Der Vierkugelapparat
Prüfung von Schmierstoffen nach DIN 51350 (herkömmliche Anwendung)
Der Vierkugelapparat (kurz: VKA) ist ein Prüfapparat zur Bestimmung der Schweißkraft und der Verschleißkennwerte von Schmierfetten und Schmierölen sowie zur Bestimmung der Scherstabilität von polymerhaltigen Schmierölen.
Die Schmierstoff-Prüfung mit dem VKA wird in der DIN 51350, Teil 1-6 beschrieben. Teil 1 gibt dabei Auskunft über den allgemeinen Aufbau und die Durchführung der Prüfung. Teil 2 und 3 finden Anwendung für Schmieröle und teilweise für Kühlschmierstoffe. Teil 3 und 4 beschreiben die Prüfung mit Schmierfetten.
Hinweis: die oben genannte Prüfung bietet flucon nicht als Dienstleistung an.
Bild: Vierkugelapparat VKA-110 des Herstellers Hansa Press- und Maschinenbau GmbH
Das System besteht im Normalfall aus einer rotierenden Kugel, welche mit wählbaren Belastungen auf drei gleichen, feststehenden Kugeln gleitet, so dass eine pyramidale Anordnung entsteht.
Bild: Positionierung der Kugeln im VKA
Für die Bestimmung der Schweißlast (Teil 2 & 4) wird die Belastung stufenweise gesteigert, bis das Verschweißen des Vierkugelsystems erfolgt. Dabei werden die Gutlast und die Schweißlast angegeben. Die Schweißlast entspricht der Laststufe, bei welcher die Kugeln nicht mehr gleiten. Die Gutlast ist wiederum die höchste Laststufe vor dem Verschweißen der Kugeln. Für die Aussage zu den Verschleißkennwerten und zur Scherstabilität wird die Breite der Verschleißkalotte ermittelt.
Die beschriebene Norm legt ein „Verfahren zur Ermittlung von Kennwerten für Schmierstoffe mit Wirkstoffen, die hohe Flächenpressungen im Mischreibungsgebiet zwischen relativ zueinander bewegten Oberflächen zulassen sollten, fest. Eine unmittelbare Beurteilung im Hinblick auf das Verhalten dieser Schmierstoffe in Maschinenelementen gestattet das Verfahren nicht.“ (DIN 51350)
Elektrische Schmierstoffcharakterisierung am VKA (neuartige Anwendung nach Bechev 2020)
Bild: Übertragung der Kugel-Belastung auf ein Wälzlager
Wie das Bild oben verdeutlicht, kann die Kraftverteilung eines Vierkugelsystems auf ein Wälzlager übertragen werden. Dies wird in flucons Messaufbau E-Lub Tester genutzt, um eine gezielte Schmierspaltvariation herbei zu führen und das ohmsche und kapazitive Verhalten einer Schmierstoff-Probe im Wälzlager zu ermitteln.
Die akademische Vorarbeit dieser Entwicklung stammt von Herrn Dr. Dani Bechev vom Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT) der TU Kaiserslautern (Diss. Bechev 2020).
Eine Normung der impedanzspektroskopischen Untersuchungen des variabel belasteten geschmierten Lagers wird derzeit in AA 653 vorbereitet.
Ferner liefert der E-Lub Tester die Möglichkeit der experimentellen Nachbildung parasitären Stromflusses in E-Antriebssträngen. Mittels Signalgenerator können Spannungssignale beliebiger Form bis zu 60 V pk-to-pk auf das Prüflager appliziert werden. Somit kann etwa eine konventionelle Common-Mode-Spannung nachgebildet werden.
Die resultierenden Entladungen (EDM-Durchschlagströme) erfasst der E-Lub Tester automatisiert und evaluiert das belastete System anhand geeigneter stochastischer Bewertungsgrundlagen.