Leonardo da Vinci bestudeerde tribologie?

De kunstenaar en uitvinder Leonardo da Vinci heeft met zijn schilderijen en schetsen de wereld meerdere malen versteld doen staan. Met zijn experimenten en notities maakte hij duidelijk dat hij zijn tijd ver vooruit was. In juli 2016 is bekend gemaakt dat Leonardo da Vinci zich ook geruime tijd bezig heeft gehouden met wrijvingskunde, oftewel tribologie. Deze conclusie wordt getrokken door professor Ian Hutchings. Hij heeft de notities van da Vinci van een schetsboekje uit 1493 opnieuw bestudeerd en is tot de ontdekking gekomen dat gekomen dat da Vinci minimaal 20 jaar heeft geëxperimenteerd met wrijvingskunde.

Een kunsthistoricus wist eerder de aantekeningen van Leonardo da Vinci in het kleine schetsboekje van 9 bij 6 centimeter niet op waarde te schatten en deed ze als “irrelevante notities en diagrammen in rood krijt”. Het blijkt volgens professor Ian Hutchings dat er daadwerkelijk een schets is weergegeven van een natuurkundig experiment. Deze schets kreeg eerder geen aandacht omdat er een vrouwentronie was getekend in het boekje waarnaar de aandacht van de meeste kunsthistorici uitging. Het schetsboekje behoort tot de collectie van het Victoria and Albert Museum in Londen.

Tribologie in de ogen van da Vinci
Leonardo da Vinci probeerde de wrijvingsleer of tribologie te illustreren. Daarvoor maakte hij een tekening die voorzien is van een rij blokken. Deze blokken worden door een gewicht getrokken en daardoor verplaatst. Daarbij treed een bepaalde mate van wrijving op. Het onderzoek naar wrijving was voor Leonardo da Vinci belangrijk in verband met verschillende beroemde uitvindingen zoals helikopters en tanks.

Omdat bij verplaatsing wrijving optreed in verschillende vormen moeten deze wrijvingskrachten worden overwonnen door andere krachten om het voertuig in de gewenste richting te verplaatsen. Volgens Ian Hutchings lijkt de opstelling die Leonardo da Vinci heeft getekend sprekend op een experiment dat tegenwoordig wordt gebruikt om wrijvingskunde inzichtelijk te maken. Volgens de professor heeft de beroemde uitvinder da Vinci daadwerkelijk geëxperimenteerd met tribologie. Hij verklaard dat het begrip van Leonardo da Vinci met betrekking tot wrijvingsleer veel genuanceerder is geweest dan velen dachten. Leonardo publiceerde zijn bevindingen echter niet. Daardoor duurde het nog geruime tijd voordat de wetenschap daadwerkelijk wetten opstelde over wrijvingsleer. Veel later bestudeerde de  Fransman Guillaume Amontons (Parijs, 31 augustus 1663 – Parijs, 11 oktober 1705) ook de tribologie. Daarvan zijn wel duidelijke gegevens bekend gemaakt in die tijd. Daarom wordt Guillaume Amontons gezien als de vader van de tribologie.

Reactie van Technisch Werken
Leonardo da Vinci is een bijzonder mens geweest met een enorme creatieve geest. Hij heeft machines bedacht die revolutionair waren in die tijd. Uiteraard moet je bij de ontwikkeling van machines ook rekening houden met natuurkunde en de processen die daarin worden bestudeerd. In de tijd van Leonardo da Vinci was echter zeer weinig over deze processen beschreven. De uitvinder moest daarom veel processen zelf uitvinden. Dat zorgde er voor dat hij voor zijn uitvindingen als het ware nog meer uitvindingen moest doen. Het uitvinden vormde een soort kettingreactie.

Wat is een Rugotest en waarvoor wordt deze gebruikt?

Een Rugotest is een gestandaardiseerde  vergelijkingstest. Deze test wordt gebruikt om een oppervlakte met behulp van een referentie te beoordelen op de ruwheid. De referentie vormen hierbij de vergelijkingsplaatjes van een bepaald materiaal. Deze vergelijkingsplaatjes worden naast het te beoordelen materiaal gelegd. De vergelijking wordt optisch gedaan, dit houdt in dat men de vergelijking visueel doet. Daarnaast wordt de test ook gedaan doormiddel van het voelen van de structuur van een object en het vergelijkingsmateriaal met de vingers. De doelstelling van de Rugotest is het indelen van een oppervlak in een bepaalde ruwheidscategorie. Een Rugotestmethode kan bijvoorbeeld gedaan worden door gebruik te maken van de ASTM D 4417 Method A.

Waar wordt de Rugotest toegepast?
De Rugotest wordt voornamelijk gebruikt in werkplaatsen in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek. Hier wordt de Rugotest gebruikt voor het beoordelen van de structuur en ruwheid van de oppervlakte van een bepaald product. De Rugotest is snel en eenvoudig te gebruiken voor deze oppervlaktebeoordeling. Er zijn echter ook complexe machines die gebruikt kunnen worden om de ruwheid van een bepaald oppervlak te meten. De Rugotest is minder nauwkeurig omdat een mens deze test toepast en het resultaat in belangrijke mate afhangt van het beoordelingsvermogen van de persoon die de test uitvoert. De test is daardoor zeer subjectief en kan niet worden gebruikt voor oppervlakten die aan bepaalde geclassificeerde standaards moet voldoen. Er dient bij het toepassen van een Rugotest een ruime tolerantie aanwezig te zijn.

Hoe ziet een Rugotest er uit?
Een Rugotest bestaat uit een aantal referentie-oppervlakken of referentie-structuren die op een plaat of bord zijn geplaatst. Bij de verschillende structuren zijn nummers/ codes geplaatst die de classificatie aangeven waar de desbetreffende referentieoppervlak toe behoren. Deze test wordt meestal in een leren tas bewaard zodat de structuren goed beschermd zijn. Een beschadiging van de structuur kan er voor zorgen dat men minder goed kan vergelijken.

Hoe wordt een Rugotest uitgevoerd?
De Rugotest is een eenvoudige test die door een werknemer of werkneemster kan worden uitgevoerd die goed in staat is om materialen visueel en met de tast te vergelijken. Deze werknemer of werkneemster zal aan de hand van de referentie-oppervlaktes (testplaatjes) moeten beoordelen in welke ruwheidscategorie het geteste object valt. Dit wordt visueel beoordeelt door de testplaatjes te vergelijken met de oppervlakte van het object dat beoordeeld moet worden. Hierbij wordt gekeken of de verschillen in de pieken en dalen van de structuur overeen komen. Dit wordt daarnaast ook op de tast gedaan door met een (schone) vinger over het referentieplaatje heen te wrijven om een beeld te krijgen van de structuur en vervolgens over de oppervlakte heen te wrijven van het object dat getest moet worden. Na deze test wordt de ruwheid van de oppervlakte van het object in een bepaalde categorie geplaatst. Deze categorie kan vervolgens worden vergeleken met de oppervlaktestructuur die door de klant gewenst is.

Wat is tribologie en wat doet dit vakgebied binnen de werktuigbouwkunde?

Tribologie wordt ook wel wrijvingskunde genoemd. Het is een specifieke tak binnen de werktuigbouwkunde. In het woord tribologie zit het Griekse woord ‘tribe’ dat wrijving betekend. Tribologie is het vakgebied waarin onderzoek wordt gedaan naar wrijvingsverschijnselen en slijtageverschijnselen die kunnen ontstaan op contactvlakken van materialen. Deze slijtage kan onder andere ontstaan door wrijving daarom wordt tribologie ook wel wrijvingskunde genoemd. Er wordt gekeken naar het effect van wrijving onder verschillende omstandigheden. Zo wordt er gekeken naar het effect van wrijving onder droge omstandigheden en natte omstandigheden. Daarnaast wordt gekeken naar het effect van wrijving bij verschillende temperaturen. Hieronder is in een aantal alinea’s weergegeven waar het vakgebied tribologie mee verbonden is.

Ruwheid van materiaal
Binnen tribologie worden daarnaast verschillende materialen onderzocht. Er wordt gekeken naar de materialen die veel wrijving veroorzaken wanneer ze met elkaar in contact komen en naar materialen die bij contact weinig wrijven. Een glad oppervlak zorgt voor minder wrijving dan een ruw oppervlak. De ruwheid van materialen wordt binnen de tribologie weergegeven in micrometers en verschillende waarden zoals ‘Ra, Rx, Rh’.

Levensduur van machineonderdelen
Wrijving en slijtage moeten in de werktuigbouwkunde zoveel mogelijk worden beperkt. Dit bevordert namelijk de levensduur van de machineonderdelen. Onderdelen van machines die onderhevig kunnen zijn aan slijtage en wrijving zijn bijvoorbeeld lagers, remmen en loopvlakken van machineonderdelen. Het is belangrijk dat deze machineonderdelen zo lang mogelijk meegaan. Wanneer deze onderdelen vaak vervangen moeten worden staan machines stil en zijn de onderhoudskosten hoog. Daarom is één van de belangrijkste doelstellingen van tribologie het beperken van slijtage en wrijving.

Levensduur van lagers
Binnen de tribologie kan bijvoorbeeld specifiek onderzoek worden gedaan naar de levensduur van lagers. Deze levensduuranalyse kan worden gedaan voordat machines daadwerkelijk een bepaald type lager gaan gebruiken. De keuze van de juiste lager is van groot belang voor de ontwikkeling van machines. Wanneer in machines verkeerde lagers worden toegepast kan dit er voor zorgen dat de machines in de praktijk niet effectief kunnen worden gebruikt. Daarnaast zullen de onderhoudskosten omhoog gaan omdat de lagers regelmatig vervangen moeten worden. Na de toepassing van lagers in een machine kan ook worden onderzocht waarom bepaalde lagers veel wrijving veroorzaken of juist niet. Dit is over het algemeen minder verstandig omdat de lagers dan reeds zijn toegepast. Naast lagers worden ook andere machineonderdelen die in contact komen met elkaar onderzocht op de effecten van de wrijving.

Tribologie en metallurgie
De materialen zoals metalen en metaallegeringen waaruit machineonderdelen bestaan moeten naast slijtvastheid ook aan andere eisen voldoen. De mechanische eigenschappen van materialen zijn erg belangrijk. Een metallurg stelt bijvoorbeeld bepaalde eisen aan de sterkte en corrosievastheid van metalen die toegepast worden in een constructie. Ook de manier waarop een metaal verwerkt en vervormd kan worden en de prijs van metaal is van invloed. Soms moeten metalen worden toegepast die minder slijtvast zijn maar toch over andere goede mechanische eigenschappen beschikken.

Tribologie en de toepassing van smering
Een oplossing waarmee de wrijving zoveel mogelijk tegen kan worden gegaan is het gebruik van smeermiddelen. Smeermiddelen zorgen voor smering tussen machineonderdelen. Binnen tribologie wordt aandacht besteed aan de juiste smeermiddelen die de wrijving tussen de machineonderdelen kunnen beperken. Er zijn zeer veel verschillende smeermiddelen die specifieke eigenschappen hebben. Smeermiddelen worden meestal in drie hoofdgroepen ingedeeld: vaste smeermiddelen, vloeibare smeermiddelen en plastische smeermiddelen zoals smeervetten. Daarnaast is het mogelijk om smeermiddelen in te delen in grondstoffen. Zo worden sommige smeermiddelen vervaardigd uit dierlijke en plantaardige vetten. Dit worden ook wel bio-smeermiddelen genoemd omdat ze biologisch goed afbreekbaar zijn. Veel olie die toegepast wordt is echter minerale olie. Deze olie is biologisch moeilijk afbreekbaar maar wordt wel veel gebruikt vanwege de gunstige smeereigenschappen. Met name de viscositeit is van groot belang bij de beoordeling van smeermiddelen. De viscositeit is een term waarmee de stroperigheid of traag vloeibaarheid van een stof wordt aangeduid. Door de smeermiddelen met de juiste viscositeit toe te passen kan de slijtage aan machineonderdelen worden beperkt. De wrijving treed dan op in het smeermiddel zelf en minder tussen de machineonderdelen.