Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung zumindest einer tribologischen Größe einer Probe, wobei in der Vorrichtung ein ortsfester Probenhalter und ein beweglicher Probenhalter angeordnet sind, wobei der bewegliche Probenhalter mit einem Antriebselement in Wirkverbindung steht, mit dem der bewegliche Probenhalter relativ zum ortsfesten Probenhalter rotatorisch und/oder translatorisch bewegt werden kann.

Generell geht es bei tribologischen Messungen in einer Vorrichtung dieser Art (Tribometer) um Reibungs- bzw. Verschleißmessungen eines Proben körpers, so dass diesbezügliche Aussagen gewonnen werden können.

Eine Vorrichtung der genannten Art ist in der US 5 795 990 beschrieben. Das Tribometer weist hier einen Rahmen auf, in dem in einem unteren Bereich eine ortsfeste Aufnahme für eine Probe bzw. für einen Teil derselben angeordnet ist. Hierzu relativ beweglich ist ein beweglicher Probenhalter angeordnet, der eine Probe bzw. einen Teil derselben hält. Durch rotatorischen oder translatorischen (oszillatorischen) Antrieb kann eine Relativbewegung zwischen den Probenkörpern hergestellt werden, aufgrund der Aussagen über das tribologische Verhalten der Probe gewonnen werden können.

Bekannten Tribometern sind dann Grenzen gegeben, wenn es auf die Untersuchung einer Probe unter speziellen Umgebungsbedingungen ankommt. Es ist bekannt, Tribometer mit Heizelementen auszustatten, um die Probe zu erhitzen und so tribologische Größen bei erhöhten Temperaturen zu ermitteln. Mitunter reicht diese Beaufschlagung der Probe aber nicht aus, wenn spezielle Bauteile unter praxisrelevanten Bedingungen geprüft werden sollen. Als Beispiel seien Bauteile genannt, die in metallurgischen Anlagen zum Einsatz kommen, wie z. B. Bauteile in einem Ofen.

Bekannte Tribometer stellen hier nur bedingt die Möglichkeit zur Verfügung, praxisbezogene Messungen durchzuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass tribologische Messungen auch unter sehr speziellen Bedingungen durchgeführt werden können. Hier ist insbesondere an Bedingungen gedacht, wie sie bei Bauteilen in metallurgischen Anlagen auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Aufnahmekammer, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil der Probe, vorzugsweise die vollständige Probe, aufzunehmen, wobei die Aufnahmekammer gegen die Umgebung zumindest teilweise abgedichtet ist und wobei Mittel vorhanden sind, mit denen ein Testgas in die Aufnahmekammer eingeleitet werden kann.

In der Aufnahmekammer oder außerhalb der Aufnahmekammer kann ein Heizelement angeordnet sein, mit dem die Probe erwärmt werden kann. Die Aufnahmekammer kann dabei zumindest abschnittsweise eine zylindrische Form aufweisen, wobei das Heizelement konzentrisch um die Aufnahmekammer herum angeordnet ist.

Das Heizelement ist bevorzugt ausgelegt, um im Inneren der Aufnahmekammer eine Temperatur von mindestens 1 .000 °C, vorzugsweise von mindestens 1 .200 °C, zu erzeugen. Das Heizelement ist dabei vorzugsweise ein elektrisches Heizelement. Die Probenhalter bestehen bevorzugt zumindest abschnittsweise aus einer metallischen Hochtemperaturlegierung, insbesondere aus dem Material 60 HT R. Dies ist eine spezielle Nickellegierung, die der für korrosiv, thermisch (bis 1 .200 °C) und mechanisch besonders beanspruchte Teile geeignet ist und als gegossener Hochtemperaturwerkstoff unter der Marke Centrailoy® bekannt und erhältlich ist.

Die Mittel zum Einleiten des Testgases umfassen bevorzugt eine Gasflasche, die in steuerbarer fluidischer Verbindung mit der Aufnahmekammer steht.

Die Probe kann in einem Schutzrohr angeordnet sein, die in der Aufnahmekammer angeordnet ist. Das Schutzrohr besteht bevorzugt aus Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ). Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tribometers ist das Antriebselement als Elektromotor ausgebildet, wobei der Elektromotor über ein Getriebe mit dem beweglichen Probenhalter in Drehverbindung steht, um diesen rotatorisch anzutreiben. Dabei sind weiterhin bevorzugt Mittel angeordnet, um eine Andruckkraft zwischen den beiden Probenhaltern zu erzeugen.

Das vorgeschlagene Tribometer ist also als Hochtemperatur-Tribometer ausgebildet, mit dem eine definierte Prüfgasatmosphäre um den Prüfkörper herum erzeugt werden kann. Hiermit kann in besonders günstiger Weise eine Verschleißprüfung von Werkstoffpaarungen erfolgen, die im Betrieb Temperaturen bis zu 1 .300 °C ausgesetzt sind. Der Einsatz der genannten Hochtemperatur-Nickellegierung für die Probenaufnahmen (Probenhalter) ist insoweit sehr vorteilhaft, da er eine gute Korrosionsbeständigkeit bei sehr hoher Verschleißbeständigkeit sowie ein gleichmäßiges und rotationssymmetrisches Gefüge aufweist. Die Abschirmung der Probe durch das AI ₂ O ₃ -Rohr ist ebenfalls von Vorteil. Die Prüfgasatmosphäre kann weitgehend beliebig vorgegeben werden. Mit vorbekannten Tribometern konnten bislang nur Messungen bis ca. 1 .000 °C durchgeführt werden. Einige Tribometer können bei diesen hohen Temperaturen auch den Umgebungsdruck verringern. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Tribometers können indes Messungen bei bis zu 1 .250 °C durchgeführt werden, während gleichzeitig eine beliebig wählbare Umgebungs- bzw. Prüfatmosphäre eingestellt werden kann, insbesondere eine solche, wie sie z. B. in einem Tunnelofen herrscht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer - teilweise geschnittener - Darstellung ein Tribometer zur Messung einer tribologischen Größe einer Probe und

Fig. 2 den Radialschnitt durch den Messort mit einer Probe, die in einer

Aufnahmekammer angeordnet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Tribometer 1 dient zur Messung einer tribologischen Größe einer Probe 2, die sich am markierten Ort befindet; in Fig. 2 ist sie zwar nur schematisch, aber näher dargestellt. Das Tribometer 1 besteht aus einem Rahmen 13, in dem im unteren Bereich ein ortsfester Probenhalter 3 und im oberen Bereich ein beweglicher Probenhalter 4 angeordnet ist. Der bewegliche Probenhalter 4 steht über ein Getriebe 1 1 mit einem Antriebselement 5 in Form eines Elektromotors in Drehverbindung. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, wird damit ein erstes von dem beweglichen Probenhalter 4 gehaltenes rotierendes Probenteil 2' relativ zu einem zweiten von dem ortsfestem Probehalter 3 gehaltenen ortsfesten Probenteil 2" rotatorisch bewegt. Die beiden Probenteile 2', 2" müssen nicht zwingend aus demselben Werkstoff bestehen.

Eine in axiale Richtung der stabförmigen Probenhalter wirkende Andrückkraft zwischen den beiden Probenteilen 2', 2" wird durch Mittel 12 erzeugt. Diese Mittel 12 bestehen aus einem Hebel 14, der mit einem Ende am Rahmen 13 gelenkig angeordnet ist. Am anderen Ende des Hebels 14 ist ein Gewicht 15 angeordnet. In Abhängigkeit des gewählten Gewichts wird eine mehr oder weniger starke axial wirkende Kraft in den beweglichen Probenhalter 4 eingeleitet, was die Testverhältnisse an der Kontaktstelle zwischen den beiden Probenteilen 2', 2" entsprechend beeinflusst.

Wesentlich ist, dass der Bereich der Probe 2 von einer Aufnahmekammer 6 umgeben ist, die vorliegend eine zylindrische Gestalt hat. Die Aufnahmekammer 6 ist zum Beispiel am Gehäuse/Rahmen der Vorrichtung befestigt. Die Aufnahmekammer 6 dichtet ihr Inneres zumindest teilweise gegen die Umgebung U ab. Des weiteren sind Mittel 7 vorhanden, mit denen ein Testgas G aus einer Gasflasche 9 über eine Leitung mit Ventil ins Innere der Aufnahmekammer 6 geleitet werden kann. Hiermit kann der Kontaktbereich zwischen den beiden Probenteilen 2', 2" unter eine gewünschte Gasatmosphäre gesetzt werden, um reale Verhältnisse zu simulieren.

Die Abdichtung der Aufnahmekammer 6 gegen die Umgebung U erfolgt im einfachsten Falle durch entsprechend vorgesehene enge Spalte zwischen der Aufnahmekammer und den Bauteilen, die durch sie hindurchtreten (insbesondere, die Probenhalter). Es können aber auch an sich bekannte Dichtelemente vorgesehen werden, um ein erhöhtes Maß an Abdichtung zu erreichen.

Weiterhin ist zur Erzeugung einer hohen Temperatur für die Messung ein Heizelement 8 vorgesehen, dass vorliegend konzentrisch in der Aufnahmekammer 6 und konzentrisch um die Probe 2 herum angeordnet ist. Hiermit kann eine Temperatur bis zu 1 .250 °C erzeugt werden, so dass die tribometrische Prüfung unter realen Bedingungen durchgeführt werden kann, wie sie beispielsweise in einem Tunnelofen herrschen. Die Probe 2 ist vorliegend in einem Schutzrohr 10 aus Aluminiumoxid untergebracht.

Die Gaszusammensetzung wird vor der Prüfung in der Gasflasche 9 zusammengemischt; die Gasflasche 9 wird dann an das Tribometer fluidisch angeschlossen. Der Druck und die Temperatur können mittels entsprechender Messgeräte erfasst und gesteuert oder geregelt werden.

Die Probenhalter aus der oben genannten Legierung 60 HT R sind so konstruiert, dass der Prüfkörper gut vom Gas G umspült werden kann.

Je höher die Drehzahl des beweglichen Probenhalters 4 ist, desto größer ist der Verschleiß. Die Drehzahl wird dem zu untersuchenden Bauteil angepasst. Die Drehzahl ist über den Elektromotor 5 stufenlos regulierbar.

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung zur Messung zumindest einer tribologischen Größe

(Tribometer)

2 Probe

2' Probenteil

2" Probenteil

3 ortsfester Probenhalter

4 beweglicher Probenhalter

5 Antriebselement (Elektromotor)

6 Aufnahmekammer

7 Mittel zur Einleitung eines Testgases

8 Heizelement

9 Gasflasche

10 Schutzrohr

1 1 Getriebe

12 Mittel zur Erzeugung einer Andruckkraft

13 Rahmen

14 Hebel

15 Gewicht

U Umgebung

G Testgas