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Verfahren zur Bestimmung des Druckes zwischen zwei Körpern.
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Erfindung beruht auf der Tatsache, dass die Grösse der zufälligen Formänderung stets in einem bestimmten Verhältnis zu dem ausgeübten Drucke steht.
Wenn also z. B. zwei Kugeln gegeneinander gedrückt werden, wobei die Berührungs- fläche zwischen ihnen kreisförmig wird, so hat man nach Hertz, vorausgesetzt, dass die
Proportionalitätsgrenze nicht überschritten wird,
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d. h. die Grösse der Berührungsfläche zwischen den Kugeln ist ausschliesslich von dem ausgeübten Drucke abhängig. Dieser kann somit bestimmt werden, wenn man die Möglichkeit hat, die Abmessungen der Berührungsfläche in der einen oder anderen Weise zu messen.
Hertz benutzte bei seinen Versuchen Körper aus durchsichtigem Material, so dass die Abmessungen der Berührungsfläche unmittelbar beobachtet und gemessen werden konnten.
Diese Methode hat aber natürlich eine sehr beschränkte Verwendung.
Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, dass man zwischen die Kugeln von zwei entgegengesetzten Seiten zwei dünne Papierblätter o. dgl. einführt, so dass die Kanten dieser Blätter zwei parallele Tangenten zu dem die Berührungsfläche begrenzenden Kreise bilden, worauf der Abstand zwischen den genannten Kanten gemessen wird, so dass man ein Mass für den Durchmesser des genannten Kreises erhält. Es ist aber ohneweiters zu ersehen, dass ein solches Verfahren nur approximative Werte des Durchmessers der Berührung- fläche geben kann, da es teils mit Schwierigkeiten verbunden ist, die Kanten der Papierblätter mit dem Umkreis der Berührungsfläche in Berührung zu bringen, und teils unmöglich ist, mit Genauigkeit zu bestimmen, wann diese Berührung eintritt.
Ein weiteres, ebenfalls bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Druckes zwischen zwei Kugeln besteht darin, dass man eine permanente Deformation herbeiführt, welche gemessen werden kann, nachdem der Druck zwischen den Kugeln entfernt worden ist.
Hiebei muss aber die Proportionalitätsgrenze des Materials überschritten werden, weshalb das Verfahren schon aus diesem Grunde weniger verwendbar ist. Ausserdem ist das Verfahren sehr unzuverlässig, indem, ausser der permanenten Deformation, eine elastische Deformation an den Kanten der Berührungsfläche auftritt, wobei die letztgenannte Deformation nach dem beschriebenen Verfahren nicht bestimmt werden kann,
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In dem oben Angeführten ist angenommen worden, dass der Dl1lck zwi"chen tweÎ sphärischen Körpern bestimmt werden soll. Handelt es sich dagegen darum, den Druck zwischen zwei Körpern von anderer huchtiger Form oder z. B. zwischen den Kugeln und den Laufbahnen eines Kugellagers zu bestimmen, so sind die angegebenen Methoden in den meisten Fällen praktisch unbrauchbar.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Bestimmung der Form und
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nachdem die Abmessungen der Berührungsfläche bestimmt worden sind, irgendeine bekannte Formel zur Bestimmung des Druckes verwendet oder ob man sich im voraus auf empirischem Wege ein Bild des Verhältnisses der Abmessungen der Berührungsfläche zum Drucke verschafft.
Gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugt man ein verbleibendes Bild der durch den Druck verursachten elastischen Deformation an der Berührungsstelle zwischen den Körpern.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch ermöglicht, dass, nachdem der Druck auf die Körper zur Wirkung gebracht worden ist, die die Berührungsfläche umgebenden Teile der Körper der Einwirkung einer das Material angreifenden Ätzflüssigkeit oder eines Ätzgases ausgesetzt werden, welches nach geeigneter Zeit von den Körpern sorgfältig entfernt wird, worauf der Druck aufgehoben wird. Hierauf werden die Abmessungen der von der
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Deformation der Körper an der Anlagestelle genau gleich ist, worauf der Druck in der oben angegebenen Weise bestimmt werden kann.
Das Verfahren ist besonders verwendbar zur Bestimmung des Druckes zwischen den Kugeln und den Laufbahnen eines Kugellagers und kann vorteilhaft als eine Stufe in der Herstellung solcher Lager eingeführt werden, indem durch das Verfahren die Beschaffenheit
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werden kann, so dass die bestimmten Toleranzgrenze nicht überschritten werden.
Gegenüber den bekannten Methoden bietet das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ausserdem den wesentlichen Vorteil, dass es von der Anordnung der Körper unabhängig ist, d. h., dass es z. B. auch bei den kompliziertesten Lagereinrichtungen ausgeführt werden kann, wie bei Lagern für Eisenbahnwagen u. dgl., wo eine direkte Beobachtung vollkommen ausgeschlossen ist.
Fig. i der Zeichnung stellt zwei Kurven dar, welche das Verhältnis zwischen dem Drucke und dem Durchmesser der kreisförmigen Berührungsfläche zwischen den Kugeln und dem äusseren Laufring eines sphärischen Kugellagers von bestimmten Abmessungen zeigen und Fig. 2 zeigt schematisch die Druckverteilung in einem Radialkugellager.
In Fig. i stellt die Kurve A das Verhältnis zwischen dem Drucke und dem Durchmesser der kreisförmigen Berührungsfläche zwischen den Kugeln und dem äusseren Laufring eines sphärischen Kugellagers dar, bei dem der Durchmesser der sphärischen Laufbahn
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bestimmt worden durch Ätzen der die Berührungsfläche umgebenden Teile und der Druck nach der oben angegebenen Hertz'schen Formel, welche für die hier angenommenen Abmessungen der Laufbahn und der Kugeln
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wird, worin d den Durchmesser der Berührungsfläche in Millimetern und P, wie früher, den Druck in Kilogramme bezeichnet.
Die Kurve B ist auf empirischen Wege erhalten durch
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Drücke P. Wie aus der Figur hervorgeht, sind die beiden Kurven A und B praktisch zusammenfallend bis zum Punkte p, welcher der Proportionalitätsgrenze für das Material unter den vorhandenen Umständen entspricht, wodurch die Zuverlässigkeit des Verfahrens gemäss der Erfindung nachgewiesen ist.
Will man das Verfahren z. B. auf das in Fig. 2 dargestellte Radialkugellager verwenden zwecks Bestimmung des Druckes zwischen den Laufbahnen und den belasteten Kugeln, so kann man zweckmässig zuerst das Lager unter Belastung in Drehung versetzen und es dann zum Stillstand bringen, wobei man annehmen kann, dass die Belastungsverhältnisse für die Kugeln dieselben sind wie während der Bewegung. Hierauf werden die Kugeln in der angegebenen Weise mittels einer Ätzflüssigkeit oder eines Ätzgases behandelt, welches nach einigen Minuten sorgfältig entfernt wird, und war die Ätzflüssigkeit durch eine geeignete, auf die Kugeln nicht einwirkende Flüssigkeit und das Ätzgas durch reichliche Zufuhr von Luft, worauf die Belastung auf das Lager aufgehoben wird.
Hienach werden die Kugeln aus dem Lager herausgenommen und der Durchmesser der von der Ätzflüssigkeit
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bzw. von dem Atzgase unberührten Flächen der Kugeln wird zweckmässig auf mikroskopischem Wege, gemessen, worauf diejenigen Drücke P, P, und P2, welchen die verschiedenen Kugeln ausgesetzt waren, in der oben angegebenen Weise bestimmt werden können.
Eine geeignete Ätzflüssigkeit für Eisen-und Stahlkörper kann auf folgende Weise hergestellt werden :
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Kupferchlorid wird dann unter Rührung der Lösung mit Wismutchlorid zugesetzt. Schliesslich werden 10 cm3 Alkohol zugesetzt.
Ein geeignetes Ätzgas ist Chlor (Cl).
Wie erwähnt, ist das Verfahren auch verwendbar zur Bestimmung des Druckes zwischen Körpern von anderer als sphärischer Form, indem man in solchen Fällen, wo das Verhältnis zwischen dem Druck und der Formveränderung sich nicht auf mathematischem Wege bestimmen lässt, durch anfängliche Verwendung von bekannten Drücken das erwünschte Verhältnis auf empirische Wege bestimmen kann.