DE29617871U1 - Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockmaterialuntersuchungen - Google Patents
Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und ThermoschockmaterialuntersuchungenInfo
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Description
• *
Bundesrepublik Deutschland ·*· ··* .&Idigr;.*..* ..*·..*
Deutsches Patentamt
Gebrauchsmuster
Rollennummer Hauptklasse Nebenklasse(n)
Anmeldetag Eintragungstag Bekanntmachung im Patentblatt
Bezeichnung des Gegenstandes
Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockmaterialuntersuchungen
Name und Wohnsitz des Inhabers
Heinz-G. Reichert Droptech Engineering Consulting Poltawaweg D-73760 Ostfildern-Nellingen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und
Thermoschockuntersuchungen, insbesondere zur Charakterisierung bzw. Qualitätsprüfung von
Keramiken, Gläser und Verbundmaterialien sowie Wärme-, Oxidations-, Isolier- und
Verschleißschutzschichten durch punkt-, linien- oder flächenfbrmige Aufheizung.
Bei Vorrichtungen üblicher Bauart erfolgt die Aufheizung horizontal. Dadurch entstehen
Konvektionsströmungen in Plattenrichtung die eine Asymetrie der Temperaturverteilung zur
Folge hat und meist unerwünscht sind. Zudem ist beispielsweise die Probenbeobachtung und die
Temperaturverteilungsmessung gleichzeitig nicht möglich. Von daher muß oft mit mehreren
Proben (Referenzproben) gearbeitet werden, wodurch die Reproduzierbarkeit der Charakerisierung bzw. der Qualitätsprüfung beeinträchtigt wird. Auch ist dies mit einem
erheblichen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Eine industrielle Anwendung, z. B. bei der
Qualitätssicherung von S13N4- Ventilen oder anderer thermoschockbeanspruchter Bauteile, ist
daher in dieser Form nicht denkbar. In der Materialfbrschung und -entwicklung wird zudem nach
einer vielfältigen Verwendungsmöglichkeit gefragt um den Gerätepark möglichst gering und
effizient zu halten. Eine intelligente Thermo- und Thermoschockmaterialprüfapparatur die im
übertragenen Sinn gleichzeitig sehen, hören, fühlen, schmecken und riechen kann wäre in
manchen Fällen wünschenswert.
Der in Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, bei der die Konvektionsströmung nicht in Plattenrichtung sondern in Dickenrichtung
wirkt und die Probenbeobachtung und die Temperaturverteilungsmessung gleichzeitig möglich ist.
Dieses Problem wird mit den in Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Konvektionsströmung in Dickenrichtung wirkt und damit
beispielsweise die Symetrie der Temperaturverteilung in Plattenrichtung nicht mehr beeinflussen
kann. Desweiteren, ermöglicht die vertikale Anordnung einen klassisch tischmikroskopartigen
Aufbau, wobei die Probenbeobachtung und die Temperaturverteilungsmessung gleichzeitig
erfolgen kann (s. Fig. 1). Dadurch ist das Arbeiten mit einer seperaten Probe (Referenzprobe) zur
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Aufnahme der Temperaturverteilungen nicht mehr notwendig. Die Messung kann in einer
Einspannung durchgeführt werden, wodurch die Meßgenauigkeit (Reproduzierbarkeit) verbessert
wird. Auch wird dadurch eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis pro Messung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 22
angegeben.
Zwei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Gesamtansicht der Vorrichtung
Fig. 2 der Probenhalter (Konfigurationsbeispiel A)
Fig. 3 der Probenhalter (Konfigurationsbeispiel B)
Fig. 1 zeigt den vertikalen tischmikroskopartigen Aufbau der Vorrichtung bestehend aus einem
Stativ (1), einer gasdichten Prozesskammer (2) mit einem Beobachtungsfenster (7), einem
einschieb- und verschließbaren Probenhalter (10), einer positionier- und verschließbaren
Heizquelle (11, 12), einer positionierbaren Temperaturmeßeinrichtung (3, 8, 9) und einer
positionierbaren Beobachtungseinrichtung (4, 5, 6).
Die Prozesskammer (2) ist mit einem Gaseinlaß- und einem Gasauslaßventil (der Übersicht wegen
in der Zeichnung nicht dargestellt) ausgestattet und kann gasdicht verschlossen werden werden.
Die Strahlumlenkung (8) kann eine rotierende oder oszillierende Bewegung ausführen und ist in
der horizontalen Ebene entlang einer Achse positionierbar.
Fig. 2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel des Probenhalters (10) zur Untersuchung der
Thermoschockrißausbreitung. Der flüssigkeits- oder gaskühlbare Probenhalter (10) ist mit zwei
Schallemissionssensoren (16), einem Rißweitensensor (14) und einem Wegaufhehmer (15)
ausgerüstet. Die scheibenförmige Thermoschockprobe (13) wird von zwei ZrCb- Kegel (17) und
einem radial verschiebbaren, angefederten ZrO2- Stift (18, 19) in 120°- Anordnung gehalten. Die
ZrO2- Kegel (17) dienen gleichzeitig als Wellenleiter zur Übertragung der Schallemissionsereignisse
vom Probenrand zur Sensormembran. Der angefederte ZrO2- Stift (18)
Beschreibung ··· ·· ·&idigr;·'.«' .."..· Seite3von3
ist mit einem Wegaufhehmer (15) zur Messung der Probendurchmesseränderung verbunden. Der
Rißweitensensor (14) besteht aus einer Glasfaserbeleuchtungseinrichtung und einem Photosensor
der auf den Wellenlängenbereich der Beleuchtungseinrichtung abgestimmt ist.
Fig. 3 zeigt ein Konfigurationsbeispiel des Probenhalters (10) mit Schallemissionssensoren (16)
zur Untersuchung des Thermoschockverhaltens von Schutzschichten. Die scheibenförmige Probe
(20) wird von vier ZrCV Kegel (17) in 90°- Anordnung gehalten. Die Zr(V Kegel dienen
gleichzeitig als Wellenleiter zur Übertragung der Schallemissionsereignisse vom Probenrand zur
Sensormembran. Zwei der Schallemissionssensoren (16) sind radial verschiebbar und angefedert
(in Fig. 3 mit einem Federsymbol (21) dargestellt). Aufgrund der Laufzeitunterschiede eines
Schallemissionsereignisses zum jeweiligen Sensor, wäre damit prinzipiell auch die Möglichkeit
einer akkustischen Schallquellenortung gegeben.
Claims (22)
- IIi :Schutzansprüche «· ..' .:.'..· II'·..· Seite Ivon4Erfinder: Stuttgart, 12.10.96H.-G. Reichert, Dipl.-Ing.c/o Max-Planck-Institut für Werkstoff wissenschaftPulvermetallurgisches LaboratoriumHeisenbergstr. 5D-70569 Stuttgartc/o Droptech Engineering ConsultingPoltawaweg 2D-73760 Ostfildern-Nellingen Rei/BaDroptech Engineering ConsultingSchutzansprüche:1. Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockuntersuchungen, insbesondere zur Charakterisierung bzw. Qualitätsprüfung von Keramiken, Gläser, Verbundmaterialien sowie von Wärme-, Oxidations-, Isolier- und Verschleißschutzschichten, durch punkt-, linien- oder
flächenförmige Aufheizung, bestehend aus einer positionierbaren Heizquelle (11, 12), einem
Probenhalter (10), einer Prozesskammer (2), einer Temperaturmeßeinrichtung (3, 8, 9) und einer Beobachtungseinrichtung (4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Probenaufheizung (12)
vertikal erfolgt und die Probenbeobachtung (4, 5, 6) und die Temperaturverteilungsmessung (3, 8, 9) gleichzeitig möglich ist. - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (10) schubladen- oder kassettenartig einschiebbar ist und ggf. gasdicht verschlossen werden kann.Schutzansprüche ·&iacgr;· ··* .:.'..' ..*'..· Seite2von4
- 3. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß Probenhalter (10) mit unterschiedlichsten Meß- und Manipulationskonfigurationen (s. Konfigurationsbeispiele) verwendet werden können.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Probenhalter (10) für unterschiedlichste Probengeometrien verwendet werden können.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine scheibenförmige Probe, die nicht drehbar gelagert sein soll, von mindestens drei Stiften in 120°- Anordnung gehalten wird.
- 6. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der drei Stifte (18) radial verschiebbar ist, sofern geringe Einspann- oder Haltekräfte gefordert werden.
- 7. Vorrichtung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß der radial verschiebbare Stift (18) mit Hilfe eines gebogenen Federdrahts (19) angefedert wird.
- 8. Vorrichtung nach Ansprach 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radial verschiebbare Stift (18) mit einem Wegaufiiehmer (15) verbunden ist.
- 9. Vorrichtung nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufiiehmer (15) auch aus einer Blattfeder mit Dehnmeßstreifen bestehen kann.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (10) auch mit einem optischen Rißweitensensor (14) ausgrastet werden kann.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (10) flüssigkeits- oder gasgekühlt werden kann.Schutzansprüche ·*· ··* .I.*..* ..**..' Seite3von4
- 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Aufheizung der Probenunterseite mit Hilfe einer Reflektorlampe (12), die mindestens in der horizontalen Ebene positionierbar ist, erfolgen kann.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der Reflektorlampe (12) ggf. auch im gasdichten Zustand erfolgen kann.
- 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur punkt-, linien-, oder flächenförmigen Aufheizung auch andere senkrecht von unten wirkende Heizquellen (mit oder ohne Scanneinrichtung), wie Laser- oder Elektronenstrahlheizer, verwendet werden können.
- 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenbeobachtung senkrecht von oben nach unten durch ein Fenster (7) oder eine Öffnung erfolgen kann.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungseinrichtung (5, 6) mindestens entlang einer Achse in der horizontalen Ebene positionierbar ist (4).
- 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Probenbeobachtung ein vertikal angeordnetes Mikroskop (5) mit CCD- Kamera (6) verwendet werden kann.
- 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Mikroskops (5) auch andere Beobachtungseinrichtungen, wie beispielsweise ein Interferometer, angebracht werden können.
- 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Probentemperatur ein horizontal angeordnetes Pyrometer (3) mit Strahlumlenkungsspiegel (8) (Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt) verwendet werden kann.Schutzansprüche · *··* ..**..* Seite4von4
- 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlumlenkungsspiegel (8) mindestens entlang einer Achse in der horizontalen Ebene positionierbar ist (9).
- 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlumlenkungsspiegel (8) entweder oszilliert oder rotiert (9).
- 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung tischmikroskopartig (klassisch) aufgebaut ist.
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