Kalottenschleifgerät

Verschleiß- und Schichtdickenmessung in einem Schritt

Kalottentiefe als Funktion der Schleifdauer.
© Fraunhofer IST
Kalottentiefe als Funktion der Schleifdauer.

Sowohl die Verschleißfestigkeit von Werkstoffen als auch die Schichtdicke von Beschichtungen werden seit vielen Jahren mit dem etablierten Kalottenschleifverfahren ermittelt. Am Fraunhofer IST wurde das bestehende Verfahren so weiterentwickelt, dass die Verschleiß- und Schichtdickenmessung automatisiert abläuft. Dadurch kann gegenüber dem herkömmlichen Kalottenschliff Zeit eingespart und eine erhöhte Ergebnissicherheit erreicht werden.

Das Kalottenschleifverfahren

Das Verfahren ist einfach und zugleich im Ergebnis aussagekräftig. Besonders interessant ist die Methode unter dem Aspekt des minimalen Investitionsbedarfs. In der Norm DIN EN 1071 ist die Schichtdickenbestimmung und die Berechnung des Verschleißkoeffizienten beschrieben. Die Funktionssicherheit von Bauteilen hängt sehr stark von diesen beiden Kenngrößen ab.

Eine sichere Bestimmung des Kalottendurchmessers ist Dreh- und Angelpunkt für die Berechnung von Verschleiß und Schichtdicke. Derzeit sind dafür folgende drei Arbeitsschritte erforderlich: 

  • die eigentliche Schliffherstellung
  • das Reinigen des Bauteils
  • die visuelle und mikroskopische Begutachtung der Kalotte

Insbesondere die Auswertung des Schliffbilds, d. h. das Ausmessen des Kalottendurchmessers, ist ein kritischer Punkt, denn hierfür ist eine manuelle Bearbeitung notwendig. Die Ergebnisse beruhen damit sehr auf den individuellen Erfahrungen des Personals. Für industrielle und automatisierte Qualitätssicherungssysteme ist das gängige Verfahren deswegen wenig geeignet.

Automatisierte Verschleiß- und Schichtdickenmessung

Das modifizierte Prüfgerät des Fraunhofer IST benötigt nur noch einen Arbeitsschritt. Bei der neu entwickelten Methode wird die Eingrabtiefe der Schleifkugel, d. h. die Kalottentiefe, während des Schleifvorgangs fortlaufend gemessen, dadurch entfällt die subjektive Bewertung des Schliffbildes. Ein Wegsensor detektiert die Lageposition der rotierenden Kugel. Die Messwerte der Kalottentiefe werden in Echtzeit als Funktion der Schleifdauer angezeigt, wie im nebenstehenden Diagramm zu sehen ist. 

Die Weiterentwicklung des Kalottenschleifverfahrens dient dazu, die Schichtentwicklung mit innovativen und effizienten Charakterisierungsmethoden zu unterstützen. Der Verschleißprozess kann nun online beobachtet werden. Damit wird eine wichtige Voraussetzung geschaffen, um zu einem verbesserten Verständnis von Werkstoffeigenschaften zu gelangen. Die Schichtdickenbestimmung soll über die unterschiedlichen Verschleißgeschwindigkeiten von Beschichtung und Grund­material ermittelt werden.