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Vorrichtung zur Untersuchung des beginnenden Verschleißes von Prüfkörpern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung des beginnenden Verschleißes
von Prüfkörpern mit einem durch ein Trägermittel aus einem Injektor geförderten
Schleifmittel, das einem die Prüfkörper aufweisenden Schleifkanal zuführbar ist.
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Es ist bisher üblich, die einer Verschleißprüfung zu unterwerfenden
Prüfkörper auf einer mit Schleifkörnern bestreuten Fläche kreisend zu bewegen, über
den feststehenden Prüfkörper das Schleifkorn kontinuierlich hinwegzubewegen, z.
B. durch ein endloses Schmirgelband, den Prüfkörper unter Verwendung von Schleifkorn
anzustrahlen oder das Schleifkorn unter einem bestimmten Winkel auf oder über den
Prüfkörper rieseln zu lassen. Dabei wird jedoch der Mechanismus des beginnenden
Verschleißes nicht oder nur sehr ungenau erfaßt. Da die Verschleißbeständigkeit
eines Werkstoffes aber letztlich von der Beständigkeit der äußersten Oberfläche
gegen Verschleiß abhängig ist, muß gerade der beginnende Verschleiß genauer ermittelt
werden.
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Weitere bekannte Geräte zur Verschleißuntersuchung von Prüfkörpern,
z. B. die Vorrichtung nach der USA.-Patentschrift 2976716 und das Gerät, das in
»Ceramic Bulletin«, S. 453, 1961, beschrieben ist, befassen sich gleichfalls nicht
mit dem Problem der Untersuchung eines Prüfkörpers auf beginnenden Verschleiß. Das
in der erwähnten Patentschrift beschriebene Gerät ist dazu bestimmt, einen örtlich
differenzierten, in die Tiefe des Prüfkörpers gehenden abrasiven Verschleiß kenntlich
zu machen. Dabei werden bis zu vier Farbschichten vom Prüfkörper abgetragen. Von
einer Feststellung des beginnenden Verschleißes kann also nicht die Rede sein. Gleiches
gilt für die Vorrichtung nach dem »Ceramic Bulletin«, auch dort wird eine unter
einem Winkel gegen die ankommenden Verschleißteile angestellte Probe auf Prallverschleiß
untersucht.
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Es hat sich erwiesen, daß mit den bekannten Vorrichtungen praktisch
nur eine rasche und vollständige Zerstörung z. B. glasierter keramischer Oberflächen
möglich ist, wodurch die Erfassung des Beginns des Verschleißes vereitelt wird.
Gerade letzterer ist aber zur Charakterisierung und Auswertung der Verschleißbeständigkeit
derartiger Oberflächen entscheidend, da die Verschleißbeständigkeit der oberen Schicht
eines z. B. keramischen Erzeugnisses dessen Lebensdauer in ästhetischer, hygienischer
und auch technischer Hinsicht bestimmt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist deshalb darin zu sehen, eine Vorrichtung
zu schaffen, mit der unter vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand eine genaue
Untersuchung des beginnenden Verschleißes möglich ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch einen sich an
den Schleifkanal anschließenden, schräg nach oben führenden, rückwärts geneigten
Rückflußkanal mit einer nach unten sich erweiternden Mündung und einen unterhalb
der Mündung des Rückflußkanals angeordneten, sich verjüngenden Sammelbehälter für
das Schleifmittel, der sich in einer Injektorleitung zu einem Injektorspalt im Schleifkanal
fortsetzt, wobei der Boden des Schleifkanals, die sich daran anschließende Leitfläche
des Rückflußkanals und die äußere Begrenzungsfläche des Sammelbehälters und der
Injekorleitung von den entsprechend geformten Wänden eines Gehäuses, die Schleifkanaldecke,
die sich daran anschließende Begrenzungsfläche des Rückflußkanals und die sich hieran
anschließende innere Begrenzungsfläche des Sammelbehälters und der Injektorleitung
von der Oberfläche eines in das Gehäuse eingesetzten Umlenkkörpers mit etwa dreieckigem
Querschnitt gebildet werden und die Höhe des Schleifkanals etwa doppelt so groß
wie der maximale Durchmesser der Partikeln des Schleifmittels ist sowie der Boden
des Schleifkanals Öffnungen aufweist, in welche die Prüfkörper derart einsetzbar
sind, daß die dem Verschleiß angesetzten Flächen Teilflächen des Schleifkanals bilden.
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Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise ein überaus gleichmäßiger,
milder und vor allen Dingen auch reproduzierbarer Verschleiß an den Prüfkörpern
erzeugt werden kann. Die angegriffene Oberfläche kann dann mit optischen Mitteln,
z.B. mittels der Interferenzmikroskopie, exakt aus-
gewertet werden.
Erst dadurch ist es möglich, Werkstoffe gleicher Werkstoffgruppen und -klassen systematisch
in ihrem Verschleißverhalten gegenüber dem in der Praxis tatsächlich auftretenden
Verschleiß zu definieren und zu beurteilen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erbringt
einen überaus gleichmäßigen Umlauf des Schleifmittels, das im Anschluß an die Mündung
des Rückflußkanals von den Abriebteilchen gereinigt wird.
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Somit ist Gewähr dafür gegeben, daß im Schleifkanal, der den Schleifmittelpartikeln
im wesentlichen eine laminare Strömung aufprägt, immer nur das gleiche Schleifmittel
in der gleichen Zusammensetzung wirksam wird. Dieser Erfolg stellt sich dadurch
ein, daß das Schleifmittel sowohl einen geschlossenen Kreislauf durchläuft, als
auch dabei ständig gereinigt wird. Außerdem ist zu betonen, daß somit praktisch
kein Verbrauch an Schleifmittel auftritt.
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An Hand der Zeichnung ist im folgenden ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Das Gerät besteht aus einem Gehäuse 1 mit rechteckigem Grundriß,
dessen Boden 2 gleichzeitig den Boden des Schleifkanals 3 bildet. Der Boden ist
von mehreren Öffnungen 4, 5 durchbrochen, in die Prüfkörper 6 einsetzbar sind. Die
rechte Gehäusewand 7 ist zu einer Leitfläche schräg nach innen gebogen und im oberen
Teil 8 zusätzlich gekrümmt, so daß der obere Rand 9 wieder nach unten weist. Neigung
und Krümmung der rechten Gehäusewand sind so gewählt, daß eine ausreichend große
Öffnung zwlschen dem oberen Rand 9 und der gegenüberliegenden linken Gehäusewand
10 verbleibt.
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In dem so gebildeten Hohlraum ist ein Umlenkkörper 11 mit dreieckförmigem
Querschnitt angeordnet. Die Ecken des Umlenkkörpers sind stark abgerundet. Der Umlenkkörper
ist so bemessen und an der Vorder- und Hinterwand des Gehäuses 1 befestigt, das
sowohl zwischen seiner Basisfläche 12 und dem Gehäuseboden 2 als auch zwischen seiner
rechten Schenkelfläche 13 und der rechten Gehäusewand 7 und seiner abgerundeten
linken Ecke 14 und der linken Gehäusewand 10 jeweils ein gewisser Zwischenraum frei
bleibt.
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Der Abstand zwischen der Basisfläche 12 und dem Gehäuseboden 2 beträgt
etwa das Doppelte des maximalen Durchmessers eines Schleifkorns. Dieser Zwischenraum
bildet den waagerechten Teil des Schleifkanals 2. Der zwischen der abgerundeten
rechten Ecke 15 des Umlenkkörpers 11 und der ihr gegenüberliegende, infolge der
Neigung der rechten Gehäusewand 7 gekrümmte Teil des Gehäusebodens 2 bildet den
aufwärts gekrümmten Teil des Schleifkanals 3. Der Abstand zwischen der rechten Schenkelflächel3
des Umlenkkörpers und der rechten Gehäusewand 7 kann etwas größer gewählt sein als
die lichte Weite des waagerechten Schleifkanalteils.
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Dieser Zwischenraum bildet den Rückflußkanal 16.
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Die Höhe des Umlenkkörpers 11 ist so bemessen, daß sich der Abstand
zwischen dem gekrümmten oberen Ende 8 der rechten Seitenwand und dem abgerundeten
Grat 17 des Umlenkkörpers ständig vergrößert und für den Rückflußkanal 16 eine sich
erweiternde Mündung bildet.
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Der Raum zwischen der linken Gehäusewand 10 und der linken Schenkelfläche
18 des Umlenkkörpers bildet den Sammelbehälter 19 für das Schleifkorn.
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Die Basisbreite des Umlenkkörpers ist so bemessen, daß zwischen der
linken Gehäusewand 10 und der abgerundeten linken Eckel4 des Umlenkkörpers ein schmaler
Zwischenraum verbleibt, dessen lichte Weite etwas größer als der maximale Durchmesser
eines Schleifkorns bleibt. Dieser Zwischenraum bildet die Injektorleitung 20. Am
Fuß der linken Gehäusewand 10 befindet sich ein schmaler Durchbruch 21, dessen Höhe
der lichten Weite des Schleifkanals 3 entspricht. Durch diesen Durchbruch wird die
Trägerflüssigkeit oder das Trägergas in das Gerät eingeführt. Zwischen der oberen
Innenkante des Durchbruchs und der gegenüberliegenden Fläche des Umlenkkörpers mündet
die Injektorleitung 20 in den Schleifkanal 3 und bildet dabei einen Injektorspalt
22.
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Für den Fall, daß das Gerät mit einer Trägerflüssigkeit betrieben
wird, ist auf dem oberen Rand der rechten Seitenwand ein schräg nach oben führendes
Uberlaufblech 23 befestigt, welches mit den übrigen Gehäusewänden ein Überiaufgeaß
24 bildet.
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Die in der Injektorleitung 20 befindlichen Schleifkörner werden von
der durch den Durchbruch 21 einströmenden Flüssigkeit mitgenommen. Kurz nach Inbetriebsetzung
des Gerätes bildet sich bei geeigneter Wahl der pro Zeiteinheit zugeführten Trägerflüssigkeitsmenge
eine laminare Strömung aus.
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Durch diese Strömung gleiten die Schleifkörner unter dem Anstrahlwinkel
O über die Oberfläche des im waagerecht liegenden Schleifkanal eingesetzten Prüfkörpers.
Auf die im aufwärts gekrümmten Teil des Schleifkanals eingesetzten Prüfkörper treffen
sie unter einem Anstrahlwinkel auf, der von der Lage der Öffnung abhängt.
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Bei dem Anstrahlwinkel 0 tritt, wie bekannt, an spröden Werkstoffen
die geringste Verschleißwirkung auf. Man kann dann auch den beginnenden Verschleiß
am klarsten erfassen.
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Über den Rückflußkanal werden die Schleifkörner dem Sammelbecken
wieder zugeführt. Da die Strömungsgeschwindigkeit in der sich erweiternden Mündung
des Rückflußkanals erheblich herabgesetzt wird, können die Schleifkörner aus der
Trägerflüssigkeit heraussedimentieren und längs der linken Schenkelfläche des Umlenkkörpers
in die Injektorleitung zurückgleiten.
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Die Trägerflüssigkeit läuft über das Überiaufblech ab. Sie nimmt
dabei auch Verschleißpartikeln der beanspruchten Oberfläche mit, da diese zu fein
sind, um sich in der Zeit, in der die Flüssigkeit im Sammelbehälter verweilt, ebenfalls
abzusetzen.
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In gewissen Zeitabständen wird der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen,
der Prüfkörper herausgenommen und nach bekannten Methoden, beispielsweise mit Hilfe
eines Interferenzmikroskops, untersucht.