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Fulltext - ETH E-Collection

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Prom. Nr. 3437
Zur
Frage
der
Saphiroberflächen
Vergütung von
Verbesserung
zur
der
Reibungskonstanz von Elektrizitätszählern
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
IN
ZÜRICH
ZUR ERLANGUNG DER WÜRDE EINES
DOKTORS DER NATURWISSENSCHAFTEN
GENEHMIGTE
PROMOTIONSARBEIT
VORGELEGT VON
Heinrich Merz
Dipl. Naturw.
von
Referent:
ETH
St. Gallen
Herr Prof. Dr. E.
Korreferent: Herr Prof. Dr. W.
Brandenberger
Epprecht
ZÜRICH 1963
DISSERTATIONSDRUCKEREI LEEMANN AG
Separatabdruck
aus
den Schweizerischen
Mitteilungen,
Mineralogischen
Bd. 43, Heft 2, 1963
und
Petrographischen
Zur
Frage der Vergütung von Saphiroberflächen
zur Verbesserung der
Reibungskonstanz von
Elektrizitätszählern
Von Heinrich Merz
Mit 13
Textfiguren,
(Zug)
15 Tabellen und 4 Phototafeln
VORWORT
Im Herbst 1959 wurde
Zug
der
als Mitarbeiter der Firma Landis und
mir
Entwicklungsauftrag
Reibungskonstanz
anvertraut, die
der
Gyr AG
m
Unterlager
Elektrizitatszahlern
zu verbessern; in diesem Zusammenhang hat sich die
ergeben, die Aspekte von allgemeinem Interesse aufgezeigt hat.
Ich schulde der Geschaftsleitung und vor allem Herrn Direktor Dr. G. Weber für
die Publikationsfreigabe in dieser Form und für die stete Unterstützung der
Untersuchungen grossen Dank.
von
vorliegende
Arbeit
Meinen verehrten Lehrern, Herrn Professor Dr. E.
Brandenbergor und Herrn
Epprecht, mochte ich für ihr immerwährendes Interesse an der
Arbeit danken, das zu fruchtbringenden und sehr lehrreichen Diskussionen beste
Voraussetzung bot Auch die mannigfachen Ratschlage, die ich im Laufe der drei¬
jährigen Versuchsarbeiten empfangen durfte, haben mich stark gefordert
Professor Dr W.
Die Firma Swiss Jewel
in
Locarno hat
m
verdankenswerter Weise die Herstel¬
des grossten Teils des
Versuchsgutes übernommen Dies wurde vor allem
durch das rege Interesse ermöglicht, welches Herr Direktor E G Sandmeier den
Arbeiten entgegenbrachte. Darüber hinaus schulde ich Herrn Direktor Sandmeier
persönlich Dank für sehr viele wertvolle Ratschlage und Hinweise, hat er doch
seinerzeit massgeblich zur Entwicklung der Zahlerlagersteme aus synthetischem
Saphir und zur Aufklarung ihrer Eigenheiten beigetragen.
lung
Der Firma
Djevahirdjian
Anzahl Messkurven,
gebührt aufrichtiger
paration
und
in
Monthey (VS)
verdanke ich die
dem Institut Dr. mg.
R.
Überlassung
Straumann
in
einer
Waidenburg
Schwierigkeiten verbundene Praelektronenmikroskopische Untersuchung der Lager
Dank für die mit grossen
der Abdrucke für die
-
stem-Kalotten
Zum Schluss
sei
noch für die wertvollen Hinweise
mit Mitarbeitern der Firma Landis und
Gyr
gedankt,
AG entsprangen
welche Diskussionen
722
H. Merz
INHALTSVERZEICHNIS
723
1.
Problemstellung
2.
Einführung: Einiges
2.1.
Konstruktionsmerkmale
723
Lagergeometrie
724
2.2.
über das
723
Zahlerunterlager
2.3. Werkstoffe
725
2.4.
Herstellung
3.
Das
der
Lagersteme
Zahlerunterlager
als
aus
synthetischem Saphir
725
Fehlerquelle
725
3.1. Messtechnische
726
3.2.
728
Beobachtungen
Mikroskopische Betrachtungen.
3.3. Versuch
3.5.
zur Ermittlung des Abriebbeginns
Abriebsynthese (Suspensionsversuch)
Emfluss des Kristallgitters der Abriebpartikel
4.
Struktureinflusse bei
3.4.
729
732
.
4.3.
Korundlagern
Anisotropieerscheinungen (Literatur)
Die Steinorientierung beim Zahlerunterlager
Emfluss der Gitterstorungen
4.4.
Überdeckung
5.
Politursohicht und Abriebmechanismus
736
737
4.1. Die
737
4.2.
739
5.1. Auf bau und
Entstehung
einer
5.2. Das herkömmliche Polieren
von
Spurlagerteilen
Spurlagerteilen
6.3.
7.
aus
Korund
749
aus
Korund
749
754
Lagerflacheneigenschaften
....
Diskussion des Problems
6.1. Versuch
6.2.
745
745
Der Abriebmechanismus
5.5. Emfluss der Politursohicht auf die
6.
745
Politurschicht
5.3. Nachweis der Politursohicht auf
5.4.
744
der Strukturemfiusse
zu
764
Modell
einem
des
Abnutzungsmechanismus
unterlager
Verbesserung der Reibungskonstanz
Anwendung Politursohicht-fordernder Substanzen
wahrend des Lagerbetriebes der Saphirsteine
Versuche
im
Zahler¬
764
766
beim Polieren und
der Politursohicht
Vergütung
Substanzverbindung
Einbringen der Reaktionssubstanzen
zu
760
einer
767
768
7.1. Wahl der
768
7.2.
768
7.3. Zahlerlaufv ersuche
7.4. Versuche über sehr
Ergebnisse
8.
Diskussion des
Frage
der
angewendeten
8.2. Versuche
Betriebszeiten
785
aller Versuche
7.5.
8.1. Zur
772
lange
zum
wahrend der
787
Vergutungseffektes
Beeinflussung
788
der Struktur der Politurschicht durch die
Zusätze
Nachweis
788
von
Pohturvergutung
Platzwechsel- und
Diffusionsvorgangen
790
794
9a.
Zusammenfassung
Summary
10.
Literaturverzeichnis
796
9.
795
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
Elektrizitatszahlern
723
1. PROBLEMSTELLUNG
Unterlager von Elektri¬
häufig Betriebsbedingungen ausge¬
setzt, welche an die Lagerbestandteile höchste Anforderungen stellen,
Dies gilt
wenn nicht deren Leistungsfähigkeit geradezu überfordern.
zumeist im Hinblick auf den spezifischen Lagerdruck, fallt dieser doch
als Folge der angestrebten Tiefhaltung des absoluten Reibungsmomentes
allgemein sehr hoch aus. In Gleitreibungslagern wird bei metallischen
Lagerwerkstoffen die Scherfestigkeit erreicht, wahrend die Betätigung
von Spaltebenen bei mineralischen oder keramischen Lagerwerkstoffen
zu Mikroausbruchen und Abrieb fuhrt, bei gleichzeitigem Abreissen der
Schmiermittelepilamen, direktem Kontakt der Lagerflachen und einer
Bildung zahlreicher kleiner Verschweissungsstellen. Diese Beschädigun¬
gen der Lagerflachen können durch entsprechend grösser gewählte Herzsche Druckflachen vermieden werden. Die damit verbundene Vergrosserung des Reibungsmomentes und seiner Inkonstanz sowie anspruchs¬
vollere Zentrierungsprobleme verlangen in bestimmten Fallen, die Lager¬
werkstoffeigenschaften in Richtung grosserer Abriebfestigkeit zu ver¬
bessern. Ganz im Sinne dieser allgemeinen Überlegungen stellt sich die
vorliegende Arbeit das Problem, die Reibungskonstanz von Spurlagern
im Hinblick auf
mit bohrender Gleitreibung für Elektrizitatszahler
eine gewünschte Verlängerung der Revisionsperioden
wenigstens
wahrend 20 Jahren zu gewahrleisten, und zwar vorab durch eine Ver¬
besserung der Abriebfestigkeit der Laufflache von Pfannenlagersteinen
aus synthetischem Saphir.
Instrumentenlager jeder Art,
unter ihnen die
zitatszahlern im besonderen, werden
—
—
2.
EINFÜHRUNG: EINIGES ÜBER
DAS ZAHLERUNTERLAGER
Mit Recht kann das Zahlerunterlager als ein gutes Beispiel für ein Instrumenten-Spurlager höchster Beanspruchung gelten: die praktisch dauernd rotierende
Bewegung sowie die hinlänglich genau definierte Lagergeometrie ermöglichen
praxisnahe Dauerversuche unter schweren Laufbedingungen mit einem befriedi¬
genden Messkriterium, dem Zahlerfehler. Die Ergebnisse können sinngemäss auch
auf andere
wobei in erster Linie spezifischer Lager¬
Umdrehungsgeschwindigkeit, dazu die Matenaleigenschaften beider
Lagerpartner und endlich die Schmierung als weiterer Parameter zu berücksich¬
Lagertypen übertragen werden,
druck und
tigen sind.
2.1. Konstruktionsmerkmale
Zahlerunterlager in der Ausfuhrung als Spurlager mit bohrender Gleit¬
im folgenden kurz als
„Emstemlager" bezeichnet, da es nur einen
durch eine mit dem System
aufweist
charakterisiert
ist
einzigen Saphirstein
Das
reibung
—
—
—
724
H. Merz
dem drehbaren Teil des Zählers
—
fest verbundene
mit dem Gehäuserahmen ebenfalls fest verbundenen
S.
Stahlkugel, die sich in einer
Saphirpfanne dreht (s. Fig. 1,
Saphirpfanne enthält gleichzeitig das zur Schmierung und bei nicht
Stahlkugel zugleich als Rostschutz dienende Öl. Das Unterlager ist
starke Beschleunigungen des Systems
abge¬
grobe Erschütterungen
724);
die
rostsicherer
gegen
—
—
federt.
Vermeidung der im Einsteinlager auftretenden, bohrenden Gleitreibung,
Abnützungserscheinungen zumeist mittelbar verantwortlich ist, wurden
sogenannte „Doppelsteinlager" eingeführt; diese bestehen aus zwei Saphir-Pfannen
lagersteinen, die mit System und Gehäuse fest verbunden sind. Zwischen den
Steinen ist eine Stahlkugel lose eingelegt, die sich im Betrieb
einem Kugellager
nicht unähnlich
unter vorwiegend rollender Reibung dreht (Fischer 1957) und
dazu ein gewisses Abrollen zeigt (Schmiermittelnachschub!).
Zur
die für die
-
—
—
Abnützungserscheinungen des Zählerunterlagers
Hauptfehlerquelle des Zählers durch die Anwendung des Doppel¬
steinlagers gelöst (s. Kap. 3.1). Die dabei ebenfalls auftretenden Nachteile sind
nicht nur wirtschaftlicher (2. Saphirstein), sondern auch technischer Natur: der
Zählerfachmann zieht nämlich das Einsteinlager dem Doppelsteinlager insofern
vor, als es besser zentriert und wohl auch unter Vibrationseinfiüssen weniger leidet.
An sich ist das Problem der
und damit die
2.2.
Mit Hilfe der Hertzschen
Lagergeometrie
Gleichung können Berührungsfläche und maximale
Druckspannung im Lagerzentrum angenähert berechnet werden (Fröhlich 1955);
gewisse vereinfachende Annahmen müssen hierbei allerdings getroffen werden, so
z. B. Isotropie der Lagerwerkstoffe und ideale geometrische Gestalt. Für die mei¬
sten unserer eigenen Zählerlaufversuche wurde ein Dreiphasenzähler der Type
MG 1 von Landis und Gyr gewählt, der bei einem Systemgewicht von 72 g und
einem Kugelradius von 0,8 mm eine maximale Druckspannung von ca. 100 kg/mm2
und eine Berührungskreisfläche von einem Durchmesser um 37 /j, ergibt. Diese
Zahlen charakterisieren zugleich die schweren Bedingungen, denen die Lager¬
werkstoffe des Zählerunterlagers dauernd ausgesetzt sind.
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
725
Elektrizitatszahlern
2.3. Werkstoffe
die Unterlagerkugel findet normalerweise ein hartbarer
Walzlagerstahl mit ca 1,5% Cr und 1% C Anwendung. Dieser
nicht rostsichere Stahl ergibt bei genügender Harte die bis heute beste Oberflachenbeschaffenheit (Politur und Reinheit). Der Pfannenlagerstem besteht allge¬
die sphärische Kalottenoberflache ist ebenfalls
mein aus synthetischem Saphir;
hochglanzpoliert und die Lagersteine sind teilonentiert (optische Achse senkrecht
auch Kap. 4). Für die Schmierung wird in der Regel em speziell
zur Stemachse, s
Werkstoff für
Als
Kugellager-
oder
raffiniertes Mineralöl
MS 2-Ö1
liche
vom
im
Hinblick auf
unabgesattigten Komponenten entzogen
2.4.
verwendet (im weiteren kurz als
Pennsylvanian-Typ
bezeichnet), welchem
Herstellung der Lagersteine
eine
hohe
Alterungsstabilitat
samt¬
sind (Shotter 1944).
aus
synthetischem Saphir
synthetisch hergestellten Saphirbirnen (über
Korundsynthese siehe z. B Cosandey 1956) spal¬
ten sehr leicht längs der Birnenachse in zwei Hälften auf, wobei die c-Achse häufig
m der Spaltebene hegt. Der Winkel zwischen Birnenachse und optischer Achse ist
abhangig von den Herstellungsbedingungen, durfte aber für ein gegebenes Ver¬
fahren einigermassen reproduzierbar sein. Nach Ermittlung und Markierung der
Die nach dem Verneuil-Verfahren
Untersuchungen
zur
Frage
der
Lage der optischen Achse (c-Achse, s. aber auch Kap. 4.2), werden die Halbbirnen
in halbmondförmige Scheiben geschnitten und aus diesen je nach den endgültigen
Abmessungen kleine Wurfelchen oder Quader hergestellt Diese Quader werden
darnach auf einer speziellen Maschine zu Zylinderchen rundgeschliffen untef Ver¬
wendung von Diamantwerkzeugen (d.
Mit Hilfe
zen aus Elektrolytkupfer)
Kalotte
sphärische
Kalottenflache
poliert;
m
die
eine
vorpoliert
über diese letzte
3. DAS
h. diamantbesetzten
von
Sagescheiben
und Wal¬
Diamantfrasen wird anschliessend
eine
Zylinderchen eingearbeitet, diese
Zahlerunterlagerstem auf Hochglanz
der Stirnflächen der
und endlich der
Operation
orientiert
im
einzelnen
Kap.
5.2.
ZAHLERUNTERLAGER ALS FEHLERQUELLE
nachfolgenden Abschnitten werden Beginn, Verlauf und Auswirkungen
Zahlerunterlager-Abnutzungen untersucht unter bestmöglicher Fixierung des
Ausgangszustandes als Grundlage zu allen weiteren Untersuchungen. Wachsmann
In den
von
(1934)
hat sich bereits
Problemen des
weise,
vor
gewandelt
vor
rund 30 Jahren
im
Rahmen
semer
Dissertation mit den
die damals übliche
Unterlagers auseinandergesetzt;
Aspekte,
allem der werkstofftechnischen
In der
vorhegenden
Arbeit werden
nicht
zwar
Betrachtungs¬
grundlich
hat sich seither
wie
dort absolute Mes¬
sondern statt dessen die werkstoffsungen der Reibungsmomente durchgeführt,
bestehenden
hcherseits
Möglichkeiten aufgezeigt, die Verschleissfestigkeit der ver¬
wendeten
Materialien wesentlich
Betrachtungen
(1953)
sowie in
zu
verbessern.
—
Allgemeine Angaben,
dazu
speziellen Prufprobleme an Zahlern finden sich in Fröhlich
Lehrbuchern, z. B. Pflier (1954) und Schmiedel (1954).
der
726
H Merz
3.1. Messtechnische
Beobachtungen
Der Zahler ist ein elektrisches Messinstrument, das in amtlich be¬
glaubigter
Form den Verbrauch
in Kilowattstunden
messen
an
elektrischer
Energie
zum
Beispiel
soll. Sein Messfehler wird in Prozenten des
(theoretisch) oder einer relativ genaueren Zahleranzeige,
Beispiel eines Eich- oder Prazisionszahlers (praktisch) angegeben,
und zwar positiv, wenn die Anzeige des Prüflings gegenüber dem wahren
Wert zu hoch, dagegen negativ, wenn die Anzeige zu gering ausfallt.
wahren Wertes
zum
Es gibt eine Anzahl von Fehleremflussen, die, je nach Anforderungen an den
Zahlertyp, m Kauf genommen oder mehr oder weniger kompliziert auskompensiert
werden müssen so vor allem die Temperatur-, Frequenz und Lastabhangigkeit
Nahezu alle
am
Aufbau des Zahlers
ihren Emfluss auf den Zahlerfehler
beteiligten Werkstoffe
aus
—
üben direkt oder indirekt
Von den
ursachen treten
betriebszeitabhangigen Fehler¬
Vordergrund- die zeitliehe Instabilität
allerdings zwei stark in den
Reibungsmomentes im Unterlager und die zeitliche Instabilität der Brems¬
magneten Die Instabilität des Bremsmagnete scheint einem logarithmischen Zeit¬
gesetz zu folgen, sofern keine massiven Störungen (Berührung mit Ferromagnetika
oder durch starke Wechselfelder) auftreten Die von uns verwendeten Versuchs¬
zahler waren alt genug, um keine grosseren Fehleranderungen als solche im Betrage
Somit konnte die ganze Zahlerfehler¬
von Zehntelpromillen erwarten zu müssen
differenz zwischen Versuchsbeginn und einem beliebigen Messpunkt wahrend des
Versuchs, bei Kleinlast gemessen (Lastpunkt 5 % allseits, d. h bei einer Belastung
aller Phasen mit 5% des Nennstromes, also z.B. Fliessen eines Stromes von
0,25 A durch die drei Stromspulen eines Dreiphasenzahlers der Nennlast 5 A)
praktisch dem Emfluss des TJnterlagers zugeschrieben werden Die teilweise unge¬
nügende Temperaturkompensation der alteren Versuchszahler machte sich manch¬
mal unangenehm bemerkbar, ist aber leicht zu erkennen am praktisch parallelen
des
Verlauf der Zahlerfehlerkurven (s
z.
B
Fig 4,
die Fehlerkurven
S
728)
Dreiphasenzahlern bei Klein¬
last 5% allseits vom normalen Einstein-, Fig. 4, S. 728, vom Doppelstein¬
lager in Funktion der Umdrehungszahl der Systems wieder. Die Kurven
der Doppelsteinlager zeigen bezuglich Schwankung und Streuung etwa
den von der Praxis gewünschten Verlauf. Die Kurven der Einsteinlager
in
dagegen weisen bereits nach wenigen Millionen Umdrehungen
Fig. 2,
S. 727,
gibt
von
—
Praxis wird ein Haushaltzahler bei mittlerem Verbrauch
Millionen
nimmt
sich
Systemumdrehungen
Prozenten
einigen
:
auf,
pro Jahr ausfuhren
wobei die
die Kurvenschar fächert
zum
—
Streuung gleichzeitig
ca.
vereinzelte
.
einen Abfall
beträchtlich
.
1,5
von
zu¬
auf, die sehr guten Einheiten verhalten
Teil nicht wesentlich schlechter als die
rend die schlechten bis
1.
Doppelsteinlager, wah¬
gibt sogar
einer praktisch stetig sin-
und noch weiter abfallen. Es
—5%
Lager, sogenannte Ausreisser,
mit
1
Fig.
2.
+
3. Zählerfehler in Funktion der Anzahl
+
Zählerfehler 1*3
+
4-
im
Schmieröl).
(Einstein-Normalvariante).
(Rostaufschlämmung
der Variante ZV 19
der Variante ZV 22
Systemumdrehungen
Systemumdrehungen
2. Zählerfehler in Funktion der Anzahl
Zählerfehler B<J
Fig.
~4
ff
0
o
p
o
CG
CR
P
ff
o
3
orq
er
728
H. Merz
kenden
Zählerfehlerkurve; dieser Kurvenabfall
finden bis
plötzlich
zum
dass
unterbrochen werden und ebenso steil wieder
es
Fortsetzung
Stillstand des Zählers bei Messlast, kann aber auch
normalen Werten
so
kann seine
(siehe
zum
den Anschein
Beispiel
erweckt,
es
ansteigen
Fig. 5, S. 735, und
hätte das
Lager
flüsse überwunden
Fig.
bis
zu
6, S. 743),
die störenden Ein¬
Bemerkenswert ist
beziehungsweise „verarbeitet".
der weitere Kurven¬
abgesehen von den Ausreissern
dem anfänglichen Abfall horizontal verläuft.
ferner, dass
—
—
verlauf nach
—
Zählerfehler
+2
+
IV 65
•
1
0
<
-4
-2
Fig.
4.
2
3
4
5
6
7
8
Mio Umdr.
•
•
der Anzahl Systemumdrehungen
(Doppelstein-Normalvariante).
Zählerfehler in Funktion
ZV 65
Messtechnisch kann die
der Variante
eines Zählers mit
folgendermassen formuliert
Einsteinlager soll derjenigen
längere Betriebszeit (20 Mil¬
lionen
werden."
Forderung
auch
werden: „Die Fehlerkurve eines Zählers mit
Doppelsteinlager über eine
Umdrehungen und mehr) angenähert
3.2.
Mikroskopische Betrachtungen
man
Saphirstein
und
Stahlkugel eines in Betrieb gewe¬
Einsteinlagers
Auflichtmikroskop, so beobachtet man
bei den meisten Einheiten mehr oder weniger stark ausgeprägte Lauf¬
spuren (vgl. Bilder 3 und 4), die bei der Kugel konzentrisch zum Zenith,
Untersucht
senen
unter dem
beim Stein teilweise konzentrisch
sektoriell
zum
Kalottenzentrum, teilweise auch
asymmetrisch und/oder
ausgebildet sind. Diese Auslenkung
ist die Folge eines Seitenzugmomentes, das infolge der asymmetrischen
Verteilung von Antriebs- und Bremsmomenten auf das System ausgeübt
wird; die Grösse des Seitenzugmomentes ist typen- (Zählergeometrie)
und lastabhängig (wird grösser mit zunehmender Zählerbelastung).
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
729
Elektrizitätszählern
Abnützung (Tiefe der Rillen und Grösse der Ab¬
riebfläche)
Abriebquote mit dem Zählerfehler korrelier¬
bar; kleine bis mittlere Beträge lassen sich im Fehlerbild meistens nicht
erkennen, da sie in der normalen Streuung untergehen.
Die Laufringe weisen keine orientierten Ausbruchstrukturen auf
(vgl. Bild 3); bei mittlerer Intensität erscheinen sie lichtmikroskopisch
im Querschnitt gedacht
als sehr flach ausgebildete Diskontinua
der polierten Oberfläche. Auch interferenzmikroskopische Untersuchun¬
gen lassen keine neuen Einblicke gewinnen, wie ebenfalls eine Betrach¬
tung im Auflicht-Phasenkontrast keine weitere Kennzeichnung der Natur
der Abnützungsspuren gestattet. Erst eine sehr starke Beschädigung,
Die Intensität der
ist
nur
bei starker
—
—
wie sie unter normalen Betriebsverhältnissen gar nicht auftritt und
bei trocken
Einheiten
nur
beobach¬
(das
ungeschmiert) gelaufenen
ist, lässt eine wellenförmige Kannelierung der Laufrillen erkennen,
die um etwa 30° aus der Radialstrahlenrichtung ausgelenkt ist, und
heisst
zu
ten
zwar
gleichsinnig
Kugel.
Bild
mit dem Drehsinn des
Daneben sind aber auch
Systems beziehungsweise der
eigentliche Ausbrüche erkennbar (siehe
1).
Elektronenmikroskopische Vergrösserung lässt dagegen bei licht¬
mikroskopisch noch kaum wahrnehmbaren Abnützungsspuren bereits
recht massive Oberflächenbeschädigungen feststellen. Bild 6 zeigt zum
Beispiel Ausbrüche mit anschliessenden kürzeren oder längeren Schleif¬
spuren, ferner Ausbrüche, die vermutlich von Verschweissungsprozessen
herrühren und zugleich eine parallel zur Abnützungsrichtung verlau¬
fende, muschelige Feinstruktur als deutliche Aufrauhung der Oberfläche
aufweisen.
3.3. Versuch
Der Kurvenverlauf in
zur
Ermittlung
Fig. 2,
des
Abriebbeginns
S. 727, Hesse vermuten, dass die Lauf¬
rillen während der ersten 1... 5 Millionen
Umdrehungen,
also
zeitgleich
Über den Beginn selber sind nur
vage Hypothesen möglich, insbesondere, weil sich geringe Abnützungs¬
mit
dem
Kurvenabfall
entstehen.
erscheinungen im Zählerfehler noch nicht abbilden. Um diesen Zeit¬
punkt erster Abnützung dennoch einigermassen verlässlich abschätzen
zu können, wurde folgender Zählerversuch durchgeführt.
In Dreiphasenzählern Landis & Gyr der Type MG 21 mit einer Zähler¬
konstante 240 U/kWh und Nennlast 5 A wurden je zwei Einheiten fol¬
gender Varianten, beschickt mit Lagerelementen normaler Qualität,
laufen gelassen:
H. Merz
730
Anzahl
System-
Umdrehungen
Vollständig
ungeschmiert
Mit Schmier-
Mit normaler
film versehen
Schmiermittelmenge
101
ZV 1
ZV
7
ZV 13
102
ZV 2
ZV
8
ZV 14
103
ZV 3
ZV
9
ZV 15
10"
ZV 4
ZV 10
ZV 16
105
ZV 5
ZV 11
ZV 17
10«
ZV 6
ZV 12
ZV 18
Die Reihe ungeschmierter Lager wurde angesetzt mit in heissem
Cyclohexan extrahierten Lagerbestandteilen, um noch allfällig anhaf¬
tende Schmiermittelspuren zu beseitigen; der Schmierfilm bei den Va¬
rianten ZV 7 bis ZV 12 wurde durch Tauchen der Kugel in einer 5prozentigen MS-2-Öl/Benzin-Lösung erzeugt.
Eine exponentielle Stufung der Anzahl Systemumdrehungen wurde
gewählt, weil der Zeitpunkt des Abriebbeginns irgendwann innerhalb
dieser weiten Grenzen auftreten kann. Das Lastprogramm wurde ein¬
heitlich (das heisst ohne Wechselprogramm) zu 200% allseits, entspre¬
chend einer Umdrehungsgeschwindigkeit von ca. 0,44 U/s festgesetzt;
auf die Messung des Zählerfehlers wurde verzichtet, da dieses Kriterium
im fraglichen Lebensalter des Zählerunterlagers keine spezifischen Aus¬
sagen liefert (Streuung zwischen den Varianten geht in der Messstreuung
unter).
Die
lichtmikroskopische Auswertung der Versuchseinheiten unter dem
Auflichtmikroskop ergab bei 200facher Vergrösserung mit Phasenkon¬
trast (wegen der Steinkalotten- und Kugelwölbung sind die Phasenkontrastbedingungen jeweils nur für eine Fläche mit Durchmesser ca.
50 n im Zentrum erfüllt, erkennbar am dunklen „Phaco-Fleck") folgende
Resultate:
Ungeschmierte Einheiten
ZV 1
ZV 4
...
ZV 3:
Kugel:
Keine
Abnützungsstrukturen
Dunkle „Brandstellen"
von
erkennbar.
den
Verschweissungen,
lokale
Oxy¬
dation als
ebenfalls
Stein:
Einige
Beginn der Reibrostbildung; Beginn der Laufringe
angedeutet; ähnlich wie in Bild 4 äusserer Kranz.
schwache
unvollständige Laufringe
kennbar, daneben etwas Metallübertrag
ZV S
Kugel:
von
Oxydierte Verschweissungsstellen (ähnlich
im Phaco-Fleck
der
er¬
Kugel.
wie in Bild 4 äusserer
Kranz).
ZV 6
Stein:
Ziemlich starker
Kugel:
Mittelstarke
Stein:
Mittelstarke
Bild 3.
Metallübertrag; vgl. Bild 2.
Laufringe und zum Teil lockerer Reibrost.
Laufringe und Rostpartikel vom Kugelabrieb; vgl.
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
Einheiten mit
ZV7
..
ZV 10-
ZV 11
Kugel:
ZV 12
Kugel.
von
731
Elektrizitatszahlern
Schmierfilm
Abnutzungsstruktur erkennbar.
einige Verschweissungsstellen auftretend, sonst ab¬
nutzungsfrei.
Keine Abnutzungsstellen erkennbar.
Kranze von Verschweissungsstellen und intermittierend „abgeschmiertem" Metall; vgl. Bild 4.
Etliche schwache unvollständige Laufringe im Phaco-Fleck
Keine
Teilweise
Stein:
Stein:
erkennbar.
Normal
ZV 13
ZV 16
ZV 18
ZV 15
und ZV 17:
Keine Abnutzungsspuren erkennbar.
Einige sehr schwache Verschweissungsstellen mit
(„Brandflecke"), vgl. Bild 5
Stein
Keine
Kugel:
folgenden
Oberflache
mit
skopisch geprüft
und
Varianten wurde
je einem Saphirlagerstein
Polystyrolabdrucken elektronenmikro¬
zeigten folgende Reliefstrukturen
Hilfe
In der
von
von
Ungeschmierte
Stein:
Anlauffarben
Abnutzungsstrukturen erkennbar.
Oxydierte Verschweissungsstellen und beginnende Laufringe.
Einige sehr schwache unvollständige Laufringe und etwas Metallubertrag von der Kugel
•
Aus den
ZV 4
Einheiten
Kugel-
Stein:
die
geschmierte
Einheiten
beginnenden Laufspur
dreieckformige
treten
Ausbruche
auf.
ZV 5
Stein:
Der bereits
puppt
lichtmikroskopisch
erkennbare
sich bei stärkerer Vergrosserung als
oberflache
verschweisst.
Die
sonst
Metallubertrag ent¬
richtig mit der Saphir
ebene
-
Oberflache
(s.
z.
B.
Laufspur) wird dadurch aufgerauht und bietet
Verschweissungsmoglichkeiten (ähnlich wie in Bild 9).
Bild 8 neben der
erneute
Normal
ZV 17 Stein:
geschmierte
Einheiten
keine Abnutzungsspuren erkennbar,
Vergrosserung jedoch Laufspuren festzu¬
stellen (s. Bild 8). Diese Laufspuren sind ähnlich struiert wie
die lichtmikroskopisch sichtbaren (an anderen Steinen) mit der
Lichtmikroskopisch
sind
bei sehr viel stärkerer
60°
Laufrichtung orientierten Kanneherung. Auch in diesen
Die run¬
Reliefspuren sind Ausbruche erkennbar.
den Partikel sind Verunreinigungen des Präparates und die feine
Struktur auf der ungestörten Oberfläche vom Schattierungszur
schwachen
—
mittel Palladium herrührend.
ZV 18 Stein:
Metallubertrag, von der Kugel in fem verteilter
tung der Drehbewegung auf die Saphiroberflache
aufgeschmiert (s. Bild 9).
Form
in
Rich¬
intermittierend
H. Merz
732
Alles in allem kann
gesagt werden:
Abriebbeginn liegt für das normal geschmierte Einsteinlager bei
Umdrehungen; das vollständige Fehlen des Schmiermittels
verlagert den Beginn auf ungefähr 10 000 Umdrehungen vor, während
ein dünner Schmierfilm bereits ausreicht, um das Auslösen von Ab¬
Der
—
etwa 100 000
nützungen hinauszuschieben.
Die Intensität der
—
nur
ausserdem besteht der
in
Metallübertrag,
—
Abnützung nimmt bei den ungeschmierten und
Lagern rascher zu, als bei geschmierten;
Abrieb bei ungeschmierten Einheiten vorwiegend
dem äusseren Kennzeichen einer Verschweissung.
mit Schmierfilm versehenen
also
Hieraus darf der Schluss gezogen
werden,
dass das Schmiermittel
Aufgabe übernimmt, Verschweissungsprozesse tun¬
lichst zu vermeiden, was auf die Dauer jedoch nur mangelhaft gelingt
(sogar beim normal geschmierten Lager kommt gelegentlich Metall¬
übertrag vor!); der Abreisspunkt des MS-2-Öles wird also offensichtlich
zunächst einmal die
an
tritt
sein
die
(Modell Bowden, siehe Kap. 5.43). Dazu
lokalen Stellen überschritten
Funktion des
als wesentlichste
Suspensionsvermögen für
Fähigkeit, zu verhindern,
Einsteinlager
Abriebpartikel und damit
Schmiermittels im
die entstandenen
dass der Abrieb seinerseits abrasiv wirken
könne.
—
bei
Die
Abnützung beginnt
Abriebmechanismus
skopisch feststellbaren
bereits im
und
submikroskopischen Bereich,
den
Oberflächenstrukturen
wo¬
lichtmikro¬
sehr ähnlich sind.
Temperaturen auftreten, wie
Reibschweissprozesse durch Messun¬
allgemein
hat
unmittelbar
(siehe Kap. 5.42). Beim Zähler¬
nachgewiesen
gen
unterlager sprechen die punktförmig auftretenden Anlauffarben der
Stahlkugel im gleichen Sinne (siehe Bild 5), dazu auch in fortgeschritte¬
Stadium der Übertrag von Metall der Kugel (siehe Bild 4) auf
nem
—
Im
Unterlager
können lokal sehr hohe
für
dies Bowden (1959)
den Stein
(siehe
Bilder 2 und 9).
3.4.
Abriebsynthese (Suspensionsversuche)
massgeblich be¬
einflussen; sie wirken, einem Schleifmittel vergleichbar, auf die Lager¬
oberfläche zerstörend und das Reibungsmoment erhöhend. Die Abrieb¬
partikel entstammen einerseits Ausbrüchen von Oberflächenfehlern
und anderseits
Kratzern, Löchern usw., siehe zum Beispiel Bild 7
von Laufspuren, siehe zum Beispiel Bild 6. Wie aus den oben beschriebenen
Die
Abriebprodukte
können das Laufverhalten sehr
—
—
Verbesserung
Versuchen und
der
Reibungskonstanz
von
733
Elektrizitatszahlern
Fig. 2, S. 727, hervorgeht, bildet sich bereits zu
Anfang
Lagerbetriebes „aktiver" Abrieb. Es war daher von we¬
sentlichem Interesse, den Einfluss von gleich zu Beginn, das heisst ab¬
sichtlich beigegebenen Abriebteilchen auf das Laufverhalten zu unter¬
aus
des
suchen. Als Substanzen kamen hierzu in erster Linie
a-Korund und
Das
Frage.
Versuchsprogramm
(Abriebprodukt
Stahlkugel)
um y-Korund erweitert, um die Abhängigkeit des Abrieb¬
mechanismus vom Kristallbau der Abriebpartikel zu studieren (Einfluss
der Feinstruktur auf Kornform und Verformbarkeit).
Dazu galt es die von Bowden (1959) erwähnte Möglichkeit zu klaren,
Rost
der
in
wurde noch
dass allf allige Einschlüsse
Falle des
von
Saphirlagersteins
riebmechanismus
sehr
Poliermaterial in der Politurschicht
also Einschlüsse
von
wesentlich beeinflussen.
Diamant'
—
im
den Ab¬
—
Nachweisversuch
Ein
Markierung scheiterte leider an
der geringen Menge Diamanteinschlussteile
uberlegungsmassig unter
und der geringen Strahlungsintensität von 14C (sehr hohe Halb¬
0,1 y
wertszeit von > 103 Jahren). Daher wurde in das Programm syntheti¬
scher Abriebverarbeitung auch die Variante mit Diamantkörnern auf¬
genommen. Zusammen mit der Normalvariante1) ergab sich so das fol¬
gende Versuchsprogramm
solcher Einschlüsse durch radioaktive
—
—
ZV 19
Normalvariante, keine Aufschlammung
ZV 20
Aufschlammung
Aufschlammung
von
Aufschlammung
Aufschlammung
von
ZV 21
ZV 22
ZV 23
von
von
Ol.
im
a-Korundteilchen
im
Schmieröl.
y-Korundteilchen
im
Schmieröl.
Rostpartikeln im Schmieröl.
Diamantpartikeln im Schmieröl.
Lager wurden in der Ausfuhrung als Einsteinlager aus Teilen
Fertigung aufgebaut, als Schmiermittel diente das übliche
MS-2-01. Die Suspensionen wurden folgendermassen angesetzt als Aus¬
Die
normaler
gangsmaterialien dienten für a-Korund ein im Stahlmorser zerstossener
Saphirstein, für y-Korund Polierpulver, für Rost ein im Freien gerosteter
Streifen Tiefziehstahlblech und für Diamant Polierpaste für metallo¬
graphische Zwecke,
deren Bindemittel entfernt worden
Zerkleinern der Pulver kam
Frage.
groben
aus
Die Pulver wurden daher in
Partikel
abzentrifugiert,
war.
Ein weiteres
Gründen der
bis
Verunreinigung nicht in
MS-2-Ö1 aufgeschlammt und die
nur
noch die Fraktion
<
so
(Ölmenge
100 Partikelchen entfielen.
x) Als
ca.
1/20 Tropfen) ungefähr
Normalvariante wird
jeweils
die
eingestellt,
Vergleichsbasis bezeichnet,
fabrikationsentsprechenden Lagerelementen (s. Kap.
2
1
dass auf ein
ruckblieb. Die Konzentration wurde
3) aufgebaut
die
ist.
jx
zu-
Lager
aus
den
H. Merz
734
erfolgten in je 5 Zahlern der Type MG 1,
U/kWh; das Lastprogramm für die
Dauerversuche betrug alternierend 12 Std. 10% und 12 Std. 200% all¬
seitige Last. Unter einer Messlast von 5% allseits wurde bei 0; 1; 3;
7; 11,2; 16 Millionen Systemumdrehungen der Zahlerfehler gemessen.
In Tab. 1, S. 734, sind Mittelwert und Range2) dieser Messungen zusam¬
mengestellt.
Die Dauerversuche selbst
A,
Nennlast 10
Zahlerkonstante 300
Tabelle 1.
Zahlerfehlermessungen
am
Suspensionsversuch
A t in %: durchschnittliche Fehleränderung gegenüber 0 Umdrehungen nach
Dauerversuch
Var.
Variante
Nr.
Kurzbez.
1,0-10"
Äi
von
total Umdrehungen
3,0-10«
R
Ä~f
(R
11,2-10'
7,0-10'
Ät
R
=
Ät
R
Range)
16,0-10«
R
21
-2,60
R
ZV 19
normal
-1,17
1,66
-2,16
3,07
-3,72
4,39
-4,30
3,99
ZV 20
a-Korund
-2,91
4,28
-5,49
6,23
-18,42
31,04
-15,42
25,48
ZV 21
y-Korund
-2,01
2,18
-2,48
2,86
-5,34
6,85
-3,32
4,84
-3,97
8,18
ZV 22
Rost
-0,29
2,23
-0,05
3,64
-1,44
6,20
-0,77
4,81
-1,06
4,22
ZV 23
Diamant
-1,89
14,58
-26,51
66,33
*) Ohne Berücksichtigung
eines
-6,67*)
5,70
12,60*)
**)
**)
Ausreissers, der bei
5
% Last stillsteht
**) Alle Einheiten bei 5 % Last blockiert.
Fig. 2,
erreichten
Kurven
S. 727,
zeigt
den Verlauf des Zahlerfehlers in Funktion der
Systemumdrehungen der Normal Variante. Die
ZV 20 mit a-Korundaufschlammung sind in
735, wiedergegeben- sie fallen sofort viel starker ab als die¬
Zahl
der
Fig. 5, S.
jenigen der
von
Variante
Normalvariante
und
schnittswerte bei extrem grosser
erreichen
Streuung;
3... 5mal
tiefere
die meisten
den
Durch¬
sind
so¬
Lager
mikroskopischen
worden,
weitgehend
an
Kugeln und Steinen hervorgeht. Olverdickung durch
Abriebprodukte und 3... 4mal grossere Abnützungsintensitat. Ein Lager
hat die synthetischen und naturlich gebildeten Abriebprodukte gleich¬
sam „verarbeiten" können und zum Schluss gar eine positive Abwei¬
chung gegenüber dem Ausgangswert erreicht.
Die Auswirkungen von y-Korund als „Abriebprodukt" sind bei
mit
zerstört
was
auch
aus
Befunden
weitem nicht
derjenigen
2)
Im
von
verheerend, trotzdem die Harte nicht wesentlich
a-Korund
folgenden
grosstem und
Ausdruck
so
wird
kleinstem
„Range"
liegt;
für die
Messwert)
verwendet.
der
Zahlerfehler-Mittelwert
Spannweite (d.
der
in
h.
für
der statistischen
die
Differenz
unter
verläuft
zwischen
Qualitätskontrolle übliche
Fig.
5. Zahlerfehler
in
Funktion der Anzahl
Systemumdrehungen
der Variante ZV 20
(a-AUOa-Suspensionim
Schmieröl).
736
H. Merz
nicht weit unterhalb
Range
demjenigen
der Normal Variante,
und
auch
erreicht nicht die Werte der mit a-Korund versehenen
Offensichtlich
spielt
die Gitterstruktur der
Abriebpartikel
der
Lager.
eine bedeu¬
tende Rolle.
Die
dern
Beigabe
verbessert
von
Rost
zum
Gegenteil
im
S. 727). Die
lagers (siehe Fig. 3,
nachträglich nicht
mehr
Schmiermittel wirkt nicht abrasiv,
bestimmt
werden
schliessen, dürfte der überwiegende Teil
standen
dert
haben); Fe203
leider
die
daran,
son¬
Laufeigenschaften des Zählerunter¬
Kristallstruktur der Rostpartikel konnte
die
(nach ihrer Herkunft
aus
Goethit, a-FeOOH,
zu
be¬
dagegen ziemlich stark abrasiv. Dies hin¬
Oxydationsprodukte des Stahlkugelabriebs zu
Lagereigenschaften heranzuziehen, da die Oxy¬
wirkt
Verbesserung der
dation in Gegenwart des Schmiermittels nicht über die verschiedenen
Hydratstufen erfolgt. Jedenfalls war an keinem Unterlager mit in situ
gebildetem Rost (vom Stahlkugelabrieb her) eine ähnliche Verbesserung
einer
zu
beobachten, sondern vielmehr eine Reibungszunahme.
synthetischem Abriebmaterial zeitigte
katastrophale Folgen; bereits nach 3 Millionen
ein
Mittelwert
von
Umdrehungen war
—26% erreicht worden, und bei
allen späteren Messpunkten standen die Zähler bei 5% Messlast still.
Die Laufflächen der Lagerelemente waren vollständig zerstört und zu¬
folge Ausbrüchen aufgerauht, während das Öl durch die Abriebprodukte
pastenartig verdickt und schmierunfähig geworden war. Aus diesem
eindeutigen Ergebnis kann geschlossen werden, dass Rückstände aus der
Diamant-Politurpaste kaum jemals im Lager auftreten, zumindest nicht
Die
Beigabe
von
Diamant als
für das Laufverhalten
systematisch,
müsste doch sonst ein bestimmter Anteil der Zähler bereits
nach sehr kurzer Zeit bei Kleinlast blockiert sein.
3.5. Einfluss des
Wie
lich
mit
aus
Kristallgitters
den oben beschriebenen
beigegebenen Abriebpartikeln
einer
ziemlich
materials auf die
starken
der
Abriebpartikel
Suspensionsversuchen
aus
a-
und
Einflussnahme
mit willkür¬
y-Al203 hervorgeht,
der
Laufeigenschaften gerechnet
Struktur
werden.
des
Zum
muss
Abrieb¬
gleichen
Abriebpartikel
von Wolframkugeln hat untersuchen lassen, die auf Saphirstein gelaufen
Dabei stellte sich heraus, dass zuweilen eine gelbe, amorphe
waren.
Modifikation von Wolframoxyd auftritt, die schmierende Eigenschaften
aufweist, während alle kristallinen Formen von Wolframoxyd abrasiv
wirken. Shottek (1958) überträgt dieses Modell auch auf die AbnütSchluss kommt auch Shotteb
(1956), nachdem
er
die
Verbesserung
Zungserscheinungen
der
Reibungskonstanz
von
Elektrizitatszahlern
737
der Kombination
Stahlkugel/Saphirstein und ver¬
„long life units" auftreten, der Stahl¬
abrieb in eine „amorphe" Oxydphase übergehe, wahrend bei allen
Ausreissern, die wegen zu hoher Reibung schon sehr früh ausfallen,
kristallines, abrasiv wirkendes Fe203 gebildet werde. Nach Shottee
mutet, dass in jenen Fallen, da
besteht daher das Problem nurmehr darin, die
Oxydationsbedingungen
Unterlager so zu steuern, dass einzig amorphe und daher eher schmier
fahige Modifikationen gebildet werden, diese richtige Steuerung zu ver¬
wirklichen durfte allerdings mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden
sein, schon weil es Abriebprodukte gibt, welche nicht in eigentlich
amorpher Form existieren können.
Bei den meisten Zahlerunterlagern kann beobachtet werden, dass die
Saphirsteine schwächere bis mittelstarke Laufspuren aufweisen, welche
im
-
den Zahlerfehler nicht merkbar beeinflussen.
dass auch
Dies deutet darauf
Saphirlager steinen
hin,
Abriebprodukte entstehen,
mit Hilfe von Röntgen- und
Elektronenbeugungsuntersuchungen zeigen, dass zumindest auf basalen
Saphirflachen die Abriebprodukte von Reibprozessen rontgenamorpher
Struktur sind. Es ist daher naheliegend, anzunehmen, dass auch bei
Lagersteinen aus Saphir rontgenamorphe Abriebprodukte auftreten, so¬
lange keine intensive Beschädigung der Oberflache stattfindet. Auf
an
abrasiv wirken.
Stbijn
(1961)
die nicht
konnte
diese Weise lasst sich
erklaren, warum einerseits sogar hchtmikroskobeobachtet werden können, ohne dass eine Änderung
pisch Laufspuren
des Reibungsmomentes
seits ein
phalem
Fig. 5,
nur
Einfluss
S.
bei ihrem Entstehen feststellbar
geringer Zusatz
auf das
von
kristallinem
a
Lagerverhalten fuhrt,
A1203
wie
ist, aber ander¬
zu
ihn
so
katastro¬
ZV 20
(siehe
735) zeigt.
4
STRTJKTUREINFLÜSSE BEI KORUNDLAGERN
4.1. Die
Anisotropieerscheinungen (Literatur)
Lagersteine aus Saphir-Einkristall bestehen, muss bezüglich der FestigkeitsAbriebeigenschaften mit der Möglichkeit von Anisotropieerscheinungen ge¬
Da
und
rechnet werden Korund
Element
durch
ein
eine
gehört
Hexagyroide ist;
Rotationsellipsoid
der Kristallklasse Ü3a an, deren
somit
-
Eigenschaften
beschreiben.
Eindruck- und auch Ritzharte
die
Hauptsymmetrie
lassen sich die vektoriellen
geben
Verschleissfestigkeit, insbesondere
schleiss vorwiegend durch Spaltbarkeit
nur
sehr
angenähert Anhaltspunkte
bei mineralischen Werkstoffen,
and
Mikrosprodbruch
wo
für
der Ver-
beistimmt wird (s. aber
738
H Merz
auchTSTEUN
1961). Albrecht (1954)
über
Untersuchungen
hatte
durchgeführt,
Amsotropie synthetischer
eine relative Schleiffestigkeit (Bezugsmaterial weisser Spinell
als Messapparat eine diamantbesetzte rotierende Kugel, gegen
=
material
Form
in
einer
die
Harte-
als Messkriterium benutzte
Korunde
er
Einheiten),
1000
welche das Probe-
Platte unter bestimmtem Druck gepresst wurde. Je nach
Schleifrichtung ergaben sich dann verschieden tiefe Emschleif kalotten bei gleicher
Für Korund fand Albrecht auf den Basisflachen hexa¬
Einwirkungszeit
symmetrische Schleiffestigkeitskurven (Punkte gleicher Messwerte zu Kurven ver¬
bunden) und auf parallel zur c-Achse, im übrigen jedoch nicht naher definiert
geschnittenen Flachen digyroide Figuren In Richtung der c-Achse wurde allgemein
—
ein
Festigkeitsminimum,
beobachtet.
Basisflachen
den
auf
ein
Aus diesen Erkenntnissen musste der
mit der Steinachse
Schleiffestigkeitsmaximum
werden,
Schluss gezogen
Achse
die
parallel
Abriebfestigkeit zu erzielen, da ferner durch
den Drehvorgang der Kugel in der Kalotte alle möglichen Schleifrichtungen vor¬
kommen, wurde diese sogenannte Orientierung 0° (d h Winkel Stemachse/optische
Zahlerunterlagersteme
um
in
Achse
seien
zur c
zu
orientieren,
der Steinkalotte die maximale
0°,
=
wobei die beim
betragende optische
keitswerte ergeben,
es
lichen Punkten. Auch
zur
Korund eimgermassen konstant
Streuung gerechnet wird)
isometrische
4°
Festig¬
entstunden somit keine
(1961) präzisierte
Steijn
synthetischen
Anomalie
er
ausgesprochen schwachen Stellen.
Untersuchungen von Albrecht (1954) in wesent¬
auf Schnittebenen parallel zur c-Achse und zwar im
die
fand
in c-Achsenrichtung zu
(bröckelige und muschelige Ausbruche),
wahrend sie aber anderseits senkrecht zur c-Achsenrichtung (immer auf der Pris¬
menflache) einen extrem hohen Abnutzungswiderstand offenbart, wobei die Ab¬
nutzung durch eine Art zähen Bruch eingeleitet wird. Auf basalen Flachen wurde
im
Gegensatz zu Albrecht eine sehr geringe Schleiffestigkeit festgestellt; die
Abriebpartikel von diesen basalen Reibflachen wurden m Röntgen- und Elektronen¬
beugungsuntersuchungen von amorpher Struktur befunden Ebenfalls im Gegen¬
satz zu Albrecht konnte Steijn keine Differenzierung der Schleiffestigkeit, z. B.
speziellen
auf
einer
Prismenflache, dass die Schleifrichtung
ausgeprägt „spröder" Abnutzung
in
hexasymmetrischer Form,
auf
fuhrt
(0001) beobachten
Er konnte ferner zeigen, dass
Reibungsversuchen bei Raumtemperatur plastische Verformung an der
Oberfläche erleidet, falls die Reibungsrichtung die Betätigung des basalen oder
bei den untersuchten Fallen
prismatischen Gleitsystems gestattet Dies ist
lediglich bei einer Reibrichtung parallel c auf der Prismenflache nicht möglich,
daraus ergibt sich die Erscheinung eines spröden, splittrigen Bruchgefuges in
dieser Richtung
Eine noch jüngere Untersuchung (Duwell 1962) wählt den Reiter aus Saphir
und als Gegenkomponente eine Stahlplatte Nach Duwell werden die AbnutzungsKorund
in
—
erschemungen
durch
Abschervorgange bewirkt, wie bereits
die plastische Defor¬
mation an Saphir erkannt haben Duwell findet ein Minimum an Abriebfestigkeit,
wenn die c-Achse des Saphirreiters nahezu senkrecht zur Stahloberflache, aber um
wenige Grade entgegen der Gleitrichtung der Stahlplatte geneigt steht und die
Scherfestigkeit derart ein Minimum erreicht; umgekehrt kann eine relativ hohe
Abriebfestigkeit beobachtet werden, wenn bei gleicher Anordnung di3 c-Achse um
an
Saphirreitern
—
Wachtman und Maxwell
wenige Grade
lich höhere
(1954
und
1957) grundsätzlich
in die Gleitrichtung der Stahlplatte geneigt
Scherfestigkeit erzielt wird
und damit
eine
wesent¬
der
Verbesserung
Offensichtlich
von
Elektrizitatszahlern
hier die Versuchsmethodik eine
spielt
Die Versuchsmethode
Reibungskonstanz
von
ausschlaggebende
739
Rolle:
Steijn und Duwbll ist charakterisiert durch eine
linige Gleitbewegung; diejenige
erfasst somit auch prinzipiell
strukturell, sobald sich auch
von
Albbecht basiert auf reiner
ganz
andere
Reibrichtungen,
gerad¬
Bohrreibung und
zumindest
mikro¬
andeutungsweise eine Kalotte ausgebildet hat.
Im Hinblick auf das Einstein-Zahlerunterlager ist die Methode von Albrecht eher
wirklichkeitsgetreu. Beide Untersuchungsmethoden wirken aber grob-abrasiv und
berücksichtigen derart lediglich das Grundmaterial, nicht jedoch die Bearbeitungs¬
schicht. Wie spater gezeigt werden wird (s. Kap. 5.5), spielt gerade die Pohturschicht die entscheidende Rolle in der Abriebbestandigkeit des Saphirlagers; dem¬
zufolge sind beide Methoden für die Untersuchung der vorliegenden Probleme
ungeeignet. Für Abriebuntersuchungen an Lagern ist die Berücksichtigung samt¬
licher wichtiger Einflussfaktoren unerlasslich, weil einzig so die Nachahmung
praxisnaher Betriebsbedingungen gelingt.
4.2. Die
4.21.
nur
Steinorientierung
beim
Zählerunterlager (direkter Einfluss)
Orientierungsmethoden; Möglichkeiten
ihrer
Anwendung
Eine Teilorientierung der Lagersteine im Sinne einer konsequent eingehaltenen
Beziehung zwischen Stoinachse und c-Achse ist durch kristalloptische Methoden
möglich (z. B. Sattcier 1953) und auch wirtschaftlich ohne grossen Aufwand
durchfuhrbar. Eine (dreidimensionale) Vollorientierung kann dagegen nur röntgenographisch z. B. nach dem Laue-Verfahren durchgeführt werden (z. B. Win-
1944).
chell
Verwendung teilorientierter Lagersteine hat sich dagegen als zweckmassig
Orientierung durch optische Methoden muss die optische Ano¬
(Winkel zwischen optischer Achse und c-Achse) berücksichtigt werden; sie
Die
erwiesen. Bei der
malie
betragt
bei Korund 0
.
16°
.
.
(Troeger 1952) und soll speziell bei synthetischem,
hergestellten Korund unter gleichen Herstellungs¬
nach dem Verneuil-Verfahren
bedingungen bevorzugt
4.22.
um
4°
liegen.
Untersuchungen
von
Shotter und Sandmeier
Umfangreiche Untersuchungen zur Ermittlung der Grunde, warum ein relativ
bedeutender, aber in seiner Grosse schwankender Anteil der Zahlerunterlagersteine
zu
starkem Abrieb
neige
und damit
praktisch
das Instrument
funktionsuntuchtig
mache, wurden Anfang der dreissiger Jahre in England aufgenommen. Sandmeier
Zusammenhang bereits um 1930 die Vermutung, dass
Lagersteine eine wesentliche Rolle im Abriebverhalten spielen
müsse; er war zu dieser Auffassung gelangt, als er bei einem überwiegenden Teil
der stark abgenutzten Lagersteine kleine Spaltrisse entdeckt hatte, die sämtlich
parallel zur Basis orientiert waren. Korund besitzt an sich keine ausgesprochene
Spaltbarkeit, lediglich eine beschrankte nach der Basis. Bei Steinen der Orien¬
bei Korundlagersteinen wird unter Orientierung immer der Winkel
tierung 0°
zwischen optischer Achse und der Hauptbelastungsrichtung verstanden, in unserem
(1953)
die
äusserte in diesem
Orientierung
—
der
H Merz
740
Fall der
Pfannenlagerstcme
sehen Kalotte für
einen
also der Stemachse
—
wird
Zenitnahe der
in
kleinen Ausbrach die grossere Flache durch
eine
sphari
mögliche
Spaltebene gegeben sein, da diese nahezu parallel zur Steinoberflache im Kalotten
zemth hegt, wahrend bei Steinen der Orientierung 90° diese möglichen basalen
Spaltebenen senkrecht zur Steinoberflache im Kalottenzenith stehen und dem
zufolge den Ausbruch duich Betätigung einer solchen Spaltebene nur wenig
begünstigen
Shotteb, (1944) verfolgte diese Idee bei seinen Untersuchungen und konnte m
der Folge durch ausgedehnte Versuche nachweisen, dass, wie von Sandmeieb
postuliert, die Orientierung der optischen Achse senkrecht zur Stemachse tatsach
lieh ein entschieden besseres Abriebverhalten ergibt als die Onentierung der
optischen Achse parallel zur Stemachse (s auch Shotteb 1953 und Shotteb 1958),
dies gilt insbesondere für Trockenlauf (ungeschmierte Einheiten) bei allerdings
extrem grossei Streuung, teilweise aber auch für mit MS 2 Öl geschmierte Lager,
und zwar vorzugsweise für hohe spezifische Lagerbelastung
Diese Resultate stehen mit den Ergebnissen der reinen Modellversuche von
Albbecht (1954) in Widerspruch, in Übereinstimmung jedoch mit denjenigen von
Steun (1961) und Duwell (1962) Die geringe spezifische Belastung der Reib¬
fläche
16,5 g bei einem Kugeldurchmessei \on 8 mm'
mag bei Albbecht
sowohl die Betätigung der basalen Spaltsysteme als auch das Auftreten plastischer
Defoimationsvorgange verhindert haben, es darf aber auch der Unterschied der
Probengeometrie nicht ausser acht gelassen werden Bei Albrecht wie bei Steun
wurden Saphirplattchen, d h ebene Flachen untersucht, wahrend bei Duwell die
Werkstoffe ausgetauscht werden
Saphirreiter reibt auf der Stahloberflache ent
lang Die Versuche an Zahlerunterlagern werden dagegen an Kugelflachen durch
gefuhrt Es herrschen hier somit bedeutend komplexere Bedingungen als dort,
zufolge des Seitenzugs des Zahlers ist ja nicht nur eine bestimmte „Zemthflache",
sondern sind auch exzentrische Flachenteile irgendwelcher Orientierung an den
Laufzustanden beteiligt (s Kap 3 2)
—
—
4 23
Ebenfalls Stott
steinen,
aus
Resultate
denen
ergab
Forderung ab,
Untersuchungen
(1938)
eine
Stott und Goss
unternahm Versuche mit verschieden orientierten
hervorging,
und
von
solche
vermehrt auf die
dass
von
eine
ca
Orientierung
von
10° sehr schlechte
Orientierung
zu
Lager
90° sehr gute
70
Daraus leitete
er
achten und als gunstige 70
die
90°
einzuhalten
Goss
von diesen Untersuchungen aus und erweiterte sie syste
Orientierung von 0 bis 90° in 10° Intervallen variierte Diese
wie häufig bei diesem Problem'
denkbar schlecht belohnt
Systematik wurde
Goss erhielt sehr grosse Streuung und Mittelwertsschwankungen, immerhin wur
(1941)
matisch, indem
ging
er
die
—
—
den auch hier die kleinsten
den 80 und 90° orientierten
basales
Gleitvermogen
für
Abnutzungsgrade
die
grossere
verantwortlich und deutete damit die
Die
Ergebnisse
von
unter relativ geringer
Lagersteinen beobachtet Goss
machte
Abnutzungsquote
Interpretation
von
ein
Streuung
auf den Basisflachen
Steun
(1961)
Stott und Goss decken sich demnach mit
Shottebs und mit den Modellversuchen
von
Steun
bei
beschranktes
bereits
an
denjenigen
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
4.24.
Elektrizitätszählern
von
741
Eigene Untersuchungen
Trotz alledem bestand immer noch eine Diskrepanz zwischen den
vom Stand¬
Ergebnissen der praktischen Zählerlaufversuche und den
des
recht
aus
punkt
Zählerunterlagers
gesehen
eigentlich
praxisnahen
Modellversuchen von Albrboht. Ein eigener kleiner Zählerlaufversuch
sollte versuchen, diese Diskrepanz wenn möglich zu klären.
Der Versuch bestand aus folgenden zwei Varianten, für die je 5 Zähler
vom Typ MG 1, Nennlast 10 A, Zählerkonstante 300 U/kWh
eingesetzt
—
—
wurden:
ZV 19:
synthetische Saphirlagorsteine, optische Orientierung
fall);
ZV 24:
synthetische Saphirlagerstoine, optische Orientierung
90°
(heute
Normal¬
0°.
Alle
übrigen Komponenten entsprachen dem Normalfall: Stahlkugel
0 1/16", MS-2-Ö1 in normaler Menge, Oberflächengüte usw. Die Versuchs¬
bedingungen waren die folgenden :
Dauerversuchslast: alternierend 12 Std.
Messlast: 5
Messpunkte
Die
gesetzt
%
10%
und 12 Std.
200%
allseits.
allseits.
bei
0; 1; 3; 7; 11,2 und 16 Millionen Umdrehungen.
Lagerbestandteile
wurden
labormässig gereinigt
und
zusammen¬
und anschliessend in die bereits montierten Versuchszähler ein¬
geschraubt; damit wurde jede schockartige Belastung
steine (durch Transport und Stromstösse) vermieden.
der
Unterlager¬
Die Kurven Zählerfehler in Funktion der erreichten
des
Systems
sind in den
Figuren
2 und 6
Umdrehungszahl
wiedergegeben. Das Fehlerbild
Fig. 2,
S. 727, der Einstein-Normalvariante mit 90° orientierten Steinen
ZV 19
repräsentiert
Kurvenbild
den
S.
Fig. 6,
anfänglich eher
Ausnahme abgesehen,
ZV 24
üblichen
743,
Verlauf.
der Variante
Demgegenüber zeigt
mit
0°
orientierten
das
Steinen
besseres Laufverhalten der
erst bei
mit der Normalvariante wird.
16 Millionen
Lager, das, von einer
Umdrehungen vergleichbar
Dieser eine Ausreisser fällt zwischen 3
Umdrehungen
-9,6%, worauf eine geringe Erholung bis
Umdrehungen (Schlussmessung vor Versuchsabbruch) ein¬
und 6 Millionen
sehr stark ab und erreicht bei 11,2 Mil¬
lionen seinen Tiefstwert mit
16 Millionen
tritt.
Übereinstimmung
diesen
Fehlerwerten
folgende
Beurteilungswerte registriert (Abnützungsquote als
Range angegeben, Ausreisserwerte in Klammer):
In
mikroskopische
mit
wurden
742
H. Merz
Orientierung
Orientierung
90°
0°
ZV 19
ölzustand
unverändert
Kugelabnutzung
50
...
100 /i
unverändert
50
0
leicht rauh
Steinabnutzung
50..
100 jx
50..
0
kon-
Bei diesem
.
130 p 0
(350)
0
(350)
konzentrisch
zum
Kalottenzentrum. Ausreisser
zum
Vergleichsversuch
100 p
Laufepuren
Kalottenzentrum
Orientierung
.
leicht rauh
Laufspuren
zentrisch
ZV 24
sektoriell mit Ausbrüchen
beobachtet
konnte
werden, dass die
0° eine zumindest zeitweise
grössere Abriebbestandigkeit
90°-Orientierung, solange die Steine
peinlichst jeder Schockbehandlung durch Transport usw. ferngehalten
werden und dadurch die Auslosung basaler Spaltsysteme im Sinne
Sandmeiers unterbleibt. Der „Ausreisser" zeigte aber gleichzeitig, wie
trügerisch dieser Gewinn an Abnutzungswiderstand ist Tritt nämlich
dennoch Abrieb auf
sei es durch Ausbruche entlang basaler Spalt¬
risse (Sandmeier), sei es durch plastische Verformung bis zum Ab¬
scheren der Reibschweissungen, wie auf Grund der Ergebnisse von
aufweisen kann
als
die
übliche
—
Steijn und Duwell anzunehmen
siver
Beeinträchtigung
terem
Laufverhalten
wäre
—,
dann fuhrt dieser
der Lauffläche und damit
als
selbst
die
zu
schlechtesten
zu
mas¬
deutlich schlech¬
Einheiten
der
90°
orientierten.
entsprechenden Grenz- oder Übergangsbedingun¬
möglich, sowohl die Modellversuche von Steijn als
auch von Albrecht im Zahlerunterlager gleichzeitig zu reproduzieren.
Im Hinblick auf einen sicheren und gleichmassigen Lagerbetrieb muss
nach diesen Erkenntnissen der 90°-Orientierung der Zahlerunterlager¬
steine unbedingt der Vorzug gegeben werden.
Bei
gen ist
Einhaltung
es
der
demnach
4.25. Intensität des
Einflusses
der
Wie die erwähnten Autoren
Steinorientierung auf
gezeigt
und
es
das Abriebverhalten
auch die
eigenen
Versuche
bestätigt haben, muss mit einer immer wieder feststellbaren Aniso¬
tropie der Abriebbestandigkeit des Saphirlagersteins gerechnet werden.
Die Unterschiede sind jedoch nicht so gross, dass durch weitere Orientierungsmassnahmen noch wesentliche Verbesserungen erzielt werden
konnten; die Verhältnisse liegen vielmehr derart komplex, dass je nach
Betriebsbedingungen gar Umkehreffekte auftreten können. Somit ist die
Lösung der gestellten Hauptaufgabe nicht auf diesem Wege zu erreichen.
Fig.
Systemumdrehungen
ZV 35
(0° orientierte Lagersteine).
(mit BeO poliervergütete Lagersteine mit
der Variante ZV 24
Systemumdrehungen der Variante
Stahlkugel).
6. Zählerfehler in Funktion der Anzahl
7. Zählerfehler in Funktion der Anzahl
Fig.
744
H. Merz
4.3. Einfluss der
Gitterstörungen (indirekter Einfluss)
Bei Kristallen wirken sich Gitterbaufchler
kalischen
Eigenschaften
aus
(z.
grundsätzlich
auf die
kristallphysi¬
B. Van Bübebn 1959, Bollmann 1959, Winkler
1955 und Babbett
1952). Metalle erleiden z B. anlasslich der Kaltverformung
Steigerung ihrer Versetzungsdichte, die Versetzungen blockieren ihrerseits
die Gleitprozesse und je grosser die Versetzungsdichte ist, um so kleinere Gleitwege
sind unter gleichen Bedingungen nurmehr möglich Dies äussert sich makrosko¬
pisch in der bekannten Kaltverfestigung der Metalle. Diese Kaltverfestigung
besteht ebenfalls bei einer Oberflachenbearbeitung, wobei das Einarbeiten von
Oxydteilchen die Wirkung der induzierten Vorsetzungen gleichsinnig verstärkt
eine
(Moobe
und Tegabt
1951).
Nachdem erkannt worden ist (Steijn und
Duwell), dass auch bei Saphir
Gleitvorgange den Abriebvorgang einleiten, mag es nahehgen, dieses für
Metalle gültige Modell zumindest qualitativ auch auf bestimmte lokale Verfor¬
mungsvorgange von anorganischen Verbindungen zu übertragen Wohl befasste
sich Spadebna (1961) mit der Einbeziehung der Versetzungen in die Festigkeits¬
theorie spröder Werkstoffe und untersuchte z B deren Einfluss auf die Biege¬
festigkeit, auf eigentliche Oberfiachenvorgange wurde jedoch nicht eingetreten.
gewisse
Ein einfacher Versuch sollte
abklaren, ob
von
selten der Gitterbau¬
fehler ein
massgebender Einfluss auf die Abriebfestigkeit der Saphir¬
zahlerlagersteine zu erwarten sei. Das Versuchsmaterial war von der
Firma Djevahirdjian zusammen mit rekristallisierten Steinen geliefert
worden (siehe Kap. 5.5). Es waren dies Unterlagersteine aus Saphir,
welcher
zwar nach dem normalen Verneuü-Verfahren hergestellt, aber
Verminderung der thermischen Spannungen unter einem dreimal
kleineren Temperatur/Zeitgradienten abgekühlt worden war. Die Unter¬
lagersteine wurden in einem Zahlerlaufversuch unter analogen Be¬
dingungen gleichzeitig wie in Kap. 5.53 die thermisch behandelten ge¬
prüft.
zur
ZV 27
ZV 28
synthetischer Saphirstein, unter normaler Geschwindigkeit abgekühlt,
synthetischer Saphirstein, langsam abgekühlte Birne.
Die Messresultate sind in Tab. 2, S. 745,
zusammengestellt. Ein Ver¬
gleich
ergibt praktische Übereinstimmung im Ver¬
lauf der Mittelwertskurven, jedoch überraschenderweise deutlich
gros¬
sere Streuung der Lager mit Steinen aus
langsam abgekühltem Saphir¬
material. Einige Kurven des ZV 28 nehmen zudem zwischen 0 und 1
der beiden Varianten
Million
Umdrehungen
sehr rasch ab.
Die
mikroskopische Beurteilung
Lagerkomponenten Stein und Kugel zeigt ein weitgehend überein¬
stimmendes Bild bezuglich Abnutzungsintensitat und
-struierung, das
der
Schmiermittel hatte sich nicht verändert.
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
Aus diesem Versuch kann
von
Elektrizitätszählern
geschlossen werden,
745
dass eine Verminde¬
rung der Kristallbaufehler im Grundmaterial auf das Laufverhalten der
Zählerunterlager
kaum einen deutlichen Einfluss ausübt. Im
Gegensatz
Verbesserung ist sogar eher eine Verschlechterung
im Sinne einer Streuungszunahme festzustellen; dies wäre in Überein¬
stimmung mit den Beobachtungen an thermisch behandelten Lager¬
steinen (siehe Kap. 5.53) dahingehend zu interpretieren, dass eine Ab¬
nahme der Versetzungsdichte Gleitvorgänge und das Auftreten von
Verschweissungen fördert und somit eigentlich zu einer Verschlechterung
der Lagergüte führen muss.
der erwarteten
zu
Tabelle 2.
Zählerfehlermessungen an thermisch behandelten
solchen aus langsam kristallisiertem Saphir
Steinen und
Range und A f in %: diTrchschnittliche Fehleränderung gegenüber
Versuchsbeginn nach totaler Anzahl Umdrehungen
Var.
Variante
Nr.
Kurzbez.
1,0-10«
3,0-10«
von
7,0-10«
It
Range
It
Range
It
Range
ZV
26
behandelt
-2,36
2,39
-3,78
6,04
-4,31
5,79
ZV
27
normal
-1,18
2,58
-1,84
2,96
-2,78
2,48
ZV
28
langsam
-1,73
4,11
-2,29
4,46
-2,55
4,47
thermisch
abgekühlt
4.4.
Überdeckung
der Struktureinflüsse
Alle
vorgängig beschriebenen, mittelbaren und unmittelbaren Einder Kristallorientierung auf die Laufeigenschaften der
Saphirunterlagersteine wirken sich nicht besonders deutlich oder zu¬
weilen sogar überhaupt nicht aus. Diese Beobachtung führt zum Schluss,
fiussfaktoren
dass das Laufverhalten
gigen
zur
die damit
verknüpften
5.
Probleme orientiert das
richtungsunabhän¬
Anschauungen
Entstehung
einer Politurschicht
über den Aufbau der
Bearbeitungs- und Politurschicht
Wandlungen erfahren und Auseinandersetzungen
noch nicht endgültig beigelegt sind. Newton war der
haben im Laufe der Zeit starke
hervorgerufen,
nachfolgende Kapitel.
POLITURSCHICHT UND ABRIEBMECHANISMUS
5.1. Aufbau und
Die
durch einen
Hauptsache
Faktor beeinflusst wird, nämlich durch die Politurschicht. Über
die bis heute
746
H Merz
Ansicht, die Oberflache bearbeiteter Werkstoffe werde durch Abtragen der erhabe¬
nen
Teile,
mithin durch
reine
Verminderung
der Rauhtiefe auf dem
Abtragswege
geglättet Gegen Ende des letzten Jahrhunderts gewann allmählich die Vorstellung
B bei Lord Rayleigh), welche durch
einer Materieverschiebung an Bedeutung (z
Beilby weiterentwickelt wurde,
allerdings
in
sehr kühnen
einer
Nach
Form
(1921) soll wahrend des Bearbeitungsprozesses die Oberflache eines Werk¬
stoffs so stark erhitzt werden, dass sie in einer hauchdünnen Schicht aufschmilzt
Beilby
Oberflachenspannung m eine ideal glatte Ebene über¬
folgt daraus, dass sie ähnlich einer
erstarrten Flüssigkeit glasartig amorph sein müsse
Finch (1934) entdeckte, dass polierte Kupferoberflachen imstande seien, feinste
Zinkknstallchen bei Raumtemperatur zu losen, bis eine gewisse Sättigung eintritt
Diese Beobachtungen wertete Finch als Beweis für den amorphen Zustand der
Pohturschicht bzw die Existenz der „Beilbyschicht" Raether (1948 und 1950)
kam dagegen auf Grund umfangreicher und sehr sorgfaltiger ElektronenbeugungsUntersuchungen zur Überzeugung, eine eigentliche Beilbyschicht mit flussigkeits
ähnlicher Struktur könne es nicht geben, es sei der Aufbau der Pohturschicht
vielmehr in jedem Fall poly kristallin, wobei die Grosse der Kristallite (in seiner
Terminologie) in Richtung zur Oberflache hm abnehme Bowden (1959) neigt
und unter dem Emfruss der
geht,
für
Struktur der Politurschicht
die
wieder eher der Ansicht
zu,
bestünde wirklich
es
dicke) amorphe Schicht, allerdings
spannung entstanden
überholt
kleiner
betrachtet),
im
eine
Sinne
sehr dünne (~10
Beilbys zufolge
Ansicht wird verstandhchei
20 A
allen Seiten als
weise von
sondern durch die Summation zahlreicher
.
Oberflachen¬
submikroskopisch
Verschweissungsstellen
Nach Raetheh
kristall
(diese
nicht
(sofern
es
(1950)
sich
um
werden die oberfiachennahen Kristallite bzw
einen
solchen
handelt)
an
der Ein¬
der Oberfläche durch
einen
Polierprozess zertrümmert Die „Auflosungsgrenze" lag bei seinen
20 Ä, abgesehen von
Elektronenbeugungs Untersuchungen ungefähr bei 10
dieser der Untersuchung vorderhand noch entzogenen Grenzschicht konnte er
mechanischen
keinen
neuen
Materialzustand
im
Sinne Beilbys entdecken
Der
Übergang
vom
ungestörten Grundmaterial bis zur Oberfläche ist gekennzeichnet durch abnehmende
Grosse der Kristallite (s z B Fig 8, S 747), wobei die jeweils feinste „Fraktion"
matenalspezifisch ist Dies gilt nicht nur für Metalle, sondern auch für mineralische
Werkstoffe, nach Raether spielt bei diesen allerdings die Harte
eine
wesentliche
Bearbeitungsgrad femstknstallines
Oberflachengefuge nach sich zieht, bewirkt weitgehendes Fehlen plastischer Ver
formbarkeit bei Mineralien sprödes Ausbrechen, die Zone intensiver Gitterstorung
wird um so kleiner, je harter das Mineral ist Dafür treten im allgemeinen keine
Storeffekte durch Oberflachenoxydation auf wie bei den Metallen
Bowden (1959) und Mitarbeiter haben festgestellt, dass bei Reibvorgangen im
allgemeinen die Schmelztemperatur des niedrigerschmelzenden der beiden Reib¬
Rolle. wahrend bei Metallen
partner
ein
relativ geringer
erreicht wird, bei metallischen Werkstoffen kann dies durch Wahl
verschiedener Metalle und Messen der EMK zwischen denselben
zweier
nachgewiesen
werden Es handelt sich hierbei
10-4 s
um sehr kurzzeitige (Grossenordnung 10~3
Halbwertszeit) und ortlich sehr beschrankte Ereignisse (Grossenordnung /ß und
kleiner) Sie charakterisieren die Verschweissungsprozesse erhabener Stellen, die
zufallig aufeinandertreffen, kurzzeitig zu einem tragenden Element (unter vielen
andern) und durch diese Überbeanspruchung plastisch deformiert und aneinander-
Verbesserung
der
geschweisst werden, danach
wird dieser Vorgang durch
Oberflache noch erschwert,
Reibungskonstanz
von
sich durch
Abscherung
die
mehr oder weniger starke
eine
immer
desoxydierte
747
Elektrizitatszahlern
wieder trennen
Bei Metallen
Oxydation
der
und entgaste Metalloberflache lasst
den Reibungskoeffizienten im Hochvakuum auf ein Vielfaches desjenigen Wertes
ansteigen, der üblicherweise beobachtet wird Nach Bowdbn (1959) ist für den
Pohturvorgang nicht vor allem die Harte, sondern die Schmelztemperatur weg¬
leitend
dass
,
sie
Bowden anerkennt
mit der
zeige, sobald
Fig
8
heutigen
genügend
zwar
die These
Ansicht der
von
Raether, weist aber darauf hm,
amorphen Beilbyschicht Übereinstimmung
kleine Kristalle betrachtet werden
Schema des Auf baus
einer
Pohturschicht
Auch bei nichtmetallischen Werkstoffen konnte Bowden diese äusserst kurz
zeitigen Temperaturspitzen
nannten "hot
feststellen und
In der Tat scheinen diese
berücksichtigt,
wenn man
—
die
zwar
in
Form
von
Lichtbhtzen (söge
spots")
Beilbyschicht
nicht
Diskrepanzen
eher
eine
Frage
der Definition
zu
sein,
dass
wie
ursprünglich
werden darf und die obersten 10
angenommen
20 A bis
vor
schichtformig angesehen
kurzem noch keiner struk¬
Untersuchungsmethode zugänglich waren und bis heute noch nicht
systematisch untersucht worden sind,
Zustand und Tiefe der aussersten Zonen materialspezifisch, anisotrop und von
turellen
—
Bearbeitungsmtensitat abhangig, sowie durch mannigfache
(Oxydation, Adsorption u a m ) beeinflussbar sind Es ergibt
der
Abstufung
vom
weichen, niedrig schmelzenden
zende Metalle und mineralische Werkstoffe bis
Metall über
zu
solchen
Fremdemfiusse
sich dabei
eine
harte, hoch schmel¬
Materialien,
die auch
748
H. Merz
höchsten
unter
Beanspruchungen
schmelzen zeigen
wie z
Versucht
diesem Sinne
man
in
Finch, Raethbb, Bowdbn
der Kristalle (s
man
etwa
verfemerung
z
B
werden
in
keine
der Diamant
unter
eine
Verformung
oder
Auf¬
Bild 11).
der
Anschauungen
von
Beilby,
der modernen Ansichten über den Realbau
1959, Read 1953 und Friedel 1956),
Bild. Durch
einem
plastische
(vgl
Synthese
Beizug
Van Bubken
folgendem
zu
B
Vorbearbeitungsvorgange
Werkstoff,
der sich zunächst
zur
so
gelangt
Oberflächen
-
strukturell ausge¬
in
glichener Lage befinden möge, Gitterfehlstellen induziert, die sich teilweise zu
Kleinwinkelkorngrenzen zusammenfinden bzw häufen und derart zu einem Gebiet
zahlreicher Subkorner von geringster Ausdehnung fuhren Die Grosse dieser Subkorner nimmt gegen die Oberflache hin
ab, der Auslenkwinkel
zur
Grundorien¬
(vgl Fig 8, S 747). Die Oberflache ist durchzogen von
Furchen des Bearbeitungswerkzeugs Folgt der Vorbearbeitung (z. B. dem Schlei¬
fen) ein Fembearbeitungsvorgang (z B ein Polieren), so wird die Zertrümmerung
der oberfiachennahen Subkorner fortgesetzt Je nach Sprodigkeit des Werkstoffes
ist es ein weiterer Abtrag ohne Verschweissungsvorgange (bei Materialien mit sehr
mehr
tierung
immer
hohem
Elastizitätsmodul
Werten
von
zu
bzw
Schmelzpunkt) oder, mit abnehmenden
Schmelzpunkt, ein zunehmender Anteil an
hohem
Elastizitätsmodul und
Verschweissungsprozessen der streckenweise verfrachteten Partikel, die sich vor¬
zugsweise in den Bearbeitungsfurchen ansammeln. Man denkt hier unwillkürlich
1957 definierte Mahlgleichgewicht, das sich bei bestimmter
an das von Htjttig
materialspezifischer Korngrosse zwischen Zerklemerungsprozess (als Vektor ge¬
dacht) und Verschweissungs- bzw Smterprozess (als Gegenvektor gedacht) ein¬
stellt.
Das verfrachtete Material m den Bearbeitungsspuren wird eine gewisse
Sinterfestigkeit erreichen, die hoher liegen durfte als diejenige lose aufgeschütteten
Pulvers (trotz der Anziehungskraft so feiner Teilchen), aber anderseits diejenige
—
des
Grundmaterials nicht
danebenliegenden „anstehenden"
gestörter Gitterstruktur
intensiv
des Furchenmaterials
Damit ist die grossere
Störung
trotz dessen
dem Grundmaterial beim Atzen erklärbar, weist
gegenüber
doch auch das verfrachtete Furchenmatenal
tureller
erreichen,
Losungsgeschwindigkeit
einen
noch viel höheren Grad struk¬
auf als das Oberflachen-Grundmaterial. Substanzen mit sehr tiefen
Elastizitätsmodul- und
hat,
Schmelzpunktwerten durften, wie Bowdbn 1959 gezeigt
Fliessvorgang durch oberflächliches Aufschmelzen unterliegen.
Vervollständigung kann noch ein weiteres, dem Mahlgleichgewicht von
einem
Zur
reinen
Huttig
verwandtes
gewicht.
Wie bereits erwähnt, stellt die Politurzone
Gleichgewicht berücksichtigt
instabile Phase dar mit der
Tendenz,
neten Zustand zurückzukehren
dass
eine
jedoch
richtig amorphe
unter Umstanden
und
in
Ordnungsgleich-
rontgenamorphe Politurschieht existiert,
Politurvorganges selbst, bzw. vielleicht
wahrend des
Ordnungsruckfuhrung
wieder verschwinden lasst. Die Zeitkonstante dieser
sein
das
strukturell ausgeprägt
den ursprunglichen gesetzmassig geord¬
abgeleitet kann man sich z. B. vorstellen,
noch sehr kurze Zeit nachher andauernd, bis die
spezifisch
amorphen
eine
m
Daraus
oder zumindest
nur
worden:
gewissen
Fallen
die
Rückbildung
Existenz
einer
diese Zone
durfte material-
solchen
weitgehend
Zone nachweisen lassen.
Möglicherweise
kann dieses Bild
Bestätigung erfahren, sobald die
Eindringtiefe von nur wenigen A, z. B.
langsamen Elektronen (niedrige Beschleunigungs-
Strukturuntersuchungsmethoden
die Elektronendiffraktion mit
eine
mit
gewisse
einer
Verbesserung
Spannung
der
in
der
Reibungskonstanz
Grossenordnung
von nur
von
Elektrizitatszahlern
einigen hundert
Volt)
zu
749
diesen Untersu¬
chungen eingesetzt werden, wobei diese dann besonders wirkungsvoll der Aufklarung
von
Pohturschiehtproblemen dienen,
wahrend der
Bearbeitungsprozesse
wenn sie
unmittelbar nach oder besser sogar
vorgenommen werden.
5.2. Das herkömmliche Polieren
von
Spurlagerteilen
aus
Korund
folgenderSaphirlagersteine
.2 //, und werden nach Vorwarmen in eine Dreh¬
mung der Körnung 1
vorrichtung gespannt, die sie mit ca. 10 000 Touren/min rotieren lasst.
Gegen die vorgeschliffene Kalotte wird ein zugespitztes Polierholz gepresst, das seinerseits eine Rotationsgeschwindigkeit von ca. 30 000
Touren/min in der Gegenrichtung aufweist. Anfangs setzen die Diamantkorner den vom Vorschleifen her bekannten Prozess des Abtrages durch
schneidende Schleifwirkung fort, allerdings um eine Grossenordnung
feiner. Durch den recht betrachtlichen Anpressdruck und das Fehlen
jeglichen Kuhlmittels wird die Temperatur von Steinoberflache und
Holzchenspitze ziemlich rasch in die Hohe getrieben, nach einigen Se¬
Der in
massen
Kap.
2.4
kurz
Politurprozess
Tropfen
erwähnte
erhalten einen
Die
verlauft
Diamantaufschlam-
.
kunden erweicht das Polierholz etwas, nimmt die Schleifkorner auf und
Dadurch wird der Hochglanzpolituran.
sehr
in
einem
der
kurzzeitigen, innigen Kontakt der
eingeleitet,
prozess
die letzten feinen Bearbeitungs¬
Steinoberflache
mit
der
Holzspitze
Durch
damit
verbundenen
den
Temperaturanstieg beginnt
spuren tilgt.
das Holzchen zu verkohlen, und der Politurprozess muss sofort abge¬
brochen werden. Der eigentliche Hochglanzpoliturprozess durfte inner¬
passt sich der Steinkalotte
halb
von
Bruchteilen einer Sekunde ablaufen. Dehnt
arbeitungsabschnitt zu lange aus,
ergeben sich Absplitterungen.
so
5.3. Nachweis der Politurschicht auf
5.31.
In einer kleinen
man
diesen Ver¬
wird die Politurzone überhitzt und
Spurlagerteilen
aus
Korund
Rontgenographische Untersuchungen
Voruntersuchung
wurde die Struktur des Bearbei¬
tungsabriebs studiert, um derart allenfalls Anhaltspunkte über die
Strukturanderungen wahrend des Polierens zu gewinnen. Zu diesem
Zwecke wurde Abriebmaterial der verschiedenen Bearbeitungsstufen
rontgenographisch nach der Debye-Scherrer-Methode untersucht. Die
visuelle Ausmessung der Linienbreite von a-Korund an den Pulver¬
diagrammen ergab folgende Werte (Mittelwert von 5 Messstellen)
H. Merz
750
Sägestaub
vom
Zerteilen der Halbbirnen
Schleifstaub
vom
Schleifstaub
vom
Vorpolieren
Vergleichstest (Korund 20 min lang
Damit
war
0,68
mm
0,83
mm
0,78
mm
verrieben) 0,91
mm
Rundschleifen
zumindest
Linienverbreiterung
in Achatschale
dass keine deutlich zunehmende
nachgewiesen,
eine
Abriebverfeinerung
fortlaufenden
der
charakterisiert. Auch Rückstrahlaufnahmen
arbeitungsstufen
lottenzentrum und Durchstrahlaufnahmen
Restdicke im Kalottenzenith
von
abgeschliffenen
auf
ca.
Steinen
0,1.
.
Be¬
vom
Ka¬
.0,01
mm
ergaben
absolut
scharfe
Lauepunkte.
Diese letzten Fehlergebnisse
gen Raethers (1948 und
zu
grosses
stimmen
allerdings
mit den Feststellun¬
1950) überein, wonach Röntgenstrahlen ein
Eindringvermögen
für
die
Abklärung
von
Politurschicht¬
strukturen besitzen.
Lichtmikroskopische Untersuchungen
5.32.
Nach früheren
Untersuchungen existiert auf polierten Korundteilen
beziehungsweise Beilbyzone (Finch, 1936, und in¬
keine Politurschicht
direkt auch Raether,
1950 und
solange die Politurprozesse an
und Tourenzahlen, mithin also
1957). Dies trifft auch
durchaus zu,
ebenen Flächen bei kleinen
bei kleiner
Belastungen
Bearbeitungsintensität durch¬
So zeigen zum Beispiel Schmucksteine aus Korund
Saphir) unter dem Auflichtmikroskop bei etwa 200facher
Vergrösserung meist noch ein Netzwerk von feinen Bearbeitungsspuren.
Die schalen- beziehungsweise pfannenförmig ausgebildeten Zählerunter¬
lagersteine können dagegen zufolge ihrer radialsymmetrischen und dem¬
entsprechend selbstzentrierenden Form viel höheren Bearbeitungs¬
intensitäten unterworfen werden (Feststellung von Sandmeier, ver¬
öffentlicht bei Shotter, 1944).
geführt
werden.
und
(Rubin
Etwa 60 bis
80%
der Steine lassen nach einem
einmaligen Hochglanzpoliturprozess unter dem Lichtmikroskop bei 72facher Vergrösserung
keine Bearbeitungsspuren erkennen, und bei ca. 30 bis 40% sind auch
unter Anwendung von 200facher Vergrösserung und Auflichtphasen¬
kontrast nicht die geringsten Oberflächenstrukturen erkennbar; Inter¬
ferenzmethoden
dieser
noch
feinsten
so
Der
ebenso
geringer
scheiden
zufolge der sehr geringen Querausdehnung
Bearbeitungsspuren und Fehlen entsprechender auch
Höhenunterschiede
Politur/Ätz-Nachweis
kann
durchgeführt
wie
werden
aus.
an
an
Zählerlagersteinen
Metallen:
wird ein
aus
Saphir
einwandfrei
der
Verbesserung
Reibungskonstanz
von
Elektrizitätszählern
Stein während
polierter
ungefähr zwei Minuten in kochende konzen¬
getaucht, so wird durch diesen (für Korund) rela¬
trierte Schwefelsäure
tiv milden
Ätzangriff
tungsgefüge, wie es
bereits vorlag, tritt
die Politurschicht
vor
entfernt, und das feine Bearbei-
Durchführung
wieder
zutage.
Es
des
Hochglanzpoliturprozesses
ist
immerhin bemerkenswert,
dass dieser einfache Standardversuch der
härtesten Mineralien
5.33.
Bild
Gegend
man
751
10
Metallographie bei
erfolgreich durchgeführt werden kann.
einem der
Elektronenmikroskopische Untersuchungen
zeigt die Oberfläche eines polierten Saphirsteines
in
der
des Kalottenzentrums. Dieser Stein ist nicht ideal
erkennt noch deutlich die weiter
gut poliert;
und
überpolierten
abgetragenen
Vorbearbeitungsspuren, wie sie in Bild 7 im erst vorpolierten Zustand
sehen sind. Aber gerade deswegen gibt er befriedigende Beweis¬
zu
momente für eine Materieverschiebung (sei es im Sinne Eaethees oder
Bowdens bleibe dahingestellt) während des Politurprozesses an Saphir
-
oberflächen:
Struktur
in Bild 7
die
verschwommene,
auf, wobei insbesondere nirgends scharfe, gezackte Eänder wie
auftreten. Ferner können einzelne Kratzer beobachtet werden,
Alle
Kratzer
weisen
verwaschene
eine
unterwegs stellenweise aufhören, später aber wieder ihre Fortsetzung
gleichen Eichtung finden; sie sind partiell gelöscht oder eben zu-
in der
geschmiert worden. Betrachtet man
Vergrösserung wiedergegebene Bild 8,
vereinzelte,
aber
weiter das bei
so
entdeckt
ungefähr gleicher
man
auch hier wieder
schwach
angedeutete überpolierte Ver¬
völlig struktur¬
los (die Kügelchen sind Präparationsverunreinigungen, und die schein¬
bare Feinstruktur auf der Oberfläche ist auf das Bedampfungsmittel
Palladium zurückzuführen).
Eine weitere Möglichkeit des Nachweises von Politurschichten auf
Saphir gibt die Struktur von Abnützungsspuren. Bild 6 zeigt die Ober¬
fläche eines Saphirsteines aus dem Lager einer Normalvariante. Man
entdeckt mehr oder weniger parallel verlaufende, feine Abnützungs¬
spuren, die durch Schleifwirkung des Abriebs entstanden sind. Daneben
sind jedoch auch stärkere Beschädigungen feststellbar, von denen hier
die beiden interessantesten besprochen sein sollen: die grosse Schleif¬
spur am oberen Bildrand weist angenähert dreieckförmige Ausbrüche
in intermittierender, beinahe regelmässiger Eeihenfolge auf, wobei die
nur
äusserst
arbeitungsspuren ; dazwischen sind relativ grosse Bereiche
Spitzen entgegen der Kugelbewegung orientiert sein
zu den lichtmikroskopisch feststellbaren Ausbrüchen
dürften
(Analogie
bei stärkerer Ab-
752
H. Merz
nützung).
In der rechten Bildhälfte sieht
man
weiter die
kurze, kometen¬
Kornes, das,
artige Schleifspur
gesetzt, sich mit fortgesetzter Gleitbewegung zwischen Kugel und Stein
immer tiefer in die Saphiroberfläche eingegraben hat und schlussendlich
zunächst auf der Oberfläche auf¬
eines
steckengeblieben ist. Das Bild dieser Beschädigungsspur mit seinen aus¬
geprägten Randaufwölbungen ist mit demjenigen auf einer duktilen
Substanz vergleichbar; eine gewisse plastische Verformbarkeit muss
demnach auch beim Saphir angenommen werden.
Eine Diamantoberfläche erweist sich demgegenüber als von völlig
anderer
Struktur; der Abdruck
Bild 11 stammt
zu
der einen ähnlichen
unterlagerstein,
von
einem Diamant¬
Herstellungsprozess
erfahren hat.
Oberfläche ist
aufgebaut aus Mikrobruchflächen, der Glätdurch
reinen
Abtrag ohne Materieverschiebung scheint
tungsprozess
augenfällig. Die beginnende Laufspur auf Bild 11 ist charakterisiert
durch spitzwinklige, dreieckförmige Ausbrüche; die Substruktur in den
Die ganze
Laufrillen ist überraschend ähnlich
schlechter ausgebildet als bei
jenen bei Saphirsteinen. Wenn auch
diesen,treten ebenfalls schlagstrahlenähnliche
Gebilde etwa 45°
zur Schleifrichtung orientiert auf. Interessanterweise
Glättungsgrad elektronenoptisch in der Laufspur besser
als auf dem nicht beanspruchten Gebiet daneben
ein Zeichen dafür,
dass sich auch das Diamantlager selbst einpolieren möchte (siehe Kap.
erscheint der
—
5.44).
Nach Bild 11 ist
es
nicht weiter
verwunderlich, dass sich die Diamant¬
Zählerunterlagerbetrieb
gute Saphirsteine: die Mikrobruchstruktur bietet
mannigfachen Anlass zu Beschädigungen und lokalen Überlastungen,
lager
im
trotz der grossen Werkstoffhärte kaum
besser bewähren als
die
zu
Ausbrüchen führen und ihrerseits wieder wie Schleifmittel wirken.
zeigt bekanntlich starke Härteanisotropie, die sich bei den noch
folgenden Schleifprozessen voll auswirken kann (die Diamantsteine kön¬
nen selten optimal, das heisst nach der [lll]-Richtung orientiert werden).
Diamant
5.34.
Shottbr
durch
Finch erhielt
nung
er
von
den
liess auf
Veranlassung von Sandmeier Saphirplatten
elektronendiffraktographisch untersuchen.
auf Anstrahlaufnahmen bei 50 kV Beschleunigungsspan¬
polierten Saphirplatten diffuse Interferenzpunkte, denen
(1944)
Finch
Elektronenbeugungs- Untersuchungen
und Wilman
entnahm, die Politurschicht
unvollständig
1953
müsse
rekristallisiertem
wurden
aus
feinstkristaUinem Material oder
Korundglas
bestehen.
Elektronenbeugungsuntersuchungen
im
Auftrage
von
Verbesserung
Landis &
es
war
Gyr
an
der
Reibungskonstanz
Politur"
zu
Elektrizitätszählern
753
der Universität Bern
ausserordentlich
die
untersuchen
Saphirplatten
hatten
nisse
Diese
durchgeführt (unveröffentlicht);
den Lagersteinen Keile herausspezifische „Pfannenlagerstein-Kalotten-
schwierig,
welche
zupräparieren,
von
aus
gestatteten,
denn
Aufnahmen
an
ebenen
schon bei Finch keine
ja
befriedigenden Ergeb¬
hergestellt bei vermutlich 50 kV
Beschleunigungsspannung
zeigten eine allgemeine Streuschwärzung
und teilweise diffus ausgebildete Punkte, die gegenüber den Aufnahmen
von Finch keine wesentlich neuen Aspekte ergaben; auch hier wurde
das Auftreten einer amorphen Politurschicht als erwiesen betrachtet.
Beide Untersuchungen sprechen indessen nach den Interpretationen
ähnlicher Bilder durch Raether kaum zwingend für eine amorphe
Schicht, vor allem nicht von einer Dicke von einigen hundert Ä. Eine
periphere Verbreiterung der Reflexe bis zu deren Zusammenschluss zu
eigentlichen Ringen, womöglich noch mit radialer Verbreiterung, wie
sie aus Gefügen mit feinsten Kristalliten analog zu feinsten Pulvern
im Pulverdiagramm bewirkt wird, konnte in keinem Fall beobachtet
erzielt.
Aufnahmen
—
—
werden. Wenn also weiterhin die Existenz einer feinstkristallinen Politur¬
schicht oder gar eine
amorphe Deckschicht
angenommen werden soll, wie
es
unter
—
Saphirzählersteinen
elektronenmikroskopi¬
unvernünftig erscheint, so
auf Grund der
schen Aufnahmen
nur
auf den
(siehe Kap. 5.33) nicht
folgenden Bedingungen oder mindestens
einer derselben:
Die Politurzone müsste derart dünn sein, dass sie auch dem
nur
sehr
wenig tief eindringenden, streifenden Elektronenstrahl zu wenig
Anteil zu entsprechend peripherer Verbreiterung oder gar Verschmel¬
zung der Einzelreflexe zu Ringen bietet, mithin also nur wenige Atom¬
lagen, bis höchstens 10. .15Ä Dicke umfasst, was angesichts der sehr
harten Natur des Korundes und seines hohen Schmelzpunktes nicht un¬
.
wahrscheinlich ist;
allfällig
Polierprozesses vorhandene, gegenüber dem
gestörte oder gar amorphe Politur¬
schicht könnte zufolge ihrer grossen Instabilität nach dem Politurprozess
sofort rekristallisieren, respektive auskristallisieren. Dabei ist zu er¬
Ein¬
warten, dass der darunterliegende
weitgehend ungestörte
kristall als Anwachssubstrat wirksam wäre und somit die Schicht prak¬
—
eine
unbearbeiteten
während des
Einkristall
stark
—
tisch in den Einkristall
—
zurückgebaut würde. Sie könnte demzufolge
elektronendiffraktographisch nicht mehr als solche nachgewiesen werden,
aber ihre zumindest kurzzeitige Existenz aus den mikroskopisch Hinter¬
bliebenen Spuren des Oberflächenreliefs bewiesen werden.
754
H. Merz
5.4. Der Abriebmechanismus
5.41.
Mikrotopographie
der
Oberfläche
Obwohl die
Saphirlagersteine und Stahlkugeln eine der geometrischen
angenäherte Oberflächengestalt aufweisen (Rauhtiefe
Idealgestalt
etwa 0,02 ß) muss doch auch im Zählerunterlager mit dem „TopographieEffekt" nach Bowden (1959) gerechnet werden, und sei es auch nur in
sehr abgeschwächter Form (zum Beispiel in einer örtlich sehr unter¬
schiedlichen Druckbelastung trotz durchgehender Auflagefläche). Örtlich
sehr hohe Druckspitzen führen zum Abreissen des Ölfilmes und zu Verschweissungsvorgängen, wie zum Beispiel Bild 5 aus ZV 16 zeigt: an der
stark
Kugel
hat sich ein Kranz
bildet ; bei intensiveren
von
der
Kugel
von
„Brandflecken", oxydierten Stellen ge¬
Verschweissungsprozessen
auf den
Stein, wie
es
besteht
Metallübertrag
besonders bei Abwesenheit des
häufig vorkommt (vgl. Bild 2). Das Metall ist von der
Kugel abgeschert und auf der Saphiroberfläche richtig festgeschweisst
worden; es kann zum Beispiel durch Ultraschallbehandlung nicht ent¬
Schmiermittels
fernt werden.
5.42.
Einfluss
des
Schmelzpunktes
und der
Warmfestigkeit
der
Lagerwerk¬
stoffe
Wie bereits in
angeführt, gelang Bowden und seinen Mit¬
arbeitern der Nachweis, dass die Temperatur auf den Lagerflächen den
Schmelzpunkt der niedriger schmelzenden Lagerkomponente lokal er¬
reicht. Daraus folgt, für spezifisch hochbelastete Lager, wie es zum
Beispiel das Zählerunterlager darstellt, Materialien mit hohen Schmelz¬
temperaturen
zu
Kap.
5.1
wählen.
Die
Schmelztemperatur der Lagerwerkstoffe steht genau genommen
Scherfestigkeit und beschreibt somit die Abriebfestigkeit
mittelbar. Ebensogut müsste die Warmfestigkeit in einem engen
als Mass für die
nur
Zusammenhang
mit
dem
Abriebverhalten
stehen.
Innerhalb
einer
Werkstoffklasse mit
ungefähr gleichen Schmelzpunkten, zum Beispiel
der Stähle, sollten diejenigen Sorten besseres Verhalten aufweisen, die
eine hohe Warmfestigkeit besitzen. Um diese Hypothese nachzuprüfen,
wurde ein Vergleichsversuch in der Schnellauftest-Einrichtung (Beschrei¬
bung dieser Versuchseinrichtung siehe Kap. 7.4) durchgeführt. Als
Kugelmaterialien wurden folgende zwei Stahlsorten gewählt:
—
vakuumerschmolzener
variante);
Kugellagerstahl
Vickershärte HV5
=
880
...
1 % C
kg/mm2;
mit
960
und
ca.
1,5 % Cr (Normal¬
Verbesserung
a) Ausfuhrung
b) Ausführung
—
warmfester
8,2
als
als
der
Reibungskonstanz
Einsteinlager AV 1
Doppelsteinlager AV
Alle
überein,
Elektrizitatszahlcrn
755
2
Werkzeugstahl (Schnelldrehstahl) mit 0,9% C; 4,2% Cr; 2,0 % V;
900
930 kg/mm2;
% Mo; Vickersharte HV5
Ausfuhrung
von
als
=
Einsteinlager
.
.
.
AV 14.
übrigen Versuchsparameter stimmten bei den drei Varianten
so namentlich Steinqualität, Schmiermittelqualität und -menge
Dauerversuchsbedingungen. Als Messkriterium für
Reibungsänderung während des Dauerversuchs diente die Auslauf¬
zeit (siehe Kap. 7.4). In Fig. 9, S. 756, sind die Messwerte in Funktion
der zurückgelegten Anzahl Rotordrehungen aufgetragen; sie lassen er¬
kennen, dass das Lager mit der Kugel aus warmfestem Schnittstahl
über sehr lange Betriebszeiten eine wesentlich bessere Reibungskonstanz
einhält als der normalerweise verwendete Kugellagerstahl: so übertrifft
die Reibungskonstanz der Variante AV 14 in der Ausführung als Ein¬
steinlager nicht nur diejenige der Einstein-Normalvariante AV 1, son¬
dern sogar auch diejenige der Doppelstein-Normal Variante AV 2. Die
mikroskopische Beurteilung der Lagerteile Hess denn auch nur eine
sehr geringe Abnützung an den Lagerteilen der Schnelldrehstahl-Variante
und die technischen
die
erkennen.
5.43. Rolle des Schmiermittels und
allfälliger
Trennmittel
Gleitlager als Hauptfunktion die
Trennung der Lagerpartner zwecks Unterbindung von Verschweissungsvorgängen. Geringe spezifische Lagerbelastung und relativ hohe Touren¬
zahlen lassen meistens hydrodynamische Schmierverhältnisse entstehen,
welche die Erfüllung dieser Hauptfunktion ohne weiteres ermöglichen.
Wird die Belastung des Schmiermittels durch Zunahme des spezifischen
Lagerdrucks und/oder Abnahme der Gleitgeschwindigkeit erhöht, so tritt
zunächst einmal Grenzschmierung ein, mit allgemein einer monomole¬
kularen Schichtdicke. Bei noch weitergehender Belastungssteigerung,
aber auch schon beim Auftreten von Belastungsspitzen zufolge der geo¬
metrischen Oberflächeninhomogenitäten, reisst der Schmierfilm lokal ab,
und es kommt zu Schweissprozessen zwischen den Lagerpartnern; nach
Abscheren der Schweissbrücken schliesst sich das Schmierepilamen wieder,
die schädlichen Folgen der Verschweissungen
Metallübertrag, Bildung
von Abriebprodukten, Oxydation, kristallstrukturelle Regeneration der
bleiben jedoch bestehen. Nach Schunk (1949) soll
Politurschicht
auch Verschleiss auftreten, wenn das Epilamen von der Lageroberfläche
Das Schmiermittel übernimmt im
—
—
Fig.
50
100
-150
200
250
300
•
10. Auslaufzeit
300
zeit [sed
f
in
in
V-'
Auslaufzeit
Aujlaufzeit free]
9
Anlauf¬
Fig.
20
2k
Bariumstearat und mit Aluminiumstearat
Systemumdrehungen
16
Funktion der Anzahl
11
32
36
40
44
politurvergutet geschmierte Lager).
der Varianten AV 1, AV 11 und AV 15
28
Werkzeugstahl).
der Varianten AV 1, AV 2 und AV 14
bzw. warmfestem
Systemumdrehungen
Kugellagerstahl
Funktion der Anzahl
\
48 Mio Umdr
AV U
AV
(Normalvariante,
—
2
AV
mit
normalem
46 MioUmdr
i
4<t
AV
aus
AV
(Kugeln
OS
Verbesserung
gelost wird,
mitreisst,
an
indem
der
es
welche
Reibungskonstanz
von
Elektrizitatszahlern
dann die obersten Atome des
die
Epilamenmolekule
ziemlich
757
Lagerwerkstoffs
gebunden
stark
sind.
An das Schmieröl des
hoher
Abreissfestigkeit
(Shottee,1944)
—
Grosse
Zahlerunterlagers
hinaus
noch
Alterungsbestandigkeit, speziell
darf nicht verharzen, sonst fuhrt dies
werden über
weitere
gegen
diejenige nach
Forderungen gestellt
oxydierende Einflüsse.
Das Öl
Reibungszunahme infolge VisFunktionsuntuchtigkeit des Öles
Gutes Suspensionsvermogen für die sich bildenden Abriebteilchen, um sie
möglichst von der Laufzone fernzuhalten
Niedrige Viskosität, besonders auch bei niedrigen Temperaturen; die Viskosi40° C möglichst flach verlaufen.
tats/Temperatur-Kurve soll im Bereich 0
Nach Erfüllen oben gestellter Forderungen soll das Öl möglichst gute Schmierfahigkeit und Benetzbarkeit von Stein und Metalloberflachen aufweisen.
zu
einer
kositatszunahme oder gar
—
—
.
—
In Zahlern hat heute ziemlich
.
allgemein
ein
Pennsylvanian-Öl,
zum
Beispiel
Typ
(Shottbr,
dung gefunden, das speziell für Zahler und Instrumentenlager entwickelt
worden ist und ein Optimum in der Erfüllung obiger Forderungen dar¬
vom
stellt.
Silvertown meter oil Nr. 2
1944), Anwen¬
Weitere Einzelheiten und Messwerte finden sich bei Shottbr
(1944).
Die Verwendung spezieller Additivs zur Verbesserung der Epilamenschmierung hat sich im Zahlerunterlager nicht bewahrt, viele dieser
Additivs enthalten Sulfid- oder Phosphatverbindungen, die metalloberflachenaktiv sind. Offenbar greifen sie die feinst polierte Oberflache
der Stahlkugeln zu stark an; der chemische Angriff der Additivs auf die
Werkstoffoberflache bezweckt ja gerade eine möglichst grosse Haft¬
festigkeit, damit die Additivs in Fallen des Abreissens des normalen
Schmieröles die Hochdruckschmierung sicherstellen.
Vom Standpunkt der Alterungsbestandigkeit der Unterlagerschmie¬
rung aus musste man die Verwendung von Festschmiermitteln mit
Schichtgitterstruktur, zum Beispiel Graphit, Molybdansulfid oder Wolf¬
ramsulfid anstreben, dies wäre auch von Seiten der Temperatur- und
Druckbestandigkeit zu begrussen. Leider lasst sich die Schmierung mit
Festschmiermitteln im Einsteinlager nicht durchfuhren, da der Schmier¬
film auch bei feinster Körnung des Schmiermittels und Anwendung von
speziellen Haftzusatzen (zum Beispiel auf Lackbasis) nach wenigen
tausend Umdrehungen zur Seite gedruckt wurde und sich wiederum
Verschweissungen einstellten. Entsprechende Kugelbehandlung zur bes¬
seren
Fixierung erbringt keine nennenswerten Verbesserungen. Bei
758
H. Merz
Doppelsteinlagern
möglich.
ist die
Verwendung
von
Molybdänsulfid grundsätzlich
Versuche mit Trockenlauf des
Zählerunterlagers, also unter Weg¬
(auch Festschmiermittel) haben bei
jeglichen
Shotteb (1953) sehr unterschiedliche Resultate mit geradezu extrem
grosser Streuung ergeben. Offensichtlich kann die Abwesenheit des
Schmiermittels zu sehr intensiven Verschweissungsprozessen führen (wie
dies in Kap. 3.3 nachgewiesen werden konnte) mit groben, kristallinen
Schmiermittels
lassen
Ausbrüchen.
5.44. Das
Abnützungsj Politur-Gleichgewicht
Nach den in
bezeichnet
Steine
zu
Kap. 3 beschriebenen Versuchen muss es als aussichtslos
werden, im Zählerunterlager andere als hochglanzpolierte
verwenden; die damit unvermeidbar verknüpften Ausbrüche
kristallinen Materials
ein
längs der Ränder der Bearbeitungsspuren
7
charakterisiert
Bild
nach
müssten
Beispiel
den Suspensionsversuchen zu urteilen zu baldiger Zerstörung des Lagers
beziehungsweise zu ähnlicher Reibungsinkonstanz führen, wie dies
Fig. 5, S. 735, zeigt. Die Nachprüfung dieser Hypothese anhand eines
Zustand, wie ihn
—
zum
—
Zählerversuches ZV 25 mit 4 Stück
MG-1-Zählern, Nennlast
5
A, Zähler¬
nur
U/kWh,
Einsteinlagern,
vorpolierter, aber nicht hochglanzpolierter Kalotte eingebaut wurden
(übrige Versuchsparameter dagegen identisch mit der Einstein-Normal¬
variante), ergab bei zwei Einheiten die Bestätigung unserer Annahme
(siehe Fig. 11, S. 759): in einem Fall stärkere, im andern gar extrem
grössere Reibungsinkonstanz als bei der Normalvariante (vgl. Fig. 2,
konstante
S.
600
mit
in
welche Steine mit
727). Die Fehlerkurven der beiden andern Einheiten verlaufen da¬
gerade spiegelbildlich zu denjenigen der Normalvariante: während
Millionen Umdrehungen nach positiven Fehlern, also im
Sinne einer Reibungsabnahme, anschliessend horizontal verlaufend (einer
später allerdings wieder abnehmend). Diese Reibungsabnahme ist be¬
gegen
der
ersten
durch eine
Rauhigkeitsabnahme der Steinoberfläche (es waren
polierte Kugeln verwendet worden), und diese wiederum
kann nur eine Folge der Selbstpolitur sein. Man ist demnach versucht, an¬
zunehmen, das Zählerunterlager „wünsche" sich gleichsam den geeigneten
Politurgrad selbst festzulegen; der vorpolierte Zustand ist zu wenig fein
und muss vom Unterlager selbst noch nachbearbeitet werden
Politur¬
bildung —, während der normale Hochglanzpoliturzustand gleichsam
„zu gut" ist und daher vorerst durch Abrieb teilweise zerstört werden
dingt
einwandfrei
—
Fig.
2
11. Zahlerfehler in Funktion der Anzahl
+
ZöhlerfehterC/ol
Systemumdrehungen
der Variante ZV 25
(nur vorpolierte Steine).
c
0
Ol
o
80
H
0
o
<
N
0
9=
ac
ct-
0
o
*r
73
CR
c
0
ff
CD
i-i
a
o.
OTQ
H. Merz
760
muss,
Der
bis
er
„passt"
optimale
—
Gleichgewicht.
eine Art
Politurabtrag beziehungsweise Abriebbildung.
Grad der Politur bedeutet in diesem Sinne offensichtlich
Sind die
Abriebpartikel
kristalliner
zu
zahlreich oder
zu
Struktur, dann kann
vorwiegend
beziehungsweise
Gleichgewicht nicht erreicht werden, und das Lager wird weitgehend
zerstört, beziehungsweise verharrt in einem dauernd ändernden Ungleichgewichtszustand (siehe Kap. 3.4, ZV 20, Fig. 5, S. 735). Dieses
Politur/Abrieb-Gleichgewicht weist eine gewisse Ähnlichkeit mit dem in
5.14 postulierten Zerkleinerungs/Verschweissungs-Gleichgewicht auf.
Eine gewisse Stütze findet diese Theorie des Abrieb/Politur-Gleich¬
gewichtes auch in den Feststellungen von Stott (1938) und Shotter
(1944), wonach bereits gelaufene Saphirunterlagersteine nach Reinigung
und Wiedereinbau deutlich grössere Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb
zeigen als neue Steine, sofern ihre Politurschicht nicht zerstört ist; diese
Beobachtung erklärt sich dadurch, dass diese Steine ihren Politur/AbriebGleichgewichtszustand bereits im Laufe der ersten Inbetriebnahme ge¬
von
gross
das
funden haben.
Aus diesen Erkenntnissen könnte
gefolgert werden, es sei bereits bei
Zählerunterlagersteine durch ein „Abfangen" des
Herstellung
richtigen Hochglanzpoliturgrades das Problem der Abriebbeständigkeit
befriedigend zu lösen. Dies ist leider aus folgenden Gründen nicht mög¬
lich: einmal wäre es zweifelsohne äusserst schwierig, den Hochglanz
politurprozess, der ja in seiner heute geübten Form nur Bruchteile von
Sekunden währt, im geeigneten Moment abzubrechen; dazu bestünde
der
der
-
die latente Gefahr kristalliner Ausbrüche.
5.5. Einfluss der Politurschicht auf die
Lagerflächeneigenschaften
5.51. Literatur
Bbilby
(1921)
Politurschicht eines
äusserte sich bereits
Lagerwerkstoffes
zu
diesem Problem und
sei. Dieselbe Ansieht vertritt Finch auch in
steine
aus
Shotter
fand, dass
die
harter und abriebfester als das Grundmaterial
bezug auf polierte Zahlerunterlager
synthetischem Saphir; so sagte er in seinem Untersuchungsbericht an
(1944): "The superionty of the Sandmeier's polished specimens (die
Zahlerunterlagersteine)
in
wear
of the
tests
is
probably
-
due to the semi-vitreous nature
polish layer produced by
gilt, wie in 5.32 bereits erwähnt,
Kalottenpolitur der Pfannenlagersteine, nicht jedoch für irgendwelche,
beliebig polierte Saphirflachen.
nur
this method." Dies
für die
Nach Steijn
Politur der
(1961)
musste ebenfalls erwartet
Saphiroberflache
werden, dass ein Einfluss der
auf das Laufverhalten
Fliessen voraussetzt. Zumindest musste
es
leichter
besteht,
zu
indem er plastisches
Verschweissungen mit der
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
761
Elektrizitatszahlern
Stahloberflache der Kugel kommen als dies z. B. an der Oberflache eines Diamants
geschieht.
Zum gegenteiligen Schluss kommt Dinichebt (1954), der eine Rekristallisation
für die Korundoberflachen von Lagerteilen postuliert, nur wenn keine amorphe
Deckschicht den Einkristall „verhülle" sei es möglich, die guten Eigenschaften
des Grundkristalls und eine Vorzugsorientierung auszunutzen Ferner soll eine
Rekristallisation
den Zusammenhalt
der Deckschicht
unebenheiten
ausgleichen, die Mikrorauhigkeit
Reibungsverhaltmsse \ erbessern
5.52.
Der erste Schritt
instabilen
zur
fordern, die Oberflachen¬
verkleinern
und
dergestalt
die
Sogenannte Kaltpolitur
Überwindung,
Strukturzustandes
besser gesagt zur Umgehung des
„Politurschicht" wurde und wird auch
sogenannten Kaltpolitur gesehen. Unter Kalt¬
die Durchfuhrung des Politurprozesses im Sinne
heute noch in Form der
politur
versteht
man
Newtons, also eine Obernachenverfeinerung durch reine Abtragswirkung
peinlicher Vermeidung allzustarker auch nur lokaler Erhitzung.
Kaltpolitur kann an Saphirteilen durch stufenweise Bearbeitung
mit immer feineren Diamantaufschlammungen bis hinab zu ungefähr
0,25 ju, Korngrosse bei sehr langsamen Tourenzahlen durchgeführt wer¬
den. Der Kaltpoliturprozess wird damit zwar sehr aufwendig, ist aber
immerhin einigermassen realisierbar. Shottee (1936) hatte auch diese
Frage zu klaren versucht und dazu kaltpolierte Steine in einen Lauf¬
versuch mit Zahlerunterlagern genommen. Das Ergebnis war ein eher
schlechteres Verhalten der kalt gegenüber den normal polierten Steinen.
Er schloss sich deshalb 1944 der Auffassung von Finch an, die Politur¬
unter
Die
schicht sei als verantwortlich für das
Die
Kaltpolitur
gute Laufverhalten anzusehen.
stellt aber nicht die beste Methode dar,
fluss der Politurschicht auf das Laufverhalten der
um
den Ein-
Zahlerunterlagersteine
Kaltpolierte Saphirsteine weisen eine ahnliche Oberflachen¬
beschaffenheit auf wie polierter Diamant (siehe Bild 11). Sie bieten da¬
mit nicht optimale mikrogeometrische Verhaltnisse. In diesem Sinne
abzuklären.
ergeben,
wie Dinichebt
barkeit mit normal
durchge¬
bezuglich ihrer Vergleich¬
Versuchsbedingungen.
(1954) empfiehlt, nach
führten Politur thermisch behandelte Steine
polierten
Steinen bessere
5.53. Verstehe mit thermisch behandelten
einer normal
Lagersteinen
Zunächst wurde ein Zahlerlaufversuch gemäss einem
Firma
Djevahirdjian
mit thermisch behandelten Steinen
Vorschlag der
durchgeführt.
H. Merz
762
Das Versuchsmaterial wurde nach dem
inklusive
Hochglanzpolitur
einer
gesamten Bearbeitungsprozess
Glühung
während
einiger
Stunden bei
1800° C im Stickstoff unterworfen.
praktischen Zählerlaufversuche wurden wiederum in Dreiphasen¬
der Type MG 1, Nennlast 5 A, Zählerkonstante 600 U/kWh,
angesetzt; als Vergleich diente eine Normalvariante mit nicht thermisch
behandelten Steinen aus dem gleichen Grundmaterial und vom gleichen
Hersteller angefertigt, so dass die Vergleichbarkeit gewährleistet war.
Pro Variante waren 8 Zähler eingesetzt.
Die
zählern
ZV 26
ZV 27
Synthetischer Saphirstein,
Synthetischer Saphirstein,
thermisch behandelt nach der
normal
hergestellt,
ohne
Bearbeitung.
Nachbehandlung.
Alle
übrigen Parameter stimmten bei beiden Varianten überein, be¬
ziehungsweise entsprachen dem Normalfall: Stahlkugel 0 1/16", MS-2-Ö1
in normaler Menge, Oberflächengüte von Stein und Kugel, optische
Orientierung der Steine 90° usw. Die Versuchsbedingungen waren die
folgenden:
Dauerversuchslast: alternierend 12 Std.
Messlast:
5%
Messpunkte
Die
10%
und 12 Std.
200%
allseits.
allseits.
bei 0; 1; 3 und 7 Millionen
Messergebnisse
Systemumdrehungen.
sind in Tab. 2, S. 745,
der Mittelwert als auch der
Range
zusammengestellt:
Sowohl
verlaufen bei Variante ZV 26 mit
den thermisch behandelten Steinen deutlich schlechter als bei der Nor¬
malvariante ZV 27. Die
mikroskopische Auswertung
der
Lagerteile ergab
keinen Unterschied zwischen den beiden Varianten; sämtliche Einheiten
Abnützungsgrade auf.
Eine Wiederholung dieses Versuchs mit allerdings etwas anderen
Behandlungsbedingungen, in Anlehnung an Dinicheet (1954) 1 Stunde
1250° C in Wasserstoff (ausreichend für eine vollständige Ausheilung der
Gitterfehlstellen), zeitigte ebenfalls eindeutig schlechtere Ergebnisse
gegenüber der Normalvariante. Bei diesem Versuch konnte bis zu seinem
wiesen mittlere
Abbruch bei 8,5 Millionen
Abfall
Die
von
ca.
—0,9%
schlechteren
demnach
Umdrehungen
pro Million
Ergebnisse
reproduzierbar.
der
sogar ein beinahe ideal linearer
Umdrehungen
thermisch
beobachtet werden.
behandelten
5.54. Versuche mit angeätzten und verschieden stark
Bekanntlich
und
unterliegen strukturgestörte
chemischen Reaktionen als angenähert
Steine
sind
polierten Steinen
Gebiete viel eher
Lösung
ideal struierte Kristallite
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
763
Elektrizitatszahlern
der
gleichen Substanz. Diese Erscheinung kann
weitgehend inerten Korundes zunutze machen,
sich im Falle des
man
die Politurschicht
um
Ätzangriff zu entfernen ohne
Ätzbedingungen sind die folgenden:
durch einen schwachen
das Grundmaterial
anzugreifen.
Eintauchen der
Die
Platindrahtchen
aufgehängten Lagersteinchen
in kochende konzentrierte
Ätzangriff
das letzte feine
festgestellt
dicke
zwar
polieren
auch
sollte
der
an
Minuten
lost die Politurschicht und deckt
wieder auf
Bearbeitungsgefuge
polierten „Hochglanzes").
Weiter
zwei
Schwefelsaure, anschliessend Auskochen in
destilliertem Wasser. Dieser
des
wahrend
Einfluss
(„Seidenglanz"
anstelle
mehrmaligen Hochglanzpolierens
werden. Aus bekannten Gründen lässt sich die Politurschicht¬
nicht
direkt messen,
darf angenommen
aber
werden, dass
von
es
wiederholtem
Hochglanz¬
die Politurschicht verstarke
Dem Zahlerversuch wurden daher
glatte.
beigefugt, eine erste mit bestimmt nur
eine zweite mit dreimal glacierten Steinen, beide
und die Oberflache weiter
—
noch zwei weitere Varianten
einmal
aus
glacierten
und
derselben Korundbirne stammend
ZV 19
Normalvariante mit
•
normalpolierten
und nicht weiter behandelten
Steinen;
ZV 29
Normalpolierte,
angegeben);
ZV 30
Nur einmal
ZV 31
Dreimal
dann aber
glacierte
glacierte
Pro Variante wurden
abgeatzte
Sterne ohne
Steine ohne
je
5
Steine
(Behandlung
wie
oben
Nachbehandlung;
Nachbehandlung.
MG-1-Zahler, Nennlast
10
A, Zahlerkon¬
ausgerüstet und dem Versuchsbetrieb bei alternierend
U/kWh
10% und 12 Std. 200% allseitige Last übergeben. Alle übrigen
Versuchsparameter waren wieder übereinstimmend: Durchmesser der
Stahlkugel, Steinorientierung, Schmiermittelqualitat (MS-2-Ö1) und
-menge, Lagertype (Einsteinlager) usw. Unter der üblichen Messlast
von 5% allseits wurde bei 0, 1; 3; 7; 11,2 und 16 Millionen System¬
umdrehungen der Zahlerfehler gemessen und die in Tab. 3, S. 764,
wiedergegebenen Werte erhalten.
stante 300
12 Std.
Der Mittelwert der Variante ZV 29 verlauft deutlich tiefer, also
gunstiger
als
die
Normalvariante; auch die Streuung
ist
un¬
grösser als
glacierten Steine verhielten sich im Mittel ahnlich
wie die Normalvariante bei anfanglich etwas grosserer Streuung, wah¬
rend die dreimal glacierten Steine mit ihrer vermutlich dickeren Politur¬
normal. Die einmal
schicht einen deutlich besseren Kurvenverlauf aufwiesen mit einer der
Normalvariante
vergleichbaren Streuung.
764
H. Merz
Tabelle 3.
Zählerfehlermessungen an Versuchen mit abgeätzten
den -polierten Saphirlag ersteinen
Tt
=
Bange und A
t in
%: durchschnittliche Fehleränderung gegenüber
Versuchsbeginn nach Dauerversuch
Var.
Variante
Nr.
Kurzbez.
1-10«
Ät
3-10«
Ät
R
und verschie¬
von
11,2-10«
7-10"
Äi
R
total Umdrehungen:
Äi
R
R
16-10"
Äi
R
ZV
19
NormalTariante
-1,17
1,66
-2,16
3,07
-3,72
4,39
-4,30
3,99
-2,60
5,70
ZV
29
abgeätzt
-1,42
3,59
-2,40
3,65
-6,04
6,50
-6,65
10,08
-4,41
10,53
ZV 30
1
x
glaciert
-1,52
3,61
-1,87
5,08
-3,12
4,64
-3,77
3,82
-2,50
3,29
ZV
3
x
glaciert
-1,53
2,09
-1,20
3,24
-1,47
3,52
-1,94
3,57
-1,52
2,74
31
Die
mikroskopische Beurteilung
gab folgende Beobachtungen:
—
der
Lager
nach Versuchsabbruch
er¬
Ölzustand: Bei allen Varianten unverändert schmierfähig, jedoch bei ZV 29
teilweise
—
Abriebprodukte enthaltend.
Kugelabnützung: Varianten ZV 19, ZV
geätzten Steinen etwa doppelt so intensiv.
Stein- und
bei den
Diese
nissen
Feststellungen
decken
30 und ZV 31
vergleichbar,
sich mit den messtechnischen
Ergeb¬
.
5.55.
Schlussfolgerungen
aus
den Versuchen
Aus den oben beschriebenen Versuchen mit thermisch
behandelten,
abgeätzten und verschieden stark polierten Lagersteinen geht wohl ein¬
deutig hervor, dass mindestens bei unseren Versuchsbedingungen (hohe
spezifische Lagerbelastung und kleine Umdrehungsgeschwindigkeit) ein
Entfernen beziehungsweise Umgehen der Politurschicht nicht zu der
zunächst zu erwartenden Verbesserung der Laufeigenschaften führt,
sondern diese im Gegenteil verschlechtert. Das bedeutet offensichtlich,
dass die Politurschicht des Lagersteins verbessert werden muss, soll das
eingangs gestellte Problem erfolgversprechend angegangen werden.
6.
6.1. Versuch
zu
DISKUSSION DES PROBLEMS
einem Modell des
Abnützungsmechanismus
Aus den bis hierher
Überlegungen
unterlager das
im
Zählerunterlager
durchgeführten Versuchen und daran geknüpften
Abnützungsmechanismus im Zähler¬
Modell
entwerfen:
folgende
lässt
sich für den
Verbesserung
Wird das
Lager
der
im
Reibungskonstanz
von
765
Elektrizitätszählern
geschmierten Zustand bei Stillstand belastet, so
Umdrehungen zwischen den Lagerpartnern
wird sich schon bei den ersten
die trennende Schmierschicht auf ein
Epilamen
reduzieren. Die Ober¬
von Stein und Kugel gleichen, stark vergrössert, einer Hügel¬
landschaft; die Höhenunterschiede sind zwar gering (Grössenordnung
flächen
Ä,
je ein ja erreichend) und bei gut polierten Lagerteilen
ohne scharfe Spitzen. Trotzdem wird im Sinne statistischer Gesetze ge¬
legentlich eine erhabene Stelle der Kugel auf eine solche des Steins
treffen. Der Ölfilm wird daselbst abgerissen, die Stahloberfiäche gleitet
direkt über die Saphiroberfläche. Dadurch entsteht an dieser Stelle
Reibungswärme, und zwar so rasch, dass sie auch von den metallischen
Oberflächen nicht abfliessen kann und es zu lokalen Wärmestauungen
100 bis 500
kaum
kommen wird. Zusammen mit der sich einstellenden höheren
Belastung
Scherfestigkeit der Stahlkugel örtlich überschritten, pla¬
stische Verformung stellt sich ein, und in der Folge bildet sich eine Art
Metallbrücke zwischen Kugel und Stein, indem das Metall auf dem
Stein eigentlich festschweisst. Die anschliessende Abscherung wird wohl
wird die lokale
meistens im
auch in
der
metallischen
Politurzone
Teil der Brücke
stattfinden, zuweilen aber
des
letzteres
Saphirsteins,
besonders
dann,
„schwache" Saphirstelle trifft, zum Beispiel
Abscherung
Rand einer der überdeckten, zugesinterten Bearbeitungsspuren. Die
wenn
am
die
eine
getrennten Flächen sind
zunächst sehr
oberflächenaktiv,
die metallische
physikalisch-adsorptiv und chemisch-reaktiv, die mineralische dagegen
wohl eher nur physikalisch-adsorptiv, beide jedoch von einer anormalen
Kristallstruktur.
Abgescherte
führen, da
es
Schweissstellen können erneut
sie durch
Materialauftrag
können zuweilen ganze Perlenketten
werden.
Bildet dies die eine
obachteten
aus
Laufspuren,
zu
einer
von
einseitig erhaben sind;
Schweisspunkten bemerkt
für die
Möglichkeit
Entstehung
oder Schweissbrücken führen
ihrer
sungen
und Ausbrüchen,
Schleifspur,
zu
diese Ausbrüche wieder
im
schweissung begleiten:
Sinne einer
jedenfalls
die Politurzone.
in der
Ausbrüchen
neuen
Änderungen
der
zu
neuen
VerschweisReaktion
autokatalytischen
Ausbrüche werden
begünstigt
Oberfläche, welche die Ver¬
die Politurzone wird lokal
abgetragen,
oder sie
weitgehend abbauen; kristallines Material
Folge stets gefährlichere Ausbruchpartikel als
kann ihre Gitterfehlstellen
liefert
von
stärkeren und zahlreicheren Ausbrüchen
oder gar einer Kettenreaktion. Die
durch reliefstrukturelle
der be¬
wird eine weitere auf einzelnen Ausbrüchen
so
den Politurschichten beruhen. Einzelne Partikel
entlang
Verschweissung
zumindest
H. Merz
766
Der
bis
dahin
beschriebene
Abnützungsvorgang
stimmt
mit
den
zwischen 0 und 2... 5 Millionen Rotor¬
messtechnischen
Beobachtungen
drehungen überein (Absinken der Fehlerkurve entsprechend einer Rei¬
bungszunahme). Würde dieses Modell auch für den weiteren Verlauf
der Abnützung gelten, so wäre ein mehr oder weniger lawinenartiges
Anschwellen des Abriebs und letzten Endes eine vollständige Zerstörung
des Lagers zu erwarten. Dies tritt in Ausnahmefällen denn auch tat¬
sächlich auf (Ausreisser), aber bereits auch häufiger, falls die Abrieb¬
quote im Lager künstlich erhöht oder, weniger ausgesprochen, wenn die
Politurzone thermisch
ein weiterer Effekt ein
S.
wird.
entspannt
Abklingen
der
Normalerweise
Abnützung,
muss
demnach
das in der
Fig. 2,
727, erscheinende Abbiegen der Fehlerkurven in die Horizontale,
ergeben;
dieses wird offenbar bestimmt durch einen dem
entgegen gerichteten Politurvorgang,
Abriebprozess
der in den Laufrillen einsetzt und
Gleichgewicht halten kann, so dass sich phänomeno¬
Reibung ergibt. Diese Politur in den Laufrillen
logisch
ist analog der Verschweissung und dem Abrieb ein örtlich und zeitlich
sehr beschränktes Ereignis, das jedoch mit grosser Häufigkeit statt¬
findet. Der Politurprozess verläuft ähnlich wie der bei der Lagerstein¬
herstellung stattfindende: die lokalen Verschweissungen führen nicht
nur zur Erzeugung von Abrieb, sondern auch zu einer Verfestigung der
Oberfläche, und zwar vor allem der metallischen Kugeloberfläche, indem
durch die unter Schubkräften ablaufende, plastische Verformung Oxyd¬
teile eingearbeitet und das Gitter lokal gestört wird. Die Saphiroberfläche
wird zufolge plastischen Fliessens laufend eine lokale Politurerneuerung
dem Abrieb das
Konstanz der
erfahren,
wohl etwa als eine Art
6.2.
,,Subkorn-Sintern".
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
Bestrebungen zur Verbesserung der Konstanz der Reibung über
längere Betriebszeiten müssen nach dem Gesagten offenbar in erster
Linie die Erhaltung der Politurschickt auf der Saphir- und Stahlober¬
fläche anstreben. Der instabile Zustand „Politurschicht" muss so gut
möglich haltbar gemacht, beziehungsweise ständig erneuert werden,
durch Abtrag oder lokale thermische Ausheilung der Gitterfehlstellen
beziehungsweise Rekristallisation an Politurschicht partiell verloren
wie
was
geht.
Der
am
Anfang
Systemumdrehungen
der Zählerfehlerkurve während der ersten Millionen
bestehende Abfall
dass das Einsetzen des
3.1
und 6.1 im
muss
dadurch vermieden werden,
selbsttätigen Lagerpoliturprozesses, wie er nach
Einsteinlager beobachtet werden kann, der Inbetrieb-
Verbesserung
nähme
des
Anfang
muss
an
der
Reibungskonstanz
Lagers vorgeschaltet
möglichst gleichmässig
wird.
von
Die
767
Elektrizitätszählern
Politurschicht
beschaffen sein; ihre
muss
von
Scherfestigkeit
auch in der äussersten Zone gross sein, indem hier während der
Verschweissungsvorgänge am ehesten plastische Deformation eintreten
allfälliges Bestreben der Politurschicht zur Ausheilung der
Gitterfehlstellen oder Rekristallisation muss möglichst lange, tunlichst
ständig, unterbunden werden.
wird. Ein
Anwendung
6.3.
Politurschicht-fördernder Substanzen beim Polieren und während des
Lagerbetriebes
Die
Forderung
nach einer
nächst den Gedanken
der
Saphirsteine
Stabilisierung
der Politurschicht lässt
aufkommen, durch geeignete Zusätze
zum
zu¬
Polier¬
Ausbildung der Politurschicht während des Poliervorganges
selbst zu begünstigen. In einem Vorversuch (siehe S. 736) war ja bereits
festgestellt worden, dass die Beigabe gewisser Substanzen (Rost) zum
Schmiermittel nicht zu einer Erhöhung der Reibung, sondern im Gegen¬
teil zu ihrer Verminderung führt.
mittel die
Solche Zusätze können der Politurschicht in verschiedener Weise dar¬
geboten
werden:
einmal in bestimmter Konzentration
wobei dies in Form
dem Schmier¬
Ausfällen oder Lösen im
mittel,
Suspendieren,
MS-2-Ö1 geschehen kann. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Bei¬
gabe beim Polieren, sei es zum Poliermittel, sei es durch Ersetzen der
von
Diamantaufschlämmung durch eine Aufschlämmung aus der
gewünschten Substanz während eines Teils des Politurprozesses.
Ein Zusatz zum Grundmaterial kann sinngemäss nicht in Frage
kommen, sollen doch die Substanzen in der Politurschicht eine amorphe
oder zumindest kryptokristalline Struktur herbeiführen; dem Grund¬
material beigegeben, würden sie dessen Kristallisation behindern oder
gar verunmöglichen. Umgekehrt wird man mit Vorteil möglichst wirk¬
same Substanzen unter denjenigen Stoffen suchen, die bei der Korund¬
synthese sorgfältig vermieden werden müssen (Si, Ca, Ba, B usw.), um
üblichen
eine fehlerfreie Kristallisation
zu
erreichen.
Verwendung von Glassteinen
denken; entsprechende Versuche von Shotter (1953) haben jedoch
negative Ergebnisse gezeitigt (extrem starke Zunahme der Reibung be¬
reits nach kurzer Betriebszeit). Offenbar reicht die Druckfestigkeit von
Glas nicht aus. Die oben vorgeschlagenen, vergütet polierten Lagersteine
sollen die Vorzüge der Politurschicht eines reibungskonstanten Verhal¬
Man könnte
tens
mit
den
allenfalls auch
an
eine
vorzüglichen Festigkeitseigenschaften
Grundmaterials verbinden.
des
kristallinen
H. Merz
768
7. VERSUCHE ZU EINER
VERGÜTUNG
7.1. Wahl der
Die Wahl der
danach
zu
zur
richten,
DER POLITURSCHICHT
Substanz-Verbindung
Vergütung
verwendeten
Verbindungen hat sich
Anwendung finden
in welcher Weise die Substanzen
sollen:
Sollen sie
Polieren verwendet, also dem Poliermittel
beigegeben
gegenüber dem Schmelzpunkt des Korunds
(2050° C) einen deutlich tieferen Schmelzpunkt und einen möglichst
hohen Siedepunkt aufweisen, ausserdem möglichst inert sein, um keine
Ätzerscheinungen hervorzurufen. Die Härte der Verbindung darf be¬
trächtlich sein (zusätzliche Polierwirkung). Diesen Forderungen können
nur Oxyde genügen.
—
werden,
—
so
zum
müssen
Soll die Substanz
also als Zusatz
zum
sie
dagegen wirken,
während das
Schmiermittel dienen, dann
Lager
muss
in Betrieb
ist,
sie andern An¬
forderungen genügen: sie darf keinerlei korrodierende Wirkung auf die
sehr empfindliche Oberfläche der Stahlkugel ausüben; damit scheiden
die meisten anorganischen Verbindungen wie Halogenide, Nitrate, Sul¬
fate, Phosphate usw. aus. Von diesem Standpunkt aus verbleiben auf
der anorganischen Seite ebenfalls nurmehr Oxyde. Diese haben aber
den Nachteil hoher Kohäsion, damit aber der Reaktionsträgheit und
mechanischer Störung des Lagerbetriebs. Besser geeignet sind weiche
organische Verbindungen mit tiefem Schmelzpunkt, die im Schmieröl
emulgiert, aufgeschlämmt oder gar gelöst werden können: Stearate,
Naphthenate, Oleate usw. Diese Stoffe dürften die Schmiereigenschaften
des Öles oft noch verbessern und zerfallen überdies relativ rasch, sobald
sie in den Bereich einer Mikroschweissstelle
geraten.
schaftswerte
S. 770/771, ist eine Zusammenstellung wichtiger Eigen¬
gegeben, welche bei der Politurvergütung eine massgebende
Rolle
können.
In Tab. 4,
spielen
7.2.
7.21.
Einbringen
Zugabe während des eigentlichen Poliervorganges
Hierfür bestehen drei
Polierart 1
der Reaktionssubstanzen
:
Möglichkeiten:
Beimengen der Substanzen zum Poliermittel, zum Beispiel
im VolumenVerhältnis Zusatzsubstanz
zu
Diamant wie 1:1. Dies hat
Verbesserung der Reibungskonstanz
von
Elektrizitätszählern
769
den Vorteil, den
eigentlichen Poliervorgang so wenig wie möglich zu
Gegenwart der Substanz während der ganzen Politur.
Polierart 2 : Der Saphirstein wird zuerst mit der normalen Diamantaufschlämmung vorpoliert, dann aber das Polieren vor Beginn des glacage
unterbrochen; der Stein wird gereinigt und der Hochglanzpoliturprozess
mit frischem Polierholz und einer Aufschlämmung von reiner Reaktions¬
substanz (ohne Diamant) durchgeführt. Diese Art hat gegenüber der
ändern und der
ersten den
Vorteil, dass während des für die Ausbildung der
Politurzone
äussersten
ausschliesslich mit der Reaktions¬
wichtigsten Endprozesses
gearbeitet wird.
Polierart 3: Der gesamte Poliervorgang wird ohne Diamant, also aus¬
schliesslich mit Reaktionssubstanz durchgeführt. Dieses Verfahren bietet
gegenüber dem zweiten keine wesentlichen Vorteile, hat dafür aber all¬
gemein gewichtige Nachteile: die Oberflächengüte erreicht auch nicht
substanz
annähernd den Grad der beiden andern Verfahren oder gar des normal
hergestellten Steins,
ein Poliereffekt
sondern
es
ist in den meisten Fällen kaum mehr
feststellbar; dies führt
zu
sehr
unregelmässigem Lauf¬
gerade zum Gegenteil
(Ausbrüche, Aufrauhung usw.), also
All das ist jedoch durchaus verständlich, erreichen
Angestrebten.
doch die wenigsten Oxyde nur annähernd die Härte des Korunds und
können demzufolge die Einleitung des Poliervorganges, den durch
schneidenden Abtrag immer feiner werdenden Abschliff, überhaupt
verhalten
des
—
nicht übernehmen.
Auch die nach den Polierarten
1
und
weisen nicht immer die sonst erreichte
hergestellten Lagersteine
Oberflächengüte auf; das Vor2
bearbeitungsgefüge schimmert bei 200facher Vergrösserung unter dem
Lichtmikroskop betrachtet teilweise noch schwach durch. Während dies
bei gewöhnlichen Steinen eindeutig eine Verschlechterung gegenüber
dem hochglanzpolierten Zustand darstellt, ist bei den vergütet polierten
Steinen bis
zu
mittlerer Kratzerstärke kein solcher Einfluss festzustellen.
Vergütungspolieren verbessert demnach nicht nur die Konstanz
Reibung bei hoher Lagerbelastung, wie im Nachstehenden noch ge¬
zeigt wird, sondern es vermindert zugleich die Empfindlichkeit des
Lagers hinsichtlich seiner Oberflächenfehler.
Das
der
7.22.
während des
Lagerbetriebes
Lagersteine, welche vergütet poliert wurden, ergeben zwar während
gewissen Zeit befriedigende Konstanz der Reibung (siehe Fig. 7,
743), lassen jedoch in der Folge häufig eine gewisse Erschöpfung der
einer
S.
Beigabe
23
24
27
28
30
32
34
Cr203
C02O3
NiO
ZnO
Ge02
Se02
22
Ti02
V2Os
20
CaO
4+
14
15
SiOa
P2O5
2+
12
MgO
4+
4+
2+
2+
3 +
3+
5+
4+
2 +
5+
3 +
2 +
04
3 +
05
13
AI2O3
Kation
B2O3
Kation
substanz
keit
Wertig¬
BeO
Atomnr.
Ä des
0,50
0,53
0,74
0,69
0,63
0,63
0,59
0,68
0,99
0,35
0,42
0,66
0,23
0,35
0,51
Kations *)
in
Ionenradius
1,00
A1+++
0,98
1,04
1,45
1,35
1,24
1,24
1,16
1,34
1,94
0,69
0,82
1,30
0,45
0,69
zu
Verhältnis
radien-
Ionen¬
450
563
1710
2800
350
1115
>1800
1990
(895)
1990
690
2580
ca.
2530
2050
punkt
in°C*)
Schmelz¬
(895)
(1750)
2850
347
2230
1500
3900
3500
°C*)
subl.
315
subl. 1800
subl.
ca.
in
-
-
-
-
-
+
-
-
+
-
erniedrigung
im System mit
A1203**)
Schmelzpunkts
-
+
+
+
+ +
-
-
-
+ +
-
-
-
+
+
-
wirkung
gütungs¬
Politurver¬
Beobachtete
wirksamer Substanzen
Verdamp¬
fungspunkt
Eigenschaften einiger gegenüber Korund politurvergütend
Reaktions-
Tabelle 4.
<!
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
Elektrizitätszählern
s
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>o
05
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
+
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771
772
H. Merz
durch
Vergütungswirkung
tionssubstanzen
wirkungsvoller.
zum
Abtrag
Eine
erkennen.
Schmiermittel
gestaltet
sich
Beigabe der Reak¬
über längere Zeit
Auch hier lassen sich drei verschiedene Verfahren
wenden, die hier allerdings
von
der Natur der Substanz
Aufschlämmung: Oxydische
an¬
abhängen:
Zusätze wurden durch Zerreiben in der
Achatschale zerkleinert, zuerst trocken und dann unter Schmieröl MS 2.
Die dabei durchschnittlich erreichte
Auch Borsäure musste
Schichtstruktur
an
Korngrösse betrug 1 fi und weniger.
aufgeschlämmt werden, wobei allerdings seine
sich schon schmierverbessernd wirkt.
Suspension durch Ausfällung : Bedeutend besser als diese reine
Aufschlämmung oxydischer Reaktionssubstanzen wirken Suspensionen
frisch ausgefällter organischer Verbindungen. So wurden zum Beispiel
Versuche mit Metallstearaten durchgeführt, deren Kation eine Politur¬
vergütung des Saphirs erwarten lässt. Hierbei wurde das Stearatpulver
im normalen Schmieröl MS 2 bis über seinen Schmelzpunkt erwärmt
und gelöst; beim Abkühlen ergab sich dann eine feinstkörnige Suspen¬
sion, die bei höheren Konzentrationen das Ol bis zu fettartiger Kon¬
sistenz verdickte.
Lösung
stanzen
:
im
Noch besser verhält sich natürlich eine
meist nicht erhältlich.
teerähnliche
Lösung
solcher Sub¬
Öl. Leider sind sie als lösliche Verbindungen im Handel
Substanz,
Einzig Bariumnaphthenat,
erwies
sich als
substanz. Öllösliche
sehr
haben den
gut
eine
konsistenzmässig
öllösliche
Reaktions¬
Vorteil,
Verbindungen
Lagerbetrieb
wie das zum Beispiel
zu beeinträchtigen,
bei den oxydischen Zusätzen immer wieder festgestellt werden musste.
Ausserdem kann durch Variation der Viskosität des Trägeröles auch
für einen ganz bestimmten Gehalt an Zusatzsubstanz die richtige Vis¬
kosität des Schmiermittels eingestellt werden.
den
in keiner Weise mechanisch
7.3. Zählerlaufversuche
7'.31.
Beschreibung
der
Versuchseinrichtung
Aussagen über die Wirksamkeit der Politurvergütung an
Unterlagersteinen konnten nur Zählerversuche selber geben, bei welchen
Systemgewicht und Tourenzahl praxisentsprechend eingehalten wurden.
Überdies war ein
Lastwechsel¬
allerdings sehr stark vereinfachtes
schema angezeigt, meist 8. .12 Std. 10% der Nennlast als Kleinlast¬
punkt, während der übrigen Zeit Verharren unter Grenzlast, im Falle
des MG 1 auf 200% der Nennlast.
Bindende
—
—
.
Verbesserung
Um
die
der
Reibungskonstanz
individuellen
schwankungen,
Elektrizitätszählern
von
des Versuchs
Begleitumstände
Stromunterbrüche
Auswertung berücksichtigen
zu
im
773
Netz
(Spannungs¬
usw.) bei vergleichender
können, erhielt jede Versuchseinheit
in Einstein- und eventuell auch in
entsprechende
Doppelsteinlager-Ausführung; die eigentlichen Versuchsvarianten wur¬
den jedoch ausnahmslos in Einsteinlager-Ausführung ausgerüstet.
Als Kriterium für die Reibung gilt der Zählerfehler (Definition siehe
3.1); seine Messung erfolgte jeweils bei 5% der allseitigen Nennlast als
der kleinsten, noch verlässlich erfassbaren Umdrehungsgeschwindigkeit
(optimales Verhältnis zwischen grösstmöglicher Empfindlichkeit und
sicherer Reproduzierbarkeit der Messungen). Um den Einfluss der
Strom- und Spannungsschwankungen auf die Messungen zu eliminieren,
Normalvarianten
wurde die
zu
messende Versuchseinheit in Serie mit einem Eichzähler
(spannungsseitig an die gleiche
Stromspulen der Versuchszähler)
stromseitig
geschaltet; die Steuerung des Eichzählers erfolgte durch Photozellen¬
abtastung. Als Messwertablesung galt die Anzeige des Eichzählers für
eine dreimalige Systemumdrehung des Prüflings. Pro Messpunkt wurde
der
Type
Landis
&
Gyr
CFMF3E1
in Serie mit den
Phase und
jeder Zähler dreimal auf diese Weise gemessen, so dass letzten Endes
jeder Messpunkt eines einzelnen Versuchszählers als Mittel aus neun
Systemumdrehungen aufgefasst werden kann; damit wurden sehr kurz¬
zeitige, vorübergehende Störungen im Laufzustand nicht zu stark über¬
bewertet.
Die
+
Reproduzierbarkeit
einer
Messung lag
0,5% relativ; bei bedeutendem Abrieb oder
im
zu
allgemeinen innerhalb
grobkörnigen Schmier¬
mittelzusätzen trat aber auch stärkere Inkonstanz auf und erhöhte dann
die
Reproduzierbarkeit
7.32.
bis auf maximal +
Programm
und
5%
relativ.
Vorbereitungen
Versuchsprogramm umfasste eine grössere Anzahl interessierender
Zusatzsubstanzen, die entsprechend der jeweiligen Vergütungsmethode
einer der drei in Tab. 5, S. 774—775, aufgeführten Gruppen zugeordnet
wurden. Es war nicht möglich, alle sich ergebenden Kombinationen zu
berücksichtigen, da dies einen untragbaren Aufwand bedeutet hätte.
Für die Kugel wurde neben dem üblicherweise verwendeten, nicht
Das
rostsicheren
Kugellagerstahl bei gewissen Varianten auch Rubin ein¬
vergleichsweise auch als Kugel ein der Lagerpfanne analog
gesetzt, um
vergütbares Material
Die
zu
untersuchen.
Herstellung sämtlicher poliervergüteter Pfannenlagersteine
nach
774
H. Merz
Programm
Tab. 5, S. 774—775, übernahm in verdankenswerter Weise
die Firma Swiss Jewel in Locarno.
Die Konzentrationen 1
10 für
:
die Varianten mit
Stahlkugel
und
sind in Vorversuchen als
Rubinkugel
opti¬
Rubinkugel verlangt entsprechend der be¬
deutend schlechteren Beschaffenheit ihrer Oberfläche gleichsam einen
höheren Gehalt an Substanz zur Erzielung wirksamer Vergütung.
mit einem Lösungsmittel
Die Lagerteile wurden sorgfältig gereinigt
unter Druckluft abgespritzt, anschliessend in frisch kondensiertem,
und nach einer letzten mikroskopisch¬
heissem Cyclohexan extrahiert
visuellen Kontrolle in üblicher Weise zusammengebaut. Leider erwies
sich dabei ein grosser Teil der Rubinkugeln von sehr schlechter Ober¬
flächengüte (Löcher, Kratzer und Scharten; die Kugeln lassen sich näm¬
1
:
3,25 für
diejenigen
mit
male ermittelt worden; die
—
—
lich wegen ihrer Gestalt
der
nur
mit einem verschwindend kleinen Bruchteil
Bearbeitungsintensität polieren,
Tabelle 5.
Programm für
die
mit der die Steinkalotten behandelt
Zählerlaufversuche
mit vergüteten
Saphirlager¬
steinen
1.
Gruppe: Vergütete Saphirlagersteine
Zusatzsubstanz
BeO
Polierart
mit normaler
Mit
Stahlkugel
Schmierung
Mit
Rubinkugel
1
ZV 34
2
ZV 35
1
ZV 36
2
ZV 37
1
ZV 38
2
ZV 39
CaO
2
ZV 40
ZV 41
Cr203
2
—
ZV 42
CoüOs
2
—
ZV 43
NiO
2
ZV 44
ZV 45
Ge02
2
ZV 46
ZV 47
Zr02
1
ZV 48
2
ZV 49
B203
MgO
M0O3
Sn02
2
—
•—
—
—
—
—
—
—
ZV 50
1
ZV 51
2
ZV 52
ZV 53
Te02
2
ZV 54
ZV 55
Ce02
2
ZV 56
ZV 57
WO3
2
ZV 58
ZV 59
—
Verbesserung
Gruppe:
2.
der
Reibungskonstanz
Elektrizitatszahlern
von
Normal
hergestellte Saphirlagersteme und
pohturvergutenden Schmierzusatzen
MS
2-Ö1
775
mit
Gewichtsverhaltn.
Reaktionssubstanz
Reaktionssubstanz
zu
Borsaure
Tristearylborat
Zinkstearat
Banumstearat
Bariumnaphthenat
3.
Mit
Stahlkugel
Mit
Rubinkugel
Schmieröl
ZV 66
1
.
1
:
4
ZV 67
1
.
25
ZV 69
1
:
2
ZV 70
ZV 71
1
.
10
ZV 72
ZV 73
2,75
ZV 68
ZV 74
3,25
1
.
1
:
10
1
:
3,25
1
.
ZV 75
ZV 76
10
ZV
38%
77
ZV 78
ZV 79
Gruppe: Vergütete Saphirlagersteme und MS 2 öl mit entsprechenden
pohturvergutenden Schmierzusatzen (Kombinationen)
Gewichtsverhaltnis Zusatzsubstanz
zu
Reaktionssubstanz
1
mit
BaOs/Borsaure
Schmieröl
Polierart
2
CaO
2
Cr203
2
:
10
Stahlkugel
^—
ZV 85
—
1
mit
:
3,25
Rubinkugel
ZV 84
—
ZV 86
CoaOs
2
ZV 87
ZV 88
NiO
2
ZV 89
ZV 90
ZnO
2
ZV 91
ZV 92
GeOa
2
ZV 93
ZV 94
M0O3
2
CdO
2
Sn02
2
Te02
2
ZV
1
ZV 101
2
ZV
102
CeOa
2
ZV
103
ZV 104
PbO
2
ZV 105
ZV 106
BaO/Bariumstearat
—
ZV 95
ZV 96
ZV 97
—
ZV 98
99
ZV100
—
—
5
5
5
II
III
in A
strom
Nenn¬
I
heit
Ein¬
600
600
600
U/kWh
Konst.
12 Std.
12 Std.
12 Std.
10%
200%
10%
200%
12 Std.
12 Std.
10%
200%
12 Std.
allseits
Lastprogramm
4
4
4
pro Var.
Zähler
Anzahl
die
15
0; 1,0; 2,3; 4,0; 7,9; 13,1
0; 1; 2; 4; 8; 11,8
0; 1; 2; 4; 6; 8;
folgender Anzahl SystemUmdrehungen (x 106)
nach Erreichen
Zählerlaufversuche
Messpunkte
Dauerversuchsbedingungen für
Zählerdaten
Tabelle 6.
34.
.39, ZV 48, ZV
Normal Variante )
(Stahlkugel-EinsteinNormalvariante)
(Stahlkugel-Doppelstein-
.
(Rubinkugel-Einstein-
(Stahlkugel-Doppelstein-
ZV 63
ZV 66 und ZV 68
Normal Variante )
(Stahlkugel-EinsteinNormalvariante)
Normalvariante )
ZV 62
ZV 33
49
(Stahlkugel-EinsteinNormalvariante )
ZV 70... 73
ZV 61
ZV 60
ZV
ZV 32
9
8
7
Tabelle
siehe
Resultate
Saphirlagersteinen
Varianten
mit vergüteten
CR
5
5
V
VI
600
600
300
10%
200%
10%
200%
10%
200%
12 Std.
12 Std.
8 Std.
16 Std.
8 Std.
16 Std
0; 1,1; 2,2; 4,8; 8,5
0; 1,2; 2,0; 4,2; 8,5
0; 1,0; 2,3; 4,0; 8,5
72 g.
Schmiermittelmenge:
normal
Umdrehungsgeschwindigkeit:
Kugeldurchmesser: 1/16".
Systemgewicht:
Einstein-Lagertype getestet.
Zahlertype: Dreiphasenzahler
3
3
5
Für alle Einheiten gemeinsame Versuchsdaten:
Sämtliche Versuchseinheiten wurden als
10
IV
(Stahlkugel-Einstem-
.
.53, ZV
74.
87.
.
10%
ca.
0,02, bei 200%
V 50 Hz.
ca.
(d. h. fabrikationsentsprechend).
bei
380/220
ZV 103...106
MG 1
79,
12
11
10
0,4 U/s.
.92,
ZV 96, ZV 97, ZV 99, ZV 100,
.59, ZV 85, ZV
45,
.
ZV
54.
.
(Stahlkugel-DoppelstemNormalvanante)
Normalvanante)
ZV 40, ZV 41, ZV 43...
ZV 83
101 und ZV 102
.
(Stahlkugel-Emstem-
98, ZV
ZV 82
ZV
ZV 84, ZV 86, ZV 93... 95,
50.
Normalvariante)
(Stahlkugel-Doppelstem
Normalvanante)
(Stahlkugel-Einstem-
ZV 42, ZV
ZV 81
ZV 80
ZV 69
(Stahlkugel-DoppelstemNormalvanante)
Normal Variante)
ZV 67 und
ZV 65
ZV 64
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H. Merz
778
werden, indem sie nach dem gleichen Prinzip
werden wie die
Stahlkugeln).
Die
—
Rollieren—feinbearbeitet
Mischungen
des Schmiermittels mit
den verschiedenen Zusätzen wurden wie in 7.21 und 7.22 beschrieben
hergestellt.
7.33.
Durchführung
und Resultate
Da auf die Grösse der Zählerversuchseinheiten Rücksicht genommen
werden musste, konnten die drei
werden, sondern
mussten
Gruppen
auf sechs
Einheit wurde mit Einstein- und
nicht
gesamthaft
Einheiten verteilt
untersucht
werden.
Doppelstein-Normalvarianten
Jede
als Ver¬
gleichsbasis ergänzt.
Die Versuchsbedingungen der einzelnen Einheiten sind in Tabelle 6
S. 776/777, zusammengestellt; die Resultate (Mittelwert und Range der
Zählerfehlerdifferenz gegenüber Versuchsbeginn für jeden Messpunkt)
enthalten die Tabellen 7 bis 12, S. 779—783. Die geringen Unterschiede
in den Versuchsbedingungen (Messpunkte, Nennstrom und Dauer¬
versuchsprogramm) waren technisch bedingt und dürften die Vergleich¬
barkeit der Resultate nicht beeinträchtigen.
Bei nahezu allen Varianten besteht ein mehr oder weniger deutlicher
Vergütungseffekt, erkennbar an einer gegenüber der Normalvariante
ausgeglicheneren Fehlerkurve. Die Vergütung wirkt aber nicht immer
langfristig; diese Erscheinung ist vor allem bei nur poliervergüteten
Lagersteinen zu beobachten, zum Beispiel bei Variante ZV 35, Fig. 7,
S. 743. Die Kurven halten sich
6 Millionen
Umdrehungen,
zwar
im Mittel sehr
danach fallen sie
gut
jedoch
konstant bis
zu
allmählich auf das
Niveau der Einstein-Normalvariante ab.
Eine
ausgezeichnet stabilisierende Wirkung
Reibung üben Bariumverbindungen aus. Dieser
dann voll genutzt werden, wenn die mechanisch
auf das Verhalten der
Effekt kann besonders
störenden Einflüsse der
Zusatzsubstanz auf ein Minimum beschränkt oder ganz
ausgeschaltet
werden, wie dies bei organischen Verbindungen der Fall ist. So zeigen
zum
Beispiel
ZV 76... 79
die Varianten mit Bariumstearat und
in
der
Ausführung
Bariumnaphthenat
Einsteinlager sogar äquivalentes
Doppelsteinlager (vgl. Fig. 12, S. 784,
als
Reibungsverhalten zum normalen
mit Fig. 4, S. 728).
Bei vielen Oxydzusätzen zum Schmiermittel
ist
dagegen
nische Störeinfluss trotz der Kornfeinheit als Inkonstanz
Mittel verlaufen die Kurven
zwar
besser als die
der mecha¬
spürbar; im
Einstein-Normalvariante,
Verbesserung
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Reibungskonstanz
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2,79
3.30
0,42
-4,14
3,08
-4,72
+
3,22
-2,26
+
1,50
0,36
-0,74
+
65
5,62
a
64
V
a
R
Äl
R
Äl
Gutekoeffizienten
R
8,5-10«
Äl
4,0-10"
%: durchschnittliche Fehleranderung gegenüber Versuchsbeginn
nach totaler Anzahl Umdrehungen von
R
2,3-10"
A f in
Äl
1,0-10"
(Range) und
ZV
Var.
R
6)
siehe Tab. 6)
1,40
-1,04
-0,05
7,52
1,53
+
6,98
1,52
+
2,87
+
68
Versuchsbedingungen
2,13
10,03
1,48
8,63
0,65
1,61
9,39
0,74
+
1,51
6,11
0,62
+
2,50
0,57
+
0,61
0,52
+
1,19
13,17
0,78
+
66
siehe Tab. 5 und 6,
1,13
0,79
0,34
1,15
0,93
+
0,65
0,27
+
0,73
-0,07
0,58
0,06
+
0,82
0,38
+
63
(Lagerkomponenten
5,98
3,46
2,52
-1,98
-1,62
1,24
Tabelle 10. Resultate der Einheit IV
2,87
2,00
0,87
2,53
5,61
+ 0,37
-6,20
3,45
4,84
-0,47
1,12
2,99
0,66
+
0,83
1,24
+ y
-1,28
a
+
v
a
R
2,61
Äl
R
Äl
R
Gutekoeffizienten
2,07
Äl
13,1-10«
nach
1,59
R
7,9-10"
von
-0,80
Äl
4,0-10"
Umdrehungen
Fehleranderung gegenüber Versuchsbeginn
siehe Tab.
+
R
2,3-10"
totaler Anzahl
Versuchsbedingungen
62
Äl
1,0-106
%:
siehe Tab. 5 und 6,
33
ZV
Var.
in
durchschnittliche
(Range)
und A f
R
(Lagerkomponenten
Tabelle 9. Resultate der Einheit III
o
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Verbesserung
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3
der
Reibungskonstanz
Elektrizitätszählern
von
781
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pH
pH
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0,86
2,73
+
-0,61
0,30
+
-0,93
1,00
+
41
43
44
45
54
55
56
57
58
59
+
2,01
+
-2,14
0,06
+
-1,02
0,92
+
40
1,33
0,59
0,66
0,06
+
83
0,18
4,94
0,26
3,21
1,52
0,74
4,32
0,23
3,03
-1,77
82
R
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Äl
1,05
0,48
0,67
-0,01
-3,32
+
-2,95
-0,24
-3,53
-0,05
-4,42
+
+
-2,35
-0,23
1,21
1,88
1,00
5,35
0,09
2,65
R
0,93
6,04
1,48
3,53
2,70
6,43
0,78
2,2- 10"
siehe Tab. 5 und 6,
0,35
0,22
-0,24
-1,10
+
-3,55
-1,06
-3,88
-1,00
-3,41
+
-0,45
+ 0,40
+ 0,04
-4,43
Äl
2,82
4,19
3,35
0,15
0,47
1,37
2,02
3,44
0,09
4,00
R
1,89
1,97
0,59
4,8-10"
0,41
0,77
-0,34
-1,17
+
-2,67
-0,33
-1,40
-0,43
-0,57
-0,13
-0,69
-0,68
+
-2,81
Äl
1,06
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0,48
0,43
2,81
R
3,32
0,66
2,35
1,85
2,53
4,02
1,68
2,39
8,5- 10"
0,22
1,55
0,67
2,52
0,42
3,24
0,60
2,35
0,71
0,55
1,02
0,18
3,11
a
1,59
2,85
1,07
2,78
2,35
4,68
1,05
1,82
1,46
1,75
3,40
0,21
2,87
y
1,81
4,40
LV4
5,30
2,77
7,92
1,65
4,17
2,17
2,30
4,42
0,39
5,98
a
+y
siehe Tab. 6)
Gutekoeffizienten
Versuchsbe ginn
Versuchsbedingungen
%: durchschnittliche Fehleränderung gegenüber
nach totaler Anzahl Umdrehungen von
(Lagerkomponenten
und A i in
-3,41
(Range)
ZV
Var.
R
Tabelle 12. Resultate der Einheit VI
So
Verbesserung
der
COOOCO[~M<>OtI<00
Reibungskonstanz
von
Elektrizitätszählern
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783
784
H. Merz
aber sowohl die Inkonstanz des Mittelwertes als auch die
deutlich
Streuung
sind
grösser. In krassen Fällen kann sich dieser Effekt auf den
Anfangsmesswert (auf
den
ja
alle andern
bezogen werden) derart aus¬
weniger stark ansteigen zufolge der
Abnahme der Reibung, beruhend auf einer Überlagerung der Vergü¬
tungswirkung mit einer Zerkleinerung der Beigabesubstanzen (siehe
Fig. 13, S. 784).
wirken, dass alle Kurven mehr oder
ZV 77
Fig.
12.
ZV 77
Zählerfehler in Funktion der Anzahl
Systemumdrehungen
8
Fig.
13.
ZV 90
der Variante
(mit Bariumstearat politurvergütungsgeschmierte Unterlager mit Stahlkugel).
Zählerfehler in Funktion der Anzahl
Systemumdrehungen
Mio Umdr.
der Variante
(Kombination von NiO-poliervergüteten Lagersteinen mit Politurvergütungsschmierung; mit Rubinkugel).
7.34.
Um das
der Resultate
umfangreiche Versuchsmaterial in eine übersichtlich-vergleich¬
zu bringen, sollen zwei einfache Gütekoeffizienten
eingeführt
zur Charakterisierung des
Kurvenverlaufs
(Mittelwert
gesamten
bare Form
werden
Auswertung
Verbesserung
und
Streuung)
Mittelwert der
Reibungskonstanz
Versuchsvariante,
einer
als Mittel
jedem Messpunkt
von
aus
Elektrizitätszählern
den
785
nämlich als Koeffizienten
Beträgen
der
a
den
Mittelwertskurven;
der Zählerfehler mittel
-
einer Variante. Jede
Abszisse, nach oben und unten,
erfasst werden
von
Ordinatenbeträge (Zählerfehler)
praktisch berechnet
werte
der
Abweichung von der
betragsmässig
Vorzeichen). Ein rein algebraischer
ist unerwünscht und soll
(daher Betrag ohne
Schwankungen
Mittelwert würde die
der Mittelwertskurve nicht berück¬
sichtigen, daher musste eine vereinfachte Art der Mittelwertsstreuung
Der Koeffizient y bedeutet den mittleren Betrag,
eingeführt werden.
den
aus
gebildet
Spannweiten aller Messstellen pro Variante. Auch die
Streuung an jeder Messstelle muss berücksichtigt werden; bei der ge¬
ringen Stückzahl pro Variante (3... 5) ist nur der Range (Spannweite)
—
sinnvoll.
a
und y wirken
besser, das
gleichsinnig: je kleiner ihr numerischer Wert, desto
heisst reibungskonstanter beziehungsweise streuungsärmer
ist die Variante. Die beiden Werte können daher auch
einem
zu
einzigen
Gütewert addiert werden. Einzeln orientieren sie über die Beschaffen¬
heit des Kurvenschwarms:
so
(a klein und
dass die Mittelwertskurve nicht wesentlich
von
y
gross)
an,
geben
zum
Beispiel
die Werte bei ZV 89
der Abszisse abweicht und sich diese Variante
gehend reibungskonstant verhält,
somit
die Einzelwerte
zwar
weit¬
dagegen
gesamthaft, also bezüglich a + y, als der
Normalvariante höchstens ebenbürtig betrachtet werden darf. Den um¬
gekehrten Fall (a gross und y klein) zeigt zum Beispiel die Normal¬
variante ZV 80: Eng gebündelter, indes stark abfallender Kurvenschwarm.
sehr stark
streuen, weshalb die Variante
In den Tabellen 7—12, S.
779—783, sind die Werte für
deren Summe für
lichen den
a
jede einzelne Versuchsvariante aufgeführt
direkten Vergleich mit den Normal Varianten.
7.4. Versuche über sehr
lange
und y sowie
und
ermög¬
Betriebszeiten
Zählerlaufversuche bedürfen sehr
langer Betriebszeiten. Unter Ein¬
haltung der wichtigsten Bedingungen (maximale Drehzahl und System¬
gewicht), wie sie der Praxis entsprechen, ist höchstens eine Zeitraffung
um
den Faktor 10 erreichbar; einer Betriebsdauer
rund
von
20 Jahren steht
Versuchsdauer
zweijährige
gegenüber. Um darüber
hinaus auch Anhaltspunkte über das Laufverhalten bis gegen 50 Millionen
Rotordrehungen innert nützlicher Frist zu gewinnen, wurden mit einer
somit
eine
Anzahl aussichtsreicher Varianten Schnellauftests mit 6.
.
.
lOmal höherer
H. Merz
786
durchgeführt. Der Versuchsstand umfasste eine
Anzahl Dreiphasenzähler vom Typ MG 1, Nennlast 5 A, Zählerkonstante
600 U/kWh, Systemgewicht 72 g, bei welchen die zwei Bremssysteme
entfernt worden sind, ebenso die beiden unteren Antriebssysteme, so
dass nurmehr das oberste verbleibt (geringster Seitenzug). Anstelle des
nicht mehr messbaren Zählerfehlers tritt eine Relativmessung für die
Reibung, die Auslaufzeit von 1 U/s Umdrehungsgeschwindigkeit an bis
Stillstand der Systemscheibe, also ausser der Lagerreibung und
zum
eines vernachlässigbaren Anteils Luftreibung ohne Mitwirkung antrei¬
bender oder bremsender Momente. Diese Messung der Auslaufzeit ist im
allgemeinen auf ±5% reproduzierbar.
Maximal-Tourenzahl
Die
Übereinstimmung
qualitativ gut;
Normalvariante
so
der
äussert sich
Auslaufzeit
zum
mit
dem
Zählerfehler
Beispiel der Abfall
ist
der Einstein-
(siehe Fig. 2, S. 727) auch in der Auslaufzeitkurve (vgl.
richtige quantitative Beziehung zwischen der
Auslaufzeit und dem Zählerfehler kann jedoch nicht erwartet werden,
weil die Betriebsbedingungen zu unterschiedlich sind; so kann zum
Beispiel beim Schnellauftest auch ohne weiteres hydrodynamische
Fig. 10, S. 756).
Eine
Schmierung auftreten.
Das Programm für diese Versuche umfasste je ein Einsteinlager der
in Tab. 13, S. 787, zusammengestellten Kombinationen. Als Schmier¬
mittelbasis diente MS-2-Ö1 (mit Ausnahme der Varianten AV 12 und 13,
für welche ein qualitativ analoges Mineralöl mit wesentlich niedrigerer
Viskosität gewählt wurde). Alle nicht erwähnten Versuchsparameter (wie
zum Beispiel Ölmenge,
Kugeldurchmesser usw.) waren wiederum die¬
selben wie im Falle der Normal Variante.
(Angabe des Mittelwerts von je drei Auslaufzeit¬
messungen pro Messstelle) sind in Tab. 14, S. 788, wiedergegeben. All¬
gemein kann festgestellt werden, dass es durch Anwendung geeigneter
politurvergütender Schmiermittelzusätze sowohl für Stahl- als auch für
Rubinkugeln gelingt, bis zu 50 Millionen Umdrehungen auch unter
Die Messresultate
hoher
spezifischer Lagerbelastung Reibungskonstanz
zu
wahren.
Bei
NiO ist gegen Versuchsende ein gewisser Abfall feststellbar, während
bei Mo03 und PbO auch dann noch gute Werte gefunden werden. Bor¬
Rubinkugel sehr gut; für
die Stahlkugel hat sich dagegen die noch weichere (beziehungsweise
tiefer schmelzende) Borverbindung Tristearylborat besser bewährt.
Bariumnaphthenat zeigt gegen Ende des Versuchs wie NiO einen ge¬
säure verhält sich in Kombination mit einer
wissen
Kurvenabfall, während
wirken scheint.
Bariumstearat wiederum eher besser
zu
Verbesserung
Tabelle 13.
der
Reibungskonstanz
von
Elektrizitatszahlern
Programm für Langzeitversuche in
der
787
Schnellauftest-
Einrichtung
1
Normalvananten
AV 1 Emstem-Normalvariante mit
AV 2
AV 3 Als
2
gewohnlicher Stahlkugel
gewöhnlicher Stahlkugel
Vergleich Einstein-„Normalvanante" mit Rubinkugel
Doppelstein-Normalvanante
Kombinationen
pohturverguteter
Schmierzusatzen des
Steine mit pohturvergutenden
gleichen Oxyds
Konzentration des
Kugel
Polierart
Beigabe
mit
Schmiermittel¬
material
zusatzes
zum
Variante
Öl
NiO
2
Rubin
1
:
3,25
NiO
2
Stahl
1
:
10
AV5
M0O3
2
Rubin
1
:
3,25
AV6
PbO
2
Stahl
1
:
10
AV7
3. Kombination normal
AV4
hergestellter Steine mit pohturvergutenden
m Form mchtoxydischer Verbindungen
Schmiermittelzusatzen
Konzentration des
Kugel-
Beigabe
Schmiermittel-
matenal
zusatzes
Borsaure
Rubin
Tristearylborat
Stahl
Bariums tearat
Rubin
1
Stahl
1
Barmmnaphthenat
Rubin
Barmmnaphthenat
Stahl
38%
38%
Banumstearat
*)
zum
S
Fig. 10,
S
*)
Zusammenfassend kann
synthetischem Saphir
spater
1
.
3
AV
8
1
.
5
AV
9
:
3,25
AV 10
:
10
AV 11
AV 12
AV 13
756
7.5.
zum
ca
Variante
Öl
durch
Schmiermittel
Ergebnisse
aller Versuche
gesagt werden, dass bei Lager steinen
geeignete Zusätze
eine Vergütung
besonders
zum
Poliermittel
der
Politurschicht
haben
sich
hierfür
aus
oder/und
erzielt
Calcium-,
Kobalt-, Cadmium- und Bleioxyd sowie verschiedene Bor- und Barium¬
werden
kann.
verbindungen
Als
erwiesen.
wirksam
788
H. Merz
Tabelle 14.
Auslaufzeit-Messwerte
Var.
Auslaufzeit-Messwerte in Sekunden
Nr.
werten) nach Dauerversuch
AV
0-106
1-10«
3-106
6-106
von
der
Langzeitversuche
(Durchschnitt
von
drei Mess¬
ungefähr Umdrehungen:
10-106
16-106
30-106
50-106
1
199
179
171
142
139
105
82
100
2
268
268
281
221
287
264
237
223
3
123
216
166
159
215
182
93
94
4
115
202
245
241
265
241
203
166
5
121
190
211
174
226
229
176
149
6
195
206
214
201
198
202
200
198
7
180
200
202
189
198
191
203
199
8
192
193
208
195
233
262
217
228
9
157
202
208
221
211
215
186
169
10
159
230
243
214
239
221
217
218
11
232
236
216
184
239
256
231
150
12
156
182
192
213
243
204
180
165
13
164
186
195
185
185
173
152
132
gelungen, die Fehlerkurve eines Zählers mit
Vergütung des Saphirsteines derjenigen eines Zählers
Einsteinlager
mit normalem Doppelsteinlager anzugleichen, somit das eingangs ge¬
stellte Problem zu lösen. Ferner scheint es möglich, die angestrebte
Konstanz der Reibung im Zählerunterlager sogar über die geforderte
Betriebszeit von 20 Jahren hinaus auch bei hohen Systemgewichten zu
gewährleisten.
Im
günstigsten
Fall ist
es
durch
8.
8.1. Zur
Frage
der
DISKUSSION DES VERGÜTUNGSEFFEKTES
Beeinflussung
der Struktur der Politurschicht durch die
angewendeten
Zusätze
Bei den Versuchen hat sich die
Beigabe
der Reaktionssubstanzen
Schmiermittel besonders im Hinblick auf eine
zum
langfristige Wirksamkeit
bewährt; dies deutet darauf hin, dass vorab der Erhaltung der Politur¬
schicht und erst in zweiter Linie der Verbesserung ihrer Anfangsqualität
Beachtung geschenkt werden sollte. Das augenfälligste Merkmal der
Politurvergütung besteht in einer sofortigen und andauernden „Stabili¬
sierung" des in 5.44 skizzierten Abrieb/Politur-Gleichgewichtes, das sich
ohne Zusätze nur mühsam und nicht voll zuverlässig einspielt (siehe
Normalvariante Fig. 2, S. 727).
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
789
Elektrizitätszählern
Naturgemäss stellt sich die Frage, worauf der beobachtete Vergü¬
tungseffekt beruhen könne. Der Gedanke liegt nahe, die Antwort in
einer Art
schicht
„Strukturreaktion" innerhalb der
zu
suchen: unter der lokal sehr hohen
beim Polieren
betriebes
äussersten Zone der Politur¬
beziehungsweise
und
der
bei
Bearbeitungsintensität
Verschweissungen während des Lager¬
daraus resultierenden hohen Reaktionsbereitschaft
können sich
Platzwechsel-,
beschränkte
Diffusionsvorgänge
submikroskopischer
Umständen sogar örtlich und zeitlich
abspielen. Werden nun in unmittelbarer
unter
Nähe solcher
gehalten,
aufgebaute Korundgitter infolge
Reaktionsflächen Substanzen bereit¬
welche das in nahezu ideal dichtest
durch den Einbau grösserer
des strukturell
sierung"
deuten.
Diese
gepackter Raumerfüllung
zum Beispiel
Eindiffundieren stören,
Kationen, dann
ungeordneten
müsste dies eine
„Stabili¬
Zustandes „Politurschicht" be¬
„Strukturreaktionen" können zwangsläufig
wenige
Atomlagen dicke Schichten erfassen; die auf diese Weise absichtlich
gestörten Teilgebiete atomarer Grössenordnung setzen Gleitvorgängen,
wie sie bei der plastischen Verformung ablaufen, zusätzlichen Widerstand
entgegen, so wie es Versetzungen allgemein tun und es auch im Falle
in Metalloberrlächen eingearbeiteten submikroskopischen Oxyd¬
von
teilchen gilt. Derart werden die schädlichen Folgen der Verschweissun¬
Materialübertrag von einem Lagerteil auf den andern und Ab¬
gen
trennen kleinster in sich strukturell geordneter Bereiche, das heisst Bil¬
nur
—
dung
von
kristallinem Abrieb
—
herabgemindert.
Mit dem Postulat eines solchen Mechanismus
Gleitvorgänge, Ab¬
Abnützung an Saphir wird ein
Bild entworfen, wie es unserer Vorstellung von der Bearbeitung der
Metalle entspricht. Es darf aber nicht ausser acht gelassen werden, dass
sich einerseits um Einzelvorgänge über submikroskopisch kleine
es
Bereiche handelt, und anderseits höchste Belastungen (Spitzen bis 500
und 1000 kg/mm2) wiederum in derart kleinen Bezirken Bedingungen
schaffen, denen diese Werkstoffe makroskopisch normalerweise nie aus¬
scheren
von
Schweissbrücken
—
—
für die
gesetzt sind.
Als nächstes
drängt sich die Frage nach einer experimentellen Be¬
weisführung obiger Theorie auf. Zunächst spricht in diesem Sinne die
Beobachtung, dass sich vorwiegend jene Substanzen als politurvergütungswirksam erwiesen, deren Kation einen wesentlich grösseren Ionen¬
radius besitzt als Aluminium (vgl. Tab. 4, S. 770/771). Eine weitere
Beweisführung ist jedoch sehr schwer, da alle heute üblicherweise zur
Verfügung stehenden Untersuchungsmethoden zu geringe Nachweis¬
empfindlichkeit aufweisen. So haben auch die empfindlichsten Verfah-
790
ren
H. Merz
—
Elektronenbeugung
und radioaktive
keinen Ent¬
Markierung
wird.
Als Stütze
Kapiteln gezeigt
der
zunächst
allerdings
jedoch
folgende
gelten.
—
scheid gestattet, wie in den weiteren
obiger Überlegungen kann
Indizversuch
empirische
—
8.2. Versuche
Nachweis
zum
—
von
Platzwechsel- und
Diffugionsvorgängen
während der
Politurvergütung
8.21. Barium- gegen Aluminiumstearat als Reaktionssubstanz
Soll die Grösse des Kations tatsächlich eine wesentliche Rolle in
der
Vergütung spielen
und diese sich als
eigentliche „Strukturreaktion"
innerhalb der Politurschicht erweisen, dann
versuch,
etwa der Ersatz
von
muss
ein einfacher Indiz¬
Bariumstearat durch Aluminiumstearat als
Reaktionssubstanz wesentliches Interesse
beanspruchen.
mit Bariumstearat sind
Die
günstigen
(siehe
ZV 77 und AV 11
Versuchsergebnisse
Fig. 10, S. 756, und Fig. 12, S. 784) bekannt; Versuche mit Aluminium¬
stearat als Beigabe zum Schmiermittel sollten demgegenüber keine
Verbesserung zeigen, das Verhalten vielmehr der Normal Variante ent¬
sprechen, falls nicht andere Effekte als eine Vergütung im oben skiz¬
zierten Sinne
aus
wie etwa ein reiner Trenneffekt
Verbesserung
ergeben.
Die Versuche wurden in der Schnellauftest-Einrichtung durchgeführt,
um sie innert nützlicher Frist bis zu hohen Umdrehungszahlen zu bringen.
—
der Konstanz der
Reibung
durch Zusatz
von
—
eine
Aluminiumstearat
Als Konzentration für die Zusätze wurde in beiden Fällen wiederum
Beigabe zu MS-2-Ö1 gleich 1 : 10 gewählt
Lagerkomponenten die gewöhnliche nicht rostsichere Stahlkugel
normaler, also nicht vergütet polierter Saphirstein eingesetzt.
das Gewichtsverhältnis
und
als
und
Die erhaltenen Messkurven mit der Auslaufzeit in Funktion der
reichten
er¬
Umdrehungszahl im Dauerversuch
Umdrehungsgeschwindig¬
keit 6... 8 U/s
werden in Fig. 10, S. 756, mit der entsprechenden
Einstein-Normalvariante verglichen. Es ist deutlich zu erkennen, wie
das mit Bariumstearat geschmierte Lager den Vergütungseffekt, also
Reibungskonstanz zeigt, während das mit Aluminiumstearat geschmierte
Lager in seinem Laufverhalten der Normalvariante gleicht, ja sich sogar
—
—
noch etwas schlechter verhält als diese. Der Versuch ist innerhalb der
Messgenauigkeit
8.22.
Für die
und der
Versuchsstreuung reproduzierbar.
Untersuchungen mit Hilfe
Untersuchungen
mit
der
Elektronenbeugung
Elektronenbeugung nach dem Anstrahl¬
zur Verfügung stehen, da der Primär-
verfahren müssen ebene Flächen
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
strahl unter einem Winkel
von
ungefähr
Elektrizitatszahlern
791
zwei Grad auf die
Präparat¬
Lager stein-Kalotten können
nicht ohne thermische Beeinflussung oder mechanische Beschädigung
Keile für die Untersuchung herauspräpariert werden; ausserdem reicht
die Fläche von einer solchen Keilspitze für die diffraktographische Unter¬
suchung nicht aus. Daher musste ein Modellager für ebene Saphirplättchen anstelle des Kalottensteins konstruiert werden, das unter den
gleichen Bedingungen bezüglich spezifischer Lagerbelastung und Um¬
drehungsgeschwindigkeit laufen konnte wie das Zählerunterlager und
dabei eine Lauffläche von mindestens 1 mm2 ergab. Dies wurde durch
Verwendung eines Stahlbolzens anstelle der Kugel erreicht, wobei dem
Stahlbolzen eine Kuppe mit grossem Radius (r
75 mm) angeschliffen
und poliert wurde.
In diesem Modellager wurden nun Kombinationen Stahlzapfen/Saphir¬
platte unter MS-2-Ölschmierung mit und ohne Zusätze zur Politur¬
vergütung laufen gelassen. Durch Yergleichsaufnahmen neben und auf
der Laufstelle sollte festgestellt werden, ob die Laufstelle eine andere
Feinstruktur aufweise als die unbenutzte Oberfläche. Die Untersuchungen
konnten unsere Hypothese weder bestätigen, indem die Ausbildung der
Reflexe in beiden Fällen gleich war, noch eindeutig widerlegen, da
einerseits das Eindringvermögen entsprechend der anzuwendenden Be¬
schleunigungsspannung von 50 kV wesentlich mehr als einige Netzebenen
umfasste und anderseits der Anteil der eigentlichen Lauffläche von
ca. 1 mm2 im Vergleich zum gesamten vom Strahl betroffenen Streifen¬
stück von ca. 1 mm Breite und 5 mm Länge zu klein ist, um bei gerin¬
fläche streifend auftreffen
von
muss.
Aus den
=
gem Strukturunterschied einen feststellbaren
dung
Einfluss auf die Ausbil¬
der Reflexe auszuüben.
Aus der Reflexform kann
jedoch eine qualitative Aussage über den
Zustand der submikroskopischen Oberflächenrauhigkeit gewonnen wer¬
den. Während Kikuchi-Linien (siehe zum Beispiel Bauer, 1958, und
Barrett, 1952) auf eine sehr gut ausgebildete Gitterordnung (geringe
wie sie auch bei Saphirlagern nach
Fehlerintensität) schliessen lassen
—
Abätzen der Politurschicht, also für das Grundmaterial
nachweisbar ist
deuten
charakteristisch,
Reflexverlängerungen in Richtung senkrecht
zur Testfläche am Prüfling auf eine besonders glatte Oberfläche hin.
Als Grund dieser Erscheinung wird die Aufladung dieser besonders
ebenen Oberflächen mit Elektronen angegeben (trotz Anwendung einer
Entladevorrichtung) und die damit verbundene teilweise Ablenkung
des Elektronenstrahls, bevor er gebeugt wird (siehe zum Beispiel Bauer,
Auf Grund dieses Effektes kann folgendes geschlossen werden:
1958).
—
—,
H Merz
792
bei
Oberflachenrauhigkeit
Wahrend die
Verwendung gewohnlicher 01durch Anwendung der Politur-
schmierung eher zunimmt, nimmt sie
vergutungsschmierung umgekehrt ab.
Die Untersuchungen wurden entsprechend
platten mit optischer Orientierung 0° und
Tabelle 15.
zur
der Reflexe
senkrecht
(bezogen
an
an
Saphir¬
auf die Be¬
Saphirplatten
90°
0°
Belastungsrichtung
MS 2 Öl
MS 2-Ö1
ohne
ohne
Zusatz
Zusatz
Ba-stearat
2,5
3,0
6,0
4,0
4,5
3,0
12
13
Schmierung
Lange
90°
Elektronenbeugungsuntersuchungen
Optische Orientierung der Saphir¬
platten
Tab. 15, S. 792,
auf der
Laufflache
zur
Probenoberflache
neben der
in mm
Laufflache
Bild Nr.
—
lastungsrichtung) durchgeführt,
2-Öl-Schmierung
und
zwar
MS 2-Ö1
mit 1
:
10
einerseits mit normaler MS-
gewichtsmassig
Lagerplattchen wurden in
der Modelleinrichtung unter einer Last von 50 kg, entsprechend dem
spezifischen Lagerdruck eines Zahlerunterlagers wahrend 10 Stunden
bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von ca. 1 U/s laufen gelassen
und von ihnen anschliessend Elektronenbeugungsaufnahmen bei 50 kV
Beschleunigungsspannung einmal von der Lauffläche, daneben auch vom
Randgebiet angefertigt.
Aus der Verkürzung beziehungsweise der Verlängerung der Reflexe
1
10
und anderseits mit einem Zusatz
Bariumstearat
senkrecht
zur
der
zum
Oberflache
von
Schmieröl. Diese
—
Resultate siehe Tab. 15
bei
—
darf eine Zu¬
Oberflachenrauhigkeit
gewohnlicher Schmierung und
eine Abnahme derselben bei Vergutungsschmierung angenommen wer¬
den. Damit ist ein weiterer Hinweis auf eine Veränderung der Politur¬
schicht wahrend des Lagerbetriebes und deren Beeinflussung durch Vergütungszusatze wenigstens angedeutet.
nahme
Verbesserung
8.23.
der
Reibungskonstanz
Untersuchungen
mit
Hilfe
von
Elektrizitätszählern
793
radioaktiv markierter Zusätze
Stofftransporte lassen sich häufig durch radioaktive Isotope nach¬
weisen. Es lag daher nahe, die radioaktive Markierungsmethode zu Unter¬
suchungen über den Mechanismus der Politurvergütung heranzuziehen.
Zu diesem Zweck musste
tionssubstanz
genügend
lediglich
das
entsprechende
Kation der Reak¬
Strahlungsausbeute ergeben (also ver¬
günstigen Wirkungsquerschnitt aufweisen
usw.). Dies trifft gerade für 139Ba zu, das als ß- und y-Strahler eine
Halbwertszeit von 85 min aufweist; auch 187W mit einer Halbwertszeit
nünftige
grosse
Halbwertszeit und
24 Std.
liegt noch einigermassen günstig.
Bestrahlungsversuche wurden je drei nicht benutzte Lager¬
steine gewählt, die eine Serie mit BaO reaktionspoliert, die andere mit
W03; die beiden Serien konnten gegenseitig als Nullstandard dienen
(Grundpegel für allenfalls schon im Grundmaterial enthaltene Mengen
an Ba- beziehungsweise W-Atomen). Die Steine waren nach der Her¬
stellung sorgfältig gereinigt und schlussendlich noch in verdünnter Sal¬
petersäure ausgekocht worden, um jegliche Adsorption auszuschliessen
(BaO ist zufolge Hydrolyse ohnehin bereits in kochendem Wasser zu
91% löslich). Schärfere Reinigungsagenzien durften nicht angewendet
werden, sollte nicht die Politurschicht angegriffen werden.
Die reaktionspolierten Steine wurden im Reaktor Diorit in Würenlingen bei einem Neutronennuss von ca. 3-1012 Neutronen/cm2s während
4,5 Std. aktiviert (~ dreifache Halbwertszeit von 139Ba). Anschliessend
wurden sie nochmals gereinigt und mit Hilfe eines Zählrohrs und eines
multi-channel-y-Spektroskopes ausgemessen; im einzelnen wurden fol¬
gende Ergebnisse gefunden:
von
Für die
—
bei
Bei der einen charakteristischen
Bariumlinie, 1,41
MeV tritt sowohl
den Ba- wie den
W-reaktionspolierten Steinen eine gleich hohe,
breite Doppelspitze auf, so dass diese Linie nicht ausgewertet werden
kann. Diese Doppelspitze gehört zu charakteristischen Verunreinigungen
des Grundmaterials. Offenbar ist also die Konzentration so gering, dass
sie nicht
ausreicht,
um
ein deutliches Maximum bei
1,41 MeV
auszu¬
bilden.
dagegen störungsfrei und erlaubte, wie ein
parallel gelaufener BaN03-Standard zeigte, eine sichere quantitative
Nachweisgrenze für Ba von 10~7 g, beziehungsweise 0,1 y absolut.
—
—
Die Linie 0,17 MeV ist
Die drei
BaO-reaktionspolierten Steine
wiesen bei
0,17 MeV auch nicht
794
die
H. Merz
geringste spezifische Erhebung aus der Grundstreuung auf, somit
Stein, wenn überhaupt, sicher weniger als 10~7 g BaO.
enthielt ein
—
Auch die Linie 0,14 MeV, die für 187W charakteristisch ist, trat bei
W-reaktionspolierten
weisgrenze deutlich hoher
noch weniger zu erwarten
den
Die
Steinen nicht auf, hier
als bei 139Ba,
so
liegt
dass bei W ein
aber die Nach¬
positiver Effekt
ist als bei Ba.
Nachweisempfindlichkeit
bei 139Ba
als
optimal angesehen
Markierungsmethode keine
muss
werden; somit kann auch die radioaktive
Anhaltspunkte für die Aufnahme von Reaktionssubstanz in die Politur¬
schicht der Saphirsteine liefern. Aber ebenso wie bei den Untersuchungen
mit Hilfe der
Elektronenbeugung
Gegenteil. Nimmt
noch nicht das
beweist auch dieses
man
an,
negative Ergebnis
dass ein Ersatz
von
5.
der Aluminiumionen in der aussersten Zone der Politurschicht
Ä)
durch Bariumionen
ausreicht,
.
.
10%
(Dicke
den
Vergutungseffekt
pro Lagerstein (Kalottenoberflache zu
mm2
3
eine
ungefähr
gerechnet)
Menge von nur 10~8 bis 10~9 g BaO,
diese Menge liegt aber unter der Nachweisgrenze unserer Aktivierungs¬
analyse.
von
zu
10.. .20
erzielen, dann erhalt
um
man
9. ZUSAMMENFASSUNG
Als Instrumentenlager mit sehr hoher spezifischer Lagerbelastung und geringer
Umdrehungsgeschwindigkeit stellt das Unterlager von Elektrizitatszahlern extrem
hohe Ansprüche an die Eigenschaften der Lagerteile und des Schmiermittels.
Dazu kommt die Forderung, es habe das Lager wenigstens 20 Jahre lang wartungs¬
frei ohne Änderung der Reibung zu laufen. Das bisher verwendete Einstemlager
konnte diesen Anforderungen keineswegs genügen; sie liessen sich nur durch
Anwendung des wirtschaftlich und in den zahlertechnischen Funktionen ungun¬
stigeren Doppelsteinlagers erfüllen.
In der vorliegenden Untersuchung wurde zunächst festgestellt, dass beim
Lagerbetrieb Verschweissungen mit Metallubertrag von der Kugel auf den Stein
stattfinden. Ferner konnte anhand einiger Versuche mit verschiedenartig hoch¬
glanzpolierten, abgeatzten oder thermisch behandelten Lagersteinen gezeigt wer¬
den, dass
sich die Politurschicht auf das Laufverhalten
Ergebnisse
Weitere
stehen
in
Übereinstimmung
Zahlerlaufversuche
mit
Lagern,
wurde, ergaben katastrophale Folgen für
Partikeln,
gunstig auswirkt. Diese
mit der Literatur.
einen
denen
Zusatz
kunstlich
von
Abrieb
zugesetzt
Diamant- und a-Korund-
wahrend umgekehrt eine nicht naher definierte Rostmodifikation
(Synthese oxydierter Abriebpartikel von der Stahlkugel) eine Verbesserung der
Reibungskonstanz ergab Daraus wurde geschlossen, dass sich gewisse Zusätze
gunstig auf die angestrebte Aufrechterhaltung der Politurschicht auswirken, sie
also eine Art Vergütung der Politurschicht ergeben. Hierbei können die Zusätze
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
Elektnzitatszahlern
795
entweder dem Poliermittel
beigesetzt, mithin wahrend des Herstellungsprozesses
noch wirkungsvoller, weil
Hoehglanzpohtur angewendet werden, oder aber
wahrend des Lagerbetriebes andauernd wirksam
dem Schmiermittel beigefugt
der
—
—
werden. Es wurden
umfangreiche Zahlerlaufversuche mit oxydischen und organi¬
durchgeführt und festgestellt, dass insbesondere Ba Ca-, Co-, CdPb-Verbindungen sehr gunstige Resultate ergeben. Diese Kationen weisen
schen Zusätzen
und
,
alle deutlich grossere Ionenradien auf als Aluminium,
Anlass
so
dass vermutet wird, dass
zusatzlicher
Störung des Korundgitters geben und derart die eine
plastische Verformung und Verschweissung einleitenden Gleitprozesse behindern.
Eine Nachprüfung mit Alumimumstearat als unwirksamem Zusatz lieferte denn
auch erwartungggemass keinerlei Verbesserung des Laufverhaltens. Versuche, mit
Hilfe von Elektronenbeugung und radioaktiver Markierung den Einbau dieser
Kationen m die Pohtursohicht unmittelbar nachzuweisen, zeitigten jedoch keinen
Erfolg.
sie
zu
9 a.
SUMMARY
Bearmgs of watt-hour-meters are subjected to very high spezific loads and to
speeds of rotation. This is the reason why the requirements for Instrument
bearmgs with respect to properties of the beanng materials and to those of the
lubricant are extremely high. Furthermore the beanng should ran over a penod
small
of at least 20 years without
beanng
of
used
Service
showmg
no
change
in
friction The
far did not meet all these requirements.
as
double-jewel bearmgs,
which however show
They could
disadvantages in
Single -jewel
by use
be met
the
techmcal
functions of the meter and from the economical side.
The results of the present mvestigation showed that
during Operation
of the
beanng transport of metal from the ball upon the jewel ean occur due to occasional
weldmg. Studies on vanous highly pohshed, etched and thermally treated beanng
jewels proved that the pohsh layer has a favourable effect on the running behaviour.
These results
are in
agreement with those reported
in
the hterature.
Further experiments with
bearmgs containing purposely added abrasion particles showed catastrophic results in the case of diamond- and a-corundum-particles
On the other hand addition of rust particles improved the constancy of friction.
The conclusion
is
that certain additions favour the mtended
pohsh layer leadmg
can
to
a
kind of improvement of the
be added either to the
pohshmg agent,
or
preservation
pohsh layer.
of the
These additions
to the lubricant which
is
the
more
effective way. A great number of running tests with watt-hour-meters using oxides
and organio Compounds as additions has been carned out. Especially Ba-, Ca-, Co-,
Cd- and
much
Pb-compounds
larger lonic radu
defects
in
showed very favourable results. All these eations have
than
and
possibly could cause additional
impede the shp processes
welding. Checkmg this conception by use
aluminium,
the structure of corundum. These defects
which lnitiate
plastic
of aluminium stearate
deformation and
as
an
indifferent
addition, showed
running behaviour.
active tracers
pohsh layer
in
no
improvement
Investigations by means of electrondiffraction and
order to follow directly the incorporation of these eations
did not show any
positive results.
in
the
radioin
the
H. Merz
796
10.
LITERATURVERZEICHNIS
Albrecht, Fr. (1954): Zur Harteamsotropie des synthetischen Korunds. Z. Kri-
stallogr. 106,
p. 183
Barrett, Ch. S. (1952): Structure of metals. 2. Aufl., New York.
Bauer, E. (1958): Elektronenbeugung. München.
Bbilby, G. (1921): Aggregation and flow of sohds. London.
Bollmann, W. (1959): Versetzungen
m
Metallen.
Schweiz. Arch.
angew. Wiss.
Techn
25, p. 310.
Bowden, F. P. und Tabor, D
Van Bueren
(1959): Reibung
(1959): Imperfections
Cosandey, R. (1956): Etüde
sur
la
m
crystals.
preparation
und
Schmierung.
du cormdon. These Univ. Lausanne.
Dinichert, M. P. (1954)- Quelques offets de la temperature
tiques. Bull Soc
sur
les pierres
synthe-
Suissc Chronometrie
Duwell, E. J. (1962): Friction and
J.
Berlin
Amsterdam.
appl. physics 33,
wear
of
single-crystal sapphire slidmg
on
steel.
p. 2691.
Finch, G. J, Qtjarell,
A. G, Roebuck,
J. S.
(1934):
Proc.
Roy. Soc.
A
145,
p. 676.
Finch, G. J. (1936): Science progress 16, p. 609.
Fischer, Ed. (1957): Beitrage zur Kenntnis der Rollbohrreibung
in
Geratelagern.
Diss. TH Dresden.
Friedel
(1956):
Les dislocations. Paris.
Fröhlich, H. (1953): Der neuzeitliche Weehselstrom-Elektrizitatszahler
und
—
Gyr
(1955):
Mitt.
1, Nr.
Unterlager
Das
Landis
1 und 2.
des Wechselstrom-Elektrizitatszahlers. Landis und
Gyr
Mitt. 3, p. 1.
Goss, J. H. (1941). Effect of sapphire-crystal
meter
bearings
oriontation
on
the
wear
of watt-hour-
Trans. AIEE 60, p. 811.
Huttig, G. F. (1957): Experimentelle Grundlagen des Begriffes Mahlungsgleich-
gewicht. Z. Metallkunde 48, p. 352.
Moore, A. J. W. und Tegart, W. J. McG. (1951): Rupture of oxide films dunng
repeated slidmg
Austr. J. Sc. Res
A
42, p. 181.
Pflier, P. M. (1954): Elektrizitatszahler. Berlin.
PlNSKER
(1953):
Electron diffraction
London.
Raether, H. (1948): Über die Struktur mechanisch bearbeiteter Oberflachen und
deren
—
Eigenschaften.
(1950): Über
Z.
Physik 124,
p. 286
die Struktur mechanisch und
elektrolytisch polierter
Oberflachen.
Mikroskopie
(1957): Anwendung der Elektronenmterferenzmethode auf spezielle Probleme.
Handb. der Physik 32, p. 443.
Read, W. T. (1953): Dislocations in crystals. New York.
Sandmeier, E. G. (1953): Vortrag vom 25. 6. 53 m Monthey.
Saucier, H. (1953): Sur une methode rapide d'orientation des cnstaux de cormdon
synthetique. Bull. Soc. franc. Min. Crist. 76, p. 480.
5, p. 101.
—
Schmiedel, K. (1954): Die Prüfung der Elektrizitatszahler. Berlin.
Schunk, J. (1949): Kritischer Vergleich der Gleitreibungszustande
derer
Berücksichtigung
der
Vorgange
bei
Grenzreibung.
unter beson¬
Diss. TH Achen.
Verbesserung
der
Reibungskonstanz
von
797
Elektnzitatszahlern
Shotter, G. F. (1936). Technical report T/T 31 der "British electrical and allied
industries research association, Letherhead,
—
—
—
(1944): Technical report T/T
(1953): Technical report T/T
48
(ebenda).
(ebenda).
report T/T
49
(ebenda).
(1956):
Technical
39
Surrey".
(1958): Technical report T/T 55 (ebenda).
Spaderna, K. (1961): Emfluss der Atomversetzungen auf
—
die
Festigkeit
von
AI2O3.
E und M 78, p. 428
of sapphire. J. appl. physics 32, p. 1950.
problems relatmg to use of pivots and jewels in
Instruments and meters. The national physical Laboratory 24 (1938), p. 1.
Troger, W. E. (1952): Tabellen zur optischen Bestimmung. Stuttgart.
Wachsmann, F. (1934): Untersuchung der Reibungsverhaltnisse m Elektnzitats¬
zahlern unter besonderer Berücksichtigung der Veränderlichkeit der Reibungs¬
werte im Verlaufe längerer Betriebszeiten. Diss TH München.
Steijn, R. P. (1961): On the
Stott,
V.
Wachtman,
oxide
—
wear
(1938): Investigation
J. B. und Maxwell, L. H.
smgle crystals
(1957):
of
(1954):
Plastic deformation of
ceramic-
I. J. Amer. Ceram. Soc. 37, p. 291.
Plastic deformation of ceramic-oxide
smgle crystals
II. J. Amer. Ceram.
Soc. 40, p. 377.
Winchell, A. N. (1944): Onentation of synthetic corundum for jewel bearmgs.
Amer. Mm. 29, p. 399.
Winkler, H. G. F. (1955): Struktur und Eigenschaften der Kristalle. 2. Aufl.,
Berlin.
H. Merz
BILDTEXT-VERZEICHNIS
Bild
1.
1000 x
Bild
2.
Abnutzung an Saphirlagerstein
Schragbeleuchtung).
Extrem starke
,
Aus
ZV
(V
200 X
=
Metallubertrag
Phaco).
5,
,
der
von
Bild
3.
Aus ZV 6, mittelstarke
Bild
4
Aus ZV 12, Abscherstellen und
Laufringe
auf
nach Trockenlauf
Stahlkugel
auf
Saphirstein (V
auf der
Oxydation
=
den
200 X
(V
=
Saphirstem
Phaco).
,
Stahlkugel (V
=
500
x
,
Phaco).
Bild
5.
kugel (V
Bild
6.
7.
=
Nur
1000 X
=
Schwache
(V
Bild
„Brandflecke"
Aus ZV 16,
,
Abnutzungserscheinungen
6500 X
8.
vorpoherter Saphirlagerstein;
Aus ZV 17,
oberflache
Bild
9.
Bild 10.
=
schwache
13000 x
=
Saphirlager-Kalottenoberflache
teilweise
12000 X
ausgeebnete Bearbeitungs¬
).
Laufspuren
der
=
auf
Saphirlager-Kalotten¬
Stahlkugel
15000 x
auf
auf
Saphirlager-Kalotten¬
).
Saphirlager
Kalottenoberflache
x).
Beginnende Laufspur
(V
auf
).
Metallubertrag von
festgeschweisst (V
10500
flache
Bild 12.
äusserst
=
Überpolierte Bearbeitungsspuren
(V=
Bild 11.
(V
(V
Aus ZV 18,
oberflache
auf der Stahl¬
).
spuren mit Ausbruchrandern
Bild
Verschweissungsstellen
bzw.
Phaco)
9000 x
mit Ausbrüchen auf
Diamantlager-Kalottenober
-
)
Elektronenbeugungsbild
ölschmierung gelaufen:
von
Saphirplattenoberflache,
unter
normaler
a) Stemrand (neben der Lauffläche).
b) Steinmitte (auf der Laufflache).
Bild 13.
Elektronenbeugungsbild
von
Saphirplattenoberflache,
stearat/ölschmierung politurvergutend gelaufen:
der Laufflache).
(auf der Laufflaehe).
a) Steinrand (neben
b)
Steinmitte
unter
Barmm-
TAFEL I
Schweiz. Min. Petr. Mitt.
Band 4'!,
Heft 2,
196.5
H. MERZ:
Zur Frage der
Verbesserung
Bild 1.
der
Vergütung
Reibungskonstanz
von
Saphirobernächen
von
Bild 2.
Bild 3.
Bild 4.
Bild 5.
zur
Elektrizitatszählern
TAFEL II
.
Bild b
f
Bild 7
9-
X
».
V*
3
TAFEL III
Bild 10.
TAFEL IV
r
ÄJÜÄJtJlf*
i
,
,
V'*
k>
\
k
I
%
V
V\
; •*
m
^
i*
\
Bild 11.
0
Bild 12<
Bild 12 b
13»
Bild 13
a.
Bild 13b.
Curriculum vitae
Am 5. März 1934 wurde
in
Bremen
ich, Heinrich Johannes
(Deutschland) geboren.
Noch
im
Merz
gleichen
aus
St. Gallen
Jahr
siedelten
meine Eltern in die Schweiz über. Die ersten fünf Jahre Grundschule
verbrachte ich in einer Privatschule in Basel und trat im
in das
Frühling
1946
Progymnasium Burgdorf (Kt. Bern)
Gymnasiums schloss ich im Herbst 1953 daselbst mit der Maturität
Typus A die Mittelschulausbildung ab. Nach einem Praktikum bei der
Firma Georg Fischer in Schaffhausen und Militärdienst nahm ich das
Studium an der Eidgenössischen Technischen Hochschule im Herbst 1954
an der Abteilung für Naturwissenschaften auf. Ich verfolgte die Haupt¬
richtung Petrographie/Mineralogie, belegte jedoch in Abweichung vom
Normalstudienplan anstelle der geologisch-stratigraphischen als ergän¬
zende Nebenfächer Metallkunde, Werkstoffkunde und physikalische
Chemie. Im Herbst 1958 beendete ich das Studium mit einer geochemischen Diplomarbeit und erwarb das Diplom als Naturwissenschafter.
Anschliessend trat ich bei der Firma Landis & Gyr, Zug, in die Abteilung
für Materialprüfung ein, wo ich zunächst pulvermetallurgische Probleme
ein. Nach Absolvieren des
behandelte und dann (vom Herbst 1959 an) werkstofftechnische Arbeiten
am
Unterlager
Arbeit führten.
für Elektrizitätszähler
übernahm, die
zu
der
vorliegenden
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Seele and Geist
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