf die Ergebnisse von Schmierölversuchen sind nämtich
I. die Werkstoffe, die
Werkstoffpaarungen und die Werkstoffoberflächen,
2. die Drücke, die Temperaturen und Geschwindigkeiten an den geschmierten Gleitflächen
und 3. die durch die Abmessungen der Bauteile bedingte geometrische Form des Schmierfilms
sowie Menge und Art der Schmierstoffzuführung.
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Demzufolge ist nun aus diesem Tatbestand der Schluß zu ziehen, daß
jedes Prüfgerät nur für den in ihm auftretenden Schmierzustand eine Prüfung zuläßt
und daß bei Prüfgeräten mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen verständlicherweise
sehr widersprechende Ergebnisse herauskommen müssen.
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Dies gilt besonders für die Prüfung von Motorschmierölen, die allen
Anforderungen an dem schwächsten Punkt eines Verbrennungsmotors hinsichtlich der
Schmierprobleme genügen müssen. Es handelt sich hier um die Schmierung, d. h. Reibungs-
und Nerschleißverhinderung beim im Zylinder hin und her gehenden Kolben nebst Kolbenringen.
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Die bisher bekannten Prüfgeräte berücksichtigen die erwähnten drei
Einflußarten auf die Ergebnisse von Schmierölversuchen entweder überhaupt nicht
oder nur in einzelnen Punkten. Außerdem werden bei keinem Prüfgerät alle für die
Praxis wichtigen Größen gemessen, nämlich Reibung und Verschleiß und die durch diese
Größen bedingte Temperaturerhöhung.
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Dieser Erkenntnis trägt die Erfindung dadurch Rechnung, daß das zu
untersuchende Schmieröls in der neuen Prüfmaschine unter Bedingungen schmieren muß,
die den Betriebsbedingungen hinsichtlich des Schmierproblems am schwächsten Punkt
eines Verbrennungsmotors weitgehend entsprechen. Es handelt sich dabei um die Schmierung
des sich im Zylinder bewegenden Kolbens mit seinen Kolbenringen. Der Gegenstand
der Erfindung, ermöglicht es, die Schmierfähigkeit von Ölen zu prüfen, d. h. Unterschiede
im Reibungswert und im Oberflächenverschleiß zu ermitteln, die nicht auf Rechnung
der Zähflüssigkeit zu setzen sind. Außerdem soll er es ermöglichen, Zylinder- und
Kolbenringwerkstoffe zu prüfen, wie auch Kolbenringformen und -anordnungen zu untersuchen.
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Dieser technische Fortschritt wird erfindungsgemäß erreicht durch
die Anordnung eines in bekannter Weise von einem Motor um seine Längsachse angetriebenen
Kolbens, dessen Kolbennuge gegen Drehung gesichert sind und der keinerlei Längsbewegungen
ausführt, und eines Zylindes, der, wie bekannt, über einen Kurbeltrieb od. dgl.
in seiner Längsrichtung bewegt wird. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel.
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Die Prüfmaschine besteht aus den normalen Bauelementen eines Verbrennungsmotors,
also aus einem Zylinder 1, dem Kolben 2 und Kolbenringen 3, die so zusammengebaut
sind, daß der Kolben mit seinen Kolbenringen in dem Zylinder eine hin und her gehende
Bewegung ausführen kann, wobei die aufeinandergleitenden Flächen geschmiert werden.
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Wesentlich ist für die Erfindung, daß zur Erreichung von Gleitgeschwindigkeiten,
wie sie im laufenden Motor auftreten, die Kolbenringe gegen Verdrehung in ihren
Nuten 4 gesichert sind und der Kolben sich während des Prüflaufs um seine Längsachse
dreht und dadurch die Kolbenringe mitnimmt.
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Der Kolben 2 mit den eingebauten Kolbenringen 3 ist auf der Welle
eines Elektromotors 5 befestigt. Die Kolbenringe sowie die Zylinderlauffläche werden
mit dem zu prüfenden Öl eingeschmiert und zusammengebaut.
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An dem Ende des Zylinders, das der Kolbenbefestigungsseite abgewandt
ist. ist der Zylinder verschlossen und mit einem Hahn 6 versehen, durch den eine
abgemessene Menge des Schmieröles eingefüllt wird. Außerdem ist an diesem Zylinderende
ein Kurbeltrieb 7 angelenkt, der über ein Untersetzungsgetriebe 8 durch einen Elektromotor
9 angetriebes wird und der den in Führungen to gleitenden Zylinder während des Prüflaufs
hin und her bewegt. Ein völliges oder teilweises Verschließen des Ölzuführungshahnes
ergibt bei der komprimierenden Bewegung des Zylinders innerhalb desselben einen
Überdruck, der sich ähnlich wie der Druck im Verbrennungsraum beim laufenden Motor
auf die Anpressung der Ringe an die Zylinderwandfläche auswirkt. Die durch die Kompression
auftretende Wärmemenge sowie die entstehende Reibungwärme reichen gewöhnlich aus,
um an den gleitenden Flächen und im Schmieröl Temperaturen zu erreichen. die der
Praxis entspliechen. Anderenfalls wird der Zylinder von außen aufgeheizt. Es ist
naturgemäß auch möglich, wenn auch nicht zweckmäßig, den Kolben zu bewegen und den
Zylinder in Drehung zu versetzen.
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Gemessen werden vor und während des Prüft aufs die Temperaturen verschiedener
Reibungsstellen mittels Thermoelementenmessung 11, wobei die Thermoelemente in unmittelbarer
Nähe der Zylinderlauffläche eingebaut werden. Der während des Prüflaufs gemessene
Temperaturanstieg ist abzüglich der durch innere Reibung des Öles entstandenen Temperaturerhöhung
ein Maß für die Reibungswärme, die wiederum einen Rückschluß auf die Größe der Grenzreibung
zuläßt.
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Die Reibungsarbeit und damit die Reibungskraft wird ermittelt durch
Messung der von dem Kolbenantriebsmotor während des Prüflaufs aufgenommenen Strommenge.
Die Größe des auftretenden Verschleißes ergibt
sich aus den Messungen
der Abmaße und Gewichte von Zylinder, Kolben und Kolbenringen vor und nach dem Versuch.
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Aus der ermittelten Reibungswärme, der Reibungskraft und dem stattgefunden,en
Verschleiß ergibt sich eine Bewertung des untersuchten Schmieröles hinsichtlich
seiner Schmierfähigkmeit und seiner verschleißhindernden Eigenschaften, die mit
den Erfahrungen der Praxis gut übereinstimmen.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß man das Schmierölprüfgerät aus
Originalbauteilen eines Verbrennungsmotors zusammensetzen kann. Nachstehende Vergleiche
schließen diese Betrachtungen ab.
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Beim Motor sind die Drücke an den Kolbenringlaufflächen gegeben durch
die Eigenspannung zusätzlich eines Druckes, hervorgerufen durch den Verbrenungsraumdruck.
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Die erfindungsgemäße 5 chmierölprüfeinrichtung läßt die Ringspannung
und den Druck der in einem mehr oder weniger verschlossenen Raum verdichteten Luft
entsprechend zur Auswirkung kommen. Dieser Raum entspricht dem Verbrennungsraum
mit seinen offenen oder geschlossenen Ventilen.
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Die Temperaturen liegen beim laufenden Verbrennungsmotor infolge
Reibungs- und Verbrennungswärme sehr hoch (bis zu 300°C).
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Bei dem neuen Prüfgerät wird eine Prüfung bei derartig hohen Temperaturen
ermöglicht.
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Die mittleren Kolbengeschwindigkeiten liegen z. B. bei neuzeitlichen
Flugmotoren bei etwa 12 m/se.c. Für einen Punkt eines Kolbenringes kommt infolge
des Kolbenringwanderus noch eine kleine zusätzliche Geschwindigkeit hinzu. Das neue
Schmierölprüfgerät erreicht durch die Rotation des Kolbens mit den gegen Verdrehung
gesicherten Kolbenringen für einen Punkt der Kolbenringlauffläche Gleitgeschwindigkeiten,
die denen der Praxis entsprechen Jeder Punkt der Kolbenringlauffläche legt im Zylinder
einen spiralförmigen Weg zurück. Im neuen Schmierölprüfgerät wird durch die Verbindung
einer Drehbewegung mit einer hin und her gehenden Bewegung ebenfalls eine spiralförmige
Gleitbewegung erzwungen im Gegensatz zu den Gleitbewegungen aller bekannten Prüfgeräte.
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Die geometrischen Abmessungen der Schmierstelle und des sich ausbildenden
Schmierfilms sind durch die Verwendung von Originalbauteilen gegeben und entsprechen
genau den motorischen Verhältnissen.
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Beim Motor nimmt der Kolben mit seinen Ringen von der mit Öl bedeckten
Zylinderwand einen gewissen Ölanteil mit und schmiert mit diesem die Kolbenringpartie.
Im neuen Prüfgerät geht dieser Vorgang ganz entsprechend vor sich mit allen Einflüssen,
die durch Einbau spiele und Abmessungen der Bauteile gegeben sind.
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Die beschriebenen Merkmale der neuen Schmierölprüfeinrichtung ermöglichen
es, daß mit ihr bei der Prüfung von Motorölen Ergebnisse erzielt wurden, die denen
der Praxis entsprechen.