DE102008056634A1

DE102008056634A1 - Gerät zum gleichzeitigen Messen der senkrechten und radialen Flüssigkeitspermeabilität

Info

Publication number: DE102008056634A1
Application number: DE102008056634A
Authority: DE
Inventors: Bulent Rochester Hills Chavdar; Gregory Wooster Heeke
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2009-05-20
Also published as: US20090139309A1; US8024961B2

Abstract

Permeabilitätsmessgerät, welches Folgendes aufweist: eine Flüssigkeitssteuerkammer, einen Bereich für den Permeabilitätsprüfling; und einen ersten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, welcher Fluid in Abhängigkeit von der senkrechten Permeabilität mindestens eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling misst, und einen zweiten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, welcher weiteres Fluid in Abhängigkeit von der radialen Permeabilität mindestens eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling erhält und misst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Messung der Permeabilität von Nassreibmaterialien zur Verwendung in Nasskupplungen.
Das U.S. Patent Nr. 6,655,192 , welches hiermit vollumfänglich einbezogen wird, beschreibt ein Permeabilitätsmessgerät, welches Permeabilitätsmessungen an porösen Werkstoffen sowohl in senkrechter Richtung als auch in lateraler Richtung ermöglicht. Das Permeabilitätsmessgerät des Stands der Technik weist einen Fuss, ein Gehäuse für die Fluidkammer und einen Kompressionsring auf. Der Fuss weist einen Ausschnitt auf. Der Ausschnitt wird von einer Querwand und einer zylindrischen oberen Seitenwand begrenzt. Das Fluidkammergehäuse weist einen oberen rohrförmigen Abschnitt auf, der sich in axialer Richtung erstreckt, und einen vergrösserten unteren Abschnitt. Ein Kolben ist innerhalb des oberen rohrförmigen Abschnitts angebracht, und axial innerhalb des oberen rohrförmigen Abschnitts beweglich. Eine Dichtung mit einem O-Ring ist zwischen dem Kolbendach und dem oberen rohrförmigen Abschnitt angeordnet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Permeabilitätsmessgerät zur Verfügung zu stellen, welches eine Fluidsteuerkammer aufweist, einen Bereich für den Permeabilitätsprüfling; und einen ersten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, der Fluid als Funktion einer senkrechten Permeabilität zumindest eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling misst, und einen zweiten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, der zusätzliches Fluid als Funktion einer radialen Permeabilität zumindest eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling aufnimmt und misst.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das gleichzeitige Messen der senkrechten Permeabilität und der lateralen Permeabilität von porösen Werkstoffen mit einem gleichen Strömungspfad und einem gleichen Strömungsquerschnitt in jeder Prüfrichtung mit dem gleichen Prüffluid, unter Verwendung eines eigenständigen Permeabilitätsmessgerätes mit einer gleichbleibenden Druckkraft auf den Prüfling.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn diese mit Blick auf die beigefügte Zeichnung gelesen wird, die Folgendes darstellt:
1 eine Ausführungsform eines Permeabilitätsmessgeräts gemäss der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung; und
3 eine geometrisch optimierte Scheibe und einen ringförmigen Prüfling, die in einem Permeabilitätsmessgerät gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine Fluidströmung durch ein poröses Medium kann unter Verwendung eines Permeabilitätsmessgeräts gemessen werden. Jedoch ist die Porenstruktur von Nassreibwerkstoffen auf Papierbasis anisotrop, weshalb die Permeabilität von der Richtung abhängt, in welcher Fluid durch den Werkstoff strömt. Die Flüssigkeitspermeabilität von Nassreibwerkstoffen muss in senkrechter und in radialer Richtung mit Öl gemessen werden. Die senkrechten und radialen Permeabilitätsmessungen werden nacheinander gemäss dem Stand der Technik durchgeführt. Der Vergleich von senkrechten und radialen Permeabilitätsmessungen mit aufeinander folgenden Messungen wird zwangsläufig durch Änderungen der Raumtemperatur beeinflusst, welche die Viskosität des Fluides beeinflusst, und durch die Reproduzierbarkeit des Lademechanismus des Prüfgerätes von einer Prüfung zur anderen gemäss dem Stand der Technik.
Die Strömungspfade des Fluides durch einen Prüfling zum Messen der senkrechten Permeabilität und durch einen Prüfling zum Messen radialen Permeabilität sind im Stand der Technik nicht gleich. Üblicherweise ist der Strömungspfad im Stand der Technik bei einer senkrechten Permeabilitätsprüfung 10- bis 20-mal kürzer als bei einer radialen Permeabilitätsprüfung. Daher dauert eine radiale Permeabilitätsprüfung 10- bis 20-mal länger als eine senkrechte Permeabilitätsprüfung, wenn die Prüfungen mit dem gleichen Fluid durchgeführt werden. Um die Prüfzeit zu verkürzen, werden radiale Permeabilitätsprüfungen im Stand der Technik üblicherweise mit Wasser durchgeführt (Fluide mit geringer Viskosität), während senkrechte Permeabilitätsprüfungen mit Öl durchgeführt werden (hochviskose Fluide), unter der Annahme, dass Permeabilitätsmessungen nicht durch die Chemie der Fluide beeinflusst werden, was nicht immer der Fall sein muss.
Die Querschnittfläche des Prüflings senkrecht zur Fluidströmung unterscheidet sich auch bei der senkrechten Permeabilitätsprüfung und bei der radialen Permeabilitätsprüfung gemäss dem Stand der Technik. Die Querschnittfläche ist bei der senkrechten Permeabilitätsprüfung 8,6-mal grösser als bei der radialen Permeabilitätsprüfung. Daher werden senkrechte Permeabilitätsprüfungsergebnisse im Stand der Technik über eine grössere Fläche gemittelt, als die radialen Permeabilitätsprüfungsergebnisse, was auf Grund der Inhomogenität der meisten Reibmaterialien bei den jeweiligen Messungen verschiedene Genauigkeiten bedingt.
Der Vergleich von senkrechten und radialen Permeabilitätswerten wird schwierig, wenn die Messungen mit zwei verschiedenen Strömungspfadlängen an zwei verschiedenen Querschnittflächen und zwei verschiedenen Fluidsystemen im Stand der Technik durchgeführt werden.
Weiterhin bietet der Stand der Technik kein selbstständiges Gerät und erfordert eine Universalprüfmaschine um den Prüfling zu komprimieren und um das Fluid durch den Prüfling zu drücken. Das Verdichten des Prüflings und das Verdichten des Prüffluides werden nacheinander mit erhöhter Rüstzeit und erhöhtem Aufwand durchgeführt. Der Stand der Technik führt die Verdichtung des Prüflings folgendermassen durch: nachdem der Prüfling durch die Beaufschlagungsspindel der Universalprüfmaschine komp rimiert wurde wird der Kompressionsweg durch einen Kompressionsring fixiert, und die Beaufschlagungsspindel der Universalprüfmaschine wird für die nächste Aufgabe freigemacht, die in der Kompression des Prüffluides besteht. Jedoch durchläuft der Prüfling auf Grund der Viskoelastizität einen Entspannungsvorgang, dies bedeutet, dass die Kompressionskraft nicht konstant bleibt, obgleich der Kompressionsweg an dem Prüfling konstant bleibt. Die Universalprüfmaschinen sind üblicherweise teurer als das Permeabilitätsmessgerät selbst und erfordern wesentliche Investitionen.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Permeabilitätsprüfgerätes gemäss der vorliegenden Erfindung. Das Permeabilitätsprüfgerät 100 weist einen gelochten Körper 50 und eine Fluidkammer 52 mit einem Kolben 32 auf. Die Fluidkammer 52 liefert gleichzeitig ein unter Druck stehendes Prüffluid, sowohl für die senkrechte, als auch für die radiale Permeabilitätsprüfung. Der Kolben 32 wird von einem Zylinder und einer oberen Platte 34 eingeschlossen. An dem Zylinder und der oberen Platte 34 ist ein Lager 30 angeschlossen. An dem Lager 30 ist eine Membranfeder 36 befestigt. Die Membranfeder 36 und der reibungsfreie Lademechanismus liefern gleichzeitig eine Kraft auf senkrechte und radiale Prüflinge. Die Feder 36 kann eine Tellerfeder sein. An dem Lochkörper 50 ist eine Öffnung 46 angebracht, die verwendet wird, um das Fluid in einen mit Skala versehenen Zylinder oder ein Durchflussmessgerät 58 abzulassen um die senkrechte Fluidströmung zu messen. Ein Auslass 44 wird an einem anderen mit Skala versehenen Zylinder oder Durchflussmessgerät 60 angebracht, welches verwendet wird, um die radiale Fluidströmung unabhängig von der senkrechten Fluidströmung zu messen. Mit der Fluidkammer 52 ist ein Steckverbinder 56 verbunden. Zwischen der Fluidkammer 52 und dem Lochkörper 48 befindet sich ein Ring 62 und eine Scheibe 54. Zwischen dem Ring 62 und der Scheibe 54 befindet sich eine Dichtung 48, die die Kammer für den Prüfkörper für die senkrechte Permeabilitätsprüfung von der Kammer für den Prüfkörper für die radiale Permeabilitätsprüfung trennt. Der Zylinder und die obere Platte 34 sind mit einer unteren Platte 42 und einer Kappe 38 verbunden. Zwischen dem Zylinder und der oberen Platte 34 und der unteren Platte 42 kann sich eine Nut für eine O-Ring Dichtung befinden. Handgriffe greifen in die Kappe 38 ein.
Ein Permeabilitätsmessgerät 100 kann auch auf/zu Ventile 64, 66 haben, die z. B. die Ausführung der senkrechten und der radialen Permeabilitätsprüfung einzeln ermöglichen. Wenn beide Ventile offen sind, dann kann ein gleichzeitiges Prüfen erfolgen. Wenn das Ventil 64 geschlossen ist und das Ventil 66 offen ist, dann kann eine senkrechte Prüfung einzeln durchgeführt werden. Wenn das Ventil 64 offen ist, und das Ventil 66 geschlossen ist, dann kann die radiale Prüfung einzeln ausgeführt werden. Auf/zu Ventile und/oder Dichtungen können auch so angebracht werden, dass die senkrechten und radialen Permeabilitätsprüfungen an der gleichen Prüfscheibe nachaneinander ausgeführt werden. Zusatzeinrichtungen können an dem Permeabilitätsmessgerät angebracht werden, um die Joseph und Beaver Rutschkoeffizienten des porösen Prüflings zu messen.
Das Permeabilitätsmessgerät 100 kann auch ohne den Kolben 32 und den Kolbenzylinder 34 konfiguriert werden. Anstatt des Kolbens und des Kolbenzylinders kann eine Quelle für Drucköl verwendet werden, um Fluid in die Fluidkammer einzubringen, wobei alle anderen Merkmale der Vorrichtung gleich bleiben.
Die 2 zeigt die vergrösserte Ansicht der vorliegenden Erfindung. Der Kolben 32 wird von dem Zylinder und der oberen Platte 34 und dem Auflagegewicht 68 eingeschlossen. Das Auflagegewicht 68 beaufschlagt integral mit dem Kolben 32 des eigenständigen Permeabilitätsmessgeräts, um einen gleichbleibenden Druck auf das Prüffluid auszuüben. Am Ende des Kolbens 32 befindet sich die Fluidkammer 52. Unter der Fluidkammer 52 sind die Scheibe 54 und der Ring 62 angeordnet. Auf dem Zylinder und der oberen Platte 34 sind die Lager 30 angebracht. An dem Lager 30 ist die Tellerfeder 36 angebracht. Der Zylinder und die obere Platte 34 werden mit dem Zylinder und der unteren Platte 42 über die Kappe 38 verbunden. Die Handgriffe 40 befinden sich in Eingriff mit der Kappe 38. Das Permeabilitätsmessgerät 100 ist mit dem Halter 70 befestigt.
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen geometrisch optimierten Ring- und einen scheibenförmigen Prüfling, der in dem Permeabilitätsmessgerät gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Ring 62 umgibt die Scheibe 54. r1 ist der Radius der Scheibe 54 und r2 ist der Innendurchmesser des Ringes 62. Geomet risch optimierte scheibenförmige Prüfkörper 54 und ringförmige Prüfkörper 62 können vergleichbar sein, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: A1 = A2 (1) L1 = L2 (2) r1 < r2 (3)
Dabei ist A die Fläche des Prüfkörpers senkrecht zur Fluidströmung. L1 ist die Dicke der Scheibe 54 und des Ringes 62 und L2 ist die Breite des Ringes 62.
Angenommen beispielsweise, dass das Reibmaterial 1 mm dick ist und die Bereite des Ringes 62 5 mm ist, dann ist die Gleichung (2) erfüllt, wenn 5 Materiallagen bei der Scheibe 54 und dem Ring 62 in einem Test aufeinander geschichtet sind:
L1 = L2 = 5 mm
Die Gleichung (2) erfordert: π·r12 = 2·π·r2·L1Da L1 = 5 mm r1·r1 = 10·r2Schliesslich, liefert die Ungleichung (3) die Endabmessungen:
wenn r1 = 15 mm, dann r2 = 22.5 mm
oder wenn r1 = 17 mm, dann r2 = 28.9 mm, etc.
In dem obigen Beispiel werden der Scheibenprüfling 54 und der Ringprüfling 62 dadurch erzeugt, dass bis zu 5 Lagen von 1 mm dickem Reibmaterial aufgeschichtet werden. Wenn die Dicke einer Lage Reibmaterial 5 mm beträgt, dann ist nur eine Materiallage erforderlich, um die scheibenförmigen Prüflinge 54 und die ringförmigen Prüflinge 62 herzustellen. In dem vorliegenden Beispiel wurden die Abmessungen so gewählt, dass sie sinnvoll mit dem Fertigungsprozess des Stands der Technik vereinbar sind. Jedoch sind die Abmessungen der Scheibe 54 und des ringförmigen Prüf lings 62 nicht auf die in dem Beispiel verwendeten Abmessungen beschränket, wenn die mathematischen Verhältnisse gewahrt bleiben.
Die Wechselwirkungen der senkrechten und radialen Permeabilität von nassen Reibmaterialien beeinflussen die Reibleistung von nassen Reibmaterialien. Die Zusammenstellung und Entwicklung von überlegenen nassen Reibmaterialien ist möglich, wenn die senkrechte und die radiale Permeabilität gleichzeitig gemessen werden. Das gleichzeitige Messen der senkrechten und der radialen Permeabilitätswerte mit dem gleichen Prüffluid ist für einen genauen Vergleich der senkrechten und der radialen Permeabilität von nassen Reibmaterialien erforderlich. Ein eigenständiges Permeabilitätsmessgerät mit Auflagegewichten macht eine Universalprüfmaschine um das Permeabilitätsmessgerät zu betreiben überflüssig und bietet eine wirtschaftliche vorteilhafte Lösung. Daher liefert die vorliegende Erfindung eine einzigartige Lösung, um gleichzeitig die senkrechte und die radiale Permeabilität zu messen. Weiterhin, ist die Anwendung von gleichzeitiger senkrechter und radialer Flüssigkeitspermeabilitätsmessung nicht auf Nassreibmaterial beschränkt, sondern kann bei allen porösen Materialien angewendet werden, die dreidimensional belastbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6655192 [0002]

Claims

Permeabilitätsmessgerät, welches Folgendes aufweist: eine Flüssigkeitssteuerkammer, einen Bereich für den Permeabilitätsprüfling; und einen ersten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, welcher Fluid in Abhängigkeit von der senkrechten Permeabilität mindestens eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling misst, und einen zweiten Auslass aus dem Bereich für den Prüfling, welcher weiteres Fluid in Abhängigkeit von der radialen Permeabilität mindestens eines Prüflings in dem Bereich für den Prüfling erhält und misst.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Kolben und einen Kolbenzylinder aufweist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 2, wobei der Kolben in das Auflagegewicht integriert ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 2, wobei ein Lager an dem Kolbenzylinder angebracht ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 4, welches eine an dem Lager angebrachte Membranfeder aufweist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 5, wobei die Membranfeder eine Tellerfeder ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Befestigung aufweist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, wobei der Bereich für den Prüfling weiterhin einen Bereich für einen ringförmigen Prüfling und einen Bereich für einen scheibenförmigen Prüfling aufweist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Dichtung zwischen dem Bereich für den ringförmigen Prüfling und dem Bereich für den scheibenförmigen Prüfling aufweist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin ein erstes Strömungsmessgerät aufweist, das mit dem ersten Auslass verbunden ist, und ein zweites Strömungsmessgerät, welches mit dem zweiten Auslass verbunden ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 10, wobei das erste Strömungsmessgerät ein skalierter Zylinder ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 10, wobei das erste Strömungsmessgerät ein Durchflussmengenmesser ist.
Permeabilitätsmessgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin auf/zu Ventile aufweist, welche das Durchführen von einzelnen senkrechten und radialen Permeabilitätsprüfungen ermöglicht.
Verfahren um die Permeabilität mindestens eines Prüflings zu messen, welches Folgendes aufweist: gleichzeitiges Messen der senkrechten und der radialen Permeabilität mindestens eines Prüflings.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine Prüfling einen ringförmigen Prüfling und einen scheibenförmigen Prüfling aufweist.