Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden und die Ver wendung einer solchen Vorrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden.

Der Anmelderin ist bekannt, dass aus Festkörpern, bei denen es sich beispielsweise um im Betrieb gewesene Komponenten einer Gasturbine oder auch beliebige andere Bauteile bzw. Körper handeln kann, Proben entnommen werden, um diese an schließend zu analysieren. Rein beispielhaft sei die Entnahme einer Probe aus einem metallischen Festkörper zur anschlie ßenden metallographischen Analyse genannt.

Proben aus einem Festkörper können erhalten werden, indem ein in der Regel vergleichsweise kleiner Teil des zu untersuchen den Körpers etwa durch Schneiden vom verbleibenden Abschnitt abgetrennt wird. Die erhaltene Probe kann dann einer Analyse unterzogen werden.

Damit eine durch Schneiden entnommene Probe repräsentativ ist, insbesondere den tatsächlichen Zustand der zu unter suchenden Komponente wiederspiegelt, sind Gefüge-Veränderun gen etwa in Folge thermischer Beeinträchtigungen durch den Trennprozess bei der Probenentnahme unzulässig.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrich tung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper anzugeben, mit der auf vergleichsweise einfache Weise und zügig eine re präsentative, insbesondere durch den Entnahmeprozess nicht bzw. so wenig wie möglich beeinflusste Probe entnommen werden kann . Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden, um fassend ein Gestell und ein an dem Gestell relativ zu diesem bewegbar gehaltenes Schneidwerkzeug, wobei das Schneidwerk zeug zumindest abschnittsweise zumindest im Wesentlichen die Form eines Hohlkugelsegmentes oder einer Hohlkugelschicht aufweist .

Die Anmelderin hat festgestellt, dass ein Schneidwerkzeuges, das die Form eines Segmentes oder einer Schicht einer Hohl kugel aufweist, hervorragend geeignet ist, um auf einfache und zügige Weise Proben aus etwa metallischen Festkörpern zu entnehmen, wobei aufgrund der besonderen Form des Schneid werkzeugs Gefüge-Veränderungen etwa in Folge thermischer Einwirkung, vermieden bzw. auf einem Minimum gehalten werden können .

Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug kann zur Probenentnahme praktisch wie eine dreidimensionale Kreissäge in einen Fest körper eingetrieben werden, wobei eine kugelförmige Schnitt kontur erhalten wird. Dies hat sich als ein besonders geeig neter und Gefüge-erhaltender Trennprozess erwiesen.

Unter einem Hohlkugelsegment ist dabei in herkömmlicher Weise eine solche Form zu verstehen, die erhalten wird, wenn eine Hohlkugel, die auch als Kugelschale bezeichnet werden kann, von einer Ebene geschnitten wird. Eine Hohlkugelschicht ist diejenige Form, die sich zwischen zwei parallelen Ebenen ergibt, die eine Hohlkugel schneiden.

Das Schneidwerkzeug kann beispielsweise in einem zentralen Bereich insbesondere für eine geeignete Befestigung an einem Werkzeughalter plattenförmig sein, und an den plattenförmigen Abschnitt schließt sich ein Abschnitt an, der die Form einer Hohlkugelschicht aufweist die Schneide bildet.

Das Schneidwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Realisierung einer Schneidbewegung zweckmäßiger Weise um eine Werkzeugdrehachse rotierbar gelagert. Die Werkzeugdrehachse fällt insbesondere mit derjenigen Achse zusammen, in Bezug auf die das hohlkugelsegment- oder hohlkugelscheibenförmige Schneidwerkzeug bzw. der hohlkugelsegment- oder hohlkugel scheibenförmige Abschnitt des Schneidwerkzeuges rotationssym metrisch ist.

Das Schneidwerkzeug ist weiterhin bevorzugt zumindest ab schnittsweise mit kubischem Bornitrid beschichtet, insbeson dere, um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.

In weiterer besonders vorteilhafter Ausführungsform weist das Schneidwerkzeug eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, die sich insbesondere von seinem Außenumfang radial nach innen erstre cken und/oder entlang seines Außenumfanges verteilt und be vorzugt äquidistant voneinander beabstandet sind. Die Ausneh mungen, die beispielsweise eine U-förmige Kontur haben, die nen insbesondere einem besseren Spanabtransport während eines Schneidvorgangs .

Zur Realisierung der Rotationsbewegung des Schneidwerkzeuges um die Werkzeugdrehachse ist bevorzugt eine Dreh- Antriebs einrichtung vorgesehen. Diese kann in bevorzugter Ausgestal tung eine Spindel und/oder einen bürstenlosen Gleichstrom motor umfassen. Der motorisierte Antrieb der Rotationsbewe gung des Schneidwerkzeuges erfüllt weiterhin bevorzugt die Anforderungen der Schutzklasse III gemäß DIN EN61140, ist also bevorzugt durch einen Antrieb mit Schutzkleinspannung gegeben .

In weiterer besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die An ordnung ferner derart getroffen, dass die Lage der Werkzeug drehachse relativ zu dem Gestell veränderbar ist.

Die Anordnung ist insbesondere derart getroffen, dass das Schneidwerkzeug auf einer Kugeloberfläche bewegbar ist, deren Radius bevorzugt einem zu dem hohlkugelsegment- oder hohl kugelscheibenförmige Schneidwerkzeug bzw. hohlkugelsegment- oder hohlkugelscheibenförmigen Abschnitt des Schneidwerkzeu ges gehörigen Kugelradius entspricht. Ein Hohlkugelsegment definiert einen inneren und äußeren Radius, wobei auf beide Radien gleichermaßen abgestellt werden kann. Das Schneidwerk zeug ist insbesondere mit zwei Freiheitsgraden auf der Kugel oberfläche bewegbar.

Dann ist eine zweiachsige Vorschubbewegung auf einer Kugel oberfläche möglich, beispielsweise sowohl in horizontaler aus auch in vertikaler Richtung. Durch eine zweiachsige Vorschub bewegung kann insbesondere ein gleichbleibendes Spanvolumen über den gesamten Probenquerschnitt bei nahezu vernachlässig barem Wärmeeintrag in die Probe erhalten werden.

Das Schneidwerkzeug kann zur Realisierung einer Vorschubbe wegung um eine in Bezug auf das Gestell bevorzugt ortsfeste Vorschubachse schwenkbar an dem Gestell gelagert. Alternativ oder zusätzlich ist das Schneidwerkzeug zur Realisierung einer Hubbewegung um eine zu der Vorschubbewegung orthogonale und/oder in Bezug auf das Gestell in ihrer Lage veränderbare Hubachse schwenkbar an dem Gestell gelagert. Auch kann das Schneidwerkzeug höhenverstellbar an dem Gestell gelagert sein .

Die Vorschubachse und die Hubachse schneiden sich in beson ders bevorzugter Ausgestaltung in dem zu dem hohlkugelseg- ment- oder hohlkugelscheibenförmigen Schneidwerkzeug bzw. dem hohlkugelsegment- oder hohlkugelscheibenförmige Abschnitt des Schneidwerkzeuges gehörigen Kugelmittelpunkt. Zu jedem Hohl kugelsegment bzw. jeder Hohlkugelschicht gegebener Größe ge hört ein definierter Kugelmittelpunkt, auf den Bezug genommen werden kann.

Die Vorschubachse kann beispielsweise vertikal ausgerichtet sein, während sich die Hubachse durch eine - bevorzugt verän derbare-, jedoch immer in der horizontalen Ebene befindlichen Lage auszeichnet. Für die Rotationsbewegung des Schneidwerkzeuges um die Vor schubachse kann eine Vorschub-Antriebseinrichtung insbeson dere mit einem Schrittmotor und/oder einem Schneckengetriebe vorgesehen sein.

In analoger Weise kann für die Schwenkbewegung des Schneid werkzeugs um die Hubachse eine Hub-Antriebseinrichtung insbe sondere mit einem bevorzugt einen Schrittmotor umfassenden Linearantrieb und/oder einem Planetengetriebe vorgesehen sein. Die Hub-Antriebseinrichtung umfasst dann bevorzugt ein linear herein- und herausfahrbares Stellelement, das gelenkig mit einem das Schneidwerkzeug tragenden Werkzeughalter ver bunden ist, wobei das Stellelement bevorzugt um eine Hub-An triebsschwenkachse schwenkbar gelagert ist. Es kann auch vor gesehen sein, dass die das Stellelement umfassende Hub-An triebseinrichtung um eine Hub-Antriebsschwenkachse schwenkbar gelagert ist.

Auch für einen Antrieb für die Schwenkbewegung des Schneid werkzeugs um die Vorschubachse und/oder für einen Antrieb für die Schwenkbewegung um die Hubachse gilt, dass diese die An forderungen gemäß Schutzklasse III nach DIN EN 61140 erfül len. Besonders bevorzugt wird für sämtliche Antriebe und Vor schübe konsequent die Schutzkleinspannung verwendet.

Als besonders bevorzugt für die Probenentnahme, etwa im Tur binenbereich, hat sich ferner ein Schneidwerkzeug erwiesen, für dessen Größe gilt, dass der Radius, der zu dem hohlkugel- segment- oder hohlkugelscheibenförmigen Schneidwerkzeug bzw. dem hohlkugelsegment- oder hohlkugelscheibenförmige Abschnitt gehört im Bereich von 40mm bis 100mm, insbesondere 50mm bis 80mm, besonderes bevorzugt 65mm bis 75mm liegt. Der maximale Durchmesser des hohlkugelsegment- oder hohlkugelscheibenför migen Schneidwerkzeuges bzw. des hohlkugelsegment- oder hohl kugelscheibenförmige Abschnitts dieses liegt bevorzugt unter halb von 100mm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung in weiterer besonders bevor zugter Ausführungsform einen Haltekörper, am dem das Schneid werkzeug bewegbar gehalten ist. Ist ein Haltekörper vorgese hen, kann dieser zur Realisierung der Vorschubbewegung um die Vorschubachse, die bevorzugt mit einer zentralen Längsachse des Haltekörpers zusammenfällt, rotierbar an dem Gestell der Vorrichtung gelagert sein, was sich als besonders geeignete konstruktive Umsetzung erwiesen hat. Das Schneidwerkzeug kann alternativ oder zusätzlich an dem Haltekörper um die Hubachse schwenkbar gelagert sein, um die Hubbewegung zu ermöglichen. Der Haltekörper kann ferner höhenverstellbar an dem Gestell gelagert sein, so dass die Höhe des Schneidwerkzeuges ein stellbar ist.

Der Haltekörper kann beispielsweise einen bevorzugt zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Antriebsabschnitt aufweisen, der um seine zentrale Längsachse drehbar an dem Gestell ge halten ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Antriebsab schnitt außenseitig mit Zähnen versehen sein, von denen einige mit einer an dem Gehäuse um ihre Längsachse rotierbar gelagerten, motorisiert antreibbaren Schnecke in Eingriff stehen. In diesem Falle bildet der bevorzugt zylinderförmige Antriebsabschnitt das Schneckenrad eines Schneckengetriebes, das in Drehung versetzt wird, wenn die schrauben- bzw. spin delförmige Schnecke des Schneckengetriebes motorisiert um ihre Längsachse rotiert wird.

Der Haltekörper kann weiterhin alternativ oder zusätzlich einen Aufnahmeabschnitt umfassen, der sich zumindest ab schnittsweise durch einen kugelförmige Außen- und/oder Innen kontur auszeichnet, besonders bevorzugt durch eine kugelför mige Außen- und Innenkontur in der Art eines Hohlkugelsegmen tes. In dem Aufnahmeabschnitt ist dann bevorzugt ein das Schneidwerkzeug tragender Werkzeughalter und/oder ein Antrieb für die Rotationsbewegung des Schneidwerkzeuges um die Werk zeugdrehachse angeordnet. Der Aufnahmeabschnitt kann eine Öffnung aufweisen und das Schneidwerkzeug ist dann bevorzugt im Bereich der Öffnung angeordnet. Um die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bequem und zu verlässig vorübergehend an einem Festkörper für eine Proben entnahme fixieren zu können, kann diese Füße, beispielsweise drei Füße aufweisen, die bevorzugt ein- und ausschaltbare Magnete umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann für den Fall, dass Probeentnahmen aus paramagnetischen Werkstoffen durchzuführen sind, vorgesehen sein, dass die Füße und/oder das Gestell Aufnahmen für Spanngurte aufweisen. Weiterhin be vorzugt sind die Füße gelenkig, insbesondere über Radial-Ge- lenklager, mit dem Gestell der Vorrichtung verbunden.

Die Füße können herein- und herausdrehbar an dem Gestell be festigt sein, wodurch eine Höhenverstellbarkeit des Gestells und somit des daran gehaltenen Schneidwerkzeuges erzielt wer den kann.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist ein einseitig offenes Gehäuse vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Vor richtung eine Absaugeinrichtung umfassen bzw. einen An schluss, über den insbesondere ein Gehäuseabschnitt mit einer Absaugeinrichtung verbindbar ist. Über eine Absaugeinrichtung können in Folge des Schneidprozesses anfallende Späne zuver lässig entfernt werden. Beispielsweise kann das Gehäuse mit einem insbesondere seitlichen Anschluss versehen sein, der mit einem Schlauch einer Absaugeinrichtung verbindbar ist.

Ist ein Gehäuse vorhanden, ist dieses bevorzugt derart ausge staltet, dass es einen insbesondere unterseitig an der Vor richtung vorgesehenen Bearbeitungsbereich umgreift bzw. um schließt, also kapselt. Eine gekapselte Bauart - insbesondere in Kombination mit einer Absaugeinrichtung - ermöglicht be sonders saubere Probeentnahmen, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sich etwa auch für einen Einsatz in einem Rein raum eignet. Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein über ein Rapid-Prototyping-Verfahren hergestelltes Ge stell und/oder Gehäuse, insbesondere aus Kunststoff.

In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuereinrichtung vorgese hen, die bevorzugt wenigstens einen Mikroprozessor umfasst. Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit einem Antrieb für die Rotationsbewegung des Schneidwerkzeuges um die Werkzeug drehachse und/oder einem Antrieb für die Schwenkbewegung des Schneidwerkzeugs um die Hubachse und/oder einem Antrieb für die Rotationsbewegung des Haltekörpers um die Vorschubachse, besonders bevorzugt mit allen drei Antrieben, verbunden. Sie ist ferner besonders bevorzugt derart ausgebildet und einge richtet, dass eine Probe vollautomatisiert aus einem Festkör per entnehmbar ist, dies zweckmäßiger Weise nachdem die Vor richtung - etwa von Hand und/oder mit geeigneten Hilfsmitteln - bestimmungsgemäß an einem Festkörper für eine Probenent nahme angeordnet und bevorzugt vorübergehend fixiert wurde.

Die vollautomatisierte Ausgestaltung ermöglicht insbesondere die Entnahme von Proben auch an unzugänglichen Stellen. Nach dem Positionieren der Vorrichtung kann diese autark gesteuert mit der Entnahme von Proben beginnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst in Weiterbildung einen oder mehrere Sensoren, insbesondere zur Überwachung von Außenparameter und/oder Zuständen von vorhandenen Antrieben.

Ist einer oder sind mehrere Sensoren vorhanden, kann es sich beispielsweise um einen bzw. solche handeln, der bzw. die für die Erfassung einer Temperatur, Schallemission, Stromaufnahme und/oder Drehzahl vorhandener Motoren ausgebildet ist bzw. sind .

Ist einer oder sind mehrere Sensoren vorhanden, sind diese weiterhin bevorzugt mit einer Steuereinrichtung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung verbunden, so dass die Sensoren kon- tinuierlich bzw. wiederholend in vorgegebenen zeitlichen Ab ständen erfasste Messwerte an diese übermitteln können. Die Steuereinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, erhaltene Messwerte zu analysieren und auf Basis dieser optimale Pro zessparameter zu ermitteln, die wiederum etwa an vorhandene Antriebe zurückzugeben werden, insbesondere, um den Schneid- also Entnahmevorgang entsprechend ideal zu steuern.

Auch kann wenigstens eine Kamera vorgesehen sein, um einen Probenentnahmeprozess - auch aus Entfernung - beobachten zu können .

Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen oder meh rere Encoder, also Wegaufnehmer, der/die ausgebildet und an geordnet ist/sind, um die aktuelle Position des Schneidwerk zeuges zu erfassen. Sind mehrere Antriebe für eine Bewegung des Schneidwerkzeuges vorgesehen, ist bevorzugt für jeden An trieb wenigstens ein Encoder vorgesehen und dem jeweiligen Antrieb zugeordnet. Die Verwendung von Encodern, über welche die Position insbesondere sämtlicher Achsen erfasst werden kann, ermöglicht u.a. das wiederholte Abfahren beliebiger Konturen .

Es hat sich gezeigt, dass unter Verwendung der erfindungs gemäßen Vorrichtung der im Rahmen einer Probenentnahme aus einem Festkörper auftretende Wärmeeintrag derart gering ist, dass eine Kühlung nicht zwingend erforderlich ist. Um dennoch die Möglichkeit für eine solche zu haben, kann die erfin dungsgemäße Vorrichtung in Weiterbildung Mittel zum Kühlen, beispielsweise Mittel zur Zufuhr eines Kühlmediums umfassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich als besonders ge eignet erwiesen, um im Rahmen eines Turbinenservices bzw. einer Turbinenrevision Proben zu entnehmen. Die entnommenen Proben können dann etwa der Bestimmung von Materialeigen schaften bzw. -Schädigungen, wie z.B. Kriechen, dienen. Die Proben können alternativ oder zusätzlich auch in Zugversu chen, Zeitstandversuchen oder anderen Versuchen herangezogen werden, über welche die Materialeigenschaften nach dem Be trieb der Werkstoffe, also im Anschluss insbesondere an ther mische und/oder mechanische Belastungen, ermittelt werden können .

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden,

bei dem

- eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereitgestellt wird,

- die Vorrichtung an geeigneter Stelle des Festkörpers an geordnet und insbesondere vorrübergehend fixiert wird, und

- mittels des Schneidwerkzeugs eine Probe aus dem Festkör per entnommen wird, wobei ein Schnitt mit einer kugel segmentförmigen Kontur in dem Festkörper hergestellt wird .

Unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf ver gleichsweise einfache Weise und vergleichsweise zügig reprä sentative Festkörperproben erhalten werden, die für eine wei tere Analyse und Zustandsbestimmung besonders geeignet sind.

Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer er findungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden. Bei einem Festkörper, aus dem eine Probe entnommen wird, kann es sich beispiels weise um im Betrieb gewesene Komponenten einer Gasturbine oder auch beliebige andere Bauteile bzw. Körper handeln.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung dreier Ausführungs formen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin i t

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von schräg oben in schematischer Darstellung;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus

Figur 1 von schräg unten in schematischer Darstel lung;

Figur 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Figur 1 in schematischer Dar stellung;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von schräg unten in schematischer Darstellung;

Figur 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Figur 4 in schematischer Dar stellung;

Figur 6 eine weitere teilweise geschnittene perspektivische

Ansicht der Vorrichtung aus Figur 4 in schemati scher Darstellung;

Figur 7 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung von der Seite in schematischer Dar stellung;

Figur 8 eine weitere teilweise geschnittene perspektivische

Ansicht der Vorrichtung aus Figur 7;

Figur 9 das Schneidwerkzeug der Vorrichtungen aus den Figu ren 1, 4 und 7 im Horizontalschnitt zusammen mit einer Probenentnahmestelle in schematischer Dar stellung; Figur 10 in schematischer Darstellung eine Frontalansicht auf das Schneidwerkzeug aus Figur 9, wobei der mit einem Festkörper zur Probenentnahme in Eingriff kommende Bereich markiert ist;

Figur 11 das Schneidwerkzeug aus Figur 9 im Vertikalschnitt zusammen mit einer Probenentnahmestelle in schema tischer Darstellung;

Figur 12 ein elliptisches Schneidwerkzeug im Horizontal

schnitt zusammen mit einer Probenentnahmestelle bei linearer Bearbeitungsrichtung schematischer Dar stellung; und

Figur 13 in schematischer Darstellung eine Frontalansicht auf das Schneidwerkzeug aus Figur 12, wobei der mit einem Festkörper zur Probenentnahme in Eingriff kommende Bereich markiert ist.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung per spektivische Außenansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper durch Herausschneiden jeweils von schräg oben bzw. schräg unten. In der Figur 3 ist die Vorrichtung schematisch in teilweise geschnittener Darstellung gezeigt, wobei das Innenleben der Vorrichtung erkennbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein gleichzeitig al Gestell dienendes Gehäuse 1, welches unter Durchführung eines Rapid-Prototyping-Verfahrens , konkret durch 3D-Drucken, er halten wurde und aus Kunststoff gefertigt ist. Das Gehäuse 1 umfasst einen zumindest im Wesentlichen plattenförmigen Ge häuseabschnitt 2 und einen sich daran oberseitig anschließen den kuppelförmigen Gehäuseabschnitt 3, welcher darunter be findliche Komponenten der Vorrichtung, auf die noch näher eingegangen wird, übergreift. In dem plattenförmigen Gehäu- seabschnitt 2 sind drei Ausnehmungen 4 vorgesehen, in denen jeweils ein Radial-Gelenklager 5 angeordnet ist, wodurch ins gesamt drei Füße 6 (vgl. insbesondere Figur 2) der Vorrich tung gelenkig an dem Gehäuse 1, konkret dem plattenförmigen Gehäuseabschnitt 2, befestigt sind. Jeder Fuß 6 umfasst einen ein- und ausschaltbaren Magneten, sodass eine vorübergehende, verlässliche Fixierung der Vorrichtung an Festkörpern aus ferromagnetischem Material zügig und bequem möglich ist. Je der Fuß 6 ist über eine sich durch das jeweilige Radial-Ge lenklager 5 erstreckende Gewindestange 6 an dem Gehäuse 1 ge halten. Durch Drehung der Gewindestangen 7 können die Füße 6 herein- und herausgedreht werden und so die Höhe des Gehäuses 1 in Bezug auf die Oberfläche eines Festkörpers, aus dem eine Probe zu entnehmen ist, verändert werden.

Ebenfalls gut in der Figur 1 erkennbar ist ein außenseitig an dem Gehäuse 1, konkret dem plattenförmigen Gehäuseabschnitt 2 angeformtes Bedienfeld 8 mit Knöpfen 9, über welche die Vor richtung manuell bedienbar ist. Zur linken Seite des Bedien feldes 8 befinden sich ferner drei Potentiometer 10 für An triebe der Vorrichtung, auf die weiter unten noch eingegangen wird .

Um aus einem Festkörper eine Probe durch Herausschneiden ent nehmen zu können, umfasst die Vorrichtung ein an ihrer Unter seite angeordnetes Schneidwerkzeug 11, das zumindest im We sentlichen die Form eines Hohlkugelsegmentes aufweist. Das hohlkugelsegmentförmige Schneidwerkzeug 11 kann besonders gut den Figuren 2, 3, 9 und 11 entnommen werden. Das Schneidwerk zeug 11 weist eine Mehrzahl von U-förmigen Ausnehmungen 11a auf, die entlang seines Außenumfanges verteilt und äquidis tant voneinander beabstandet sind und sich vom Außenumfang radial nach innen erstrecken. Die Ausnehmungen 11a, die nicht in allen Figuren dargestellt, aber insbesondere in den Figu ren 1, 2 und 4 erkennbar sind, dienen in u.a. einem besseren Spanabtransport während eines Schneidvorganges. Das Schneid werkzeug 11 ist mit kubischem Bornitrid (CBN) beschichtet, insbesondere, um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen. Das Schneidwerkzeug 11 ist um eine Werkzeugdrehachse 12 (vgl. Figur 3) rotierbar gelagert und zwar an einem Haltekörper 13 der Vorrichtung, der seinerseits zur Realisierung einer Vor schubbewegung des Schneidwerkzeuges 11 um eine in Bezug auf das Gehäuse 1 ortsfeste Vorschubachse 14 (vgl. insbesondere Figur 3) rotierbar an dem Gestell 1 gelagert ist. Das

Schneidwerkzeug 11 ist an dem Haltekörper 13 ferner um eine Hubachse 15, die in Figur 3 senkrecht zur Zeichenebene steht, schwenkbar gehalten. Die Werkzeugdrehachse 12, Vorschubachse 14 und Hubachse 15 schneiden sich in dem zu dem hohlkugelseg mentförmigen Schneidwerkzeug 11 gehörigen Kugelmittelpunkt. Das Schneidwerkzeug 11 ist auf einer Kugeloberfläche beweg bar, deren Radius dem zu dem hohlkugelsegmentförmigen

Schneidwerkzeug 11 gehörigen äußeren Kugelradius R ent spricht. Der Radius R kann der Figur 3 und der Figur 9 ent nommen werden, die einen vergrößerten Zentralschnitt des Schneidwerkzeugs 11 zeigt. Bei dem dargestellten Ausführungs beispiel beträgt der Kugelradius 69mm. Durch den vergleichs weise großen Radius wird es möglich, einem Festkörper eine Probe mit vergleichsweise geringem Querschnitt zu entnehmen und die entstehende Schnittfläche weist nur eine äußerst ge ringe Kerbschärfe auf.

Konstruktiv sind die Bewegungsmöglichkeiten des Schneidwerk zeuges 11 wie folgt umgesetzt.

Das Schneidwerkzeug 11 ist an einer als Werkzeughalter die nenden Spindel 16 drehfest fixiert, die über Lager 17 um die Werkzeugdrehachse 12 rotierbar an einem Drehantriebs-Gehäuse 18 einer für die Rotation des Schneidwerkzeuges 11 um die Werkdrehachse 12 vorgesehenen Dreh-Antriebseinrichtung 19 ge halten ist. Die Dreh-Antriebseinrichtung 19 umfasst einen bürstenlosen Gleichstrommotor 20, über den die das Schneid werkzeug 11 tragende Spindel 16 antreibbar ist. Um sicherzu stellen zu können, dass sich die Spindel 16 und somit das Schneidwerkzeug 11 im unbenutzten Zustand der Vorrichtung nicht ungewollt dreht, ist eine Spindelarretierung 21 vorge sehen .

Für die Schwenkbewegung des Schneidwerkzeuges 11 um die Hub achse 15 ist das Drehantriebs-Gehäuse 18 um die Hubachse 15 (vgl. auch Figur 6) schwenkbar an dem Haltekörper 13 gela gert. Der Halterkörper 13 umfasst einen zumindest im Wesent lichen kugelsegmentförmigen Aufnahmeabschnitt 22, innerhalb dem sich das Drehantriebs-Gehäuse 18 erstreckt, und an dem es, konkret an zwei Stellen der Innenwandung schwenkbar ge lagert. Eines der beiden zugehörigen Schwenklager 23 kann der Figur 6 entnommen werden, die einen Schnitt an entsprechender Position zeigt. Es sei angemerkt, dass die Figuren 4 bis 6 zwar eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor richtung zeigen, die u.a. einen zusätzlichen unteren Gehäu seabschnitt 24 zur Kapselung des Bearbeitungsbereiches auf weist. Da die schwenkbare Lagerung des Schneidwerkzeuges 11 um die Hubachse 15 bei der zweiten Ausführungsform jedoch auf gleiche Weise realisiert ist, kann auf diese Figur Bezug ge nommen werden. Gleiche Komponenten sind darin mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Um ein Schwenken des Schneidwerkzeuges 11 um die Hubachse 15 motorisiert bewirken zu können, ist eine in der Figur 3 er kennbare Hub-Antriebseinrichtung 25 mit einem einen Schritt motor 26 umfassenden Linearantrieb vorgesehen. Mittels des Schrittmotors 26 kann eine Gewindehülse 27 der Hub-Antriebs- einrichtung 25 in Rotation versetzt werden, was wiederum dazu führt, dass eine von dieser aufgenommene Gewindestange 28, deren vorderes Ende 29 gelenkig mit dem Drehantriebs-Gehäuse 18 verbunden ist (vgl. Figur 5), aus der Gewindehülse 27 her aus- oder hineingefahren wird, was in ein Schwenken des Dreh- antriebs-Gehäuses 18 und somit des Schneidwerkzeuges 11 um die Hubachse 15 resultiert. Der Schrittmotor 26, die Gewinde hülse 27 und Gewindestange 28 sind schwenkbar an dem Halte körper 13 gelagert, konkret um eine zu der Hubachse 15 paral lele Schwenkachse 30 (vgl. Figur 5), so dass die Komponenten der Schwenkbewegung des Drehantriebs-Gehäuses 18 und somit Schneidwerkzeugs 11 folgen können.

Für die Realisierung einer Vorschubbewegung des Schneidwerk zeugs 11 ist der Haltekörper 13, wie erwähnt, um die in Bezug auf das Gehäuse 1 ortsfeste Vorschubachse 14 (Figur 3) rotierbar an dem Gestell 1 gelagert. Hierzu umfasst der Hal tekörper 13 einen oberen, zumindest im wesentlichen zylinder förmigen Antriebsabschnitt 31, der um seine mit der Vorschub achse 14 zusammenfallende, zentrale Zylinderachse drehbar an dem Gehäuse 1, konkret innerhalb des kuppelförmigen Gehäuse abschnitts 3 gehalten ist, wofür ein Lager 32 vorgesehen ist (vgl. Figur 2, 5 und 6) . Der Antriebsabschnitt 31 ist außen seitig mit Zähnen 33 versehen und bildet das "Schneckenrad" eines Schneckengetriebes einer Vorschub-Antriebseinrichtung 34 der Vorrichtung. Die Vorschub-Antriebseinrichtung 34 weist eine an dem Gehäuse 1 um eine Schnecken-Drehachse 35 rotier bar gelagerte, mittels eines in den Figuren nicht erkennbaren Schrittmotors motorisiert antreibbaren, in Form einer Gewin destange gegebene Schnecke 36 auf, die mit Zähnen 33 an dem Antriebsabschnitt 31 in Eingriff steht. Wird die Schnecke 36 in die eine oder die andere Richtung um ihre Längsachse ro tiert, resultiert hieraus eine Rotation des Haltekörpers 13 um die Vorschubachse 14 in die eine oder andere Drehrichtung und somit eine Vorschubbewegung des Schneidwerkzeuges 11 in Umfangsrichtung. Es sei angemerkt dass, da die in den Figuren nicht dargestellten Zuleitungen zu den dann mit rotierenden Motoren 19 und 26 von der Dreh- 19 und der Hub-Antriebsein richtung 25 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel keine Schleifkontakte umfassen, der Haltekörper 13 immer maximal um 360° in eine Drehrichtung um die Vorschubachse 14 gedreht und dann die Drehrichtung umgekehrt wird.

Die Motoren der drei Antriebseinrichtungen 19, 25, 34 können über die Knöpfe 9 auf dem Bedienfeld 8 von einem Benutzer be tätigt werden (etwa an/aus und/oder vor/zurück) . Über die Potentiometer 10 kann die jeweilige Drehgeschwindigkeit vari iert werden. Für die Motoren aller drei Antriebseinrichtungen 19, 25, 34 gilt, dass sie die Anforderungen der Schutzklasse III gemäß DIN EN61140 erfüllen, es sich also um Antrieb mit Schutz kleinspannung handelt. Alle drei Motoren sind vorliegend Schrittmotoren. Encoder für die Erfassung der aktuellen Posi tion des Schneidwerkzeuges 11 sind entsprechend nicht erfor derlich, können aber zusätzlich vorgesehen sein.

Für die Dreh-Antriebseinrichtung 19 gilt bei dem dargestell ten Ausführungsbespiel, dass die Spannungsversorgung für den Motor 20 24V/3.5 A beträgt, das Drehmoment bei etwa 0,4 Nm liegt und die Drehzahlregelung bevorzugt bei etwa 4000 1/min. Für den Motor 26 der Hub-Antriebseinrichtung 25 gilt, dass das Haltemoment bei etwa 0,35 Nm liegt und das Drehmoment bei etwa 2,00 Nm. Es lässt sich eine Positioniergenauigkeit <= 1° erzielen. Für den Motor der Vorschub-Antriebseinrichtung 34 gilt, dass das Haltemoment bei etwa 0,35 Nm und das Dreh moment bei etwa 2,00 Nm liegt. Es lässt sich auch hier eine Positioniergenauigkeit <= 1° erzielen.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens eine in den Figuren nicht erkennbare Kamera, über welche eine Probenent nahme auch aus der Entfernung beobachtet sowie aufgezeichnet werden kann.

Die in den Figuren 4 bis 6 dargestellte zweite Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von der ersten zunächst dadurch, dass sie den zusätzlichen Gehäuseabschnitt 24 aufweist, andere Füße 6 hat, die keine Magnete jedoch Ausnehmungen 37 für nicht dargestellte Spann gurte aufweisen, und sie eine etwas anders ausgestaltete Hub- Antriebseinrichtung 25 aufweist. Letztere umfasst ein Zahnrad 38, welches über den Motor 26 angetrieben wird und das ein in den Figuren nicht erkennbares Innengewinde aufweist. Dieses übernimmt praktisch die Funktion der Gewindestange 27 aus dem Antrieb der ersten Ausführungsform. Die Stange 28 weist - nur in einem oberen Abschnitt - ein Außengewinde auf und wird - analog zu der Stange 28 der ersten Ausführungsform, heraus- bzw. hereingefahren, wenn das Zahnrad 38 vom Motor 26 ange trieben wird.

Ein weiterer Unterschied der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass kein Bedienfeld 9 für eine manuelle Bedienung vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst vielmehr eine zent rale Steuereinrichtung 39 mit einem Mikroprozessor, die mit den drei Antriebseinrichtungen 19, 25, 34 verbunden ist und die ausgebildet und eingerichtet ist, um vollständig automa tisiert eine Probenentnahme durchzuführen.

Es sind darüber hinaus in den Figuren nicht dargestellte Sen soren zur Überwachung eines Probenentnahmeprozesses vorgese hen. Konkret handelt es sich um einen Sensor zur Temperatur erfassung, einen Sensor zur Erfassung der Schallemission so wie Sensoren zur Erfassung Stromaufnahme und/oder Drehzahl der Motoren der drei Antriebseinrichtungen 19, 25, 34. Die Sensoren sind alle mit der Steuereinrichtung 39 verbunden und Messwerte, die im Betrieb mit den Sensoren erfasst werden, werden an die Steuereinrichtung 39 übergeben, welche darauf basierend den jeweiligen Probenentnahmevorgang optimiert steuert .

Schließlich kann die Vorrichtung aus den Figuren 4 bis 6 be sonders einfach mit einer in den Figuren nicht dargestellten Absaugeinrichtung verbunden werden, und zwar über den Absaug anschluss 40, der seitlich von dem den Bearbeitungsbereich umschließenden Gehäuseabschnitt 24 abragt.

Die Figuren 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellungen. Die dritte Ausführungsform un terscheidet sich von der ersten und zweiten vor allem durch eine deutlich andere, kompaktere Gehäuseform. Konkret ist das Gehäuse 1 dieser Vorrichtung eher quader- bzw. würfelförmig und an dieses sind vier Füße 6 unterseitig direkt angeformt, dies in den vier Ecken des Gehäuses 1. Das Gehäuse 1 wird mittels in den Figuren nicht dargestellter Spanngurte vor übergehend an einer gewünschten Position an einem Festkörper fixiert, wofür das Gehäuse 1 in den Figuren nicht erkennbare Führungen für die Spanngurte aufweist. Ein weiterer Unter schied besteht darin, dass die Schnecken-Drehachse 35, um welche die Schnecke 36 der Vorschub-Antriebseinrichtung 34 rotierbar ist, hier nicht horizontal sondern vertikal orien tiert ist. Da die Füße 6 bei dieser Ausführungsform Teil des Gehäuses 1 und nicht höhenverstellbar sind, ist der Haltekör per 13 ferner an dem Gehäuse 1 höhenverstellbar gelagert, kann konkret entlang der Vorschubachse 14 linear vor- und zu rückbewegt werden, um die Höhe und somit den Abstand des Schneidwerkzeuges 11 zu der Oberfläche eines Festkörpers, an dem die Vorrichtung angeordnet ist, zu ändern.

Schließlich ist, da eine Höhenverstellung des Schneidwerkzeu ges 11 hier nicht über die Füße 6 möglich ist, der Haltekör per 13 höhenverstellbar an dem Gehäuse 1 gelagert, wie der Schnittdarstellung aus Figur 8 entnommen werden kann. Konkret ist der Haltekörper über Höhenverstellschrauben 41, von denen in der Figur 8 nur eine beispielhaft gezeigt ist, an dem Ge häuse 1 gehalten. Die Höhenverstellschrauben 41 stützen sich in einem Schraubenaufnahmebereich 42 an dem Gehäuse 1 ab und sind jeweils in ein Gewinde 43 an dem Haltekörper 13 einge schraubt. Über Betätigung der Höhenverstellschrauben 41 kann die Höhe des Haltekörpers 13 und somit Schneidwerkzeugs 11 gegenüber dem Untergrund verändert werden. Um eine gewünschte Höhenposition zu arretieren sind ferner Fixierschrauben 44 vorgesehen, die sich jeweils durch einen Schlitz 45 in dem Gehäuse 1 erstrecken und in ein Gewinde 46 in dem Haltekörper 13 eingeschraubt sind. Von den Fixierschrauben 46 sind in der Figur 8 nur zwei erkennbar.

Für alle drei der vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiele gilt, dass die jeweilige Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Festkörper, beispielsweise aus dem Ge häuse einer Turbine, bereitgestellt und an der gewünschten Position an dem Festkörper angeordnet und mittels der magne- tische Füße 6 und/oder mittels einem oder mehreren in den Figuren nicht gezeigten Spanngurten an dem Festkörper vor übergehend fixiert wird. Anschließend wird mittels des

Schneidwerkzeugs 11 eine Probe aus dem Festkörper herausge schnitten, wobei ein Schnitt mit einer kugelsegmentförmigen Kontur in dem Festkörper hergestellt wird.

Dies ist in den Figuren 9 und 11 - jeweils rein schematisch - dargestellt, in denen die aus dem Festkörper 47 herausge schnittene Probe 48 bzw. der Schnittbereich 49 skizziert sind .

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf einfache und zügige Weise Proben 48 aus etwa metallischen Festkörpern 47 entnommen werden, wobei aufgrund der besonderen Form des Schneidwerkzeuges 11 Gefüge-Veränderungen etwa in Folge ther mischer Einwirkung, vermieden bzw. auf einem Minimum gehalten werden können.

Durch die zweiachsige Vorschubbewegung auf einer Kugelober fläche (Bewegung um Vorschub- 14 und Hubachse 15) kann insbe sondere ein gleichbleibendes Spanvolumen über den gesamten Probenquerschnitt bei nahezu vernachlässigbarem Wärmeeintrag in die Probe 47 erhalten werden. Der Wärmeeintrag ist so ge ring, dass ein Kühlen während des Schneidvorganges nicht zwingend erforderlich ist. Natürlich kann die erfindungs gemäße Vorrichtung jedoch Mittel zum Kühlen umfassen, etwa Mittel zur Zufuhr eines Kühlmediums, um eine etwa vorsorgli che Kühlung durchführen zu können.

Es können repräsentative Festkörperproben 48 erhalten werden, die für eine weitere Analyse und Zustandsbestimmung besonders geeignet sind.

Unter Verwendung eines hohlkugelsegment- oder auch hohlkugel scheibenförmigen Schneidwerkzeuges 11, bzw. eines Schneidwer kezugs zumindest mit einem Abschnitt einer solchen Form, das entlang einer Kugeloberfläche bewegbar gelagert ist, können, wie die Anmelderin festgestellt hat, insbesondere deutlich geeignetere Proben 48 aus einem Festkörper 47 entnommen wer den, als es mit einem becherförmigen Schneidwerkzeug 49 (vgl. Figur 12) der Fall ist, welches mit einer nur einachsigen, linearen Vorschubbewegung in einen Festkörper 47 eingetrieben wird, konkret nur um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, wodurch ein elliptischer Schnittbereich 50 erhalten wird, wie er in Figur 12 rein schematisch angedeutet ist. Bei dieser Vorgehensweise muss das Schneidwerkzeug 49 deutlich tiefer in den Festkörper 47 eindringen und die Schnittbreite nimmt zur Probenmitte hin zu, nicht ab, wie bei der erfin dungsgemäßen Lösung, wie auch in der Figur 9 schematisch dar gestellt ist, in welcher der mit dem Schneidwerkzeug 11 her gestellte Schnittbereich 51 in diejenigen ringförmigen Ab schnitte unterteilt dargestellt ist, die von außen beginnend nacheinander, jeweils nach Veränderung des Hubs, geschnitten werden können. Selbstverständlich kann alternativ dazu, dass nacheinander ringförmige Bereiche geschnitten werden, der Hub auch gleichzeitig mit der Vorschubbewegung kontinuierlich an gepasst werden, wodurch sich ein spiralförmiger Schnittver lauf ergeben würde.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass der Bereich, über den das Schneidwerkzeug 11 mit dem Festkör per 47 in Eingriff kommt, deutlich geringer ist. Während bei dem becherförmigen Schneidwerkzeug 49 und einachsiger Vor schubbewegung etwa 15% des Schneidwerkzeuges 49 in Eingriff kommen, sind es bei dem hohlkugelsegmentförmigen Schneidwerk zeug 11 gemäß der vorliegenden Erfindung nur etwa 2%. Der Eingriffsbereich 52 ist in den Figuren 10 und 13 jeweils schematisch angedeutet. Der zum Eingriffsbereich 52 gehörige Winkel liegt in Figur 13 bei etwa 56° und in Figur 8 bei etwa 8° .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .