Geräte zur tribologischen Oberflächen- und Schichtcharakterisierung

Geräte zur tribologischen Oberflächen- und Schichtcharakterisierung

Für Reibungs- und Verschleißuntersuchungen, die sowohl an einfachen Probekörpern als auch an Maschinenelementen durchgeführt werden, stehen am KTmfk mehrere Tribometer zur Verfügung. Um grundlegende Erkenntnisse über das Reibungs- und Verschleißverhalten von Werkstoff- und Oberflächenpaarungen zu gewinnen, werden Stift-Scheibe-Tribometer eingesetzt, mit denen tribologische Messungen nach DIN 50324 anhand von Probekörpern mit einfacher Geometrie durchgeführt werden können.

Stift-Scheibe-Tribometer SST, Eigenkonstruktion

Tribologische Modellversuche unter Luftumgebung können an einem Stift-Scheibe-Rotationstribometer SST durchgeführt werden. Dies erlaubt einen schnellen und kostengünstigen Vergleich des Reibungs- und Verschleißverhaltens verschiedener Materialpaarungen bei unterschiedlichen Zwischenmedien. Dabei wird eine fixierte Kugel mit vordefinierter Kraft auf die konstant rotierende Scheibe gedrückt. Reibspurradius (= horizontaler Abstand des Kugelmittelpunkts von der Rotationsachse der Scheibe), Rotations- bzw. Gleitgeschwindigkeit, Normalkraft und Pressung über den Kugeldurchmesser können variiert werden. Zudem können definierte Mengen an Schmierstoff in den Kontakt mit eingebracht werden. Als Ergebnis erhält man den Verlauf der Reibungszahl über der Zeit, den Umdrehungen oder dem Gleitweg. Mit den vorliegenden Messwerten können dann Vergleichskenngrößen wie Anfangs-, mittlere und stationäre Reibungszahl ermittelt werden. Das Verschleißverhalten kann aus der Reibspur im Anschluss der tribologischen Beanspruchung (Tribometerversuch) taktil oder lichtmikroskopisch untersucht werden.

Klima-Stift-Scheibe-Tribometer K-SST, Eigenkonstruktion
mit Klimakammer KPK 200, Firma FEUTRON

Für Stift-Scheibe-Versuche unter definierten Umgebungsbedingungen bzgl. der Temperatur und/oder der relativen Luftfeuchte kommt am Lehrstuhl ein klimatisiertes Stift-Scheibe-Tribometer K-SST-1 zum Einsatz. Wie der nicht klimatisierte „Bruder“, besticht auch das K-SST-1 durch seine Vielseitigkeit. Neben einem gleichmäßig rotierenden Betrieb sind zusätzlich auch zyklische Versuche mit einem großen Spektrum an Schwenkwinkeln, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten möglich. Durch die Integration in eine Klimakammer KPK 200 der Firma Feutron ist das Versuchsklima in Bereichen von -20 bis +50 °C und 10 bis 98 % relativer Luftfeuchte wählbar. Das Testspektrum wird hierdurch erheblich erweitert und die Prüfbedingungen können stärker dem entsprechenden Anwendungsfall angepasst bzw. besser reproduziert werden.

Hochtemperatur-Vakuum-Stift-Scheibe-Tribometer HTV-SST, Eigenkonstruktion

Spezielle Mechanismen, etwa in der Weltraum-, Röntgen- oder Fusionstechnik, müssen im Gegensatz zu konventionellen Systemen unter Ausschluss von Luft zuverlässig arbeiten. Materialpaarungen, die unter normalen Umgebungsbedingungen hervorragende Gleiteigenschaften besitzen, können im Vakuum ein völlig gegensätzliches Verhalten zeigen, da ihre guten Gleiteigenschaften nur durch Reaktion oberflächennaher Grenzschichten mit Bestandteilen aus der Luft ausgelöst werden (z. B. bei Graphit). Nur wenige Forschungseinrichtungen verfügen über Prüfstände, um für solche Anwendungen geeignete Werkstoffpaarungen im Hinblick auf eine niedrige Reibung bestimmen zu können. Im Tribometer TV-SST-1 können Schichten in einem Vakuum von etwa 10-4 mbar und bis zu 300°C getestet werden.

Load Scanner TE 69, Firma Phoenix Tribology

Zur tribologisch-mechanischen Untersuchung im Gleitkontakt bei mittlerer und hoher Last steht ein Load Scanner vom Typ TE 69 der Fa. PHOENIX TRIBOLOGY zur Verfügung. In unterschiedlichen Prüfkonfigurationen werden hierbei zwei Probekörper gegeneinander mit identischer Geschwindigkeit verfahren. Mithilfe einer Kraft-Weg-Kopplung wird die Normalkraft auf die Kontaktpaarung bei Bewegung der Probekörper linear erhöht bzw. verringert. In einer üblichen Prüfkonfiguration mit zwei gekreuzt angeordneten, zylindrischen Probekörpern können dadurch die auftretenden Verschleiß- und Schädigungserscheinungen sowohl für den Grundkörper als auch für den Gegenkörper auf einen definierten Belastungszustand zurückgeführt werden. Eine alternative Prüfkonfiguration ermöglicht überdies die Regelung der Normalkraft unabhängig von der Bewegung der Prüfkörper.

Scheibe-Scheibe-/Stift-Scheibe-Tribometer TRM 1000, Firma WAZAU

Das Tribometer der Fa. WAZAU (Typ TRM 1000) dient der Untersuchung und Simulation von Reibungs- und Abriebvorgängen bei (flächigen) Gleitbeanspruchungen. Es kann bei Festkörperreibung ohne Schmierung und bei Grenz- oder Mischreibung mit flüssigen Schmierstoffen betrieben werden.
Bei dem standardmäßig verwendeten Prüfprinzip wird ein stationärer Probekörper (Stift, Kugel bzw. Scheibe) mit einer definierten Normalkraft gegen die Stirnfläche einer rotierenden Scheibe gedrückt. Beide Prüfkörper sind senkrecht übereinander angeordnet, wobei sich die rotierende Scheibe oben befindet. Die Normalkraft wird über einen Gewichtshebel mit entsprechenden Gewichtstück aufgebracht. Die Baugruppen sind übereinander an zwei senkrecht stehenden Säulen verschiebbar befestigt. Während der Prüfung werden die Normalkraft, die Umgebungstemperatur im Topf, der lineare Weg beider Reibpartner, die Drehzahl und das Reibungsmoment kontinuierlich gemessen. Der Probentopf kann zwischen RT bis 150 °C beheizt werden. Die Wegänderung wird zwischen unterer und oberer Probeneinspannung gemessen.

2-Scheiben-Tribometer (2disc-VAC), Firma Optimol

Der von der Firma Optimol-Instruments entwickelte 2disc-VAC , ein zwei-Scheiben-Prüfstand stellt eine bewährte Prüfmethode für Werkstoffe, Beschichtungen und Schmierstoffe in hochbelasteten, geschmierten Wälzkontakten wie sie beispielsweise bei Wälzlagern, Getrieben oder Nocken-Stößeln auftreten dar. Damit können funktions- und anwendungsorientierte Untersuchungen an Tribosystemen unter Gleit , Wälz- und Rollbeanspruchung durchgeführt werden. Zwei Scheiben zylindrischer Geometrie oder definierter Balligkeit werden, auf zwei rotierenden Antriebswellen montiert, an ihren Mantelflächen gegeneinandergepresst. Die Variablen Belastung, Temperatur, Drehzahl und Schlupf können dynamisch variiert werden. Die separate Antriebssteuerung ermöglicht einstellbaren Schlupf oder eine unabhängige Drehzahlsteuerung. Diese Größen sowie die Reibkraft können dadurch kontinuierlich mit dem 2-Scheiben-Prüfstand gemessen werden.