Optimierung der Reibmomentmessung am Vierkugel-Tribometer und systematische Reibmessungen an Modellfetten

Abstract

Diese Arbeit befasst sich unter Anderem mit experimentellen Untersuchungen zum tribologischen Verhalten ausgesuchter Modellfette mittels eines Vierkugel-Tribometers. Des Weiteren wird das Temperaturverhalten verschiedener Fette in Langzeitversuchen untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt jedoch darin, den alten Drehmomentaufnehmer durch einen neuen und moderneren Aufnehmer zu ersetzen. Anschließend sollten weite-re Gleitreibungsuntersuchungen an vier ausgesuchten Modellfetten durchgeführt werden. Das Vierkugel-Tribometer ist ein Versuchsstand des Labors für Maschinenelemente und Tribologie an der HAW Hamburg. Das Gerät wurde auf Basis des Shell-Vierkugel-Apparates entwickelt und dient dazu, systematische Gleitreibungsuntersuchungen an unterschiedlichen Schmierstoffen durchzuführen. Mit dem Gerät können sowohl Schmieröle als auch Schmierfette untersucht werden. Hauptsächlich dient das Gerät jedoch den Gleitreibungsuntersuchungen an Schmierfetten. Die durchgeführten Versuche am Tribometer haben gezeigt, dass es während zweistün-diger Versuche möglich ist, näherungsweise ein Temperaturengleichgewicht zu errei-chen. Jedoch muss für spätere Anwendungen aufgrund der zahlreichen Nachteile der Langzeitmessungen von so langen Versuchsdauern abgeraten werden. Zum einen kos-ten solche Untersuchungen nämlich zu viel Zeit, zum anderen kann man sich auf die Messwerte nicht verlassen, da die Werte infolge des Wärmeeinflusses verfälscht werden könnten. Auch ein Schervorgang am Schmierfett ist hier nicht zu unterschätzen. Die Optimierung des Versuchsstandes, genauer gesagt der Messeinrichtung des Ver-suchsstandes, dem Drehmomentaufnehmer (Torsionsbuchse) erfolgte über die Auswahl des Drehmomentsensors TD70 der Firma ME-Meßsysteme GmbH. Dieser Messsensor ist zur Messung sehr kleiner Reaktionsmomente geeignet und auch Reibmomente kön-nen mit ihm gemessen werden. Der Messsensor ist über einen integrierten Anschlag gegen die Überlastungen gesichert. Die Untersuchungen des neuen Messsensors haben gezeigt, dass er auf die Einleitung der axialen Last reagiert. Wenn man dies bei den Reibwertuntersuchungen nicht be-rücksichtigt, werden die Messwerte verfälscht. Besonders bei hoher Axiallast wurde deutlich, dass eine dezentrale Lasteinleitung zu sehr starken Messwertverfälschungen führen kann bzw. wird. Da der neue Sensor nur für deutlich geringere Axiallasten als der vorherige Messsensor geeignet ist, muss das alte System zur axialen Lasteinleitung überarbeitet werden bzw. es muss ein deutlich geringeres Gewicht benutzt werden. Nachdem das neue Gewicht in das Tribometer eingebaut worden ist, wurden einige Messungen durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit des neuen Messsensors zu bestäti-gen. Dazu wurden zwei unterschiedliche Fette ausgesucht, wo man ganz sicher sein konnte, dass die Reibmomente sich unterscheiden. Es konnten jedoch über die Messung keine Unterschiede bei Reibwerten zwischen die-sen beiden Fetten nachgewiesen werden, obwohl es offensichtlich Unterschiede geben müsste. Die Messwerte schwankten sehr oft und sehr stark, sodass anhand dieser ebenfalls keine Bewertung der Fette möglich war.

This work deals with experimental investigations of the tribologic behaviour of selected model fat by means of a 4 ball-tribometer. Besides the temperature behaviour of differ-ent fats were examined in long-term trials. Nevertheless, the main focus of this work lies on the task to substitute the old torque receiver with a new and more modern receiver. Afterwards other glide-friction-investigations should be carried out with four selected model fats. The 4 ball-tribometer is a test station of the lab for machine elements and tribology in Hamburg HAW. The device was developed on the basis of the Shell-4-ball-apparatus and serves to carry out systematic glide-friction-investigations in different lubricants. With the device lubricating oils as well as greases can be examined. Nevertheless, pri-marily the device serves the glide-friction-investigations in greases. The carried out attempts in the tribometer have shown that it is possible during 2-hour attempts, to achieve almost a temperature balance. However, must be advised for later uses on account of the numerous disadvantages of the long time measurements against so long measurements. On the one hand such investigations fondled because too much time, on the other hand one cannot count on the measuring values, because the values could be falsified as a result of the warm influence. Also a mole process in the grease is not to be underestimated here. The optimisation of the test trinkets, more exactly said of the measuring equipment of the test trinkets, to the torque receiver occurred about the choice of the torque sensor TD70 of the company ME-measurement systems GmbH. This measuring sensor is suit-able to the measurement of very small reaction moments and also friction moments can be measured with it. The measuring sensor is protected with an integrated poster against the strains. The investigations of the new measuring sensor have shown that it reacts to the intro-duction of the axial load. If one do not consider this with the friction value measure-ments, the measuring values can be falsified. Particularly with high axial load became clear that a decentralised load introduction can lead to too strong measuring value falsi-fications. Because the new sensor is suitable only for lower axial loads than the previous measur-ing sensor, the old system must be reworked to the axial load introduction or a lower weight must be used. After the new weight has been inserted in the tribometer, some measurements were car-ried out, to confirm the effectiveness of the new measuring sensor. In addition two dif-ferent fats were selected where one could be quite sure that the friction moments differ. Nevertheless, no differences in the friction values could be proved in the measurement between this both fats, although there would have to be differences. The measuring val-ues swayed very often and very strongly, so that with the help of this also no assessment of the fat was possible.