WO2024041950A1 - Tribometer mit zwei zusammenwirkenden antriebseinrichtungen zum ermitteln tribologischer information eines tribopaars - Google Patents

Tribometer mit zwei zusammenwirkenden antriebseinrichtungen zum ermitteln tribologischer information eines tribopaars Download PDF

Info

Publication number
WO2024041950A1
WO2024041950A1 PCT/EP2023/072563 EP2023072563W WO2024041950A1 WO 2024041950 A1 WO2024041950 A1 WO 2024041950A1 EP 2023072563 W EP2023072563 W EP 2023072563W WO 2024041950 A1 WO2024041950 A1 WO 2024041950A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive device
tribometer
deflection
tribological
information
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/072563
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Läuger
Siegfried Huck
Original Assignee
Anton Paar Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anton Paar Gmbh filed Critical Anton Paar Gmbh
Publication of WO2024041950A1 publication Critical patent/WO2024041950A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • G01N11/142—Sample held between two members substantially perpendicular to axis of rotation, e.g. parallel plate viscometer

Definitions

  • Tribometer with two interacting drive devices for determining tribological information of a tribo pair
  • the invention relates to a tribometer, an arrangement, a method for determining tribological information and a use.
  • Tribology generally deals with the relative movement of surfaces of test specimens under the influence of force on one another. Friction, wear and lubrication are examined with the aim of characterizing and, if necessary, optimizing the movement systems. The measurement of the friction coefficients is carried out in particular over longer periods of time on sliding pairs made of different materials with or without lubrication, whereby the parameters normal force or pressure, sliding speed, humidity and temperature can be varied during the measurement. Tribometers are devices for measuring tribological quantities. For tribological measurements, the frictional contact between the surfaces to be examined is crucial. The contact (lubricated or unlubricated, i.e. with or without an intermediate layer of material) between two test specimens made of the material to be measured or the different materials to be measured can be measured.
  • a test object e.g. a block
  • a mechanical spring This allows the test specimen to be pulled elongated, with the spring pulling the test specimen back towards its starting position.
  • the force exerted by the spring on the test specimen increases with increasing deflection because the spring expands with an increase in its restoring force. If the restoring force is greater than static friction, the test specimen slides back.
  • the measurement variable that can be measured is the movement of the mass of the test specimen, its movement and speed or its acceleration.
  • a tribometric examination can be carried out at joints where plastic, leather, rubber and glass parts come into contact with each other.
  • the basic structure of a tribotechnical system can include the system elements base body, counterbody, an optional intermediate substance (e.g. lubricant) and an ambient medium.
  • the concept of tribological stress can represent a stress on the surface of a body caused by contact and relative movement of a solid, liquid or gaseous counterbody. This can be done with a mechanical reset by a mechanical spring or a mechanical torsion wire.
  • Tribological test stands can evaluate a linear movement using a mechanical spring and a displacement sensor or acceleration sensor. It is also possible to perform a rotational movement with a mechanical torsion wire and an optical measurement of the twist of the wire.
  • the said mechanical spring or the said torsion wire do not allow the spring force to be adjusted.
  • Mechanical springs or torsion wires can change their characteristics over time and are sensitive to mechanical loads and the installation situation, especially with small forces or torques.
  • stick-slip effect leads to a behavior known as stick-slip and can occur when the static friction is significantly greater than the sliding friction.
  • the effect is usually undesirable in technical applications as it can lead to noise, vibrations, as well as increased wear and material fatigue.
  • minimizing stick-slip effects can also reduce energy consumption and extend the service life of components.
  • Existing stick-slip test stands are relatively complex, often only suitable for this application and relatively inflexible. There are no suitable measuring methods for the stick-slip effect, especially in the area of small components. Conventional attempts to analyze the stick-slip effect have not been very successful because there is often an undesirable interaction between a motor controller and the stick-slip phenomenon and the two effects cannot be sufficiently separated from one another.
  • DE 10 2014 112 807 discloses a method and a device for determining tribological measured values of test specimens with a rheometer, wherein the measuring parts of the rheometer are replaced by test specimens and the surfaces of the test specimens are moved in frictional contact relative to one another.
  • all parts of the rheometer that hold the test specimens in frictional and frictional contact or that form the rheometer force circuit, including the spring unit that presses the test specimens against one another, are viewed as an oscillating circuit and that the oscillation properties of the spring unit are relevant to the oscillation properties of this oscillating circuit are considered, and that the vibration properties of the spring unit are adjusted taking into account the resonance vibrations or resonance effects expected during the respective measurement and caused by changing, different measuring conditions.
  • a tribometer for determining tribological information between a tribo pair consisting of a first body and a second body coupled to the first body (whereby an intermediate medium can optionally be provided between the first body and the second body) is created, wherein the tribometer has a first drive device for driving the first body and the second body coupled thereto for carrying out a deflection, a second drive device for applying a force to the second body that is opposite to the deflection, a control device which is designed to control the second drive device in such a way that the force generated by the second drive device acts on the second Body is increased with increasing deflection of the first body and the second body generated by the first drive device until the second body separates from the first body, and a determination device for determining the tribological information based on a behavior of the tribo pair during said control having.
  • an arrangement which has a tribometer with the features described above and the tribo pair consisting of the first body coupled to the first drive device and the second body coupled to the second drive device.
  • a method for determining tribological information between a tribo pair consisting of a first body and a second body coupled to the first body involves driving the first body and the second body coupled thereto to perform a Deflection by means of a first drive device, applying a force to the second body that is opposite to the deflection by means of a second drive device, controlling the second drive device in such a way that the force generated by the second drive device on the second body increases with increasing force generated by the first drive device Deflection of the first body and the second body is increased until the second body separates from the first body, and determining the tribological information based on a behavior of the tribo pair during said control.
  • a dual motor rheometer is used to determine tribological information between a tribo pair consisting of a first body and a second body coupled to the first body by replicating a reactive (linear or non-linear) spring behavior by a motor of the dual motor rheometer.
  • a “tribometer” can be understood in particular as an apparatus that is designed to carry out tribological measurements to characterize a frictional contact between surfaces of a first body and a second body that are directly or indirectly coupled to one another.
  • at least another body may be involved.
  • a “tribopair” can be understood in particular to mean an arrangement with a first body and a second body, between which a direct or indirect friction connection to be examined tribologically is formed.
  • a mediation medium can optionally be used between the first body and the second body be arranged, for example a lubricant.
  • At least one additional body can also be provided, which tribologically complements the tribo pair.
  • a “drive device” can be understood to mean in particular a controllable or regulatable device for providing a drive energy (in particular a drive torque or a linear drive force) for driving the first or second body.
  • a drive device can preferably be an electric drive device (for example an electric motor).
  • hydraulic drive devices, pneumatic drive devices and/or internal combustion engines are also possible.
  • a drive device has a controllable drive characteristic.
  • a “deflection of a body” can be understood to mean, in particular, a change in a position, an angular position and/or another orientation of the body as a result of the provision of drive energy to the body.
  • “acting on the second body with a force acting in the opposite direction to a deflection of the first body” can be understood in particular to mean that the opposing force acting on the second body is such that it allows the continuation of the deflection of the first body together with the inhibits the second body coupled thereto (in particular frictionally).
  • the drive of the first body (and the second body following the first body) as well as the opposing force on the second body can denote torques and/or linear forces that are inverse or anti-parallel to one another.
  • the second body can be subjected to a drive energy which has the tendency to rotate the second body in the opposite direction to the first body which is supplied with a different drive energy. It is also possible to apply a drive energy to the second body which The tendency is to move the second body linearly in the opposite direction as the first body, which is subjected to a different drive energy.
  • a “control device” can be understood in particular as an entity for fully or partially automated control of the second drive device and optionally also the first drive device.
  • a control device can be software-controlled.
  • such a control device can be used as a processor, part a processor or a plurality of processors.
  • the force generated by the second drive device on the second body increases as the deflection of the first body and the second body increases second body is enlarged until the body separates from the first body
  • the opposite force on the second body gradually increases in amount.
  • This increase can in particular be linear or non-linear (for example square).
  • the force can be brought about in particular by providing a torque and/or a linear force. If the continued and opposing force on the two bodies continues to increase, at some point the frictional connection between the two bodies will break or loosen, so that separate the two bodies from each other.
  • determining the tribological information based on a behavior of the tribo pair during the said control can be understood in particular to mean that the said driving of the bodies and the said detachment event can be detected and in relation to the force effects on the first Body and the second body can be placed until detachment. This allows information about the friction force characteristics between the first body and the second body to be obtained.
  • a “double motor rheometer” can be understood in particular to mean a rheometer with two motor drive devices. Such a rheometer is originally specifically designed to carry out rheological measurements.
  • a rheometer is understood to be a measuring device that applies a shear deformation and thus for determining the deformation and flow behavior of matter.
  • such a double motor rheometer is reconfigured, in particular in terms of control technology (more particularly in terms of software technology), in order to be specifically set up to carry out tribological measurements between a first body and a second body.
  • a tribometer is created for determining tribological information between a first body subjected to force by means of a controllable first drive device and a second body subjected to inverse force by means of a controllable second drive device.
  • the opposing application of force to the second body is gradually increased with continued deflection of the first body together with the second body following it as a result of said application of force.
  • This can be controlled in such a way that the second body initially follows the deflection of the first body due to a frictional connection with the first body, as long as the inverse application of force to the second body does not overcome the adhesive force between the first body and the second body.
  • the second drive device preferably allows a restoring force to be adjusted.
  • a preferably electrical drive device also has the advantage that, in contrast to mechanical springs or mechanical torsion wires, it does not change its characteristics over time and can be implemented in a error-proof manner even with small forces or torques.
  • a double motor rheometer which can already have a first drive device and a second drive device, can, however, be used for rheological measurements is designed to be reconfigured in terms of control technology in order to be able to provide tribological information in the manner described.
  • the first drive device can be designed to rotationally drive the first body and the second body to perform an angular deflection, wherein the second drive device is designed to apply a torque effect opposite to the angular deflection to the second body.
  • the direction of rotation of the first body and initially also of the second body generated by the first drive device can be opposite to a direction of rotation of the second body favored by the second drive device during detachment.
  • the first drive device can be designed to linearly drive the first body and the second body to perform a longitudinal deflection, wherein the second drive device is designed to apply a longitudinal force to the second body that is opposite to the longitudinal deflection.
  • the longitudinal movement of the first body and initially also of the second body along a corresponding direction generated by the first drive device can be favored by the second drive device
  • the longitudinal direction of movement of the second body can be opposite when detaching.
  • control device can be designed to coordinately control the first drive device and the second drive device.
  • a common control device can therefore coordinate or synchronize both drive devices, so that particularly reliable and reproducible results can be obtained.
  • the determination device can be designed to determine the tribological information based on a time course of a deflection of the second body.
  • the determination direction can correlate a point in time at which the friction connection between the first body and the second body is broken with the application of force to the bodies by means of the drive devices. This allows a conclusion to be drawn about the size of the adhesive force between the first body and the second body.
  • speed information and/or acceleration information can also be determined.
  • the control device can be designed to repeat said control of the first drive device and the second drive device at least once after detachment until the second body detaches from the first body again. More precisely, the driving, the loading and the control described can be repeated as often as desired.
  • the sequence of driving both bodies by means of the first drive device, the successively increased counter-drive of the second body by means of the second drive device and triggering the tearing can be carried out at least twice, in particular as often as desired. Repetition is not just about averaging.
  • the behavior can also change over time (e.g. due to abrasion). It can also result in irregular behavior, which is only noticeable if measurements are taken over many repetitions.
  • the tribological information obtained (for example the size of the adhesive force between the two bodies) can thereby be refined (for example by averaging and/or by varying the driving forces).
  • control device for controlling the second drive device can be designed such that the force on the second body generated by the second drive device is increased in proportion to the deflection of the first body and the second body generated by the first drive device until the second body detaches from the first body.
  • the restoring force of the second drive device can be adjusted linearly to the deflection of the first drive device.
  • the motor-driven second drive device can advantageously simulate the characteristics of a linear mechanical spring.
  • the control device for controlling the second drive device can be designed such that the force effect on the second body generated by the second drive device is increased non-linearly to the deflection of the first body and the second body generated by the first drive device, until the second body separates from the first body. It is also possible to adjust the restoring force of the motor-driven second drive device according to a non-linear characteristic curve. This can be done, for example, in accordance with a redriving force of the second drive device that increases quadratically with the deflection of the first body as a result of the drive by the first drive device. By appropriately influencing the motor drive of the second drive device, the tribological information obtained can be further refined. In addition, by specifying any non-linear characteristic curve, the flexibility for a user to precisely define a tribological examination can be increased.
  • the second drive device can be a measuring motor of a tribometer that can also be operated in a rheometer configuration.
  • an existing double motor rheometer can therefore be converted to obtain tribological information between a first body and a second body.
  • the tribometer as a measuring device that, depending on control software, can be used to carry out tribological measurements or to carry out rheological measurements, i.e. with a dual functionality.
  • an existing double motor rheometer can be retrofitted with a control device, in particular control software, in order to enable the double motor rheometer to be controlled to determine tribological information.
  • the tribometer can have a sensor device, in particular comprising at least one angle sensor, for detecting a time course of a deflection, in particular an angular deflection, of the second body as a basis for determining the tribological information.
  • the angular deflection of the second body can be detected using sensors over time. As long as the second body follows the drive of the first body by means of the first drive device due to the adhesive force between the first body and the second body, an increase in the angular deflection can be determined using sensors.
  • connection between the first body and the second body breaks off, as a result of which the second body can move back towards its original position, this can be determined sensorily by an abrupt backward deflection of the second body.
  • the tribometer can have an acceleration sensor for detecting acceleration information regarding the deflection, in particular an angular deflection.
  • acceleration sensors are easy to implement, reliable and accurate.
  • the first drive device can be arranged below the tribo pair and the second drive device can be arranged above the tribo pair.
  • a user can then conveniently assemble and disassemble the tribo pair of first body and second body in a vertical gap between the first drive device and the second drive device.
  • a first drive axis of the first drive device can be aligned along a second drive axis of the second drive device.
  • the first drive device can be a first electric motor and the second drive device can be a second electric motor, wherein the motor shafts of the two drive devices can be aligned with one another along a common vertical direction.
  • the tribometer can have a holding device for interchangeably holding the tribo pair.
  • a user can attach a first body and a second body of completely different geometry to this receiving device. This further increases the flexibility of examining samples with the tribometer.
  • the control device can be designed to adjust the force generated by the second drive device in accordance with a user specification, in particular by adjusting a drive current for driving the second Drive device.
  • the control device may be responsible and/or designed to execute an algorithm for performing a tribological measurement
  • a user may define (e.g. via a graphical user interface) one or more control parameters. For example, a user can in this way set a spring constant of the motor-driven second control device or specify a non-linear force-time characteristic curve of the motor-driven second control device. The determination of tribological information using the tribometer can therefore be flexibly adjusted to the needs of a specific application.
  • control device can be designed to control the first drive device at a constant speed. This allows simple control of the first drive device. A time-variable control is then only necessary for the second drive device.
  • the tribometer can have a temperature control device for temperature control of the tribo pair while determining tribological information.
  • a temperature-dependent determination of the tribological properties between the first body and the second body is also possible.
  • a temperature chamber can enable a measuring temperature in a range between -170 °C and +1000 °C. Temperature control of the tribo pair during measurement can be particularly advantageous for lubricant tests.
  • the tribometer may have a humidity generator for moistening the tribo pair while determining tribological information.
  • a humidity generator can be realized, for example, using a convection oven. This means that the friction properties between the first body and the second body can also be characterized as a function of the ambient humidity.
  • the tribometer may have a gas environment setting device for adjusting a gas environment in an environment of the tribo pair while determining tribological information. Setting a gas environment in the surroundings of the first body and the second body can include specifying a specific type of gas (for example air, nitrogen, oxygen or a noble gas).
  • the setting of a gas environment in the surroundings of the first body and in the surroundings of the second body can include specifying a specific gas pressure, for example normal pressure, excess pressure or negative pressure.
  • a specific gas pressure for example normal pressure, excess pressure or negative pressure.
  • the tribometer can have a further determination device which is designed to determine further information of the tribo pair while determining tribological information.
  • a further determination device can be designed, for example, to determine information regarding an acoustic emission, an electrical conductivity, a dielectric property, a spectroscopic property and/or an optical property of the tribopair. In this way, tribological information can be correlated with one or more other parameters.
  • the first body and the second body can directly adjoin one another.
  • direct physical contact can exist between adjacent contact surfaces of the first body and the second body.
  • An immediate tribological characterization of the system consisting of the first body and the second body can then be carried out.
  • the arrangement may have an intermediate medium, in particular a lubricant, between the first body and the second body. Then it can be examined will examine how the presence of an intermediate medium influences the friction properties between the first body and the second body.
  • an intermediate medium in particular a lubricant
  • determining the tribological information may include characterizing stick-slip between the first body and the second body. This makes it possible to carry out stick-slip measurements with the tribometer.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of a tribometer with rotary motors according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of a tribometer with translationally acting motors according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a recording device for recording bodies of a tribo pair for characterization using a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows another recording device for recording bodies of a tribo pair for characterization using a tribometer according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows part of a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 6 and Figure 7 show diagrams with measurement data obtained during operation of a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 8 shows part of a tribometer for measuring thread-like bodies of a tribo pair according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 9 shows part of a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a tribometer which has a first drive device for driving and deflecting a first body and a second body of a tribo pair to be analyzed.
  • a second drive device is provided for applying an opposing force to the second body.
  • the force effect on the second body generated by the second drive device is advantageously increased as the deflection of the first body and the second body initially following it increases until the second body separates from the first body when a friction force limit is exceeded.
  • Such a structure of a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention advantageously allows, in particular, an investigation of stick-slip phenomena with the aid of two rotary motors.
  • a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention can therefore be used in particular as a measuring device that can enable stick-slip effects, which are technically undesirable in many cases, to be avoided or reduced.
  • a tribometer can be realized by combining an existing rheometer with two rotary motors control technology, especially software technology, is retrofitted to support tribological measurement.
  • exemplary embodiments of the invention in particular allow stick-slip phenomena to be investigated on a wide variety of material combinations and for very different applications.
  • a tribometer according to an exemplary embodiment of the invention advantageously offers the possibility of arranging a frictional contact between the first body and the second body with two drive devices, preferably designed as motors.
  • one finding of exemplary embodiments of the invention is to simulate a torsion spring with a first drive device, preferably designed as an electric motor, and to use the second drive device, preferably designed as a further electric motor, to specify a spring force or spring hardness.
  • the two motors preferably rotate in opposite directions, and their axes of rotation can preferably be aligned along a line to one another.
  • the two parts (i.e. the first body and the second body) of a tribocontact can be attached to the rotation axes (for example by means of a ball and three plate arrangement).
  • the bodies of the tribocontact can be pressed against each other with a defined force.
  • the tribocontact can be measured either with or without additional lubricant in between.
  • a motor ie the first drive device
  • the opposite motor ie the second drive device
  • an elastic component ie an electrically simulated spring
  • the implementation can be carried out, for example, by specifying the torque, which can be proportional to the deflection angle.
  • the spring strength of the second drive device can advantageously be varied over a large range using a torque factor for resetting.
  • the spring strength can be adjusted by the drive current of the second drive device.
  • a viscous component in particular to the second drive device
  • additional damping can be installed, which can be varied over a large range. This makes it possible, for example, to distinguish between viscous and elastic components in the system.
  • Both drive units (in particular designed as motors, more particularly electric motors) can be designed identically.
  • a respective drive unit can have air bearings and allow the specification and measurement of very small speeds, deflection angles and/or torques.
  • the driving motor or the rotating mass of the driving motor (ie the first drive device) including an associated measuring axis can be equipped with increased inertia in order to influence a sudden reset of the other motor (ie the second drive device) to the speed control to be kept low or even minimized. If the second drive device kicks back after the second body has been detached from the first body, this can have an impact on the first drive device. By providing the first drive device with an additional mass, kickback of the second drive device has a less severe effect on the first drive device, which improves the control accuracy of the first drive device.
  • the driving motor of the first drive device can specify any desired torques and torque profiles.
  • a linear motor in particular a lifting motor
  • a force sensor for example a
  • Norm al force sensor apply a tribological normal force (also referred to as a load).
  • the load can preferably be adjusted over a large range, more preferably also within a test definition.
  • At least one motor axis of the first drive device and/or the second drive device can contain a mechanical spring element in the axial direction.
  • a mechanical prestressing of the first body and the second body against one another can be implemented.
  • a normal force can be achieved by axially moving one of the drive devices (in particular the upper drive device). be applied, for example with a lift motor. The normal force itself can be measured capacitively via the deflection in the air bearing.
  • the driving motor of the first drive device can be used for the run-in phase of the tribometer at very high speeds and for the actual measurement at lower speeds.
  • test bodies i.e. the first body and the second body and their attachment to the tribometer
  • both sides can have different shapes.
  • a geometry of a sphere on three plates or on three balls, on three pins, etc.
  • Three pins (or balls, pens, rollers, foils, etc.) on one plate are also possible.
  • the geometry of a disk on disk or a disk on plate can also be used.
  • any materials and surface coatings can be provided on the respective sides of the tribocontact.
  • the tribocontact may be dry (i.e. no lubricant between the first body and the second body) or contain a medium between the first body and the second body, for example serving as a lubricant.
  • an exemplary embodiment enables control of the ambient conditions, in particular the temperature, humidity and/or special gases.
  • a combination with other measured variables is also possible.
  • these are acoustic emission, electrical conductivity, dielectric spectroscopy and/or an optical method (for example microscopy in contact, interferometry for gap measurement or wear determination, near-infrared spectroscopy, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy in contact), etc.
  • a combination with an acceleration sensor in the measuring system is possible, which holds the sample body, which regulates back via the set spring constant.
  • the data from the acceleration sensor can be compared or supplemented with that of the deflection angle from the measuring motor.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of a tribometer 100 with two drive devices 106, 108 designed as rotary motors according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows an arrangement 114 consisting of the tribometer 100 mentioned and a tribo pair whose friction properties are to be determined.
  • This tribo pair is formed from a first body 102 made of a first material and a second body 104 made of a second (preferably different) material, which either have direct physical contact with one another on adjacent contact surfaces or - as shown in Figure 1 - through a here Intermediate medium 150 designed as a lubricant are spaced apart from one another.
  • the tribometer 100 shown is used to determine tribological information between the tribo pair from the first body 102 and the second body 104 coupled to the first body 102 by means of the intermediate medium 150.
  • the first body 102 and the second body 104 can be pressed against each other for a tribological examination.
  • This can be achieved by means of a biasing element, for example by means of at least one mechanical biasing spring 156, which can generate an axial bias on the bodies 102, 104.
  • the mechanical bias spring 156 may be attached to one or both of drive axles 120, 122, which are described in more detail below. It is also possible to apply a normal force by axially moving an upper drive device 108, described in more detail below.
  • the tribometer 100 has a first drive device 106 for driving the first body 102 to perform an angular deflection. More precisely, the first drive device 106 according to FIG. 1 is designed as an electric rotary motor, which has a reference number 152 shown rotation about a first drive axis 120 can cause.
  • the first drive device 106 (also referred to as a drive motor) can be controlled at a fixed speed.
  • the first drive device 106 is arranged below the tribo pair to be examined and can be controlled by means of a control device 110 to carry out a rotation about its first drive axis 120, which can run in a clockwise direction according to reference number 152.
  • the first drive device 106 can be designed to rotationally drive the first body 102 to perform an angular deflection along a first direction of rotation. Since the first drive device 106 is coupled to the first body 102 by means of its first drive axle 120 and a first part of a receiving device 124, a rotation of the first drive device 106 leads to a rotation of the first body 102. As already described, the first body 102 is direct or frictionally connected to the second body 104 by means of the intermediate medium 150. Therefore, in the absence of a sufficiently large force acting on the second body 104, the second body 104 can be carried along in rotation with the first body 102 when the first body 102 is driven in rotation by means of the first drive device 106. This following of the second body 104 when the first body 102 is driven in rotation is a consequence of the static friction force between the first body 102 and the second body 104, optionally mediated by the intermediate medium 150.
  • the tribometer 100 additionally has a second drive device 108 for applying a force to the second body 104 that is opposite to the angular deflection generated by the first drive device 106.
  • the second drive device 108 according to FIG. 1 is designed as a further electric rotary motor, which can cause a rotation, shown with reference numeral 154, about a second drive axis 122, which is aligned in the vertical direction to the first drive axis 120.
  • the second drive device 108 is above the tribo pair to be examined arranged and can be controlled by means of the control device 110 to execute a rotation about its second drive axis 122, which can run counterclockwise according to reference number 154.
  • the second drive device 108 can be designed to apply a torque effect to the second body 104 that is opposite to the angular deflection caused by the first drive device 106.
  • the second drive device 108 (also referred to as a countermotor) is preferably designed as a controlled motor.
  • the control device 110 controls both drive devices 106, 108, it is designed for coordinated control of the first drive device 106 and the second drive device 108.
  • the control device 110 controls the second drive device 106 so that the force on the second body 104 generated by the second drive device 108 increases as the deflection of the first body 102 and the second body 104 generated by the first drive device 106 increases until the second body 104 detaches from the first body 102. As a result, the second body 104 is quickly moved back towards its original rest position by means of the second drive device 108.
  • the movement characteristics of the first body 102 and the second body 100 enforced by means of the control device 110 are therefore as follows: At the beginning, the first body 102 and the second body 104, which is frictionally connected to it, are rotated clockwise by means of the first drive device 106. This clearly works Static friction force between the first body 102 and the second body 104, that the first body 102, which is set in rotation directly by means of the first drive device 106, takes the second body 104 with it during its movement.
  • the second drive device 108 can exert a counterforce on the second body 104, which is directly proportional (i.e. linear) to the driving force of the first drive device 106, but is directed inversely to the latter. In this way, the second drive device 108 emulates the behavior of an ideal mechanical return spring, which exerts a restoring force on the second body 104.
  • the second body 104 separates from the first body 102.
  • the second body 104 is now moved back towards its rest position by means of the second drive device 108, whereas the first body 102 can be moved further in the opposite direction by means of the first drive device 106.
  • the first body 102 can continue to rotate in the same direction. Then it is not necessary to return to its original position. Alternatively, the first body 102 can now also be moved back towards its rest position by means of the first drive device 106.
  • the force conditions at which the second body 104 is detached from the first body 102 is indicative of the frictional force characteristic between the first body 102 and the second body 104.
  • a determination device 112 can thus obtain tribological information about the tribo pair from the first body 102 and thus by means of the Intermediate medium 150 friction-coupled second body 104 based on the described behavior of the tribo pair during said control. More specifically, the determination device 112 determines the tribological information based on a time course of the angular deflection of at least one of the bodies 102, 104, in particular the second body 104.
  • the time course of the angular deflection can be provided, for example, by means of at least one angle sensor of a sensor device 116. Deviating from Figure 1, the angle sensor (for example designed as an optical encoder) can be mounted above the bearing and not in the axis.
  • Information about the time dependence of the angular deflection of the second body 104 can thus be transmitted to the determination device 112. This can include the period in which the second body 104 moves along with the first body 102 and the period in which the second body 104 moves back after being detached from the first body 102. It is also possible for the determination device 112 to be informed of the time dependence of the force exerted by the first drive device 106 and the second drive device 108 on the first body 102 and the second body 104, respectively. In particular, determining the tribological information can include characterizing a stick-slip, ie a stick-slip, between the first body 102 and the second body 104.
  • the tribometer 100 can be designed, after detachment, to repeat the driving by means of the first drive device 106, the loading by means of the second drive device 108 and the control until detachment by means of the control device 110 one more time or several times until the second body 104 detached from the first body 102 again.
  • the accuracy of the tribological information obtained can be further refined. Furthermore, it will This makes it possible to record changes over time (e.g. due to abrasion or non-periodic behavior).
  • control device 110 for controlling the second drive device 108 can be designed such that the force on the second body 104 generated by the second drive device 108 is directly proportional (i.e. linear) to the deflection of the first body generated by the first drive device 106 102 and the second body 104 is enlarged until the second body 104 detaches from the first body 102.
  • control device 110 for controlling the second drive device 108 can be designed such that the force on the second body 104 generated by the second drive device 108 is non-linear to the deflection of the second body 104 generated by the first drive device 106 first body 102 and the second body 104 is enlarged until the second body 104 detaches from the first body 102.
  • Such non-linearity can be adjusted, for example, by non-linearly controlling the electrical drive current of the second drive device 108.
  • a quadratic dependence of the restoring force on the angular deflection generated by the first drive device 106 can be set.
  • the second drive device 108 is a measuring motor of a tribometer 100 that can also be operated in a rheometer configuration.
  • a measuring motor of a tribometer 100 that can also be operated in a rheometer configuration.
  • the tribometer 100 it is possible to use as a basis for the tribometer 100 an existing double motor rheometer (designed to carry out a rheological analysis) for determining tribological information between the tribo pair from the first body 102 and the second body 104 coupled to the first body 102 To emulate a reactive spring behavior using a motor of the double motor rheometer.
  • control software for controlling the double motor rheometer to determine the tribological information is installed on it in the manner described above.
  • the control software is then to be designed in particular in such a way that the coordinated control of the first drive device 106 and the second drive device 108 for carrying out the common angular deflection of the bodies 102, 104 can be achieved until the second is triggered by a successively increasing reactive force of the second drive device 108 Body 104 suddenly detaches from the first body 102.
  • Figure 1 shows the already mentioned sensor device 116 for detecting a time course of the angular deflection as a basis for determining the tribological information.
  • the sensor device 116 designed here as an angle sensor, is located on the second axis of rotation 122 of the second drive device 108.
  • Other sensors and/or sensor positions are of course possible.
  • the control device 110 can advantageously be designed to adjust, in particular, the force generated by the second drive device 108 in accordance with a user specification that can be entered via the user interface 160.
  • the control device 110 can set an electrical drive current for driving the second drive device 108 in order to map a user-defined spring constant in the case of a linear mechanical spring characteristic simulated by means of the second drive device 108.
  • the control device 110 can set an electrical drive current for driving the second drive device 108, in the case of one by means of the second Drive device 108 simulated non-linear mechanical spring characteristics to simulate a user-defined non-linear characteristic.
  • the tribometer 100 can have at least one further determination device 132, which is designed to determine further information about the tribo pair while determining tribological information.
  • the at least one further determination device 132 can be designed, for example, to determine information regarding an acoustic emission, an electrical conductivity, a dielectric property, a spectroscopic property and/or an optical property of the tribopair. In this way, information about the tribological conditions of the tribopair can be combined in a complementary manner with further information obtained by measurement.
  • the tribometer 100 shows a respective measuring motor of the drive device 106, 108 with a concentric position of the rotation axes above and below the bodies 102, 104 designed as tribocontacts.
  • Two plates of the receiving device 124 serve to shear the bodies 102, 104 acting as samples between the plates.
  • Measuring parts of the recording device 124 can be designed to be interchangeable and can have measuring body recognition. Therefore, the tribometer 100 can recognize which measuring bodies are used, which tribological measurement modes should or can be implemented and/or which sizes are to be set or specified.
  • air bearings, components for a torque measurement via a current consumption of the respective motor, components for an angle measurement and/or components for a normal force measurement can be provided in the air bearing.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of a tribometer 100 with drive devices 106, 108 designed as translatory motors according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a tribo pair in which the first body 102 and the second body 104 directly adjoin one another.
  • a lubricant or another intermediate medium 150 can be provided between the first body 102 and the second body 104.
  • the first body 102 is attached to a conveyor belt device 162 and is driven linearly by means of a first drive device 106. More specifically, the first drive device 106 causes a rotational drive of the conveyor belt device 162 (see reference numeral 164), which results in a linear movement of the first body 102 due to the attachment of the first body 102 to the conveyor belt device 162.
  • the conveyor belt device 162 shown in FIG. 2 is only an example of a drive for forming a linear movement. In other exemplary embodiments of the invention, other drives can be used to form a linear movement, in particular any linear drives.
  • the first body 102 is moved horizontally to the left by means of the first drive device 106.
  • the first drive device 106 is therefore designed to linearly drive the first body 102 to perform a longitudinal deflection.
  • the second body 104 is placed directly on the first body 102 and therefore initially follows the movement of the first body 102 in the horizontal direction to the left as shown in FIG.
  • the second body 104 is also coupled to a second drive device 108 designed as a linear motor.
  • the second drive device 108 is designed to apply a longitudinal force to the second body 104 that is opposite to the longitudinal deflection due to the first drive device 106. More precisely, the second drive device 108 exerts on the second body 104 during a tribological measurement a force acting in the horizontal direction to the right according to FIG 104 exerted force is.
  • the second body 104 follows the movement of the first body 102. If the counterforce of the second drive device 108 overcomes the adhesive force, the second body 104 is detached from the first body 102 and pulled away to the right in the horizontal direction as shown in FIG. To trigger the detachment, the counterforce provided by the second drive device 108 is changed in time so that it increases in proportion to the longitudinal displacement of the second body 104 due to the force exerted by the first drive device 106.
  • the second drive device 108 therefore clearly simulates the behavior of an ideal mechanical spring and its restoring force, which is proportional to the deflection.
  • the spring constant of this mechanical spring can be set to a predetermined value in a user-defined or software-controlled manner.
  • a sensor device 116 designed, for example, as an optical position sensor can record the time-dependent position information of the second body 104 and transmit it to the control device 110.
  • the control device 110 can forward said sensor information to the determination device 112 as well as the time-dependent application of force by the drive devices 106, 108. From this information, the determination device 112 can derive tribological information about the tribopair of the first body 102 and the second body 104.
  • Figure 3 shows a recording device 124 for recording bodies 102, 104 of a tribo pair for characterization using a tribometer 100 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows another recording device 124 for recording bodies 102, 104 of a tribo pair for characterization using a tribometer 100 according to another exemplary embodiment of the invention.
  • the recording devices 124 shown in Figure 3 and Figure 4 are particularly suitable for a stick-slip measurement of the bodies 102, 104. These each contain a measuring body axis 166.
  • a disk holder 168 is provided in the receiving device 124 according to FIG. 3.
  • this receiving device 124 can have a screw-on pot with fixing options for a pane.
  • thread tensioners 170 are provided.
  • a spring element 172 can be attached to the measuring body axis 166, as shown as an example in FIG.
  • Figure 5 shows part of a tribometer 100 according to an exemplary embodiment of the invention. More precisely, part of a corresponding experimental measuring apparatus is shown in FIG. Below the illustrated receiving device 124, the first drive device 106 can be attached, which can have a motor running at a constant speed during operation. Above the illustrated receiving device 124, the second drive device 108 can be implemented, which can simulate or emulate spring behavior.
  • FIG. 6 and Figure 7 show diagrams 180, 190 with measurement data that were obtained during operation of a tribometer 100 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Corresponding diagrams 180, 190 can be obtained, for example, with a tribometer 100 with a design according to FIG.
  • Diagrams 180, 190 show the results of stick-slip measurements.
  • the diagram 180 according to FIG. 6 has an abscissa 182 along which the time is plotted in seconds.
  • the rotation speed of the first drive device 106 is plotted in rpm along a first ordinate 183, which corresponds to a first measurement curve 186.
  • the (electrically provided) torque of the second drive device 108 is plotted in mN-m along a second ordinate 184, which corresponds to a second measurement curve 187.
  • the deflection angle of the second drive device 108 is plotted in radians along a third ordinate 185, which corresponds to a third measurement curve 188.
  • the representation according to Figure 7 corresponds to the representation according to Figure 6 with the difference that according to Figure 6 the speed is in negative Direction and according to Figure 7 the speed is shown in the positive direction.
  • Diagram 190 therefore corresponds to diagram 180 with the proviso that measurement curve 186' corresponds to measurement curve 186, measurement curve 187' corresponds to measurement curve 187 and measurement curve 188' corresponds to measurement curve 188.
  • the first drive device 106 designed as a lower motor, moves at a constant speed, while a spring behavior is simulated by an electric motor with the second drive device 108, designed as an upper motor.
  • the second drive device 108 designed as an upper motor.
  • the deflection angle on the upper motor increases, see measurement curve 188.
  • the torque on the upper motor increases linearly, see measurement curve 187.
  • the second body 104 separates from the first body 102, causing the deflection angle and the torque to snap back. Then the process starts again.
  • the snapping back on the lower motor causes a certain amount of feedback. By increasing the moment of inertia on the lower motor, this feedback can be suppressed.
  • Figure 8 shows part of a tribometer 100 for measuring thread-like bodies 102, 104 of a tribo pair according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a first thread-like body 102 is mounted on a thread holder 192 and can be unwound from a first thread roll 194 and wound onto a second thread roll 196. During operation, a longitudinal movement 198 of the first thread-like body 102 occurs. A corresponding drive energy is provided by means of a first drive device 106. A second thread-like body 104 on a thread holder 193 is in frictional contact with the first thread-like body 102 and is driven by the second drive device 108.
  • the tribological ones Properties between bodies 102, 104 can be determined as described above.
  • Figure 9 shows part of a tribometer 100 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the receiving device 124 together with bodies 102, 104 is housed in a conditioning chamber 199.
  • Figure 9 first shows that a temperature control device 126 can be provided for temperature control of the tribo pair while determining tribological information.
  • the temperature control device 126 can have an electrical resistance heater 125, which can be controllable by means of a temperature control 123.
  • the tribometer 100 may also include a humidity generator 128 for moistening the tribopair of bodies 102, 104 while obtaining tribological information.
  • a humidity control valve 129 can be controlled accordingly.
  • the tribometer 100 can have a gas environment setting device 130 for adjusting a gas environment in an environment of the tribo pair of the bodies 102, 104 while determining tribological information.
  • a gas environment valve 131 can be controlled accordingly.
  • a noble gas atmosphere can be set in the conditioning chamber 199 in order to avoid oxidation of the bodies 102, 104.

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Tribometer (100) zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper (102) und einem mit dem ersten Körper (102) gekoppelten zweiten Körper (104), wobei das Tribometer (100) eine erste Antriebseinrichtung (106) zum Antreiben des ersten Körpers (102) und des damit gekoppelten zweiten Körpers (104) zum Vollführen einer Auslenkung, eine zweite Antriebseinrichtung (108) zum Beaufschlagen des zweiten Körpers (104) mit einer der Auslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung, eine Steuereinrichtung (110), die zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung (108) derart ausgebildet ist, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper (104) mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung (106) erzeugten Auslenkung des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) vergrößert wird, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) ablöst, und eine Ermittlungseinrichtung (112) zum Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns aufweist.

Description

Tribometer mit zwei zusammenwirkenden Antriebseinrichtungen zum Ermitteln tribologischer Information eines Tribopaars
Die Erfindung betrifft ein Tribometer, eine Anordnung, ein Verfahren zum Ermitteln von tribologischer Information und eine Verwendung.
Die Tribologie beschäftigt sich allgemein mit der Relativbewegung von Oberflächen von Probekörpern unter Krafteinwirkung aufeinander. Untersucht werden Reibung, Verschleiß und Schmierung mit dem Ziel, die Bewegungssysteme zu charakterisieren und gegebenenfalls zu optimieren. Die Messung der Reibungskoeffizienten erfolgt hierbei insbesondere über größere Zeiträume an Gleitpaarungen aus verschiedenen Werkstoffen mit oder ohne Schmierung, wobei die Parameter Normalkraft bzw. Druck, Gleitgeschwindigkeit, Feuchte und Temperatur während der Messung variiert werden können. Tribometer sind Geräte zum Messen von tribologischen Größen. Für tribologische Messungen ist der Reibkontakt zwischen den zu untersuchenden Flächen ausschlaggebend. Gemessen werden kann der Kontakt (geschmiert oder ungeschmiert, d.h. mit oder ohne Zwischenlage eines Materials) zwischen zwei Probekörpern aus dem zu vermessenden Material bzw. den zu vermessenden unterschiedlichen Materialien.
Für eine tribometrische Untersuchung kann ein Prüfkörper (zum Beispiel ein Block) auf eine sich bewegende untere Fläche gedrückt werden und durch eine mechanische Feder fixiert werden. Dadurch kann der Prüfkörper in die Länge gezogen werden, wobei die Feder den Prüfkörper in Richtung seiner Ausgangsstellung zurückzieht. Die von der Feder auf den Prüfkörper ausgeübte Kraft nimmt mit zunehmender Auslenkung zu, da sich die Feder unter Zunahme ihrer Rückstellkraft ausdehnt. Wird die Rückstellkraft größer als Haftreibung, gleitet der Prüfkörper zurück. Als Messgröße kann die Bewegung der Masse des Prüfkörpers gemessen werden, seine Bewegung und Geschwindigkeit oder seine Beschleunigung. Beispielsweise kann eine tribometrische Untersuchung an Verbindungsstellen durchgeführt werden, an denen Kunststoff-, Leder-, Gummi- und Glasteile in Kontakt miteinander kommen. Die Grundstruktur eines tribotechnischen Systems kann die Systemelemente Grundkörper, Gegenkörper, ein optionaler Zwischenstoff (beispielsweise Schmierstoff) und ein Umgebungsmedium umfassen. Das Konzept einer tribologischen Beanspruchung kann eine Beanspruchung der Oberfläche eines Körpers durch eine Kontakt- und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers darstellen. Dies kann mit einer mechanischen Rückstellung durch eine mechanische Feder oder einen mechanischen Torsionsdraht erfolgen. Tribologische Prüfstände können eine Linearbewegung unter Verwendung einer mechanischen Feder und eines Wegsensors bzw. Beschleunigungssensors auswerten. Es ist auch möglich, eine Rotationsbewegung mit einem mechanischen Torsionsdraht und einer optischen Messung der Verdrillung des Drahtes durchzuführen.
Allerdings erlauben die besagte mechanische Feder bzw. der besagte Torsionsdraht keine Einstellmöglichkeit der Federkraft. Mechanische Federn bzw. Torsionsdrähte können ihre Charakteristik im Laufe der Zeit ändern und sind speziell bei kleinen Kräften bzw. Drehmomenten empfindlich auf mechanische Belastungen und auf die Einbausituation.
Der sogenannte Stick-Slip-Effekt oder Haftgleiteffekt führt zu einem als Ruckgleiten bezeichnetem Verhalten und kann auftreten, wenn die Haftreibung deutlich größer als die Gleitreibung ist. In technischen Anwendungen ist der Effekt meist unerwünscht, da er zu Lärm, Vibrationen, sowie zu erhöhtem Verschleiß und Materialermüdung führen kann. Neben Geräusch- und Vibrationsreduktion kann durch eine Minimierung von Stick-Slip Effekten auch der Energieverbrauch reduziert werden und die Lebensdauer von Bauteilen verlängert werden. Bestehende Stick-Slip Prüfstände sind relativ aufwendig, oft nur für diese Anwendung geeignet und relativ unflexibel. Speziell im Bereich kleiner Bauteile gibt es keine geeigneten Messmethoden für den Stick-Slip- Effekt. Herkömmliche Versuche, den Stick-Slip-Effekt zu analysieren, waren wenig erfolgreich, da es häufig zu einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen einem Motorregler und dem Stick-Slip-Phänomen kommt und die beiden Effekte nicht ausreichend voneinander trennbar sind.
DE 10 2014 112 807 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung tribologischer Messwerte von Probekörpern mit einem Rheometer, wobei die Messteile des Rheometers durch Probekörper ersetzt werden und die Oberflächen der Probekörper in Reibkontakt relativ zueinander bewegt werden. Es ist vorgesehen, dass alle die Probekörper in Kraftschluss und Reibkontakt haltenden bzw. die den Rheometer-Kraftkreis ausbildenden Teile des Rheometers, einschließlich der die Probekörper gegeneinander drückenden Federeinheit, als Schwingkreis angesehen werden, dass die Schwingungseigenschaften der Federeinheit als für die Schwingungseigenschaften dieses Schwingkreises relevant angesehen werden, und dass die Schwingungseigenschaften der Federeinheit unter Berücksichtigung der bei der jeweiligen Messung erwarteten, durch sich verändernde, unterschiedliche Messbedingungen bedingte Resonanzschwingungen bzw. Resonanzeffekte eingestellt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, tribologische Information eines Tribopaars in einfacher, flexibler und präziser Weise zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Tribometer zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper und einem mit dem ersten Körper gekoppelten zweiten Körper (wobei optional ein Zwischenmedium zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper vorgesehen sein kann) geschaffen, wobei das Tribometer eine erste Antriebseinrichtung zum Antreiben des ersten Körpers und des damit gekoppelten zweiten Körpers zum Vollführen einer Auslenkung, eine zweite Antriebseinrichtung zum Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer der Auslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung, eine Steuereinrichtung, die zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung erzeugten Auslenkung des ersten Körpers und des zweiten Körpers vergrößert wird, bis sich der zweite Körper von dem ersten Körper ablöst, und eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns aufweist.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Anordnung bereitgestellt, die ein Tribometer mit den oben beschriebenen Merkmalen und das Tribopaar aus dem mit der ersten Antriebseinrichtung gekoppelten ersten Körper und dem mit der zweiten Antriebseinrichtung gekoppelten zweiten Körper aufweist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper und einem mit dem ersten Körper gekoppelten zweiten Körper bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Antreiben des ersten Körpers und des damit gekoppelten zweiten Körpers zum Vollführen einer Auslenkung mittels einer ersten Antriebseinrichtung, ein Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer der Auslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung mittels einer zweiten Antriebseinrichtung, ein Steuern der zweiten Antriebseinrichtung derart, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung erzeugten Auslenkung des ersten Körpers und des zweiten Körpers vergrößert wird, bis sich der zweite Körper von dem ersten Körper ablöst, und ein Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Doppelmotorrheometer zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper und einem mit dem ersten Körper gekoppelten zweiten Körper mittels Nachbildens eines rücktreibenden (linearen oder nicht-linearen) Federverhaltens durch einen Motor des Doppelmotorrheometers verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Tribometer" insbesondere eine Apparatur verstanden werden, die zum Durchführen von tribologischen Messungen zum Charakterisieren eines Reibkontakts zwischen direkt oder indirekt miteinander gekoppelten Flächen eines ersten Körpers und eines zweiten Körpers ausgebildet ist. Optional kann an dem Reibkontakt mindestens ein weiterer Körper beteiligt sein.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Tribopaar" insbesondere eine Anordnung mit einem ersten Körper und einem zweiten Körper verstanden werden, zwischen denen eine tribologisch zu untersuchende direkte oder indirekte Reibverbindung ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper kann optional ein Vermittlungsmedium angeordnet sein, beispielsweise ein Schmierstoff. Es kann auch mindestens ein zusätzlicher Körper vorgesehen sein, der das Tribopaar tribologisch ergänzt.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einer „Antriebseinrichtung" insbesondere eine steuerbare oder regelbare Einrichtung zum Bereitstellen einer Antriebsenergie (insbesondere eines Antriebsdrehmoments oder einer linearen Antriebskraft) zum Antreiben des ersten bzw. zweiten Körpers verstanden werden. Bevorzugt kann eine solche Antriebseinrichtung eine elektrische Antriebseinrichtung (zum Beispiel ein Elektromotor) sein. Allerdings sind auch hydraulische Antriebseinrichtungen, pneumatische Antriebseinrichtungen und/oder Verbrennungsmotoren möglich. Im Unterschied zu einer mechanischen Feder hat eine Antriebseinrichtung eine steuerbare Antriebscharakteristik. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einer „Auslenkung eines Körpers" insbesondere eine Veränderung einer Position, einer Winkelstellung und/oder einer sonstigen Orientierung des Körpers infolge des Bereitstellens von Antriebsenergie an den Körper verstanden werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer einer Auslenkung des ersten Körpers entgegengerichteten Krafteinwirkung" insbesondere verstanden werden, dass die entgegengerichtete Krafteinwirkung auf den zweiten Körper dergestalt ist, dass sie die Fortsetzung der Auslenkung des ersten Körpers gemeinsam mit dem damit (insbesondere reibschlüssig) gekoppelten zweiten Körper hemmt. Somit können der Antrieb des ersten Körpers (und des dem ersten Körper folgenden zweiten Körpers) sowie die entgegengerichtete Krafteinwirkung auf den zweiten Körper Drehmomente und/oder lineare Kräfte bezeichnen, die zueinander invers oder antiparallel sind. Beispielsweise kann der zweite Körper mit einer Antriebsenergie beaufschlagt werden, welche die Tendenz hat, den zweiten Körper in entgegengesetzter Richtung zu drehen wie den mit einer anderen Antriebsenergie beaufschlagten ersten Körper. Es ist auch möglich, den zweiten Körper mit einer Antriebsenergie zu beaufschlagen, welche die Tendenz hat, den zweiten Körper in entgegengesetzter Richtung linear zu bewegen wie den mit einer anderen Antriebsenergie beaufschlagten ersten Körper.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einer „Steuereinrichtung" insbesondere eine Entität zum vollständig oder teilweise automatisierten Steuern der zweiten Antriebseinrichtung und optional auch der ersten Antriebseinrichtung verstanden werden. Beispielsweise kann eine solche Steuereinrichtung softwaregesteuert sein. Zum Beispiel kann eine solche Steuereinrichtung als Prozessor, Teil eines Prozessors oder Mehrzahl von Prozessoren ausgebildet sein.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Steuern, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper mit größer werdender Auslenkung des ersten Körpers und des zweiten Körpers vergrößert wird, bis sich der Körper von dem ersten Körper ablöst" insbesondere verstanden werden, dass mit fortgesetzter Auslenkung des ersten Körpers die entgegengesetzte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper betragsmäßig sukzessive zunimmt. Diese Zunahme kann insbesondere linear oder nichtlinear (zum Beispiel quadratisch) sein. Die Krafteinwirkung kann insbesondere mittels Bereitstellens eines Drehmoments und/oder einer Linearkraft bewirkt werden. Nimmt die fortgesetzte und entgegengesetzte Krafteinwirkung auf die beiden Körper immer weiter zu, kommt es irgendwann zum Abreißen oder Lösen der reib be hafteten Verbindung zwischen den beiden Körpern, sodass sich die beiden Körper voneinander trennen.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns" insbesondere verstanden werden, dass das besagte Antreiben der Körper und das besagte Ablöseereignis detektiert werden kann und in Bezug auf die Krafteinwirkungen auf den ersten Körper und den zweiten Körper bis zum Ablösen gesetzt werden kann. Dadurch kann Information über die Reibkraftcharakteristik zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper gewonnen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter einem „Doppelmotorrheometer" insbesondere ein Rheometer mit zwei motorischen Antriebseinrichtungen verstanden werden. Ein solches Rheometer ist originär spezifisch zum Ausführen von rheologischen Messungen ausgebildet. Unter einem Rheometer wird ein Messgerät verstanden, das eine Scherdeformation aufbringt und damit zur Ermittlung des Verformungs- und Fließverhaltens von Materie dient. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein solches Doppelmotorrheometer insbesondere steuerungstechnisch (weiter insbesondere softwaretechnisch) umkonfiguriert, um spezifisch zum Durchführen tribologischer Messungen zwischen einem ersten Körper und einem zweiten Körper eingerichtet zu sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Tribometer zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem mittels einer steuerbaren ersten Antriebseinrichtung kraftbeaufschlagten ersten Körper und einem mittels einer steuerbaren zweiten Antriebseinrichtung invers kraftbeaufschlagten zweiten Körper geschaffen. Hierbei wird die entgegengerichtete Kraftbeaufschlagung des zweiten Körpers mit fortgesetzter Auslenkung des ersten Körpers samt des diesem folgenden zweiten Körpers infolge besagter Kraftbeaufschlagung sukzessive erhöht. Dies kann derart gesteuert werden, dass der zweite Körper aufgrund einer reibschlüssigen Verbindung mit dem ersten Körper der Auslenkung des ersten Körpers zunächst folgt, solange die inverse Kraftbeaufschlagung des zweiten Körpers die Haftkraft zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper nicht überwindet. Ist letztere Bedingung nicht mehr erfüllt, reißt die reibschlüssige Verbindung zwischen den beiden Körpern ab, sodass der zweite Körper sich vom ersten Körper ablöst. Dieses Ereignis kann detektiert und mit der Kraftbeaufschlagungscharakteristik der beiden Körper zum Zeitpunkt des Ablösens korreliert werden. Auf diese Weise kann tribologische Information bezüglich der Paarung des ersten Körpers und des zweiten Körpers ermittelt werden. Dies ermöglicht es, tribologische Information des Tribopaars in einfacher, flexibler und präziser Weise zu ermitteln.
Im Unterschied zu einer herkömmlichen mechanischen Feder bzw. einem herkömmlichen mechanischen Torsionsdraht erlaubt die zweite Antriebseinrichtung vorzugsweise eine Einstellmöglichkeit einer rücktreibenden Kraft. Eine vorzugsweise elektrische Antriebseinrichtung hat zudem den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu mechanischen Federn bzw. mechanischen Torsionsdrähten ihre Charakteristik im Laufe der Zeit nicht ändert und auch bei kleinen Kräften bzw. Drehmomenten fehlerrobust implementiert werden kann.
Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt kann ein Doppelmotorrheometer, das bereits über eine erste Antriebseinrichtung und eine zweite Antriebseinrichtung verfügen kann, jedoch für rheologische Messungen ausgebildet ist, steuerungstechnisch umkonfiguriert werden, um in der beschriebenen Weise tribologische Information liefern zu können. Anschaulich kann es ausreichend sein, ein solches Doppelmotorrheometer mit einer spezifischen Steuereinrichtung hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch nachzurüsten, um die beschriebene Tribometer-Funktionalität bereitstellen zu können. Insbesondere kann es ausreichend sein, auf einem solchen Doppelmotorrheometer lediglich eine Steuersoftware zu installieren, die den beschriebenen Tribometer-Betrieb bereitstellen kann.
Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele des Tribometers, der Anordnung, des Verfahrens und der Verwendung beschrieben.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die erste Antriebseinrichtung zum Drehantreiben des ersten Körpers und des zweiten Körpers zum Vollführen einer Winkelauslenkung ausgebildet sein, wobei die zweite Antriebseinrichtung zum Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer der Winkelauslenkung entgegengerichteten Drehmomenteinwirkung ausgebildet ist. Die mittels der ersten Antriebseinrichtung generierte Drehrichtung des ersten Körpers und anfangs auch des zweiten Körpers kann einer mittels der zweiten Antriebseinrichtung begünstigten Drehrichtung des zweiten Körpers beim Ablösen entgegengesetzt sein. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Figur 1 gezeigt.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die erste Antriebseinrichtung zum Linearantreiben des ersten Körpers und des zweiten Körpers zum Vollführen einer Längsauslenkung ausgebildet sein, wobei die zweite Antriebseinrichtung zum Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer der Längsauslenkung entgegengerichteten Längskrafteinwirkung ausgebildet ist. Die mittels der ersten Antriebseinrichtung generierte Längsbewegung des ersten Körpers und anfangs auch des zweiten Körpers entlang einer entsprechenden Richtung kann einer mittels der zweiten Antriebseinrichtung begünstigten Längsbewegungsrichtung des zweiten Körpers beim Ablösen entgegengesetzt sein. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 gezeigt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung zum koordinierten Steuern der ersten Antriebseinrichtung und der zweiten Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Somit kann eine gemeinsame Steuereinrichtung beide Antriebseinrichtungen koordinieren bzw. synchronisieren, sodass besonders zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Zeitverlauf einer Auslenkung des zweiten Körpers ausgebildet sein. Insbesondere kann die Ermittlungsrichtung einen Zeitpunkt des Abreißens der Reibverbindung zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper mit der Kraftbeaufschlagung der Körper mittels der Antriebseinrichtungen korrelieren. Dies erlaubt einen Rückschluss auf die Größe der Haftkraft zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper. Im Rahmen der Auswertung des Zeitverlaufs der Auslenkung des zweiten Körpers kann auch eine Geschwindigkeitsinformation und/oder eine Beschleunigungsinformation bestimmt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, nach dem Ablösen das besagte Steuern der ersten Antriebseinrichtung und der zweiten Antriebseinrichtung mindestens einmal zu wiederholen, bis sich der zweite Körper von dem ersten Körper abermals ablöst. Genauer gesagt kann das beschriebene Antreiben, das beschriebene Beaufschlagen und das beschriebene Steuern beliebig oft wiederholt werden. Die Sequenz aus dem Antrieb beider Körper mittels der ersten Antriebseinrichtung, des sukzessiv gesteigerten Gegenantriebs des zweiten Körpers mittels der zweiten Antriebseinrichtung und des Auslösens des Abreißens kann mindestens zweimal, insbesondere beliebig oft, durchgeführt werden. Bei der Wiederholung geht nicht nur um eine Mittelwertbildung. Das Verhalten kann sich auch im Zeitablauf (z.B. durch Abrieb) ändern. Es kann auch ein unregelmäßiges Verhalten ergeben, das jedoch nur auffällt, wenn über viele Wiederholungen gemessen wird. Die erhaltenen tribologischen Informationen (beispielsweise die Größe der Haftkraft zwischen den beiden Körpern) kann dadurch (beispielsweise durch Mittelwertbildung und/oder durch Variation der Antriebskräfte) verfeinert werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung derart ausgebildet sein, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper proportional zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung erzeugten Auslenkung des ersten Körpers und des zweiten Körpers vergrößert wird, bis sich der zweite Körper von dem ersten Körper ablöst. Anders ausgedrückt kann die rücktreibende Krafteinwirkung der zweiten Antriebseinrichtung linear zu der Auslenkung der ersten Antriebseinrichtung eingestellt werden. Vorteilhaft kann auf diese Weise die motorische zweite Antriebseinrichtung die Charakteristik einer linearen mechanischen Feder nachbilden. Vorteilhafterweise ist es mit einer motorischen zweiten Antriebseinrichtung jedoch möglich, die Federkonstante durch entsprechende Einflussnahme auf den Motorantrieb auf einen gewünschten Wert einzustellen oder flexibel zu verstellen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung derart ausgebildet sein, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper nicht-linear zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung erzeugten Auslenkung des ersten Körpers und des zweiten Körpers vergrößert wird, bis sich der zweite Körper von dem ersten Körper ablöst. Es ist auch möglich, die rückstellende Kraft der motorischen zweiten Antriebseinrichtung entsprechend einer nicht-linearen Kennlinie einzustellen. Dies kann zum Beispiel entsprechend einer mit der Auslenkung des ersten Körpers infolge des Antriebs durch die erste Antriebseinrichtung quadratisch ansteigenden rücktreibenden Kraft der zweiten Antriebseinrichtung erfolgen. Durch entsprechende Einflussnahme auf den Motorantrieb der zweiten Antriebseinrichtung können somit die erhaltenen tribologischen Informationen weiter verfeinert werden. Zudem kann durch die Vorgabe einer beliebigen nichtlinearen Kennlinie die Flexibilität für einen Benutzer zum präzisen Definieren einer tribologischen Untersuchung erhöht werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die zweite Antriebseinrichtung ein Messmotor eines auch in einer Rheometer-Konfiguration betreibbaren Tribometers sein. Somit kann insbesondere ein bestehendes Doppelmotorrheometer umgerüstet werden, um tribologische Information zwischen einem ersten Körper und einem zweiten Körper zu erhalten. Es ist auch möglich, das Tribometer als Messgerät auszubilden, das abhängig von einer Steuersoftware zum Durchführen von tribologischen Messungen oder zum Durchführen von rheologischen Messungen eingesetzt werden kann, d.h. mit einer Doppelfunktionalität. Insbesondere kann ein bestehendes Doppelmotorrheometer mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Steuersoftware, nachgerüstet werden, um ein Steuern des Doppelmotorrheometers zum Ermitteln von tribologischer Information zu ermöglichen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer eine Sensoreinrichtung, insbesondere umfassend mindestens einen Winkelsensor, zum Erfassen eines Zeitverlaufs einer Auslenkung, insbesondere einer Winkelauslenkung, des zweiten Körpers als Basis für die Ermittlung der tribologischen Information aufweisen. Insbesondere kann die Winkelauslenkung des zweiten Körpers über die Zeit hinweg sensorisch erfasst werden. Hierbei kann, solange der zweite Körper dem Antrieb des ersten Körpers mittels der ersten Antriebseinrichtung aufgrund der Haftkraft zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper folgt, ein Anstieg der Winkelauslenkung sensorisch ermittelt werden. Reißt aufgrund der sukzessive steigenden rücktreibenden Antriebskraft der zweiten Antriebseinrichtung die Verbindung zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper ab, wodurch sich der zweite Körper zurück in Richtung seiner Ausgangslage bewegen kann, kann dies sensorisch durch eine abrupt rückläufige Auslenkung des zweiten Körpers ermittelt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer einen Beschleunigungssensor zum Erfassen von Beschleunigungsinformation hinsichtlich der Auslenkung, insbesondere einer Winkelauslenkung aufweisen. Derartige Beschleunigungssensoren sind einfach implementierbar, zuverlässig und genau.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die erste Antriebseinrichtung unterhalb des Tribopaars und die zweite Antriebseinrichtung oberhalb des Tribopaars angeordnet sein. Ein Benutzer kann dann das Tribopaar aus erstem Körper und zweitem Körper bequem in einer vertikalen Lücke zwischen der ersten Antriebseinrichtung der zweiten Antriebseinrichtung montieren und demontieren.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine erste Antriebsachse der ersten Antriebseinrichtung entlang einer zweiten Antriebsachse der zweiten Antriebseinrichtung ausgerichtet sein. Beispielsweise kann die erste Antriebseinrichtung ein erster Elektromotor und kann die zweite Antriebseinrichtung ein zweiter Elektromotor sein, wobei die Motorwellen der beiden Antriebseinrichtungen entlang einer gemeinsamen vertikalen Richtung zueinander ausgerichtet sein können.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer eine Aufnahmevorrichtung zum auswechselbaren Aufnehmen des Tribopaars aufweisen. An dieser Aufnahmevorrichtung kann ein Benutzer einen ersten Körper und einen zweiten Körper ganz unterschiedlicher Geometrie anbringen. Dadurch wird die Flexibilität der Untersuchung von Proben mit dem Tribometer weiter erhöht.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung entsprechend einer Benutzervorgabe einzustellen, insbesondere mittels Einstellens eines Antriebsstroms zum Antreiben der zweiten Antriebseinrichtung. Wenngleich die Steuereinrichtung zum Ausführen eines Algorithmus zum Durchführen einer tribologischen Messung zuständig und/oder ausgebildet sein kann, kann ein Benutzer (beispielsweise über eine grafische Benutzerschnittstelle) einen oder mehrere Steuerparameter definieren. Beispielsweise kann ein Benutzer auf diese Weise eine Federkonstante der motorischen zweiten Steuereinrichtung einstellen oder eine nicht-lineare Kraft- Zeit-Kennlinie der motorischen zweiten Steuereinrichtung vorgeben. Die Ermittlung von tribologischer Information mittels des Tribometers kann somit flexibel auf die Bedürfnisse einer spezifischen Anwendung eingestellt werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, die erste Antriebseinrichtung mit konstanter Drehzahl anzusteuern. Dies erlaubt eine einfache Ansteuerung der ersten Antriebseinrichtung. Eine zeitlich variable Ansteuerung ist dann nur für die zweite Antriebseinrichtung nötig.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information aufweisen. Auf diese Weise ist auch eine temperaturabhängige Bestimmung der tribologischen Eigenschaften zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper möglich. Beispielsweise kann eine Temperierkammer eine Messtemperatur in einem Bereich zwischen -170 °C und +1000 °C ermöglichen. Eine Temperierung des Tribopaars während der Messung kann insbesondere für Schmiermitteltests vorteilhaft sein.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer einen Feuchtegenerator zum Befeuchten des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information aufweisen. Ein Feuchtegenerator kann beispielsweise unter Verwendung eines Konvektionsofens realisiert werden. Dadurch können die Reibungseigenschaften zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper auch in Abhängigkeit der Umgebungsfeuchte charakterisiert werden. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer eine Gasmilieueinstelleinrichtung zum Einstellen eines Gasmilieus in einer Umgebung des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information aufweisen. Die Einstellung eines Gasmilieus in der Umgebung des ersten Körpers und des zweiten Körpers kann die Vorgabe einer bestimmten Gasart (zum Beispiel Luft, Stickstoff, Sauerstoff oder ein Edelgas) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Einstellung eines Gasmilieus in der Umgebung des ersten Körpers und in der Umgebung des zweiten Körpers aber auf die Vorgabe eines bestimmten Gasdrucks beinhalten, beispielsweise Normaldruck, Überdruck oder Unterdrück. Wird beispielsweise in einer sauerstofffreien oder sauerstoffarmen (zum Beispiel in einer Stickstoff- oder Argon-) Atmosphäre gemessen, kann eine unerwünschte Oxidation vermieden werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Tribometer eine weitere Ermittlungseinrichtung aufweisen, die zum Ermitteln weiterer Information des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information ausgebildet ist. Eine solche weitere Ermittlungseinrichtung kann zum Beispiel zum Ermitteln von Information betreffend eine akustische Emission, eine elektrische Leitfähigkeit, eine dielektrische Eigenschaft, eine spektroskopische Eigenschaft und/oder eine optische Eigenschaft des Tribopaars ausgebildet sein. Auf diese Weise kann tribologische Information mit einem oder mehreren weiteren Parametern korreliert werden.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können der erste Körper und der zweite Körper unmittelbar aneinander angrenzen. Anders ausgedrückt kann ein direkter physischer Kontakt zwischen aneinander angrenzenden Kontaktflächen des ersten Körpers und des zweiten Körpers bestehen. Dann kann eine unmittelbare tribologische Charakterisierung des Systems aus dem ersten Körper und dem zweiten Körpers ausgeführt werden.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung ein Zwischenmedium, insbesondere ein Schmiermittel, zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper aufweisen. Dann kann untersucht werden, wie die Anwesenheit eines Zwischenmediums die Reibungseigenschaften zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper beeinflussen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel können das Ermitteln der tribologischen Information ein Charakterisieren eines Ruckgleitens zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper aufweisen. Somit ist es möglich, mit dem Tribometer Stick-Slip-Messungen auszuführen.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tribometers mit Rotationsmotoren gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tribometers mit translatorisch wirkenden Motoren gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Körpern eines Tribopaars zum Charakterisieren mittels eines Tribometers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 zeigt eine andere Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Körpern eines Tribopaars zum Charakterisieren mittels eines Tribometers gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 5 zeigt einen Teil eines Tribometers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 6 und Figur 7 zeigen Diagramme mit Messdaten, die während des Betriebs eines Tribometers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurden.
Figur 8 zeigt einen Teil eines Tribometers zum Vermessen von fadenförmigen Körpern eines Tribopaars gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 9 zeigt einen Teil eines Tribometers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bevor unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden, werden einige allgemeine Überlegungen beschrieben, auf deren Basis exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgefunden wurden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Tribometer geschaffen, das eine erste Antriebseinrichtung zum Antreiben und Auslenken eines ersten Körpers und eines zweiten Körpers eines zu analysierenden Tribopaars aufweist. Darüber hinaus ist eine zweite Antriebseinrichtung zum Beaufschlagen des zweiten Körpers mit einer entgegengerichteten Krafteinwirkung vorgesehen. Vorteilhaft wird die mittels der zweiten Antriebseinrichtung erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper mit größer werdender Auslenkung des ersten Körpers und des diesem zunächst folgenden zweiten Körpers vergrößert, bis sich bei Überschreitung einer Reibungskraftgrenze der zweite Körper von dem ersten Körper ablöst. Dieses Ablösen bei bestimmten Kraftverhältnissen der Antriebseinrichtungen erlaubt mit Vorteil ein einfaches, präzises und flexibles Ermitteln tribologischer Information der Reibpaarung aus dem ersten Körper und dem zweiten Körper.
Vorteilhaft erlaubt ein solcher Aufbau eines Tribometers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung insbesondere eine Untersuchung von Stick-Slip Phänomenen mit Hilfe von zwei Rotationsmotoren. Ein Tribometer gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann somit insbesondere als Messgerät eingesetzt werden, das ein Vermeiden bzw. Reduzieren von technisch in vielen Fällen unerwünschten Stick-Slip Effekten ermöglichen kann. Aus Hardware-Sicht kann ein solches Tribometer realisiert werden, indem ein bestehendes Rheometer mit zwei Rotationsmotoren steuerungstechnisch, insbesondere softwaretechnisch, nachgerüstet wird, um eine tribologische Messung zu unterstützen. Vorteilhaft erlauben exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung insbesondere, Stick-Slip-Phänomene an unterschiedlichsten Materialkombinationen und für ganz verschiedene Anwendungen zu untersuchen. Der Aufwand zur Realisierung kann hierbei im Wesentlichen in der Software-Steuerung eines Doppelmotorrheometers bestehen. Dies hat den Vorteil, dass bestehende Komponenten (Rheometer, zweiter Rotationsmotor, etc.) nicht neu entwickelt werden müssen. Es ist natürlich auch möglich, ein Tribometer gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel in anderer Weise hardwaretechnisch auszugestalten. Mit Vorteil ist auch eine Kontrolle von Umgebungsbedingungen (wie zum Beispiel Temperatur und/oder Feuchte) möglich. Vorteilhaft bietet ein Tribometer gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Möglichkeit der Anordnung eines Reibkontaktes zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper mit zwei vorzugsweise als Motoren ausgebildeten Antriebseinrichtungen.
Anschaulich besteht eine Erkenntnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung darin, eine Torsionsfeder mit einer vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten ersten Antriebseinrichtung nachzubilden, und die vorzugsweise als weiterer Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinrichtung zur Vorgabe einer Federkraft bzw. Federhärte einzusetzen. Hierbei rotieren im Betrieb vorzugsweise die beiden Motoren entgegengesetzt, wobei ihre Rotationsachsen vorzugsweise entlang einer Linie zueinander ausgerichtet sein können. An den Rotationsachsen können die beiden Teile (d.h. der erste Körper und der zweite Körper) eines Tribokontakts angebracht werden (beispielsweise mittels einer Anordnung aus Kugel und drei Platten). Die Körper des Tribokontaktes können mit einer definierten Kraft gegeneinander gedrückt werden. Der Tribokontakt kann wahlweise mit oder ohne zusätzlichen Schmierstoff dazwischen gemessen werden.
Im Betrieb kann ein Motor (d.h. die erste Antriebseinrichtung) mit einer zum Beispiel einstellbaren Drehzahl bewegt werden. Durch den gegenüberliegenden Motor (d.h. die zweite Antriebseinrichtung) kann eine elastische Komponente (anschaulich eine elektrisch nachgebildete Feder) aufgeschaltet werden. Die Umsetzung kann zum Beispiel durch eine Vorgabe des Drehmoments erfolgen, das proportional zum Auslenkwinkel sein kann.
Unterhalb der Haftreibung (sogenannter Stick) wird der dem antreibenden Motor gegenüberliegende Motor mitgezogen. Dies erfolgt bis zu einem Punkt, ab dem der Kontakt im Tribopaar abreißt (sogenannter Slip), und der Motor wird von dem aufgeschalteten Drehmoment in die Ausgangstellung zurückgezogen. Der Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Eine zeitaufgelöste Messung des Auslenkwinkels kann dann zur Analyse des Stick-Slip Phänomens verwendet werden. Aus der zeitaufgelösten Winkelmessung kann eine zeitaufgelöste Drehzahl bestimmt werden. Das Drehmoment des antreibenden Motors kann ebenfalls zeitaufgelöst aufgezeichnet werden und kann zur Bestimmung der Reibungskraft verwendet werden. Die Umrechnung in tribologische Größen kann zum Beispiel über eine bekannte Geometrie der Messteile erfolgen.
Vorteilhaft kann die Federstärke der zweiten Antriebseinrichtung über einen Drehmomentfaktor zur Rückstellung über einen großen Bereich variiert werden. Beispielsweise kann die Federstärke durch den Antriebsstrom der zweiten Antriebseinrichtung eingestellt werden.
Durch das Aufschalten einer viskosen Komponente (insbesondere auf die zweite Antriebseinrichtung) kann eine zusätzliche Dämpfung eingebaut werden, die über einen großen Bereich variiert werden kann. Damit kann beispielsweise zwischen viskosen und elastischen Anteilen im System unterschieden werden.
Beide Antriebseinheiten (insbesondere ausgebildet als Motoren, weiter insbesondere Elektromotoren) können identisch ausgebildet sein. Eine jeweilige Antriebseinheit kann luftgelagert sein und die Vorgabe und die Messung von sehr kleinen Drehzahlen, Auslenkwinkeln und/oder Drehmomenten erlauben.
Der antreibende Motor bzw. die rotierende Masse des antreibenden Motors (d.h. der ersten Antriebseinrichtung) inklusive eine zugehörige Messachse können mit einer erhöhten Trägheit ausgestattet werden, um Beeinflussungen eines ruckartigen Rückstellens des anderen Motors (d.h. der zweiten Antriebseinrichtung) auf die Drehzahlregelung gering zu halten oder sogar zu minimieren. Wenn nach Ablösen des zweiten Körpers vom ersten Körper die zweite Antriebseinrichtung zurückschlägt, kann dies auf die erste Antriebseinrichtung zurückwirken. Indem die erste Antriebseinrichtung mit einer Zusatzmasse versehen wird, wirkt ein Zurückschlagen der zweiten Antriebseinrichtung weniger stark auf die erste Antriebseinrichtung zurück, was die Regelungsgenauigkeit der ersten Antriebseinrichtung verbessert.
Neben der Vorgabe von beliebigen Drehzahlen können der ersten Antriebseinrichtung und/oder der zweiten Antriebseinrichtung auch andere beliebige Bewegungsprofile (beispielsweise Drehzahlrampen, oszillierend, Sinus, Dreieck, etc.) vorgegeben werden.
Der antreibende Motor der ersten Antriebseinrichtung kann gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel beliebige Drehmomente und Drehmomentprofile vorgeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, komplexe Profile aus beliebigen Kombinationen aus Drehzahl, Drehwinkel und/oder Drehmoment vorzugeben. Insbesondere können auch Einlaufprozesse bei hohen Geschwindigkeiten vor der eigentlichen Stick-Slip Messung vorgegeben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Linearmotor (insbesondere ein Hubmotor) in Verbindung mit einem Kraftsensor (zum Beispiel ein
Norm al Kraftsensor) eine tribologische Normalkraft (auch als Last bezeichnet) aufbringen. Die Last kann vorzugsweise über einen großen Bereich eingestellt werden, weiter vorzugsweise auch innerhalb einer Versuchsdefinition.
Mindestens eine Motorachse der ersten Antriebseinrichtung und/oder der zweiten Antriebseinrichtung kann ein mechanisches Federelement in axialer Richtung enthalten. Dadurch kann zum Beispiel eine mechanische Vorspannung des ersten Körpers und des zweiten Körpers gegeneinander implementiert werden. Eine Normalkraft kann durch ein axiales Verfahren einer der Antriebseinrichtungen (insbesondere der oberen Antriebseinrichtung) aufgebracht werden, zum Beispiel mit einem Liftmotor. Die Normalkraft selber kann kapazitiv über die Auslenkung im Luftlager gemessen werden.
Der antreibende Motor der ersten Antriebseinrichtung kann für die Einlaufphase des Tribometers bei sehr hohen Drehzahlen und zur eigentlichen Messung bei kleineren Drehzahlen verwendet werden.
Die Probenkörper (d.h. der erste Körper und der zweite Körper und deren Anbringung an dem Tribometer) auf beiden Seiten können unterschiedliche Formen haben. Beispielsweise ist eine Geometrie einer Kugel auf drei Platten (oder auf drei Kugeln, auf drei Pins, etc.) möglich. Auch drei Pins (oder Kugel, Stifte, Rollen, Folien etc.) auf einer Platte sind möglich. Ebenfalls kann die Geometrie einer Scheibe auf Scheibe oder einer Scheibe auf Platte zum Einsatz kommen.
Ferner können gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung beliebige Materialien und Oberflächenbeschichtungen auf den jeweiligen Seiten des Tribokontakts vorgesehen sein.
Der Tribokontakt kann trocken (d.h. kein Schmiermittel zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper) sein oder ein Medium zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper enthalten, das beispielsweise als Schmiermittel dient.
Ferner ermöglicht ein Ausführungsbeispiel eine Kontrolle der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Temperatur, der Feuchte und/oder von speziellen Gasen.
Es ist gemäß einem Ausführungsbeispiel auch eine Kombination mit anderen Messgrößen möglich. Beispiele hierfür sind eine akustische Emission, eine elektrische Leitfähigkeit, eine dielektrische Spektroskopie und/oder eine optische Methode (zum Beispiel Mikroskopie im Kontakt, Interferometrie zur Spaltmessung oder Verschleißbestimmung, Nahinfrarotspektroskopie, Infrarotspektroskopie, Raman Spektroskopie im Kontakt), etc.
Ferner ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Kombination mit einem Beschleunigungssensor im Messsystem möglich, welches den Probenkörper hält, welcher über die eingestellte Federkonstante zurückregelt. Die Daten des Beschleunigungssensors können mit denen des Auslenkwinkels vom Messmotor verglichen bzw. ergänzt werden.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tribometers 100 mit zwei als Rotationsmotoren ausgebildeten Antriebseinrichtungen 106, 108 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Genauer gesagt zeigt Figur 1 eine Anordnung 114 aus dem genannten Tribometer 100 und einem Tribopaar, dessen Reibungseigenschaften ermittelt werden sollen. Dieses Tribopaar ist gebildet aus einem ersten Körper 102 aus einem ersten Material und einem zweiten Körper 104 aus einem zweiten (vorzugsweise anderen) Material, die entweder an einander angrenzenden Kontaktflächen einen direkten physischen Kontakt miteinander haben oder - wie in Figur 1 dargestellt - durch ein hier als Schmiermittel ausgebildetes Zwischenmedium 150 voneinander beabstandet sind. Das dargestellte Tribometer 100 dient zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen dem Tribopaar aus dem ersten Körper 102 und dem mittels des Zwischenmediums 150 mit dem ersten Körper 102 gekoppelten zweiten Körper 104.
Der erste Körper 102 und der zweite Körper 104 können für eine tribologische Untersuchung gegeneinander gedrückt werden. Dies kann mittels eines Vorspannelements erreicht werden, beispielsweise mittels mindestens einer mechanischen Vorspannfeder 156, die eine axiale Vorspannung auf die Körper 102, 104 generieren kann. Beispielsweise kann die mechanische Vorspannungsfeder 156 an einer oder beiden von Antriebsachsen 120, 122 angebracht sein, die nachfolgend näher beschrieben werden. Es ist auch möglich, eine Normalkraft kann durch ein axiales Verfahren einer im Weiteren näher beschriebenen oberen Antriebseinrichtung 108 aufzubringen.
Das Tribometer 100 weist eine erste Antriebseinrichtung 106 zum Antreiben des ersten Körpers 102 zum Vollführen einer Winkelauslenkung auf. Genauer gesagt ist die erste Antriebseinrichtung 106 gemäß Figur 1 als elektrischer Rotationsmotor ausgebildet, der eine mit Bezugszeichen 152 dargestellte Rotation um eine erste Antriebsachse 120 bewirken kann. Beispielsweise kann die erste Antriebseinrichtung 106 (auch als Antriebsmotor bezeichnet) mit fester Drehzahl angesteuert werden. Gemäß Figur 1 ist die erste Antriebseinrichtung 106 unterhalb des zu untersuchenden Tribopaars angeordnet und kann mittels einer Steuereinrichtung 110 zum Ausführen einer Rotation um ihre erste Antriebsachse 120 angesteuert werden, die gemäß Bezugszeichen 152 im Uhrzeigersinn verlaufen kann. Somit kann die erste Antriebseinrichtung 106 zum Drehantreiben des ersten Körpers 102 zum Vollführen einer Winkelauslenkung entlang einer ersten Drehrichtung ausgebildet sein. Da die erste Antriebseinrichtung 106 mittels ihrer ersten Antriebsachse 120 und einem ersten Teil einer Aufnahmeeinrichtung 124 mit dem ersten Körper 102 gekoppelt ist, führt eine Rotation der ersten Antriebseinrichtung 106 zu einer Rotation des ersten Körpers 102. Wie bereits beschrieben, ist der erste Körper 102 direkt oder mittels des Zwischenmediums 150 mit dem zweiten Körper 104 reibschlüssig verbunden. Daher kann in Abwesenheit einer ausreichend großen Krafteinwirkung auf den zweiten Körper 104 der zweite Körper 104 mit dem ersten Körper 102 drehend mitgeführt werden, wenn der erste Körper 102 mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 drehangetrieben wird. Dieses Folgen des zweiten Körpers 104 bei Drehantrieb des ersten Körpers 102 ist eine Konsequenz der Haftreibungskraft zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104, optional vermittelt durch das Zwischenmedium 150.
Wiederum bezugnehmend auf Figur 1 weist das Tribometer 100 zusätzlich eine zweite Antriebseinrichtung 108 zum Beaufschlagen des zweiten Körpers 104 mit einer der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 generierten Winkelauslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung auf. Genauer gesagt ist die zweite Antriebseinrichtung 108 gemäß Figur 1 als weiterer elektrischer Rotationsmotor ausgebildet, der eine mit Bezugszeichen 154 dargestellte Rotation um eine zweite Antriebsachse 122 bewirken kann, die in vertikaler Richtung zu der ersten Antriebsachse 120 ausgerichtet ist. Gemäß Figur 1 ist die zweite Antriebseinrichtung 108 oberhalb des zu untersuchenden Tribopaars angeordnet und kann mittels der Steuereinrichtung 110 zum Ausführen einer Rotation um ihre zweite Antriebsachse 122 angesteuert werden, die gemäß Bezugszeichen 154 entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen kann. Anders ausgedrückt drehen sich die erste Antriebsachse 120 und die zweite Antriebsachse 122 in Betrieb in entgegengesetzten Richtungen. Daher kann die zweite Antriebseinrichtung 108 zum Beaufschlagen des zweiten Körpers 104 mit einem der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 bewirkten Winkelauslenkung entgegengerichteten Drehmomenteinwirkung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die zweite Antriebseinrichtung 108 (auch als Gegenmotor bezeichnet) als geregelter Motor ausgebildet. Da die zweite Antriebseinrichtung 108 mittels ihrer zweiten Antriebsachse 122 und einem zweiten Teil einer Aufnahmeeinrichtung 124 mit dem zweiten Körper 104 gekoppelt ist, führt ein Drehmoment der zweiten Antriebseinrichtung 108 ab einer gewissen Grenze zu einer Rotation des zweiten Körpers 104 entsprechend der Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinrichtung 108. Indem die Steuereinrichtung 110 beide Antriebseinrichtungen 106, 108 ansteuert, ist diese zum koordinierten Steuern der ersten Antriebseinrichtung 106 und der zweiten Antriebseinrichtung 108 ausgebildet. Die Steuereinrichtung 110 steuert die zweite Antriebseinrichtung 106 so, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper 104 mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 erzeugten Auslenkung des ersten Körpers 102 und des zweiten Körpers 104 vergrößert wird, bis sich der zweite Körper 104 von dem ersten Körper 102 ablöst. Dadurch wird der zweite Körper 104 mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 schnell in Richtung seiner ursprünglichen Ruheposition zurück bewegt.
Die mittels der Steuereinrichtung 110 erzwungene Bewegungscharakteristik des ersten Körpers 102 und des zweiten Körpers 100 ist also folgendermaßen: Zu Beginn wird der erste Körper 102 und der damit reibschlüssig verbundene zweite Körper 104 mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 im Uhrzeigersinn gedreht. Anschaulich bewirkt die Haftreibungskraft zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104, dass der direkt mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 in Drehung versetzte erste Körper 102 den zweiten Körper 104 bei seiner Bewegung mitnimmt. Je größer jedoch die Winkelauslenkung des ersten Körpers 102 und des zweiten Körpers 104 aufgrund des Drehantriebs mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 wird, umso stärker wird die gegenläufige Antriebskraft mittels der Steuereinrichtung 110 eingestellt, mit welcher die zweite Antriebseinrichtung 108 den zweiten Körper 104 in zur Auslenkungsrichtung gegenläufiger Richtung beaufschlagt. Beispielsweise kann die zweite Antriebseinrichtung 108 eine Gegenkraft auf den zweiten Körper 104 ausüben, die direkt proportional (also linear) zur Antriebskraft der ersten Antriebseinrichtung 106 ist, aber zu letzterer invers gerichtet ist. Auf diese Weise bildet die zweite Antriebseinrichtung 108 das Verhalten einer idealen mechanischen Rückstellfeder nach, die eine rücktreibende Kraft auf den zweiten Körper 104 ausübt. Überwindet die rücktreibende Kraft der zweiten Antriebseinrichtung 108 auf den zweiten Körper 104 die Haftkraft zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104, so wird die Reibverbindung zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104 gelöst. Daher trennt sich der zweite Körper 104 vom ersten Körper 102 ab. Der zweite Körper 104 wird nun mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 in Richtung seiner Ruhelage zurück bewegt, wohingegen der erste Körper 102 mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 in entgegengesetzte Richtung weiter bewegt werden kann. Der erste Körper 102 kann in der gleichen Richtung weiter rotieren. Dann ist ein Zurückfahren in seine Ausgangslage nicht nötig. Alternativ kann der erste Körper 102 mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 nun aber ebenfalls wieder in Richtung seiner Ruhelage zurück bewegt werden.
Die Kraftverhältnisse, bei denen ein Ablösen des zweiten Körpers 104 vom ersten Körper 102 erfolgt, ist für die Reibkraftcharakteristik zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104 indikativ.
Eine Ermittlungseinrichtung 112 kann somit eine tribologische Information über das Tribopaar aus dem ersten Körper 102 und dem damit mittels des Zwischenmediums 150 reibgekoppelten zweiten Körpers 104 basierend auf dem beschriebenen Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns bestimmen. Genauer gesagt ermittelt die Ermittlungseinrichtung 112 die tribologische Information basierend auf einem Zeitverlauf der Winkelauslenkung von zumindest einem der Körper 102, 104, insbesondere des zweiten Körpers 104. Der Zeitverlauf der Winkelauslenkung kann beispielsweise mittels mindestens eines Winkelsensors einer Sensoreinrichtung 116 geliefert werden. Abweichend von Figur 1 kann der Winkelsensor (zum Beispiel ausgebildet als optischer Encoder) oben über dem Lager angebracht sein und nicht in der Achse. Somit können der Ermittlungseinrichtung 112 Informationen über die Zeitabhängigkeit der Winkelauslenkung des zweiten Körpers 104 (und optional auch des ersten Körpers 102) übermittelt werden. Dies kann den Zeitraum des Mitbewegens des zweiten Körpers 104 mit ersten Körper 102 und den Zeitraum des Zurückbewegens des zweiten Körpers 104 nach dem Ablösen vom ersten Körper 102 umfassen. Es ist auch möglich, dass der Ermittlungseinrichtung 112 die Zeitabhängigkeit der Krafteinwirkung der ersten Antriebseinrichtung 106 und der zweiten Antriebseinrichtung 108 auf den ersten Körper 102 bzw. den zweiten Körper 104 übermittelt werden. Insbesondere kann das Ermitteln der tribologischen Information ein Charakterisieren eines Ruckgleitens, d.h. eines Stick-Slips, zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104 aufweisen.
Das Tribometer 100 kann ausgebildet sein, nach dem Ablösen das Antreiben mittels der ersten Antriebseinrichtung 106, das Beaufschlagen mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 und das Steuern bis zum Ablösen mittels der Steuereinrichtung 110 ein weiteres Mal oder mehrere Male zu wiederholen, bis sich der zweite Körper 104 von dem ersten Körper 102 abermals ablöst. Indem die entsprechende Zeitabhängigkeit der Winkelauslenkung während mehrerer Sequenzen aufgenommen wird, kann die Genauigkeit der erhaltenen tribologischen Information weiter verfeinert werden. Darüber hinaus wird es dadurch möglich, Änderungen im Zeitverlauf (z.B. durch Abrieb oder nichtperiodisches Verhalten) aufzuzeichnen.
Wie bereits ausgeführt, kann die Steuereinrichtung 110 zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung 108 derart ausgebildet sein, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper 104 direkt proportional (d.h. linear) zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 erzeugten Auslenkung des ersten Körpers 102 und des zweiten Körpers 104 vergrößert wird, bis sich der zweite Körper 104 von dem ersten Körper 102 ablöst. Alternativ zu einem solchen Nachbilden einer idealen mechanischen Feder kann die Steuereinrichtung 110 zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung 108 derart ausgebildet sein, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper 104 nicht-linear zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 erzeugten Auslenkung des ersten Körpers 102 und des zweiten Körpers 104 vergrößert wird, bis sich der zweite Körper 104 von dem ersten Körper 102 ablöst. Eine solche Nicht-Linearität kann zum Beispiel durch nicht-lineares Steuern des elektrischen Antriebsstroms der zweiten Antriebseinrichtung 108 eingestellt werden. Beispielsweise kann eine quadratische Abhängigkeit der Rückstellkraft von der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 generierten Winkelauslenkung eingestellt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die zweite Antriebseinrichtung 108 ein Messmotor eines auch in einer Rheometer-Konfiguration betreibbaren Tribometers 100 ist. Zu diesem Zweck ist es möglich, als Basis für das Tribometer 100 ein bereits bestehendes Doppelmotorrheometer (ausgebildet zum Ausführen einer rheologischen Analyse) zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen dem Tribopaar aus dem ersten Körper 102 und dem mit dem ersten Körper 102 gekoppelten zweiten Körper 104 mittels Nachbildens eines rücktreibenden Federverhaltens durch einen Motor des Doppelmotorrheometers einzusetzen. Zu diesem Zweck kann es ausreichend sein, das besagte Doppelmotorrheometer mit der Steuereinrichtung 110 nachzurüsten. Es ist selbst möglich, eine bereits bestehende Steuereinrichtung des Doppelmotorrheometers zu verwenden, wenn auf dieser eine Steuersoftware zum Steuern des Doppelmotorrheometers zum Ermitteln der tribologischen Information in der oben beschriebenen Weise installiert wird. Die Steuersoftware ist dann insbesondere so auszubilden, dass die koordinierte Ansteuerung der ersten Antriebseinrichtung 106 und der zweiten Antriebseinrichtung 108 zum Vollführen der gemeinsamen Winkelauslenkung der Körper 102, 104 erreicht werden kann, bis sich ausgelöst durch eine sukzessive ansteigende rücktreibende Kraft der zweiten Antriebseinrichtung 108 der zweite Körper 104 vom ersten Körper 102 schlagartig ablöst.
Figur 1 zeigt die bereits angesprochene Sensoreinrichtung 116 zum Erfassen eines Zeitverlaufs der Winkelauslenkung als Basis für die Ermittlung der tribologischen Information. Gemäß Figur 1 ist die hier als Winkelsensor ausgebildete Sensoreinrichtung 116 an der zweiten Drehachse 122 der zweiten Antriebseinrichtung 108 verortet. Andere Sensoren und/oder Sensorpositionen sind selbstverständlich möglich. Es ist auch möglich, einen Beschleunigungssensor 118 zum Erfassen von Beschleunigungsinformation vorzusehen.
Figur 1 zeigt darüber hinaus eine Benutzerschnittstelle 160, über die ein Benutzer Steuerkommandos und/oder Steuerparameter zum Betreiben des Tribometers 100 eingeben kann. Mit Vorteil kann die Steuereinrichtung 110 ausgebildet sein, insbesondere die mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 erzeugte Krafteinwirkung entsprechend einer über die Benutzerschnittstelle 160 eingebbaren Benutzervorgabe einzustellen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 110 einen elektrischen Antriebsstrom zum Antreiben der zweiten Antriebseinrichtung 108 einstellen, um im Falle einer mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 simulierten linearen mechanischen Federcharakteristik eine benutzerdefinierte Federkonstante abzubilden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 110 einen elektrischen Antriebsstrom zum Antreiben der zweiten Antriebseinrichtung 108 einstellen, um im Falle einer mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 simulierten nicht-linearen mechanischen Federcharakteristik eine benutzerdefinierte nicht-lineare Kennlinie nachzubilden.
Optional kann das Tribometer 100 mindestens eine weitere Ermittlungseinrichtung 132 aufweisen, die zum Ermitteln weiterer Information des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information ausgebildet ist. Die mindestens eine weitere Ermittlungseinrichtung 132 kann beispielsweise zum Ermitteln von Information betreffend eine akustische Emission, eine elektrische Leitfähigkeit, eine dielektrische Eigenschaft, eine spektroskopische Eigenschaft und/oder eine optische Eigenschaft des Tribopaars ausgebildet sein. Auf diese Weise kann Information über die tribologischen Verhältnisse des Tribopaars mit weiterer messtechnisch erhaltener Information komplementär kombiniert werden.
Somit zeigt das Tribometer 100 gemäß Figur 1 oberhalb und unterhalb der als Tribokontakte ausgebildeten Körper 102, 104 einen jeweiligen Messmotor der Antriebseinrichtung 106, 108 mit konzentrischer Lage der Rotationsachsen. Zwei Platten der Aufnahmeeinrichtung 124 dienen für die Scherung der als Probe fungierenden Körper 102, 104 zwischen den Platten. Messteile der Aufnahmeeinrichtung 124 können wechselbar ausgebildet sein und können eine Messkörpererkennung aufweisen. Daher kann das Tribometer 100 erkennen, welche Messkörper eingesetzt sind, welche tribologischen Messmodi umgesetzt werden sollen oder können und/oder welche Größen einzustellen oder vorzugeben sind. Ferner können Luftlager, Komponenten einer Drehmomentmessung über eine Stromaufnahme des jeweiligen Motors, Komponenten für eine Winkelmessung und/oder Komponenten für eine Normalkraftmessung im Luftlager vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tribometers 100 mit als translatorisch wirkenden Motoren ausgebildeten Antriebseinrichtungen 106, 108 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Unterschied zu Figur 1 zeigt Figur 2 ein Tribopaar, bei dem der erste Körper 102 und der zweite Körper 104 unmittelbar aneinander angrenzen. Alternativ kann auch gemäß Figur 2 ein Schmiermittel oder ein anderes Zwischenmedium 150 zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104 vorgesehen sein.
Gemäß Figur 2 ist der erste Körper 102 an einer Förderbandeinrichtung 162 angebracht und wird mittels einer ersten Antriebseinrichtung 106 linear angetrieben. Genauer gesagt bewirkt die erste Antriebseinrichtung 106 einen Drehantrieb der Förderbandeinrichtung 162 (siehe Bezugszeichen 164), was aufgrund des Anbringens des ersten Körpers 102 an der Förderbandeinrichtung 162 zu einer linearen Bewegung des ersten Körpers 102 führt. Ein Fachmann wird verstehen, dass die in Figur 2 dargestellte Förderbandeinrichtung 162 nur ein Beispiel für einen Antrieb zum Ausbilden einer Linearbewegung ist. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können andere Antriebe zum Ausbilden einer Linearbewegung eingesetzt werden, insbesondere beliebige Linearantriebe. In dem dargestellten Betriebszustand von Figur 2 wird der erste Körper 102 mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 horizontal nach links bewegt. Somit ist die erste Antriebseinrichtung 106 zum Linearantreiben des ersten Körpers 102 zum Vollführen einer Längsauslenkung ausgebildet.
Der zweite Körper 104 ist direkt auf den ersten Körper 102 aufgesetzt und folgt daher zunächst der Bewegung des ersten Körpers 102 in gemäß Figur 2 horizontaler Richtung nach links. Allerdings ist der zweite Körper 104 darüber hinaus mit einer als Linearmotor ausgebildeten zweiten Antriebseinrichtung 108 gekoppelt. Die zweite Antriebseinrichtung 108 ist zum Beaufschlagen des zweiten Körpers 104 mit einer der Längsauslenkung aufgrund der ersten Antriebseinrichtung 106 entgegengerichteten Längskrafteinwirkung ausgebildet. Genauer gesagt übt die zweite Antriebseinrichtung 108 auf den zweiten Körper 104 während einer tribologischen Messung eine gemäß Figur 2 in horizontaler Richtung nach rechts wirkende Kraft aus, die invers bzw. antiparallel zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 auf den ersten Körper 102 und den zweiten Körper 104 ausgeübten Kraft ist. Solange die Gegenkraft der zweiten Antriebseinrichtung 108 die Haftkraft zwischen dem ersten Körper 102 und dem zweiten Körper 104 nicht überwinden kann, folgt der zweite Körper 104 der Bewegung des ersten Körpers 102. Überwindet die Gegenkraft der zweiten Antriebseinrichtung 108 die Haftkraft, wird der zweite Körper 104 vom ersten Körper 102 abgelöst und gemäß Figur 2 in horizontaler Richtung nach rechts weggezogen. Die von der zweiten Antriebseinrichtung 108 bereitgestellte Gegenkraft wird zum Auslösen des Ablösens zeitlich so verändert, dass sie proportional zu der Längsverschiebung des zweiten Körpers 104 aufgrund der mittels der ersten Antriebseinrichtung 106 ausgeübten Kraft zunimmt. Anschaulich bildet die zweite Antriebseinrichtung 108 daher das Verhalten einer idealen mechanischen Feder und ihrer zur Auslenkung proportionalen Rückstellkraft nach. Die Federkonstante dieser mechanischen Feder kann benutzerdefiniert oder softwaregesteuert auf einen vorgebbaren Wert eingestellt werden.
Eine beispielsweise als optischer Positionssensor ausgebildete Sensoreinrichtung 116 kann die zeitabhängige Positionsinformationen des zweiten Körpers 104 erfassen und an die Steuereinrichtung 110 übermitteln. Die Steuereinrichtung 110 kann besagte Sensorinformation ebenso an die Ermittlungseinrichtung 112 weiterleiten wie die zeitabhängige Kraftbeaufschlagung durch die Antriebseinrichtungen 106, 108. Aus diesen Informationen kann die Ermittlungseinrichtung 112 tribologische Information über das Tribopaar aus erstem Körper 102 und zweitem Körper 104 ableiten.
Figur 3 zeigt eine Aufnahmevorrichtung 124 zum Aufnehmen von Körpern 102, 104 eines Tribopaars zum Charakterisieren mittels eines Tribometers 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 4 zeigt eine andere Aufnahmevorrichtung 124 zum Aufnehmen von Körpern 102, 104 eines Tribopaars zum Charakterisieren mittels eines Tribometers 100 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Figur 3 und Figur 4 dargestellten Aufnahmevorrichtungen 124 eignen sich besonders gut für eine Stick-Slip-Messung der Körper 102, 104. Diese beinhalten jeweils eine Messkörperachse 166. Bei der Aufnahmevorrichtung 124 gemäß Figur 3 ist ein Scheibenhalter 168 vorgesehen. Insbesondere kann diese Aufnahmevorrichtung 124 einen aufschraubbaren Topf mit Fixiermöglichkeiten für eine Scheibe aufweisen. Gemäß Figur 4 sind Gewindespanner 170 vorgesehen. Ferner kann an der Messkörperachse 166 ein Federelement 172 angebracht sein, wie exemplarisch in Figur 4 gezeigt.
Figur 5 zeigt einen Teil eines Tribometers 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Genauer gesagt ist in Figur 5 ein Teil einer entsprechenden experimentellen Messapparatur gezeigt. Unterhalb der dargestellten Aufnahmeeinrichtung 124 kann die erste Antriebseinrichtung 106 angebracht werden, die einen im Betrieb auf konstanter Geschwindigkeit laufenden Motor aufweisen kann. Oberhalb der dargestellten Aufnahmeeinrichtung 124 kann die zweite Antriebseinrichtung 108 implementiert werden, die ein Federverhalten simulieren oder emulieren kann.
Figur 6 und Figur 7 zeigen Diagramme 180, 190 mit Messdaten, die während des Betriebs eines Tribometers 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurden. Entsprechende Diagramme 180, 190 können zum Beispiel mit einem Tribometer 100 mit einer Ausgestaltung gemäß Figur 1 erhalten werden. Diagramme 180, 190 zeigen die Ergebnisse von Stick-Slip-Messungen.
Das Diagramm 180 gemäß Figur 6 hat eine Abszisse 182, entlang der die Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Entlang einer ersten Ordinate 183 ist die Rotationsgeschwindigkeit der ersten Antriebseinrichtung 106 in 1/min aufgetragen, die einer ersten Messkurve 186 entspricht. Entlang einer zweiten Ordinate 184 ist das (elektrisch bereitgestellte) Drehmoment der zweiten Antriebseinrichtung 108 in mN-m aufgetragen, die einer zweiten Messkurve 187 entspricht. Entlang einer dritten Ordinate 185 ist der Auslenkwinkel der zweiten Antriebseinrichtung 108 in rad aufgetragen, die einer dritten Messkurve 188 entspricht.
Die Darstellung gemäß Figur 7 entspricht der Darstellung gemäß Figur 6 mit dem Unterschied, dass gemäß Figur 6 die Geschwindigkeit in negativer Richtung und gemäß Figur 7 die Geschwindigkeit in positiver Richtung dargestellt ist. Diagramm 190 entspricht daher Diagramm 180 mit der Maßgabe, dass Messkurve 186' der Messkurve 186, Messkurve 187' der Messkurve 187 sowie Messkurve 188' der Messkurve 188 entspricht.
Nun wiederum bezugnehmend auf Figur 6 bewegt sich während der dargestellten Analyse die als unterer Motor ausgebildete erste Antriebseinrichtung 106 mit einer konstanten Geschwindigkeit, während mit der als oberer Motor ausgebildeten zweiten Antriebseinrichtung 108 ein Federverhalten elektromotorisch nachgebildet wird. Während der untere Motor rotiert, haften Körper 102, 104 aneinander. Nun steigt der Auslenkungswinkel am oberen Motor, siehe Messkurve 188. Das Drehmoment am oberen Motor nimmt linear zu, siehe Messkurve 187. Ab einem bestimmten Punkt löst sich der zweite Körper 104 vom ersten Körper 102, wodurch der Auslenkungswinkel und das Drehmoment zurückschnappen. Danach beginnt der Prozess von vorne.
Wie anhand von Messkurve 186 zu erkennen ist, bewirkt das Zurückschnappen am unteren Motor eine gewisse Rückkopplung. Durch Erhöhung des Trägheitsmoments am unteren Motor kann diese Rückkopplung unterdrückt werden.
Figur 8 zeigt einen Teil eines Tribometers 100 zum Vermessen von fadenförmigen Körpern 102, 104 eines Tribopaars gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß Figur 8 wird ein erster fadenförmiger Körper 102 an einer Fadenhalterung 192 montiert und kann von einer ersten Fadenrolle 194 abgewickelt und auf eine zweite Fadenrolle 196 aufgewickelt werden. Im Betrieb kommt es zu einer Längsbewegung 198 ersten fadenförmigen Körpers 102. Eine entsprechende Antriebsenergie wird mittels einer ersten Antriebseinrichtung 106 bereitgestellt. Ein zweiter fadenförmiger Körper 104 an einer Fadenhalterung 193 befindet sich in Reibkontakt mit dem ersten fadenförmigen Körper 102 und wird mittels der zweiten Antriebseinrichtung 108 angetrieben. Die tribologischen Eigenschaften zwischen den Körpern 102, 104 können ermittelt werden, wie oben beschrieben.
Figur 9 zeigt einen Teil eines Tribometers 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Figur 9 ist die Aufnahmeeinrichtung 124 samt Körpern 102, 104 in einer Konditionierkammer 199 untergebracht.
Figur 9 zeigt zunächst, dass eine Temperiereinrichtung 126 zum Temperieren des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann die Temperiereinrichtung 126 eine elektrische Widerstandsheizung 125 aufweisen, die mittels einer Temperatursteuerung 123 steuerbar sein kann.
Das Tribometer 100 kann auch einen Feuchtegenerator 128 zum Befeuchten des Tribopaars aus den Körpern 102, 104 während des Ermittelns von tribologischer Information aufweisen. Um im Inneren der Konditionierkammer 199 einen gewünschten Feuchtegrad einzustellen, kann ein Feuchtesteuerungs-Ventil 129 entsprechend gesteuert werden.
Ferner kann das Tribometer 100 eine Gasmilieueinstelleinrichtung 130 zum Einstellen eines Gasmilieus in einer Umgebung des Tribopaars aus den Körpern 102, 104 während des Ermittelns von tribologischer Information aufweisen. Um im Inneren der Konditionierkammer 199 ein gewünschtes Gasmilieu einzustellen, kann ein Gasmilieu-Ventil 131 entsprechend gesteuert werden. Zum Beispiel kann in der Konditionierkammer 199 eine Edelgasatmosphäre eingestellt werden, um eine Oxidation der Körper 102, 104 zu vermeiden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Tribometer (100) zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper (102) und einem mit dem ersten Körper (102) gekoppelten zweiten Körper (104), wobei das Tribometer (100) aufweist: eine erste Antriebseinrichtung (106) zum Antreiben des ersten Körpers (102) und des damit gekoppelten zweiten Körpers (104) zum Vollführen einer Auslenkung; eine zweite Antriebseinrichtung (108) zum Beaufschlagen des zweiten Körpers (104) mit einer der Auslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung; eine Steuereinrichtung (110), die zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung (108) derart ausgebildet ist, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper (104) mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung (106) erzeugten Auslenkung des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) vergrößert wird, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) ablöst; und eine Ermittlungseinrichtung (112) zum Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns.
2. Tribometer (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Antriebseinrichtung (106) zum Drehantreiben des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) zum Vollführen einer Winkelauslenkung ausgebildet ist; und wobei die zweite Antriebseinrichtung (108) zum Beaufschlagen des zweiten Körpers (104) mit einer der Winkelauslenkung entgegengerichteten Drehmomenteinwirkung ausgebildet ist.
3. Tribometer (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Antriebseinrichtung (106) zum Linearantreiben des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) zum Vollführen einer Längsauslenkung ausgebildet ist; und wobei die zweite Antriebseinrichtung (108) zum Beaufschlagen des zweiten Körpers (104) mit einer der Längsauslenkung entgegengerichteten Längskrafteinwirkung ausgebildet ist.
4. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (110) zum koordinierten Steuern der ersten Antriebseinrichtung (106) und der zweiten Antriebseinrichtung (108) ausgebildet ist.
5. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ermittlungseinrichtung (112) zum Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Zeitverlauf einer Auslenkung des zweiten Körpers (104) ausgebildet ist.
6. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (110) ausgebildet ist, nach dem Ablösen das Antreiben, das Beaufschlagen und das Steuern mindestens einmal zu wiederholen, insbesondere eine auswählbare Anzahl von Malen zu wiederholen, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) abermals ablöst.
7. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (110) zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung (108) derart ausgebildet ist, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper (104) proportional zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung (106) erzeugten Auslenkung des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) vergrößert wird, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) ablöst.
8. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (110) zum Steuern der zweiten Antriebseinrichtung (108) derart ausgebildet ist, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper (104) nicht-linear zu der mittels der ersten Antriebseinrichtung (106) erzeugten Auslenkung des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) vergrößert wird, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) ablöst.
9. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Antriebseinrichtung (108) ein Messmotor eines auch in einer Rheometer- Konfiguration betreibbaren Tribometers (100) ist.
10. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine Sensoreinrichtung (116), insbesondere umfassend mindestens einen Winkelsensor, zum Erfassen eines Zeitverlaufs einer Auslenkung, insbesondere einer Winkelauslenkung, des zweiten Körpers (104) als Basis für die Ermittlung der tribologischen Information.
11. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend einen Beschleunigungssensor (118) zum Erfassen von Beschleunigungsinformation hinsichtlich der Auslenkung, insbesondere einer Winkelauslenkung.
12. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Antriebseinrichtung (106) unterhalb des Tribopaars und die zweite Antriebseinrichtung (108) oberhalb des Tribopaars angeordnet ist.
13. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine erste Antriebsachse (120) der ersten Antriebseinrichtung (106) entlang einer zweiten Antriebsachse (122) der zweiten Antriebseinrichtung (108) ausgerichtet ist.
14. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend eine Aufnahmevorrichtung (124) zum auswechselbaren Aufnehmen des Tribopaars.
15. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuereinrichtung (110) ausgebildet ist, die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung entsprechend einer Benutzervorgabe einzustellen, insbesondere mittels Einstellens eines Antriebsstroms zum Antreiben der zweiten Antriebseinrichtung (108).
16. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Steuereinrichtung (110) ausgebildet ist, die erste Antriebseinrichtung (106) mit konstanter Drehzahl anzusteuern.
17. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend eine Temperiereinrichtung (126) zum Temperieren des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information.
18. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, aufweisend einen Feuchtegenerator (128) zum Befeuchten des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information.
19. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, aufweisend eine Gasmilieueinstelleinrichtung (130) zum Einstellen eines Gasmilieus in einer Umgebung des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information.
20. Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, aufweisend eine weitere Ermittlungseinrichtung (132), die zum Ermitteln weiterer Information des Tribopaars während des Ermittelns von tribologischer Information ausgebildet ist.
21. Tribometer (100) gemäß Anspruch 20, wobei die weitere Ermittlungseinrichtung (132) zum Ermitteln von Information betreffend eine akustische Emission, eine elektrische Leitfähigkeit, eine dielektrische Eigenschaft, eine spektroskopische Eigenschaft und/oder eine optische Eigenschaft des Tribopaars ausgebildet ist.
22. Anordnung (114), aufweisend: ein Tribometer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21; und das Tribopaar aus dem mit der ersten Antriebseinrichtung (106) gekoppelten ersten Körper (102) und dem mit der zweiten Antriebseinrichtung (108) gekoppelten zweiten Körper (104).
23. Anordnung (114) gemäß Anspruch 22, wobei der erste Körper (102) und der zweite Körper (104) unmittelbar aneinander angrenzen.
24. Anordnung (114) gemäß Anspruch 22, aufweisend ein Zwischenmedium (150), insbesondere ein Schmiermittel, zwischen dem ersten Körper (102) und dem zweiten Körper (104).
25. Verfahren zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper (102) und einem mit dem ersten Körper (102) gekoppelten zweiten Körper (104), wobei das Verfahren aufweist:
Antreiben des ersten Körpers (102) und des damit gekoppelten zweiten Körpers (104) zum Vollführen einer Auslenkung mittels einer ersten Antriebseinrichtung (106); Beaufschlagen des zweiten Körpers (104) mit einer der Auslenkung entgegengerichteten Krafteinwirkung mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (108);
Steuern der zweiten Antriebseinrichtung (108) derart, dass die mittels der zweiten Antriebseinrichtung (108) erzeugte Krafteinwirkung auf den zweiten Körper (104) mit größer werdender, mittels der ersten Antriebseinrichtung (106) erzeugten Auslenkung des ersten Körpers (102) und des zweiten Körpers (104) vergrößert wird, bis sich der zweite Körper (104) von dem ersten Körper (102) ablöst; und
Ermitteln der tribologischen Information basierend auf einem Verhalten des Tribopaars während des besagten Steuerns.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei das Ermitteln der tribologischen Information ein Charakterisieren eines Ruckgleitens zwischen dem ersten Körper (102) und dem zweiten Körper (104) aufweist.
27. Verwendung eines Doppelmotorrheometers zum Ermitteln von tribologischer Information zwischen einem Tribopaar aus einem ersten Körper (102) und einem mit dem ersten Körper (102) gekoppelten zweiten Körper (104) mittels Nachbildens eines rücktreibenden Federverhaltens durch einen Motor des Doppelmotorrheometers.
28. Verwendung gemäß Anspruch 27, aufweisend ein Nachrüsten des Doppelmotorrheometers mit einer Steuereinrichtung (110) und/oder einer Steuersoftware zum Steuern des Doppelmotorrheometers zum Ermitteln der tribologischen Information.
PCT/EP2023/072563 2022-08-26 2023-08-16 Tribometer mit zwei zusammenwirkenden antriebseinrichtungen zum ermitteln tribologischer information eines tribopaars WO2024041950A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022121632.2A DE102022121632A1 (de) 2022-08-26 2022-08-26 Tribometer mit zwei zusammenwirkenden Antriebseinrichtungen zum Ermitteln tribologischer Information eines Tribopaars
DE102022121632.2 2022-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024041950A1 true WO2024041950A1 (de) 2024-02-29

Family

ID=87797651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/072563 WO2024041950A1 (de) 2022-08-26 2023-08-16 Tribometer mit zwei zusammenwirkenden antriebseinrichtungen zum ermitteln tribologischer information eines tribopaars

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022121632A1 (de)
WO (1) WO2024041950A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014112807A1 (de) 2013-09-06 2015-03-12 Anton Paar Gmbh Tribometer
DE102010047622B4 (de) * 2009-10-30 2019-05-16 Anton Paar Gmbh Verfahren zur Untersuchung von Proben mit einem Rheometer sowie Rheometer
US20200150026A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Goodrich Actuation Systems Sas Twin-disc tribometer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010047622B4 (de) * 2009-10-30 2019-05-16 Anton Paar Gmbh Verfahren zur Untersuchung von Proben mit einem Rheometer sowie Rheometer
DE102014112807A1 (de) 2013-09-06 2015-03-12 Anton Paar Gmbh Tribometer
US9702809B2 (en) * 2013-09-06 2017-07-11 Anton Paar Gmbh Tribometer, rheometer, module and a method for tribological measurements
US20200150026A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Goodrich Actuation Systems Sas Twin-disc tribometer

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022121632A1 (de) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010047622B4 (de) Verfahren zur Untersuchung von Proben mit einem Rheometer sowie Rheometer
DE102009036172B4 (de) Verfahren zum Vermessen der Torsionsdynamik einer Lenksäule bei kleinen dynamischen Amplituden
CH671634A5 (de)
DE102006022349A1 (de) Prüfeinrichtung zur tribologischen Untersuchung von Werkstoffen
WO2008061629A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren von drehmoment-messvorrichtungen
EP4043859A1 (de) Test- und/oder prüfvorrichtung
DE102012009139A1 (de) Prüfstand und Verfahren zum Prüfen einer Lamellenkupplung
DE2831158A1 (de) Einrichtung zur ermittlung der eingenschaften eines schmiermittels
WO2024041950A1 (de) Tribometer mit zwei zusammenwirkenden antriebseinrichtungen zum ermitteln tribologischer information eines tribopaars
EP3704460B1 (de) Vorrichtung zur strukturprüfung
DE2853128A1 (de) Verfahren und einrichtung zur pruefung der schmiereigenschaften von schmiermitteln
DE102007037573A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Akustik und des Reibmomentes von axial belasteten Lagern
DE102015105729A1 (de) Bremsenprüfstand mit einem Rotationstribometer
EP4121731A1 (de) Verfahren zum justieren eines piezoelektrischen drehmomentsensors
EP3168587B1 (de) Prüfvorrichtung für die dauerprüfung von kraftsensoren
AT517731B1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors
DE112009000454B4 (de) Vorrichtung zum Messen des Einflusses der Reibkraft auf die Verschleißeigenschaften einer Materialoberfläche
DE102008018777A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Kippsteifigkeit eines Lagers und zugehöriges Verfahren
DE102018123375A1 (de) Prüfstand zur Drehwiderstandsmessung
DE102012004846B4 (de) Verfahren zum Beurteilen der Qualität von Reibpaarungen
DE69100876T2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Bewegung.
AT516367B1 (de) Prüfstand und Prüfverfahren mit verstellbarem Achsabstand zwischen Übertragungsprüfkörpern
DE102016004521B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine
DE102013206332B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von Kraftschraubern
DE102013207184A1 (de) Doppelmotorrheometer mit Dehnanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23758553

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1