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Maschine zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten von öl und der Reibungsabnutzung
von Stoffen Die Erfindung betrifft Maschinen zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten
von Öl oder der Reibungsabnutzung von Stoffen. Hierzu wird eine Einrichtung benutzt,
bei welcher Bremskräfte mit Antriebskräften, die an einer oberen und einer unteren
Reibungsfläche eines scheibenförmigen Reibungskörpers angreifen, ins Gleichgewicht
gebracht werden. Gemäß der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß zwei um
eine gemeinsame Achse mit gleicher Geschwindigkeit in Drehung versetzte Treibscheiben
eine zwischen ihnen auf der gleichen Achse, jedoch frei angeordnete Scheibe anzutreiben
suchen. Die -Maschine arbeitet dann in der `'eise. claß z. B. zum Messen des Schlüpfrigkeitsgrades
einer zu prüfenden Flüssigkeit unter bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen
die Flüssigkeit zwischen die getriebenen und die angetriebene Scheibe geführt wird.
Die Größe des Winkelausschlages der mitgenommenen Platte gibt dann ein -M13 für
den Schlüpfrigkeitsgrad der Flüssigkeit. Die -Messungen der Reibungsabnutzung eines
Stoffes, der die Arbitsfläche: wenigstens einer der Scheiben bildet,- werden durch
die Pestimmung der Gewichtsverminderung dieser Scheiben nach einer gewissen Zeit
der Reibungsbeanspruchung, welcher sie untereinander ausgesetzt sind, bewerkstelligt.
Bekannte Maschinen dieser Art weisen eine mitgenommene Scheibe mit nur einer Reibflüche
auf. Es ist dann notwendig, die getriebene Scheibe auf einem Zapfen oder in ähnlicher
Weise anzuordnen, um den auf diese Scheibe von der Treibscheibe ausgeübten Druck
auszugleichen. Hierdurch werden die Messungen ungenau, da eine nicht zu übersehende
Sonderreibung am Zapfen entsteht, die sich mit steigendem Druck vergrößert. Zapfen
oder Spurlager fallen dagegen bei der erfindungsgemäßen Maschine fort, da die auf
die angetriebene Scheibe von zwei Seiten ausgeübten Druckkräfte sich das Gleichgewicht
halten.
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Es ist auch bereits eine -Vorrichtung bekannt geworden, bei welcher
ein treibender Körper zwischen zwei feststehenden, einen bestimmten Druck auf ihn
ausübenden Körpern bewegt und die Reibungswiderst;inde in dem zu prüfenden Öl gemessen
wurden. Auch bei dieser Vorrichtung war eine Verfälschung der Messungen unvermeidbar,
da nicht nur die zu bestimmende Reibungsarbeit, sondern auch alle anderen Reibungen,
die auf die Antriebswelle für den Reibungskörper einwirkten, mitgemessen wurden.
Die Reibungsarbeit wurde im übrigen in diesem Falle an den Änderungen im Kraftverbrauch
des den Reibkörper antreibenden Elektromotors
finit Hilfe eines
Volt- und Amperemeters gemessen, wodurch ebenfalls Fehler bedingt wurden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. i zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung gemäß der Erfindung.
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Abb.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. i.
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Abb. 3 -neigt einen Schnitt nach der Linie 3-3 der @bb. i in vergrößertem
1Iaß-Stab.
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Eine runde, waagerechte Scheibe a trägt auf ihren beiden Flächen je
einen Ring a1, a= rechteckigen Querschnitts. Diese Ringe bilden Reibungsbahnen ausreichender
Breite für eine bestimmte Gleitgeschwindigkeit und sind, falls man den Reibungskoeffizienten
eines Üls messen will, aus geeignetem, z. B. sehr hartem Metall (Stahl usw.) hergestellt,
falls man aber die Reibungsabnutzung eines Stoffes feststellen will, aus dem zu
prüfenden Stoff.
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Zwei runde Scheiben b, b sind beiderseits der Scheibe a gleichachsig
mit ihr angeordnet und tragen Ringe b1, b= rechteckigen Querschnitts, die so befestigt
sind, daß sie auf den entsprechenden Ringen a1 bzw. a2 der Scheibe a aufliegen.
Die Ringe b1, b2 haben verhältnismäßig geringe Breite, um hinlänglich schmale Versuchsflächen
zu erhalten, damit das zu prüfende Öl leicht hindurchdringen und sich gleichmäßig
auf ihnen verteilen kann. Die in Berührung miteinander befindlichen Teile der Ringe
sind genau bemessen und lassen daher leicht den Reibungskoeffizienten des Öles feststellen.
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Die obere Scheibe b trägt einen senkrechten Ansatz c, der oben in
einer Büchse d endet, die der Drehbewegung einer Antriebsvorrichtung folgt, die
später beschrieben werden soll.
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Die untere Scheibe b setzt sich in eine Welle e fort, die sich mit
ihrem unteren Ende bei in auf einem festen Punkt des Maschinenrahmens aufstützt
und mit geringem Spiel durch eine in dem Stück c axial angebrachte Bohrung hindurchtritt.
Die Welle e wird der Drehbewegung des Stückes c oder vielmehr der der Büchse d folgend
mitgenommen, jedoch nicht durch eine Verbindung gewöhnlicher Art, z. B. indem man
dem im Stück c vorgesehenen Loch und der Welle e eckigen Querschnitt verleiht oder
das Stück c und die Welle c miteinander verkeilt, sondern am besten so, daß man
am Ende der Welle e einen Querbalken f vorsieht, dessen beide Enden je eine Leitrolle
1i, tragen, die in in senkrechter Richtung längliche, verschließbare Löcher ä einreifen,
welche in die Wand der Büchse d eingeschnitten sind. Durch Federn hl, die mit ihrem
einen Ende an dem Querbalken f und mit ihrem anderen Ende an den Deckeln der Büchse
d befestigt sind, wird der Querbalken in der Büchse axial nachgiebig getragen.
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Die Zwischenscheibe a ist lose auf die Welle e aufgesetzt und wird
folglich nicht von ihr mitgenommen. Diese Scheibe wird im vorliegenden Falle zwischen
den Scheiben b schwebend gehalten und an einer seitlichen Bewegung durch leichte
Führung auf der Welle e gehindert, welche keine Kräfte auf die Scheibe ausübt.
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Ein Behälter i, der an einem Arm il befestigt ist, kann in senkrechter
Richtung gegenüber dem Maschinenrahmen i= durch eine Schraubenspindel i3 verschoben
werden, in deren N ormalstellung die Platten a und b in das im Behälter i
enthaltene Öl eintauchen. Das untere Ende der Welle e bildet eine kugelige Verdickung
e1, die in einem entsprechend geformten Einsatz am Boden des Behälters i gehalten
ist.
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Die Scheibe a wird an ihrem Umfang von einer Art Rohr j umfaßt, das
über den oberen Rand des Behälters i hinausreicht und fest mit der Scheibe verbunden
ist. Das Rohr wiederum trägt an seinem oberen Ende eine Seilscheibe k, die gleichzeitig
dem Behälter i als Deckel dient und mittels einer Schnur hl mit einem als Pendel
ausgebildeten Gegengewicht k2 verbunden ist. Hinter der Schnur hl ist eine Meßlatte
k3 mit Skala (Abb.2) vorgesehen. Die Schnur hl trägt eine Meßmarke, mit deren Hilfe
die jeweilige Verschiebung der Schnur an der Skala der Meßlatte k3 abgelesen werden
kann. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die zum Mitnehmen des Rohrstückes
j notwendige Kraft gleichmäßig über dessen ganzen Umfang verteilt angreift, Das
Öl hat einerseits unmittelbaren Zutritt zum Behälter i und zu den Flächen
a2, b2 und tritt andererseits durch ein Rohr L und die anschließende Bohrung
hin der Welle e und die Löcher 12 in das Innere j1 des rohrförmigen
Gehäuses j ein. Die Austrittsöffnungen 1z münden in Höhe der Flächen dl, b1. Die
gleichmäßige Verteilung des Öles über die Flächen a1, b1 erfolgt durch die zentrifugale
Kraft bei der Rotation der Welle e. Wenn jedoch gegebenenfalls die zentrifugale
Kraft nicht ausreichend ist, kann diese Verteilung auch auf irgendeine andere geeignete
Art und Weise erzeugt werden. Zusätzlich kann man gleichmäßig längs der Seitenfläche
der Welle e verteilte Nuten vorsehen, um das zu den Flächen a1, b1 emporgestiegene
Öl wieder nach a2, b2 hinabfallen zu lassen.
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Die Öldichtung an der Stelle, wo die Welle e den Boden des
Behälters i durchdringt,
wird folgendermaßen erreicht. Ein
Stück in in Form einer Kugelkalotte ist innen auf dem Boden des Behälters i angeordnet.
Eine axiale Öffnung m° ist in diesem Stück vorgesehen, die genügend weit ist, um
den Durchgang der kugeligen Verdickung e1 der Welle c beim Zusammenbau der Anordnung
zu gestatten.
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Ein aus einem Unterring und den Kugeln bestellendes Kugellager in.',
auf dem ein mit der Welle e fest verbundener Ring fit liegt, ruht finit seiner unteren
Fläche auf dem Stück oa. Dieses Kugellager trägt und führt die untere Scheibe
b und dadurch die Welle e,
gleichgültig wie die letztere geneigt ist.
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Die Drehung der Büchse d und der Röhre c sowie das Mitnehmen der Welle
e kann auf jede geeignete Art und Weise erreicht werden. Jedoch muß man auf jeden
Fall zwischen dem '.\lotorgetriebe und der Büchse d eine Anordnung vorsehen, die
die Seitenkräfte aufnimmt, «-elche durch schlechte Zentrierung der verschiedenen
Lager des Getriebes entstehen. Dies erreicht man am besten dadurch, daß man ein
Kardangelenk o dazwischenschaltet.
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Der Antrieb kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, daß eine Motorwelle
p mit einem Ritze- p1 in ein Zahnrad q eingreift, das auf einer hohlen Zwischenwelle
q- befestigt ist, die unten einen Ouerbalken r trägt, dessen beide Enden nach unten
gerichtete Gabeln r1 bilden, die auf den Enden eines weiteren Osterbalkens r3 befestigte
Leitrollen r= umfassen und mitnehmen. Der Ouerbalken r3 ist auf einer Stange s aufgekeilt,
welche von der Hohlwelle q1 umfaßt wird und an ihrem unteren Ende das Kardangelenk
o trägt.
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Die Stange s dient nicht nur zum Antrieb der Büchse d, sondern auch
zur Übertragung eines Druckes, der hauptsächlich in axialer Richtung auf die Stange
s wirkt. Dieser Druck wird beispielsweise durch eine unter bestimmter Pressung stellende
Druckflüssigkeit erzeugt, die in dem oberen Raum einer Dose t enthalten ist, die
durch eine Membran in zwei übereinanderliegende Räume getrennt wird. Die Dose t
trägt axial unter ihrem Boden einen Schraubstutzen t1 mit Außengewinde, in dem ,sich
ein Arm t= frei führt, der einerseits unter der Membran befestigt ist und sich andererseits
auf die Stange s stützt. Vorzugsweise geschieht das letztere unter Zwischenschaltung
eines Kugellagers t3. das in einem Raum angeordnet ist, der durch einen Fortsatz
einer festen Führung i( für die Stange s gebildet wird. Die Kraft, die auf die Stange
s und folglich auch auf die Büchse d und die Röhre c ausgeübt wird, ist durch den
in dem oberen Raum der Dose t herrschenden Druck gegeben. Diesen Druck kann man
regeln, indem man die Dose durch Drehen mehr oder weniger dem Ende der Stange s
nähert. Hierdurch wird bewirkt, daß die im oberen Raum der Dose enthaltene Flüssigkeit
(oder das Gas) durch die sich relativ zur Dose t bewegende Membran entsprechend
gedrückt wird. Den Druck kann man mit Hilfe des Manometers t4 messen. Da der kurze
Arm t= sich frei auf das obere Ende der Stange s stützt, erleidet er praktisch keinen
seitlichen Druck, der eine Formänderung der -Membran verursachen könnte. Anders
wäre es im Gegensatz hierzu, wenn der Arm t*' und die Stange s aus einem einzigen
Stück beständen, das in mehreren über seine ganze Länge verteilten Lagern geführt
würde. Die Messung des wirklich auf die Scheibe ausgeübten Druckes ist bei der benutzten
Anordnung also sehr genau, auch besitzt der Arm t° große Bewegungsfreiheit in senkrechter
Richtung.
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Die Seitenkraft, die durch das Getrieberitzel p1 auf die hohle Zwischenwelle
q1 einwirkt, wird von den Ringlagern u1 und u= aufgenommen, so daß diese Kraft keinesfalls
eine nachteilige Wirkung auf die Stange s ausübt, «-elche die Büchse d mitnimmt.
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Jede Seitenkraft, die sich durch falsche Zentrierung der verschiedenen
Lager ergibt, wird selbsttätig durch das- Kardangelenk o ausgeglichen, so daß alle
Vorsichtsmaßregeln getroffen sind, damit der Druck senkrecht auf alle Punkte der
Berührungsflächen der verschiedenen Scheiben ausgeübt wird. Daher entspricht der
vom -Manometer angezeigte Druck sehr genau dem Druck, der auf die Scheibe wirkt,
auch wenn die tatsächliche Lage der Welle e und der zugehörigen Antriebsorgane mehr
oder weniger von der Lotrechten abweicht. Da keine starre Verbindung zwischen den
mitgenommenen Teilen der oberen und der unteren Scheibe b besteht, können diese
bei guter Konstruktion der Maschine auf ihrer ganzen Fläche den Flächen der Zwischenscheibe
a, gut anliegen.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist die folgende Will man den Reibungskoeffizienten
eines Öles messen, so ist der Flächeninhalt der Ringflächen a1, b1 und a=, b" genau
zu bestimmen; das Manometer t4 ist abzulesen und die Temperatur des Öles im Behälter
i zu messen. Dann setzt man die Büchse d und folglich die Scheiben b mit bestimmter
Geschwindigkeit in Bewegung. Die Zwischenscheibe a wird mitgenommen und stellt sich
unter einem Winkel ein, der bei den jeweiligen Verhältnissen dem Reibungskoeffizienten
des zu untersuchenden Öles entspricht. Man stellt das Maß der Verstellung der Schnur
hl fest und bestimmt danach entweder durch geeignete
Umrechnungstabellen
oder durch direktes Ablesen von einer entsprechenden Teilung der Meßlatte k3 den
Reibungskoeffizienten des untersuchten Öles.
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Will man die Reibungsabnutzung eines :Metalls messen, so stellt man
die Ringe a1, a' der Scheiben a aus diesem Metall her; die Größe der Ringflächen
sowie Druck- und Temperaturverhältnisse werden wieder genau bestimmt. Nachdem man
das Gewicht der Ringe festgestellt hat, überläßt man sie während einer bestimmten
Zeit t einer gleichfalls bestimmten Drehbewegung der Scheiben b, wobei die Scheibe
a entweder die Möglichkeit hat, sich zu bewegen, oder festgehalten wird. Schließlich
hält man die Maschine an und wiegt die Ringe aufs neue. Der Gewichtsunterschied
ergibt dann die totale Reibungsabnutzung. Man bezieht diesen Wert auf die Flächen-
und Zeiteinheit.