DE4129433C2 - Prüfeinrichtung zur Prüfung von Schmiermittel- und/oder Werkstoffeigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Untersu­ chung von Schmiermitteleigenschaften und/oder Werkstoff­ eigenschaften mit einem Träger für einen stationären Prüfkörper, der eine stationäre plane Prüffläche aufweist und mit einer Meßeinrichtung zum Messen von Kräften, welche von dem stationären Prüfkörper in mindestens einer zu seiner Prüffläche im wesentlichen parallelen Meßrich­ tung auf den Träger übertragen werden. Die Prüfeinrichtung umfaßt weiter eine mit einer Bewegungskomponente parallel zu dieser Meßrichtung oszillierend antreibbare Antreiber­ einheit für einen oszillierenden Gegenprüfkörper, welcher mit einer oszillierenden Gegenprüffläche an der statio­ nären Prüffläche des stationären Prüfkörpers anlegbar ist. Eine an der Antreibereinheit angreifende Belastungsein­ richtung übt eine zu der Prüffläche im wesentlichen senkrechte Prüflast aus. Die Belastungseinrichtung ist ausgeführt mit einem in Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Prüffläche hin spannbaren Spannkörper und einem einerseits mit der Antreibereinheit starr verbundenen und andererseits mit dem Spannkörper gelenkig verbundenen Prüflastübertragungsstab.

Diese bekannten Prüfeinrichtungen, die unter der Bezeichnung SRV weltweit vertrieben werden, haben sich in der Praxis gut bewährt.

Es wurde nun festgestellt, daß die Zuverlässigkeit der mit solchen Prüfeinrichtungen erhalt­ baren Meßergebnisse noch weiter verbessert werden kann, wenn an der Antreibereinheit eine sphärische Antriebs­ übertragungsfläche mit Eingriff in eine Mitnahmepfanne des oszillierenden Gegenprüfkörpers vorgesehen ist. Es wird vermutet, daß die Verbesserung darauf zurückzuführen ist, daß insbesondere auch bei größeren Oszillationsamplituden die Flächenpressung zwischen der Prüffläche und der Gegen­ prüffläche im gesamten Anlagebereich annähernd konstant bleibt.

Die DE 27 48 202 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung der Schmiereigenschaften von Schmiermitteln, die ein festes Gleite­ lement und mindestens ein bewegbares Gleitelement aufweist, wo­ bei die Gleitelemente mit einer definierten Kraft zusammenge­ drückt werden und durch einen Antriebsblock gegeneinander ver­ schoben werden, wobei der Widerstand der Verschiebung durch ein elastisches Element aufgenommen wird.

In der DE 32 06 971 A1 wird ein Prüfgerät vorgeschlagen, bei dem von insgesamt vier Kugeln jeweils zwei in zwei einander be­ nachbarten Ringlaufbahnen eingesetzt sind und sämtliche vier Kugeln gleichzeitig von einer darüberliegenden weiteren Rin­ glaufbahn aufgenommen werden, wobei diese weitere Ringlaufbahn gegenüber den erstgenannten Ringlaufbahnen eine Oszillationsbe­ wegung erfährt. Dabei wird die Mitnahmewirkung der Kugeln auf den Träger einer Ringlaufbahn gemessen als Maß für die Eigen­ schaften des Schmiermittels und/oder des Werkstoffs der Kugeln bzw. der Ringlaufbahnen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen, auf den ersten Blick aufwendigen Gelenkkonstruktion zwischen der Antreibereinheit und dem Gegenprüfkörper liegt darin, daß die sphärische Antriebsübertragungsfläche prüf­ einrichtungsseitig vorgesehen ist, so daß an dem je­ weiligen Gegenprüfkörper nur eine Mitnahmepfanne ange­ bracht werden muß, die sich verhältnismäßig billig an jedem Prüfkörper anbringen läßt.

Die sphärische Antriebsübertragungsfläche läßt sich besonders einfach und kostengünstig herstellen, wenn sie von einer in der Antreibereinheit befestigten Kugel gebildet ist.

Eine präzise Führung des oszillierenden Gegenprüfkörpers unter genauer Einhaltung des gewünschten Oszillationshubs der oszillierenden Gegenprüffläche auf der statischen Prüffläche läßt sich dadurch erreichen, daß die Antrei­ bereinheit durch eine in Richtung senkrecht zu der Prüf­ fläche und der Gegenprüffläche auslenkbare Aufhänge­ einrichtung getragen ist, welche in der Meßrichtung im wesentlichen starr mit der Antreibereinheit verbunden ist und zusammen mit der Antreibereinheit gegenüber dem Träger in der Meßrichtung durch einen oszillierenden Antrieb antreibbar ist. Die Aufhängeeinrichtung hat somit die Doppelfunktion der Aufhängung der Antreibereinheit sowie auch der Übertragung der Antriebskraft.

Zur Überwachung der Prüfbedingungen ist bevorzugt die Belastungseinrichtung mit einer Meßeinrichtung zur Prüfung der Prüflast versehen.

Ist der Spannkörper in einer mit dem Träger verbundenen Führung im wesentlichen senkrecht zu der Prüffläche und der Gegenprüffläche verschiebbar geführt und von einer Spannfeder in Richtung auf die Prüffläche hin vorgespannt, bleibt die Flächenpressung der Prüfflächen aufeinander über den gesamten Oszillationsweg im wesentlichen kon­ stant, und zwar unabhängig von Einflüssen des Oszillati­ onsantriebs und der Pendelbewegung der Antriebseinheit. Zur Verstellung der Flächenpressung zwischen den Prüfflä­ chen auch während eines Prüflaufs ist die Spannfeder gegen ein in Richtung senkrecht zur Prüffläche verstellbares Spannfederwiderlager abgestützt. Bevorzugt ist das Spann­ federwiderlager von einer Gewindespindel gebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Prüflast­ übertragungsstab mit dem Spannkörper durch eine Kugel gelenkig verbunden, die in je eine stabseitige und spannkörperseitige Kugelpfanne eingreift. Hierdurch wird sichergestellt, daß außer der auf die Prüfflächen wirken­ den Vorspannung keine störenden Kräfte von Seiten des Spannkörpers auf die Antreibereinheit und die Prüfkörper wirken.

Die Meßeinrichtung kann durch ein Scherkraftmeßelement gebildet sein, welches die Auflage des Prüfkörpers auf dem Träger vermittelt.

Die Erfindung betrifft ferner einen Gegenprüfkörper, der zum Eingriff der sphärischen Antriebsübertragungsfläche eine Mitnahmepfanne aufweist und in der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung verwendbar ist. Zur einfacheren Herstel­ lung kann diese Mitnahmepfanne kegelig ausgeführt sein. Der so ausgestattete Gegenprüfkörper ist für sphärische Antriebsübertragungsflächen unterschiedlicher Krümmungs­ radien geeignet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Hinweis auf die beigefügte Figur erläu­ tert.

Die Figur zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung mit eingesetztem Gegenprüfkörper.

Auf einem Träger 1 der Prüfeinrichtung ist ein stationärer Prüfkörper 3 mit einer planen stationären Prüffläche 5 befestigt. Auf der stationären Prüffläche 5 liegt eine plane Gegenprüffläche 7 eines auf der statischen Prüfflä­ che 5 oszillierend hin und her beweglichen Gegenprüfkör­ pers 9 auf. Die Oszillationsrichtung ist in der Figur durch einen Doppelpfeil R angedeutet. Die Gegenprüffläche 7 kann in ihrem zentralen Bereich mit einer Tasche 10 zur Aufnahme von Schmierstoff versehen sein. Der Gegenprüf­ körper 9 ist auf seiner von der Gegenprüffläche 7 abge­ wandten Seite mit einer kegeligen Ausnehmung 11 versehen, in die eine Antriebsübertragungsfläche 13 einer Kugel 15 eingreift. Die Kugel 15 ist an ihrer von der Antriebs­ übertragungsfläche 13 entfernten Seite in einer Ausnehmung 16 einer Antreibereinheit 17 fest eingespannt.

Die Antreibereinheit 17 ist mittels erster und zweiter Aufhängeeinrichtung 19, 21 an dem Träger 1 hin und her beweglich getragen. Die beiden Aufhängeeinrichtungen 19, 21 setzen an der Antreibereinheit 17 einander diametral gegenüberliegend jeweils in Höhe der Antriebsübertra­ gungsfläche 13 der Kugel 15 an und führen im wesentlichen parallel zu den Prüfflächen 5, 7 ausgerichtet zu dem Träger 1. Die Aufhängeeinrichtungen 19, 21 sind an der Antreiber­ einheit 17 jeweils über ein Kugelgelenk 23, 23' und an dem Träger 1 jeweils über eine in dem Träger 1 senkrecht zu den Prüfflächen 5, 7 eingespannte Metallmembrane 25, 25' befestigt. Von dem Kugelgelenk 23, 23' und der Membrane 25, 25' stehen zu den Prüfflächen 5,7 im wesentlichen planparallele erste und zweite Federplatten 27, 29 der ersten Aufhängeeinrichtung 19 sowie erste und zweite Federplatten 27', 29' der zweiten Aufhängeeinrichtung 21 jeweils aufeinander zulaufend ab. Die ersten und zweiten Federplatten sind jeweils in einem Zwischenelement 31, 31' miteinander verbunden. Die zu den Prüfflächen 5, 7 plan­ parallele Flächenausrichtung der Federplatten bewirkt, daß die Aufhängeeinrichtungen 19, 21 in Oszillationsrichtung R druck- und zugsteif sind, eine Bewegung der Antreiberein­ heit 17 parallel zu den Prüfflächen quer zur Oszilla­ tionsrichtung R verhindern, jedoch eine begrenzte Auslenkung der Antreibereinheit 17 senkrecht zu den Prüfflächen erlauben.

Die erste Aufhängeeinrichtung 19 ist an der von der Antreibereinheit 17 abgewandten Seite der Membrane 25 mit einem oszillierenden Antrieb 33 verbunden. Der Antrieb 33 umfaßt eine an dem Träger 1 befestigte elektrische Tauch­ kernspule 35 und einen von der Membrane 25 abstehenden und in die Spule 35 eintauchenden Spulenkern 36. Wird an der Tauchkernspule 35 eine Wechselspannung angelegt, bewegen sich die Aufhängeeinrichtungen 19, 21, die Antreibereinheit 17 und somit der Gegenprüfkörper 9 auf dem statischen Prüfkörper 3 hin und her.

Von der Antreibereinheit 17 steht an ihrer den Prüfkörpern 3 und 9 abgewandten Seite eine Prüfüberlastübertragungs­ stab 37 zur Übertragung einer Prüflast P auf die Prüfflä­ chen 5 und 7 ab. Die Antreibereinheit 17 und der Prüf­ lastübertragungsstab 37 sind starr miteinander verbunden. Der Prüflastübertragungsstab 37 steht in einer Mittellage des Oszillationshubs senkrecht zu den Prüfflächen 5 und 7 und ist an seinem freien Ende über eine Kugelgelenkver­ bindung 39 mit einem Spannkörper 41 verbunden. Die Kugel­ gelenkverbindung 39 umfaßt eine stabseitige Kugelpfanne 37', eine spannkörperseitige Kugelpfanne 41', eine Kugel 39a und eine den Spannkörper 41 und den Prüflastübertra­ gungsstab 39 zusammenhaltende Sicherungseinrichtung 39b.

Der Spannkörper 41 ist an dem Träger 1 in Richtung senk­ recht zu den Prüfflächen 5, 7 in einer Linearführung 42 verschiebbar geführt und mittels einer Spannfeder 43 in Richtung auf die statische Prüffläche 5 vorgespannt. Als trägerseitiges Widerlager der Spannfeder 43 dient eine Gewindespindel 45, die mit dem Träger 1 in Gewindeeingriff steht und über ein Untersetzungsgetriebe 47 von einem Elektromotor 49 antreibbar ist, um die Vorspannung der Spannfeder 43 und dadurch die Prüflast P zu verstellen. Um nach Entlastung der Spannfeder 43 die Antreibereinheit 17 von dem statischen Prüfkörper 3 weg zu bewegen und danach die Kugel 15 aus der Ausnehmung 11 des Gegenprüfkörpers 9 zur Entnahme des Gegenprüfkörpers 9 ausheben zu können, sind zwischen dem Spannkörper 41 und dem Träger 1 Zugfe­ dern 46 vorgesehen.

Die zwischen den Prüfflächen 5 und 7 auftretenden Mitnah­ mekräfte sind charakteristisch für das Material des Gegenprüfkörpers 9 und/oder für die Wirksamkeit eines zwischen die Prüfflächen 5, 7 eingebrachten Schmiermittels.

Zur laufenden Überwachung dieser Mitnahmekräfte ist der statische Prüfkörper 3 mit dem Träger 1 über eine Scher­ kraftmeßeinrichtung 51 verbunden, welche die vom oszil­ lierenden Gegenprüfkörper 9 auf den statischen Prüfkörper 3 längs einer Meßrichtung M übertragenen, parallel zu den Prüfflächen 5, 7 wirkenden Kräfte mißt und über einen Verstärker 60 in ein elektrisches Signal wandelt, das in einem Meßinstrument 61 angezeigt wird. In dem Spannelement 41 ist eine Vorspannungsmeßeinrichtung 53 zur laufenden Messung der senkrecht zu den Prüfflächen 5, 7 wirkenden Prüflast P und Wandlung in ein elektrisches Signal unter­ gebracht. Die Vorspannungsmeßeinrichtung ist als an dem Spannelement 41 befestigter Dehnungsmeßstreifen 53 ausge­ bildet. Hier ist wiederum ein Verstärker 62 und ein Anzeigeelement 63 nachgeschaltet.

Bei Betrieb der Prüfeinrichtung wird der Gegenprüfkörper 9 über die Kugel 15, die Antreibereinheit 17 und die Aufhängeeinrichtung 19 von dem oszillierenden Antrieb 33 auf dem trägerfesten statischen Prüfkörper 3 gleitend hin und her bewegt (Doppelpfeil R). Die Prüfflächen 5 und 7 werden dabei über die Kugel 15, die Antreibereinheit 17, den Prüflastübertragungsstab 37, die Kugelgelenkverbindung 39 und das Spannelement 41 durch die Spannfeder 43 auf­ einandergedrückt. Die Antreibereinheit 17 bewegt sich während ihrer Hin- und Herbewegung auf einer Kreisbahn um die Kugelgelenkverbindung 39. Weil die Antreibereinheit 17 den Gegenprüfkörper 9 über die sphärische Antriebsüber­ tragungsfläche 13 und die Mitnahmepfanne 11 oszillierend mitnimmt, die eine kugelgelenkige Verbindung bilden, bleibt die Gegenprüffläche 7 unabhängig von der jeweiligen Auslenkung während der Hin- und Herbewegung der Antrei­ bereinheit 17 um das Kugelgelenk 39 stets in sauberer und planer Auflage auf der statischen Prüffläche 5. Die in Höhe der Antriebsübertragungsfläche 13 der Kugel 15 angreifenden Aufhängeeinrichtungen 19, 21, die eine be­ grenzte Bewegung der Antreibereinheit 17 senkrecht zu den Prüfflächen 5, 7 erlauben, beeinflussen die senkrecht auf die Prüfflächen 5, 7 wirkende Vorspannung nicht, so daß Oszillationshub, Oszillationsfrequenz und Prüflast P unabhängig voneinander variiert werden können.

Claims (12)

1. Prüfeinrichtung zur Untersuchung von Schmiermitteleigenschaften und/oder Werkstoffeigenschaften, umfassend
einen Träger (1) für einen stationären Prüfkörper (3), der eine stationäre plane Prüffläche (5) aufweist,
ferner umfassend
eine Meßeinrichtung (51) zum Messen von Kräften, welche von dem stationären Prüfkörper (3) in mindestens einer zu seiner Prüffläche (5) im wesentlichen parallelen Meßrichtung (M) auf den Träger (1) übertragen werden,
ferner umfassend
eine mit einer Bewegungskomponente parallel zu dieser Meßrichtung (M) oszillierend antreibbare Antreibereinheit (17) für einen oszillierenden Gegenprüfkörper (9), welcher mit einer oszillierenden Gegenprüffläche (7) an der stationären Prüffläche (5) des stationären Prüfkörpers (3) anlegbar ist,
ferner umfassend
eine an der Antreibereinheit (17) angreifende Belastungseinrichtung (37, 41, 43) zur Ausübung einer zu der Prüffläche (5) und Gegenprüffläche (7) im wesentlichen senkrechten Prüflast (P),
wobei diese Belastungseinrichtung (37, 41, 43) ausgeführt ist mit einem in Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Prüffläche (5) hin spannbaren Spannkörper (41) und einem einerseits mit der Antreibereinheit (17) starr verbundenen und andererseits mit dem Spannkörper (41) gelenkig ver­ bundenen Prüflastübertragungsstab (37),
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Antreibereinheit (17) eine sphärische Antriebsübertragungsfläche (13) zum Eingriff in eine Mitnahmepfanne (11) des oszillierenden Gegenprüfkörpers (9) vorgesehen ist.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Antriebsüber­ tragungsfläche (13) von einer in der Antreibereinheit (17) befestigbaren Kugel (15) gebildet ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antreibereinheit (17) durch eine in Richtung senkrecht zu der Prüffläche (5) und der Gegenprüffläche (7) auslenkbare Aufhängeeinrichtung (19, 21) getragen ist, welche in der Meßrichtung (M) im wesentlichen starr mit der Antreibereinheit (17) verbunden ist und zusammen mit der Antreibereinheit (17) gegenüber dem Träger (1) in der Meßrichtung (M) durch einen oszillierenden Antrieb (33) antreibbar ist.

4. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinrichtung (37, 41, 43) eine Meßeinrichtung (53) zur Messung der Prüflast (P) umfaßt.

5. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (41) in einer mit dem Träger (1) verbundenen Führung (42) im wesentlichen senkrecht zu der Prüffläche (5) und der Gegenprüffläche (7) verschiebbar geführt und von einer Spannfeder (43) in Richtung auf die Prüffläche (5) hin vorgespannt ist.

6. Prüfeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfeder (43) gegen ein in Richtung senkrecht zu der Prüffläche (5) verstellbares Spannfederwiderlager (45) abgestützt ist.

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfederwiderlager von einer Gewindespindel (45) gebildet ist.

8. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüflastübertragungsstab (37) mit dem Spannkörper (41) durch eine Kugel (39a) gelenkig verbunden ist, die in je eine stabseitige (37') und eine spannkörperseitige (41') Kugelpfanne eingreift.

9. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Prüfkörper (3) an dem Träger (1) unter Vermittlung eines Scherkraftmeßelements (51) befestigt ist.

10. Gegenprüfkörper (9) zur Verwendung in einer Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mitnahmepfanne (11) zum Eingriff der sphärischen Antriebsübertragungsfläche (13) aufweist.

11. Gegenprüfkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmepfanne (11) kegelig ausgebildet ist.

12. Prüfeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Prüffläche (5) und der Gegen­ prüffläche (7) ein Schmiermittel vorgesehen ist.