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Prüfmaschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfmaschine für Gleitlager, bestehend
aus einem Gehäuse, einer im Gehäuse und in zumindest einem Prüfgleitlager gelagerten
rotierenden Welle sowie einer Belastungsvorrichtung.
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Eine derartige Prüfmaschine ist allgemein bekannt.
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Sie dient in erster Linie zur Feststellung der Verschleißfestigkeit
eines Gleitlagers, wobei über einen hydraulischen Arbeitszylinder das Gleitlager
mit einem konstanten Druck belastet wird. Die Layerbelastung ist dabei über den
Druck am Hydraulikkolben des Arbeitszylinders leicht und unabhängig von der Wellendrehzahl
variabel einstellbar, so daß mit dieser Prüfmaschine auf einfache Weise die Verschleißfestigkeit
eines Gleitlagers für verschiedene Belastungszustände zuverlässig und relativ leicht
rechnerisch nachvollziehbar bestimmt werden kann.
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Neben der Verschleißfestigkeit bei konstanter Belastung ist für die
Dauer festigkeit eines Gleitlagers die Ermüdungsfestigkeit bei wechselnder Beanspruchung
von Bedeutung. Die Ermüdungsfestigkeit wird vielfach auf Prüfmaschinen bestimmt,
die hydraulisch arbeiten und mittels eines steuerbaren pulsierenden Arbeitskolbens
das Gleitlager einer schwellenden oder einer im Schwellbereich liegenden Beanspruchung
unterziehen, wobei die Steuerung üblicherweise von einer elektronischen Einrichtung
übernommen wird.
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E;in derartiges Prüfverfallren heialtet zwar oen Vorteil, daß Verschleiß-
und Brlüdungsfestigkeitsprüfung auf derselben Maschine durchgeführt werden können,
aber dennoch erscheint dieses Verfahren wegen des durch die Steuerung des Arbeitskolbens
bedingten kostspieligen und komplizierten Aufbaus der Prüfmaschine unrentabel, zumal
Fehlerquellen aufgrund der Werkstoffbelastung der Hydraulikeinrichtung nicht auszuschließen
sind. Daneben sind Prüfmaschinen bekannt, bei denen durch umlaufende Unwuchten die
rotierende Welle direkt belastet wird oder durch elektromagnetische Resonanzerregung
eine Belastung des Lagers im Hochqfrequenzbereich erfolgt.
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Diese Prüfmaschinen sind aber für eine getrennte Bestimmung von Ermüdungsfestigkeit
bei wechselnder Belastung und Verschleißfestigkeit bei konstanter Belastung weniger
geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfmaschine der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, mit der die Ermüdungsfestigkeit von Gleitlagern auf einfache
Weise bestimmt werden kann. Ferner soll diese Maschine mit geringem Aufwand so umgerüstet
werden können, daß auf ihr auch eine Verschleißfestigkeitsprüfung durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Welle vorzugsweise im mittigen
Bereich ihrer Lauffläche im Prüfgleitlager zumindest eine Tasche in beliebiger geometrischer
Form aufweist. Der Vorteil der Lösung besteht darin, daß auf einfache Art und Weise
das Gleitlager einer wechselnden Belastung unterzogen werden kann, wobei kostspielige
und aufwendige Gestaltungselemente an der Prüfmaschine vermieden
werden
und die periodische Störung des hydrodynamischen Schmiertilmes des Gleitlagers durch
die rotierende Welle selbst erfolgt, wodurch etwaige Fehlerquellen durch störanfällige
Zwischenglieder prak tisch auszuschließen sind. Da die Prüfmaschine mit einer Belastungsvorrichtung
z.B. in Gestalt eines hydraulischen Arbeitszylinders ausgerüstet ist, beinhaltet
die Lösung den weiteren Vorteil, daß Ermüdungsfestigkeitsprüfung und Verschleißfestigkeitsprüfung
auf derselben Prüfmaschine durchgeführt werden können. Für die Umstellung der Maschine
auf die jeweils verschiedenen Prüfverfahren ist dabei lediglich die Welle mit Tasche
gegen eine Welle ohne Tasche bzw. umgekehrt auszutauschen, so daß der Umrüstaufwand
in vorteilhafter Weise gering ist.
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Die Taschen können jede beliebige Form aufweisen.
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Ihre zahlenmäßige Verteilung auf der Lauffläche der Welle bestimmt
die Anzahl der Störungen pro-Umdrehung und ihre Gestaltung die Amplitude der Störfrequenzen.
Zweckmäßigerweise sind sie aber so gestaltet, daß sie rationell und genau hergestellt
werden können. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Tasche rund
in Form eines Sackloches oder eines Zylinders ausgeführt ist, womit der Vorteil
verbunden ist, daß der Prüfvorgang relativ leicht rechnerich nachvollziehbar ist.
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Sind zwei oder mehrere Taschen auf der Lauffläche der Welle vorgesehen,
wird vorgeschlagen, daß jeweils zwei Taschen eine gemeinsame senkrechte Achse zur
Lauffläche aufweisend gegenüberliegend angeordnet sind. Hierdurch ist sichergestellt,
daß die Belastungswechsel im gleichen zeitlichen Rhythmus erfolgen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß zwei gegenüberliegende
Taschen miteinander verbunden sind und daß das Volumen der Tasche veränderbar ist.
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Hierdurch ist es möglich, die gleiche Welle für verschiedene Belastungszustände
zu verwenden. Die Volumenveränderbarkeit kann dabei in einfacher Weise so realisiert
sein, daß das Sackloch bzw. der Zylinder mit einem Gewinde versehen ist, in das
ein das Volumen der Tasche verkleinernder einsatz geschraubt wird.
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Eine besondere Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der Durchmesser
der Taschen im Verhältnis 1 : 2 zur Gleitlagerbreite ausgebildet ist, um die stärkste
Ermüdung des Gleitlagers an definierten Stellen in der Lagermitte und in den zwei
Randzonen auftreten zu lassen.
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Das Prüfgleitlager ist ferner zweckmäßigerweise mit Meßeinrichtungen
wie z.B. Druck- und Temperaturmeßfühlern versehen, um Anhaltspunkte über die Versuchsparameter,
z.B. Viskosität des Schmieröles, zu bekommen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht die erfindungsgemäße
Prüfmaschine; Fig. 2 einen Querschnitt des Prüfgleitlagers der erfindungsgemäßen
Prüfmaschine; Fig. 3 eine Seitenansicht des Prüfgleitlagers nach einig. 2 im Schnitt;
Fig. 4 schematisch den Schmierfilmdruck des Gleitlagers als Funktion der Layerbreite
der erfindungsgemäßen Prüfmaschine.
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In Fig. 1 ist in einer schematischen Seitenansicht die erfindungsgemäße
Prüfmaschine dargestellt. Die Prüfmaschine besteht aus einem Gehäuse 1 mit zwei
Stützlagern 2, in denen eine rotierende Welle 3 gelagert ist. Ferner ist ein Prüfgleitlager
4 vorgesehen, das mit einem hydraulischen Arbeitszylinder 5 über eine Stoßstange
6 verbunden ist. Durch den Kolben 5a des Arbeitszylinders 5 wird das Gleitlager
4 konstant so gering belastet, daß in jedem Augenblick noch vollständige Filmtrennung
zwischen Welle 3 und Gleitlager 4 besteht. Ferner sind in der Lauffläche der rotierenden
Welle 3 im Gleitlager nicht näher dargestellte Taschen vorgesehen, die eine periodische
Störung des hydrodynamischen Schmierfilms des Gleitlagers 4 verursachen.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Prüfgleitlagers 4 der erfindungsgemäßen
Prüfmaschine nach Fig. 1. Das Prüfgleitlager 4 wird durch zwei Lagerschalen 4a und
4b gebildet. Die rotierende Welle 3 weist zwei Taschen 7 auf, die jeweils eine gemeinsame
senkrechte Achse zur Lauffläche aufweisend gegenüberliegend angeordnet und in Form
eines Zylinders ausgeführt sind.
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Fig. 3 verdeutlicht in einer yeschnittenen Seitendarstellung das Prüfgleitlager
nach Fig. 2. Die Tasche 7 ist auf der Welle 3 im mittigen Bereich ihrer Lauffläche
im Gleitlager 4 vorgesehen.
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In Fig. 4 ist schematisch der Schmierfilmdruck des Gleitlagers der
erfindungsgemäßen Prüfmaschine als Funktion der Lagerbreite für die Ermüdungsfestigkeitsprüfung
dargestellt.Die Kurve 8 kennzeichnet den Schmierfilmdruck zu einem Zeitpunkt, in
dem eine Tasche den engsten Schmierspalt durchläuft. Die Kurve 9 hingehen stellt
die Druckverteilung des Schmierfilms dar, während sich ein glatter Teil der Wellenlauffläche
im engsten Schmierspalt befindet.
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Die Bereiche der Wechselbeanspruchung sind schraffiert dargestellt.
Die Amplituden 8a der Störung des Schmierfilmes sind abhängig von der Gestaltung
der Tasche 7. Die Darstellung verdeutlicht, daß mit der erfindungsgemäßen Prüfmaschine
eine Wechselbeanspruchung eines Gleitlagers erzeugt werden kann.