Partikelemissions-tribometer
Quantitative Analyse der Partikelemission in tribologischen Systemen
Das Partikelemissionstribometer (PET) ist ein spezialisiertes tribologisches Prüfsystem zur quantitativen Untersuchung der Partikelgenerierung in Gleitkontakten. Im Gegensatz zu konventionellen Tribometern, die primär Reibung und Verschleiß betrachten, ermöglicht das PET eine zeitaufgelöste Messung luftgetragener Partikelemissionen unter kontrollierten Bedingungen.
Dadurch eignet sich das System insbesondere für Reinraumanwendungen, bei denen Partikelkontamination gemäß ISO 14644 eine entscheidende Kenngröße darstellt. Durch die Kombination von Reibungsmessung und hochauflösender Partikelzählung wird ein direkter Zusammenhang zwischen tribologischem Verhalten und Kontaminationspotenzial hergestellt.
Reproduzierbare Prüfungen unter kontrollierten Reinraumbedingungen
Das PET arbeitet in einer geschlossenen und kontrollierten Messumgebung, die externe Kontamination minimiert und eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet. Entstehende Partikel werden kontinuierlich aus der Kontaktzone mittels konditionierter Luft abgeführt und einem angeschlossenen Partikelzähler zugeführt, wo sie in definierte Größenklassen (z. B. >0,3 µm bis >10 µm) klassifiziert werden.
Das System unterstützt verschiedene Kontaktgeometrien wie Kugel-auf-Scheibe und Stift-auf-Scheibe bei präzise einstellbaren Lasten, Gleitgeschwindigkeiten und Temperaturen. Parallel werden tribologische Kenngrößen wie Reibkraft, Temperatur und Bewegungsparameter mit hoher Abtastrate erfasst, was eine detaillierte und reproduzierbare Analyse tribologischer Prozesse ermöglicht.
Dargestellt ist die Messdatenerfassung am Partikelemissionstribometer während eines Versuchs mit konstanter Drehzahl. Im obersten Plot werden Reibkraft, Reibmoment und CoF zusammen mit den durchgeführten Partikelmessungen aufgezeichnet. Im mittleren Plot finden sich die Partikelzählungen je Messintervall, aufgeteilt nach Partikelgrößen (bins) des verwendeten Sensors. Man sieht einen kurzen Einlauf gefolgt von relativ konstanten Emissionsraten. Im untersten Plot werden die gezählten Partikel aufsummiert.
Anwendungen in Reinraumtechnik, Materialwissenschaft und Präzisionstechnik
Das PET ist insbesondere für Forschung und industrielle Anwendungen in der Halbleiterfertigung, Pharma- und Biotechnologie, Medizintechnik sowie im hochpräzisen Maschinenbau relevant. Es unterstützt die systematische Werkstoffauswahl, die Qualifizierung reinraumtauglicher Komponenten sowie die Validierung von Reinigungs- und Oberflächenprozessen im Kontext von Normen wie ISO 14644 und VDI 2083. Darüber hinaus kann das System zur Qualitätssicherung und Fehleranalyse eingesetzt werden, indem Partikelquellen in tribologischen Kontakten identifiziert werden. Die praktische Anwendung solcher Prüfmethoden in der industriellen Werkstoffauswahl für Reinraumumgebungen wird unter anderem von der Materiales GmbH demonstriert.
Das PET ermöglicht ein erweitertes Verständnis von Verschleißmechanismen durch die zeitaufgelöste Erfassung der Partikelemission in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. Dadurch lassen sich Einlaufphänomene, stationäre Verschleißzustände sowie transiente Effekte klar unterscheiden. Häufig zeigen Werkstoffe mit vergleichbaren Reibwerten deutlich unterschiedliches Partikelemissionsverhalten, das mit klassischen tribologischen Methoden nicht erfasst werden kann. Das PET stellt somit ein sensibles Werkzeug zur Bewertung von Werkstoffpaarungen, Beschichtungen, Oberflächenbehandlungen und Festschmierstoffen hinsichtlich ihres Kontaminationsverhaltens dar.
