DE102019117577A1

DE102019117577A1 - Härteprüfvorrichtung und Verfahren zur Härteprüfung

Info

Publication number: DE102019117577A1
Application number: DE102019117577.1A
Authority: DE
Inventors: Robert HÖLL
Original assignee: Qness GmbH
Current assignee: ATM Qness GmbH Austria
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Härteprüfvorrichtung mit wenigstens einem Eindringkörper zum Erzeugen eines Härteprüfeindrucks in einem Prüfobjekt, umfassend:einen Prüfkopf, an welchem der wenigstens eine Eindringkörper angeordnet ist,einen Auflagetisch für das Prüfobjekt,einen Antrieb mit welchem der Eindringkörper und der Auflagetisch entlang einer Eindringachse aufeinander zu und voneinander weg verschiebbar sind, um den Eindringkörper in ein auf dem Auflagetisch angeordnetes Prüfobjekt einzudrücken, undeine Schwenkvorrichtung für den Auflagetisch, mittels welcher der Auflagetisch relativ zu der Eindringachse schwenkbar ist.Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur Härteprüfung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Härteprüfvorrichtung mit einem Auflagetisch für ein Prüfobjekt und wenigstens einem Eindringkörper zum Erzeugen eines Härteprüfeindrucks in dem auf dem Auflagetisch liegenden Prüfobjekt sowie ein Verfahren zur Härteprüfung.
Hintergrund der Erfindung
Zur Bestimmung der Härte eines Prüfobjekts werden Härteprüfvorrichtungen, manchmal auch kurz als Härteprüfer bezeichnet, eingesetzt. Diese können die Härte eines Prüfobjekts an dessen Oberfläche nach den üblichen Normen bestimmen, z.B. nach Vickers DIN EN ISO 6507, ASTM E-384, ASTM E92, Knoop DIN EN ISO 4545, ASTM E-384, ASTM E92, Brinell DIN EN ISO 6506, ASTM E-10 und/oder Rockwell DIN EN ISO 6508, ASTM E-18. Hierzu wird ein entsprechend der Prüfnorm geformter Eindringkörper mit einer vorbestimmten Kraft oder Last in die Oberfläche des Prüfobjekts eingedrückt, um dort einen Härteprüfeindruck zu erzeugen. Anhand der Prüfkraft bzw. Prüflast und der Größe sowie ggf. der Form des Härteprüfeindrucks kann die Härte gemäß der einschlägigen Normen bestimmt werden.
Entsprechende Härteprüfvorrichtungen finden sich z.B. auf der Internetseite der Anmelderin unter www.qness.at.
Derartige Härteprüfvorrichtungen weisen typischerweise einen Maschinenrahmen auf, an dem ein Prüfkopf mit einem Eindringkörper aufgehängt ist. Das Prüfobjekt wird auf einem Auflagetisch platziert und anschließend wird typischerweise der Eindringkörper an das Prüfobjekt zugestellt, bis der Eindringkörper entsprechend der gewählten Prüfkraft oder Prüflast einen Härteprüfeindruck in dem Prüfobjekt hinterlassen hat. Normalerweise verläuft dabei die Verschiebeachse des Eindringkörpers senkrecht zur Ebene des Auflagetischs. Der Auflagetisch ist häufig fix oder starr mit dem Maschinenrahmen verbunden, zumeist verschraubt und weist eine relativ große Auflagefläche auf.
Bei der Härteprüfung ist es wünschenswert, dass die zu prüfende Oberfläche so waagerecht wie möglich ausgerichtet ist, so dass der Eindringkörper der Härteprüfvorrichtung senkrecht zur Prüffläche auftrifft. Wenn der Eindringkörper unter einem Winkel ungleich 90° in die Oberfläche des Prüfobjekts eindringt, kann dies unerwünschterweise zu einem asymmetrischen Härteprüfeindruck führen, was die Genauigkeit des Härteprüfergebnisses beeinträchtigen kann. In extremen Fällen kann der Eindringkörper sogar von der Oberfläche des Prüfobjekts abrutschen, was bis zur Zerstörung des Eindringkörpers oder des entsprechenden Bereichs des Prüfobjekts führen kann.
Manche Prüfobjekte haben von Natur aus Oberflächen, welche nicht planparallel verlaufen. Dies können z.B. Teile mit Formschrägen, wie Gussteile oder Schmiedeteile sein, oder Bauteile, die konstruktionsbedingt schräge Flächen aufweisen. Solche Teile mit Formschrägen werden manchmal durch Unterlegen von Keilen oder anderen Unterlegelementen auf dem Auflagetisch mehr oder weniger gut nivelliert. Kleinere Bauteile werden teilweise auch mittels Spannvorrichtungen auf dem Auflagetisch verspannt, was für den Benutzer umständlich sein kann und nicht immer eine hinreichende Stabilität für die bei der Härteprüfung notwendige Krafteinwirkung des Eindringkörpers in das Prüfobjekt gewährleistet. Jedenfalls ist ein solches Ausnivellieren mit Zusatzelementen oder Einspannen in entsprechenden Spannvorrichtungen zumindest aufwändig und damit zeitintensiv.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Härteprüfvorrichtung bzw. ein Verfahren zur Härteprüfung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der für die Härteprüfvorgänge benötigte Zeitbedarf reduziert und die Durchführung der Härteprüfvorgänge für den Benutzer vereinfacht wird.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Härteprüfvorrichtung bzw. ein Verfahren zur Härteprüfung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches hinsichtlich der Sicherheit bei der Benutzung, der Qualität des Prüfergebnisses und der Langlebigkeit verbessert ist.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Härteprüfvorrichtung bzw. ein Verfahren zur Härteprüfung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei welcher die Gefahr eines Abrutschens des Eindringkörpers von dem Prüfobjekt vermieden oder zumindest gemindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft eine Härteprüfvorrichtung mit wenigstens einem Eindringkörper zum Erzeugen eines Härteprüfeindrucks in einem Prüfobjekt. Das Prüfobjekt wird hierzu auf einen Auflagetisch der Härteprüfvorrichtung gelegt. Die Härteprüfvorrichtung weist ferner einen Prüfkopf auf, an welchem der wenigstens eine Eindringkörper aufgehängt ist. Der Eindringkörper und der Auflagetisch sind relativ zueinander verschieblich, um den Eindringkörper mit entsprechend kontrollierter Kraft in das Prüfobjekt einzudrücken und somit den Härteprüfeindruck zu erzeugen.
Der Prüfkopf ist insbesondere an einem stabilen Gerätegestell, z.B. einem Metallgestell, welches typischerweise als Maschinenrahmen bezeichnet wird, aufgehängt. Der Prüfkopf kann mittels einer Linearführung, z.B. einem Schlitten, an dem Maschinenrahmen aufgehängt sein, um, insbesondere motorisch angetrieben, entlang der Linearführung mit dem Eindringkörper auf- und ab bewegt zu werden.
Vorzugsweise besitzt der Eindringkörper aber unabhängig von der, insbesondere motorischen, Prüfkopfverstellung einen eigenen, insbesondere motorischen, Antrieb für den Eindringvorgang in das zu prüfende Material. Dieser eigene motorische Antrieb des Eindringkörpers relativ zu dem Prüfkopf kann feinfühliger als der Linearantrieb des Prüfkopfes ausgebildet sein. Hierzu weist der Prüfkopf vorzugsweise eine weitere Linearführung für den Prüfkörper auf. D.h. der Eindringkörper kann bevorzugt relativ zu dem Prüfkopf, vorzugsweise motorisch angetrieben, linear verschoben werden. Dies ist vorteilhaft, weil der Kraftmotor für den Eindringvorgang des Eindringkörpers für eine elektronische Kraftregelung sehr feinfühlig ausgelegt werden kann, während die Positionierung des Prüfkopfes im Verhältnis schneller funktionieren soll. Vorzugsweise wird für den Prüfvorgang zunächst der Prüfkopf bis knapp über die Oberfläche des Prüfobjekts gefahren, insbesondere mit höherer Geschwindigkeit, und danach wird der eigentliche Eindringvorgang durch eine, insbesondere feinfühligere, separate, insbesondere motorische, Verschiebung des Eindringkörpers relativ zu dem Prüfkopf in das Prüfobjekt bewerkstelligt.
Es ist allerdings prinzipiell auch möglich, den Eindringvorgang durch die Verschiebung des Prüfkopfes zu bewerkstelligen. In diesem Fall kann der Eindringkörper vertikal starr an dem Prüfkopf befestigt sein.
Zusammenfassend sind also der Eindringkörper und der Auflagetisch entlang einer Eindringachse aufeinander zu und voneinander weg verschiebbar. Für den Eindringvorgang erfolgt eine kraftbeaufschlagte gesteuerte Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörper und dem Auflagetisch, bis der Eindringkörper mit vorbestimmter Prüfkraft in die Oberfläche des Prüfobjekts eingedrungen und somit den Härteprüfeindruck in der Oberfläche des Prüfobjekts erzeugt hat.
Die mit der vorbestimmten Prüfkraft kraftbeaufschlagte bzw. kraftgesteuerte Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörper und dem Prüfobjekt kann also insbesondere zumindest durch i) eine Verschiebung des Prüfkopfes relativ zu dem Maschinenrahmen, ii) eine Verschiebung des Eindringkörpers relativ zu dem Prüfkopf und/oder iii) eine Verschiebung des Auflagetisches relativ zu dem Maschinenrahmen erfolgen.
Vorzugsweise kann die Kraft, mit welcher der Eindringkörper in das Prüfobjekt eingedrückt wird, also die Prüfkraft oder Prüflast, in einem vordefinierten Prüflastbereich eingestellt werden, so dass der Benutzer die gewünschte Prüfkraft je nach Prüfobjekt und Prüfsituation auswählen kann. Verschiedene Prüfmethoden, z.B. nach Vickers, Knoop, Brinell, Rockwell oder ggf. weitere sind z.B. möglich.
Ggf. weist der Auflagetisch keine, insbesondere keine seitlichen Spanneinrichtungen zum festen Einspannen des Prüfobjekts auf, sondern das Prüfobjekt wird ggf. lediglich auf den Prüftisch gelegt und liegt dort lose auf. Manchmal werden allerdings Niederhalter eingesetzt, um das Prüfobjekt wenigstens unabhängig von dem Eindringkörper vertikal auf den Auflagetisch pressen zu können. Allerdings sind auch solche Niederhalter nicht zwingend und häufig nicht vorhanden.
Die Härteprüfvorrichtung weist einen Antrieb auf, mit welchem die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörper und dem Auflagetisch mit dem Prüfobjekt bewerkstelligt wird. Der Antrieb erfolgt vorzugsweise motorisch mit der vordefinierten einstellbaren Prüfkraft bzw. Prüflast. Die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörper und dem auf dem Auflagetisch liegenden Prüfobjekt definiert die Achse entlang welcher der Eindringkörper in das Prüfobjekt eindringt. Diese Achse wird hier als Eindringachse bezeichnet. Mit anderen Worten wird entweder der Eindringkörper auf den Auflagetisch mit dem Prüfobjekt zu und von diesem weg verschoben oder der Auflagetisch mit dem Prüfobjekt wird auf den Eindringkörper zu und von diesem weg verschoben, um den Eindringkörper entlang der Eindringachse mit der vordefinierten Prüfkraft in ein auf dem Auflagetisch angeordnetes Prüfobjekt einzudrücken, wobei die Verschiebung des Eindringkörpers allerdings konstruktiv einfacher und daher bevorzugt ist. Wie vorstehend bereits erläutert ist, erfolgt die Verschiebung des Eindringkörpers gegenüber dem Auflagetisch dadurch, dass der Eindringkörper mit einer Linearführung linearverschieblich an dem Prüfkopf aufgehängt ist und/oder dadurch, dass der Prüfkopf mit einer Linearführung linearverschieblich an dem Maschinenrahmen aufgehängt ist
Falls der Prüfkopf linear verschieblich ausgebildet ist, ist an dem Maschinenrahmen eine Linearführung, z.B. in Form eines Schlittens angebracht, entlang welcher der Prüfkopf relativ zu dem Maschinenrahmen auf und ab verschoben werden kann.
Erfindungsgemäß weist die Härteprüfvorrichtung eine Schwenkvorrichtung für den Auflagetisch auf, mittels welcher der Auflagetisch relativ zu der Eindringachse schwenkbar gelagert ist. Die Schwenkachse verläuft dabei quer, vorzugsweise senkrecht zur Eindringachse, so dass durch Schwenken des Auflagetischs der Anstellwinkel des Auflagetisches verstellt werden kann und damit der Neigungswinkel der Oberfläche oder Prüffläche des auf dem Auflagetisch angeordneten Prüfobjekts, in welche der Eindringkörper beim Härteprüfvorgang eindringt, eingestellt werden kann. Die Ausrichtung des Neigungswinkels der Prüffläche erfolgt dabei insbesondere senkrecht zu der Eindringachse.
Dies hat den Vorteil, dass Prüfobjekte, bei denen die Unterseite, mit welcher sie auf dem Auflagetisch aufliegen und die Oberseite, in welche der Eindringkörper eingedrückt wird, z.B. nicht planparallel zueinander sind, trotzdem mittels der Schwenkvorrichtung so ausgerichtet werden können, dass der Eindringkörper an der Eindringstelle senkrecht in die Prüffläche des Prüfobjekts eindringt. Dadurch kann einerseits die Präzision des Prüfergebnisses verbessert werden, da ein symmetrischerer Prüfeindruck erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann allerdings auch die Gefahr eines Abrutschens des Eindringkörpers beim Prüflast-beaufschlagten Eindringen des Eindringkörpers in das Prüfobjekt verhindert werden.
Gleiches gilt auch für Prüfobjekte mit unregelmäßiger Prüffläche bzw. Oberfläche.
Diese Vorteile kommen in besonderem Maße zum Tragen, wenn das Prüfobjekt lediglich lose auf dem Auflagetisch aufliegt und insbesondere nicht seitlich mit einer Spannvorrichtung eingespannt ist.
Die Härteprüfvorrichtung kann eine solche sein, bei welcher der Prüfkopf ggf. lediglich einen Eindringkörper, aber keine Mikroskopobjektive umfasst. Die Härteprüfvorrichtung kann allerdings auch einen Revolver umfassen, welcher einen oder mehrere Eindringkörper, sogenannter Werkzeugwechsler, und/oder ein oder mehrere Mikroskopobjektive umfasst, also einen sogenannten Objektivrevolver.
Auch bei Ausführungsformen mit mehreren Eindringkörpern (Werkzeugwechsler) und/oder einem oder mehreren Objektiven (Objektivrevolver) können, müssen aber nicht zwingend, die Eindringkörper relativ zu dem Prüfkopf verschiebbar ausgebildet sein, um den kraftgesteuerten Eindringvorgang mit vorbestimmter Prüfkraft zu bewerkstelligen.
Der Auflagetisch definiert in der Nullstellung der Schwenkvorrichtung eine x-y-Ebene, welche sich senkrecht zu der Eindringachse erstreckt. Der Auflagetisch kann in einer oder beiden Richtungen der x-y-Ebene verschiebbar sein. Letzteres wird typischerweise als x-y-Tisch bezeichnet. Der Auflagetisch kann allerdings auch in der x-y-Ebene nicht verschieblich, also in der x-y-Ebene fix oder starr und nur um die Schwenkachse schwenkbar sein. Dies vereinfacht in vorteilhafter Weise die Konstruktion der Schwenkvorrichtung. Mit anderen Worten kann der Auflagetisch in einer oder beiden Richtungen der x-y-Ebene verschiebbar und um eine Achse senkrecht zur Eindringachse, also parallel zur x-y-Ebene schwenkbar sein oder der Auflagetisch ist in der x-y-Ebene nicht verschiebbar, also fix oder starr, ist aber um eine Achse senkrecht zur Eindringachse, also um eine Achse parallel zur x-y-Ebene schwenkbar.
Zum Schwenken des Auflagetischs um die quer zur Eindringachse verlaufende Schwenkachse ist vorzugsweise an einer ersten Seite des Auflagetisches, z.B. links, rechts, vorne oder hinten, zumindest ein Schwenklager angeordnet, mittels welchem der Auflagetisch an dieser ersten Seite schwenkbar an dem Maschinenrahmen gelagert ist. An einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Auflagetisches ist vorzugsweise eine Höhenverstellung vorhanden, mittels welcher der Auflagetisch an der zweiten Seite auf und ab bewegt werden kann, um den Auflagetisch um das Schwenklager an der ersten Seite des Auflagetisches zu schwenken.
Eine solche Aufhängung kann die bei Härteprüfvorrichtungen typischerweise auftretenden großen Prüflasten sicher abfangen. Dabei ist anzumerken, dass die Mechanik der Schwenkvorrichtung vorzugsweise für eine senkrecht auf den Auflagetisch wirkende Kraft von mindestens 10.000 N ggf. sogar mindestens 30.000 N ausgelegt ist.
Die Schwenkvorrichtung bzw. die Höhenverstellung kann z.B. einen Spindeltrieb umfassen, mittels welchem die Höhenverstellung an der zweiten Seite des Schwenktisches und damit die Schwenkbewegung angetrieben wird.
Ein Spindeltrieb hat sich als geeignet erwiesen, um einerseits eine ausreichende Genauigkeit bei der Einstellung des Schwenkwinkels sowie andererseits eine ausreichende Stabilität und ggf. Selbsthemmung für die bei Härteprüfvorrichtungen typischerweise auftretenden großen Prüflasten zu gewährleisten.
Vorzugsweise umfasst die Schwenkvorrichtung einen Keil mit einer Schräge, eine Linearführung und ein Stützelement, wobei der Keil mit der Linearführung quer zu der Eindringachse verschiebbar gelagert ist und entlang der Linearführung verschoben wird. Diese Linearverschiebung kann z.B. mit dem Spindeltrieb erfolgen. Das Stützelement sitzt auf dem Keil auf und wird bei linearer Verschiebung des Keils durch die Schräge des Keils auf und ab bewegt, was wiederum die Auf- und Abbewegung an der zweiten Seite des Auflagetischs und damit die Schwenkbewegung des Auflagetisches bewirkt. Mit anderen Worten stützt sich das Stützelement auf dem Keil ab, um den Anstellwinkel des Auflagetisches zu verstellen.
Eine solcher Keilantrieb, ggf. kombiniert mit einem Spindeltrieb, hat sich in Bezug auf die besonderen Erfordernisse hinsichtlich der Präzision und Prüflast bei dem Härteprüfgerät als besonders geeignet erwiesen.
Vorzugsweise ist das Stützelement als Stützrolle ausgebildet, so dass die Stützrolle, z.B eine Rolle, welche mittels eines Kugel-, Zylinderrollen- oder Nadellagers drehbar gelagert ist, auf der Keil-Schräge rollt, wenn der Keil entlang der Linearführung verschoben wird.
Dies kann in Bezug auf Leichtgängigkeit, Langlebigkeit und Präzision vorteilhaft sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Vorspanneinrichtung z.B. in Form Feder umfasst, welche die Schwenkvorrichtung vorspannt. Z.B. wird das Stützelement mittels der Vorspanneinrichtung gegen den Keil vorspannt. Dies kann in einfacher Weise z.B. durch eine oder mehrere Zugfedern, welche den Auflagetisch an der zweiten Seite nach unten gegen den Keil vorspannen, bewerkstelligt werden.
Hierdurch kann das Spiel der Schwenkvorrichtung vermindert werden und verhindert werden, dass der Schwenktisch ungewollt nach oben schwenkt, z.B. beim Hochfahren des Eindringkörpers aus dem Prüfobjekt. Außerdem kann ein eventuell vorhandenes Spiel durch die Federvorspannung eliminiert werden, was ein Nachgeben der Tischauflage während des Eindringvorganges verhindern kann. Das ist vorteilhaft, um die elektronische Regelung der Last nicht zu beeinflussen. Auch bei den sogenannten Tiefenmessverfahren wie z.B. Rockwell kann so ein Nachgeben während des Messvorganges vermieden werden, was eine Verfälschung des Messergebnisses verhindert kann.
Alternativ zu dem horizontalen Spindeltrieb mit dem Keil, kann auch ein vertikaler Spindeltrieb eingesetzt werden, welcher die zweite Seite des Auflagetisches direkt auf und ab bewegt, um den Auflagetisch um das Schwenklager zu schwenken.
Dies erhöht zwar die mechanische Belastung des Spindeltriebs bei entsprechend hoher Prüflast, spart jedoch andererseits Bauteile für die Schwenkvorrichtung ein.
Der Schwenkwinkel definiert den Winkel zwischen der Eindringachse und der Nullebene senkrecht zur Eindringachse. Ein Schwenkwinkel von 0° bedeutet demnach, dass die Eindringachse senkrecht auf der Oberfläche des Auflagetisches steht. Dies wird hierin auch als Nullstellung des Schwenktisches bezeichnet. Vorzugsweise ist der Auflagetisch mittels der Schwenkvorrichtung um einen Schwenkwinkel mindestens von 0° bis 5°, insbesondere sogar um einen Schwenkwinkel mindestens von 0° bis 10° schwenkbar.
Dies kann einen guten Kompromiss zwischen Stabilität und Flexibilität darstellen.
Der Spindeltrieb kann z.B. durch einen außen an der Härteprüfvorrichtung bzw. außen am Maschinenrahmen manuellen Antrieb, z.B. mittels eines Handrads, vom Benutzer manuell angetrieben werden.
Alternativ kann die Schwenkvorrichtung, z.B. der Spindeltrieb, durch einen in die Härteprüfvorrichtung integrierten motorischen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor angetrieben werden. Vorzugsweise ist der motorische Antrieb ggf. zusammen mit der Schwenklagerung vollständig in dem Maschinenrahmen integriert und von außen im Wesentlichen nicht sichtbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung des motorischen Antriebs der Schwenkvorrichtung in die Maschinensteuerung der Härteprüfvorrichtung, die auch die Verschiebung des Prüfkopfes und ggf. weitere Funktionen der Härteprüfvorrichtung steuert, integriert, so dass das Schwenken des Auflagetisches über die Maschinensoftware der Härteprüfvorrichtung steuerbar ist.
Vorzugsweise ist ein Anschlag an dem Maschinenrahmen vorhanden, an welchem der Schwenktisch bei einem vorbestimmten Schwenkwinkel, bevorzugt in der Nullposition anschlägt, um die Schwenkbewegung dort zu begrenzen.
Weiter vorzugsweise ist eine Skala umfasst, welche den aktuell eingestellten Schwenkwinkel des Auflagetisches anzeigt, so dass der Benutzer den aktuell eingestellten Schwenkwinkel des Auflagetisches ablesen kann. Die Skala kann eine einfache mechanische Skala, z.B. an der zweiten Seite des Auflagetisches, also an der Seite an welcher der Auflagetisch in der Höhe verfahren wird, sein. Bei einer motorischen Verstellung der Schwenkvorrichtung bzw. des Schwenkwinkels kann der Winkelwert ggf. am Display der Härteprüfvorrichtung abgelesen werden, und/oder es kann ein beliebiger Winkel innerhalb des zulässigen Schwenkwinkelintervalls am Display der Maschinensteuerung eingegeben werden, und der Tisch fährt diese Winkelposition dann mit Hilfe der motorischen Verstellung automatisch an.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine Vermessungseinrichtung umfasst sein, mittels welcher die Ausrichtung der Prüffläche des auf dem Auflagetisch aufgesetzten Prüfobjekts relativ zu dem Maschinenrahmen bzw. zu der Eindringsachse vermessen wird. Die Winkel-Vermessungseinrichtung kann z.B. einen Kreuzlinienlaser umfassen, mit dem die Oberseite des Prüfobjekts vermessen wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Schwenken des Auflagetischs automatisch, z.B. durch die Maschinensteuerung vorgenommen wird und die Vermessungseinrichtung mit der Steuerung der Schwenkvorrichtung einen Regelkreis bildet, dahingehend dass die Ausrichtung der Prüffläche des Prüfobjekts senkrecht zur Eindringsachse in Ansprechen auf ein Signal aus der Vermessungseinrichtung von der Steuerung automatisch durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist der Maschinenrahmen im Wesentlichen L- oder C-förmig ausgebildet und umfasst zumindest einen unteren Basisschenkel, mit welchem die Härteprüfvorrichtung auf einer Unterlage aufsteht und an welchem der Auflagetisch angeordnet ist und einen sich von dem Basisschenkel nach oben erstreckenden Prüfkopfhalteschenkel, an welchem der Prüfkopf aufgehängt ist. In diesem Fall ist zumindest die Schwenkvorrichtung und ggf. der motorische Antrieb derselben, unter dem Auflagetisch in dem unteren Basisschenkel des Maschinenrahmens integriert. Vorzugsweise umfasst der stabile, typischerweise metallische Maschinenrahmen eine Verkleidung, ggf. aus Kunststoff, welche unter anderem die in dem Maschinenrahmen integrierte Schwenkvorrichtung seitlich verkleidet, so dass diese von außen im Wesentlichen nicht sichtbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von Einsätzen, welche die Haftreibung des Prüfobjekts auf dem Auflagetisch erhöhen, in einem Raster in die Oberseite des Auflagetisches eingesetzt. Solche Einsätze sind auch als Gripper oder Grippers bekannt. Die (Gripper-)Einsätze weisen eine in Rasterform mit spitzen Zacken besetzte Oberfläche auf und/oder bestehen vorzugsweise aus einem gehärteten Stahl, um deren Verschleiß zu reduzieren. Die spitzen Zacken der eingesetzten (Gripper-)Einsätze ragen vorzugsweise über die Planfläche des Auflagetischs hinaus, damit sie beim Klemmen in das Prüfobjekt eingreifen und sich mit dessen Unterseite verzahnen können. Dadurch kann ein Abrutschen des Prüfobjekts wirksam verhindert werden.
Bevorzugt sind die (Gripper-)Einsätze lösbar in dem Auflagetisch befestigt und damit austauschbar in die Oberfläche des Auflagetisches eingesetzt. Dadurch können die (Gripper-)Einsätze einfach getauscht werden, wenn sie abgenutzt sein sollten.
Derartige (Gripper-)Einsätze sind besonders vorteilhaft, wenn der Auflagetisch keine Spannvorrichtung besitzt, mittels welcher sich das Prüfobjekt, z.B. mit seitlichen Spannbacken, unabhängig von dem Prüfkopf an dem Auflagetisch verspannen ließe, sondern insbesondere das Prüfobjekt zunächst einfach nur ohne laterale Verspannung auf den Auflagetisch lose aufgelegt wird und ggf. lediglich mit einem am Prüfkopf befestigten vorauseilenden Niederhalter oder Verspannkopf gegen den Auflagetisch verspannt wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Härteprüfung an einem Prüfobjekt mit der offenbarten Härteprüfvorrichtung, wobei
das Prüfobjekt auf dem Auflagetisch, insbesondere lose, ohne dieses mittels einer lateralen Spannvorrichtung des Auflagetisches an dem Auflagetisch zu verspannen, platziert wird, der Auflagetisch mittels der Schwenkvorrichtung geschwenkt wird, bis die Neigung der Prüffläche des Prüfobjekts an dem gewünschten Prüfpunkt, insbesondere senkrecht zur Eindringsachse, ausgerichtet ist, gegebenenfalls der Prüfkopf verschoben wird, um den Eindringkörper nahe der Prüffläche zu positionieren und gegebenenfalls das Prüfobjekt mit einem am Prüfkopf befestigten vorauseilenden Niederhalter oder Verspannkopf gegen den Auflagetisch zu verspannen, der Eindringkörper auf das Prüfobjekt zu oder das Prüfobjekt auf den Eindringkörper zu verschoben wird, solange bis der Eindringkörper mit einer vorgewählten Kraft in die Prüffläche des Prüfobjekts eingedrungen ist, um den Prüfeindruck mit der vorgewählten Kraft in der Prüffläche zu erzeugen, und zwar insbesondere senkrecht zu der Prüffläche an dem Prüfpunkt, der Eindringkörper oder das Prüfobjekt wieder voneinander weg verschoben werden bis der Eindringkörper vollständig aus dem Prüfeindruck in dem Prüfobjekt entfernt ist, und der Prüfeindruck untersucht wird, um die Härte des Prüfobjekts an dem Prüfpunkt zu bestimmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine dreidimensionale, teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Härteprüfvorrichtung aus 1,
3 eine Detailansicht des Ausschnitts A3 in 2,
4 eine dreidimensionale geschnittene Ansicht von oben auf den Spindel- und Keilantrieb der Schwenkvorrichtung der Härteprüfvorrichtung aus den 1 bis 3,
5 eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
6 eine teilweise geschnittene dreidimensionale Darstellung der Härteprüfvorrichtung aus 5 mit Prüfobjekt,
7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
8 eine Detailansicht des Ausschnitts A8 in 7,
9 eine geschnittene Aufsicht von oben auf den Antrieb der Schwenkvorrichtung der Ausführungsform aus den 7 und 8,
10 eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
11 eine Darstellung der Benutzeroberfläche der Maschinensteuerung der Ausführungsform aus 10,
12 eine dreidimensionale, teilweise geschnittene Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
13 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Härteprüfvorrichtung aus 12,
14 eine Detailansicht des Ausschnitts A14 in 13,
15 eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
16 eine Seitenansicht der Härteprüfvorrichtung aus 15,
17 eine dreidimensionale Darstellung entsprechend 15 mit nach unten ausgefahrenem Messkopf,
18 eine Seitenansicht entsprechend 16, mit nach unten ausgefahrenem Messkopf,
19 eine Explosionsdarstellung des Auflagetisches und der Schwenkvorrichtung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
20 eine ausschnittsweise dreidimensionale Aufsicht von oben auf den Auflagetisch entsprechend 19,
21 eine dreidimensionale Ausschnittsdarstellung von schräg oben rechts auf den Auflagetisch aus 19 und 20,
22 eine ausschnittsweise dreidimensionale Darstellung von schräg oben auf die Schwenkvorrichtung aus den 19 bis 21 bei entferntem Auflagetisch,
23 einen Querschnitt durch einen Gripper-Einsatz für den Auflagetisch,
24 eine Draufsicht auf den Gripper-Einsatz aus 23,
25 eine teilweise aufgeschnittene dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
26 ein vergrößerter Detailansicht des Ausschnitts A26 in 25,
27 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der Härteprüfvorrichtung aus 25,
28 eine weiter aufgeschnittene Seitenansicht entsprechend 27.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf die 1 bis 4 weist die erfindungsgemäße Härteprüfvorrichtung 1 einen in diesem Beispiel L-förmigen Maschinenrahmen 12 auf, welcher einen unteren, im Wesentlichen horizontalen Basisschenkel 14 und einen starr mit dem Basisschenkel 14 verbundenen und sich aufwärts erstreckenden Prüfkopfhalteschenkel 16 aufweist. Es ist den Fachmann ersichtlich, dass der Maschinenrahmen 12 in der Darstellung eine Verkleidung 18, z.B. aus Kunststoff aufweist, welche das tragende Metall-Gestell des Maschinenrahmens 12 bedeckt. Das tragende Metall-Gestell befindet sich im Inneren der Verkleidung 18.
An dem sich nach oben erstreckenden Prüfkopfhalteschenkel 16 ist der Prüfkopf 20 vertikal linear verschieblich aufgehängt. Hierzu befindet sich im Inneren der Verkleidung 18 eine lineare Verschiebeeinrichtung z.B. in Form eines Schlittens, um den Prüfkopf 20 auf und ab bewegen zu können. Ferner befindet sich in dem Maschinenrahmen 12 ein motorischer Antrieb für die LinearVerschiebung des Prüfkopfs 20, wobei dieser motorische Antrieb nicht dargestellt ist, da er ebenfalls in dem Maschinenrahmen 12 integriert und in der Darstellung durch die Verkleidung 18 verdeckt ist. Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind diese Grundkonstruktionsprinzipien einer Härteprüfvorrichtung 1 bekannt.
An dem linear verschieblichen Prüfkopf 20 ist ein Prüf- oder Eindringkörper 22 mit einer Eindringspitze 24 entsprechend der einschlägigen Prüfnormen aufgehängt.
Ein Prüfobjekt 26 liegt im vorliegenden Beispiel lose, insbesondere ohne laterale Verspannung, auf dem Auflagetisch 28 auf. Genauer liegt das Prüfobjekt 26 im vorliegenden Beispiel auf einer Vielzahl von in einem regelmäßigen Raster angeordneten Gripper-Einsätzen 102 auf, welche nach oben aus der Oberfläche 28a des Auflagetisches 28 herausragen. Um die Härteprüfung durchzuführen, kann das Prüfobjekt 26 z.B. mit einem Niederhalter oder Verspannkopf, der dem Eindringkörper 22 leicht vorauseilt (z.B. ca. 0,5 mm) und mit dem Prüfkopf verbunden ist, verspannt werden, oder der Eindringkörper wird durch das Verstellen des Prüfkopfes knapp oberhalb (z.B. ca. 1 mm) des Prüfobjekts 26 positioniert. Danach wird der Eindringvorgang gestartet, der von einem eigenen kraftgeregelten Motor ausgeführt wird und dabei den Eindringkörper 22 relativ zu dem Prüfkopf 20 linear nach unten verschiebt, um den Eindringkörper 22 in die die Prüffläche bildende Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 einzudrücken und so den Härteprüfeindruck zu erzeugen.
Wie in der Darstellung der 1 zu erkennen ist, weist das Prüfobjekt 26 in diesem Beispiel zwar eine planare Oberseite oder obere Oberfläche 26a und eine planare Unterseite 26b auf, jedoch verlaufen diese nicht parallel zueinander, sondern stehen in einem spitzen Winkel von etwa 2,5° zueinander. Um diese Abweichung von der Planparallelität ausgleichen zu können, weist der Auflagetisch 28 eine Schwenkvorrichtung 32 auf, mittels welcher der Auflagetisch 28 um eine Schwenkachse 34, welche horizontal und quer zu der vertikal verlaufenden Eindringachse 36 verläuft, geschwenkt werden kann. In der Darstellung der 1 ist der Auflagetisch 28 an dessen hinterer Seite 28d bereits entsprechend um 2,5° nach oben geschwenkt, so dass die Oberfläche oder Prüffläche 26a des Prüfobjekts 26 bereits horizontal und damit senkrecht zur Eindringachse 36 verläuft.
Wie am besten in den 2 und 3 zu sehen ist, weist die Schwenkvorrichtung 32 ein Schwenklager 38 auf, welches sich in der Nähe der von dem Prüfkopfhalteschenkel 16 entfernten Vorderseite 28c des Auflagetisches 28 befindet. Ein mit einem Handrad 40 an der Vorderseite 1c der Härteprüfvorrichtung 1 angetriebener Spindeltrieb 42 treibt einen horizontal längs verschieblichen Keil 44 entlang einer Linearführung 46, z.B. ein linearer Schlitten an. Auf der Schräge 44a des Keils 44 läuft ein Stützelement 48 in Form eines Stützrades, welches durch die Linearverschiebung des Keils 44 eine Vertikalbewegung erfährt. Durch die Vertikalbewegung des Stützelements 48, entfernt von der Schwenkachse 38 bzw. von der Vorderseite 28c des Auflagetischs 28, wird der Auflagetisch 28 um die Schwenkachse 38 geschwenkt, so dass mittels der Schwenkvorrichtung 32 der Winkel zwischen der Eindringachse 36 und der Ebene, die durch die Oberseite 28a des Auflagetisches 28 definiert wird, verstellt werden kann, zielgerichtet um die Oberseite 26a des Prüfobjekts 26 senkrecht zur Eindringachse 36 ausrichten zu können, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Eindringkörper 22 mit seiner Eindringspitze 24 exakt senkrecht in die obere Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 eindringt.
An einer Winkelskala 50 kann der Benutzer den momentan eingestellten Schwenkwinkel ablesen.
Bezugnehmend auf die 3 wird der Auflagetisch 28 durch eine Vorspanneinrichtung 52, im vorliegenden Beispiel umfassend eine oder mehrere (Zug-)Federn, nach unten vorgespannt, so dass das Stützelement 48 gegen die Schräge 44a des Keils 44 vorgespannt wird.
Die Schwenkvorrichtung 32 weist ferner eine Anschlagseinrichtung 54 auf, auf welchem der als Schwenktisch ausgebildete Auflagetisch 28 in der Nullposition aufsitzt bzw. anschlägt.
Bezugnehmend auf 4 weist die Schwenkvorrichtung 32 zwei links und rechts der Spindel 42 angeordnete Schwenklager 38a, 38b auf, um die bei einer Härteprüfvorrichtung 1 typischerweise entstehenden hohen Prüflasten entsprechend gleichmäßig auffangen zu können. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Anschlagseinrichtung 54 für die Nullposition zwei links und rechts des Spindelantriebs angeordnete Anschlagsstempel 54a, 54b und die Vorspanneinrichtung 52 weist zwei Zugfedern 52a und 52b auf. Durch die Zugfedern 52a, 52b wird gewährleistet, dass das Stützelement 48 des Auflagetischs 28 spielfrei an dem Keil 44 anliegt.
Wie in den 1 bis 4 zu sehen ist, ist die unter dem Auflagetisch 28 angeordnete Schwenkvorrichtung 32 nahezu vollständig in dem Maschinenrahmen 12 bzw. in dem Basisschenkel 14 integriert und wird durch die äußere Abdeckung 18 des Maschinenrahmens verdeckt, so dass im Normalbetrieb die Schwenkvorrichtung 32 für den Benutzer im Wesentlichen unsichtbar bleibt und z.B. gegen das Eindringen von Fremdkörpern geschützt ist.
Die in 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform weist einen Prüfkopf 20 mit lediglich einem Eindringkörper 22 auf, welcher motorisch kraftgesteuert entlang der Eindringachse bewegt werden kann, um den Eindringvorgang mit der vom Benutzer eingestellten Kraft zu bewerkstelligen. Bezug nehmend auf die 5 bis 18 ist die Erfindung jedoch auch auf komplexere Härteprüfvorrichtungen 1, z.B. mit einem Werkzeugwechsler oder Objektrevolver 56 an dem Prüfkopf 20 anwendbar, welche dem Fachmann auf dem Gebiet der Härteprüfvorrichtungen 1 grundsätzlich bekannt sind. Der Werkzeugwechsler oder Objektivrevolver 56 lässt sich im dargestellten Beispiel um eine 45° zur Eindringachse 36 geneigte Revolver-Drehachse drehen, so dass je nach Wunsch der Eindringkörper 22, einer oder mehrere weitere Eindringkörper 22' oder ein oder mehrere Mikroskopobjektive 58 mit typischerweise unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren in Flucht mit der Eindringachse 36 in Richtung des Prüfobjekts 26 gedreht werden können. Die Revolver-Drehachse kann aber auch parallel zur Eindringachse verlaufen oder um einen anderen Winkel, z.B. 75° zur Eindringachse geneigt sein. Dadurch kann unter anderem, ohne das Prüfobjekt 26 bewegen zu müssen, mit den Mikroskopobjektiven 58 nach dem Herstellen des Härteprüfeindrucks dieser unmittelbar untersucht und das Ergebnis ausgewertet werden. Das horizontale Ausrichten der Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 mittels der Schwenkvorrichtung 32 hat bei dieser Härteprüfvorrichtung nicht nur den Vorteil, dass der Eindringkörper senkrecht in die Oberfläche 26a eindringt, sondern auch, dass die Oberfläche 26a senkrecht zu der optischen Achse des jeweiligen Mikroskopobjektivs 58 ausgerichtet sind, so dass Bildverzerrungen und/oder teilweise unscharfe Bilder im Randbereich des Blickfeldes vermieden werden können. Ansonsten entspricht die Schwenkvorrichtung 32 der 5 und 6 derjenigen aus den 1 bis 4.
Bezugnehmend auf die 7 bis 9 kann der Antrieb der Schwenkvorrichtung 32 anstatt mit dem Handrad 40 auch motorisch mit einem Elektromotor oder einem anderen Motor 60 erfolgen. Im vorliegenden Beispiel treibt der Elektromotor 60, z.B. ein Schrittmotor, über einen Riemenantrieb 62 die Spindel 42 an. Ansonsten entspricht die Schwenkvorrichtung 32 derjenigen in 1 bis 6.
Bezugnehmend auf die 10 und 11 kann der motorische Antrieb der Schwenkvorrichtung 32 in die Maschinensteuerung 64 der Härteprüfvorrichtung 1 integriert werden. Dies ermöglicht, wie in 11 zu sehen ist, dass der Benutzer das Schwenken des Auflagetischs 28 über dasselbe Maschinendisplay 66, über welches auch das Eindringen des Eindringkörpers 22 sowie ggf. das Drehen des Objektivrevolvers 56 gesteuert wird, ebenfalls steuern kann. Hierzu weist die Benutzeroberfläche 68 der Maschinensteuerung 64 ein Tischneigungsmenü 70 auf, über welches der Benutzer die Neigung des Auflagetischs 28 computergestützt steuern kann. Hierzu kann das Tischneigungsmenü 70 z.B. einen Schieberegler 72 oder ein Eingabefeld im Display zur numerischen Eingabe eines gewünschten Neigungswinkels aufweisen.
In den vorliegenden Beispielen kann die Tischneigung im Bereich zwischen 0° und 5° stufenlos eingestellt werden. Gegebenenfalls ist eine weitergehende Neigungsmöglichkeit zwischen 0° und 10° Neigungswinkel gegenüber der Null-Stellung möglich.
Bezugnehmend auf die 12 bis 14 kann die Höhenverstellung an dem Höhenverstellangriffspunkt 74 auch direkt mit einer vertikal verlaufenden Spindel 76, z.B. über ein (Umlenk-)Getriebe 78, erfolgen, sofern ein solcher Spindelantrieb für die entsprechenden Prüflasten ausgelegt ist. Auch hier kann eine Federvorspannung sinnvoll sein, um das Spiel des Spindelantriebs zu verringern.
Bezugnehmend auf die 15 bis 18 kann die Härteprüfvorrichtung 1 eine Vermessungsvorrichtung 80 umfassen, mit welcher die Ausrichtung der Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 vermessen werden kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Vermessungsvorrichtung 80 eine Laser-Vermessungseinrichtung, z.B. mit einem Kreuzlinienlaser, welche in einem Messkopf 82 integriert ist. Der Messkopf 82 kann über eine Verschiebeeinrichtung 84 entlang der Eindringachse 36 verschoben werden, um auf das Höhenniveau der Oberfläche 26a gebracht zu werden, wie dies in den 17 und 18 dargestellt ist. Auf diesem Höhenniveau kann der Kreuzlinienlaser 86 mit entsprechenden Laserstrahlen 88 die Ausrichtung der Oberfläche 26a vermessen, um zu bestimmen, ob diese horizontal verläuft oder nicht.
Besonders vorteilhaft weist die Maschinensteuerung 64 einen Regelkreis auf, welcher in Ansprechen auch das Vermessungsergebnis mittels der Oberflächen-Vermessungseinrichtung 80 die Neigung des Auflagetischs 26 automatisch geregelt einstellt, bis die Oberfläche 26a senkrecht zur Eindringachse 36 ausgerichtet ist.
Bezugnehmend auf die 19 bis 22 kann der händische Antrieb der Schwenkvorrichtung 32 mittels des Handrades 40 z.B. über einen Riemenantrieb 90 auf die Antriebsspindel 42 übertragen werden. 22 zeigt die Verschiebeeinrichtung 46 in Form eines Linearschlittens im Detail. Bei der in 19 bis 22 dargestellten Ausführungsform sind jeweils zwei Zugfedern 52a, 52b beidseits der Antriebsspindel 42 angeordnet, um eine entsprechende Vorspannung auf das Stützrad 48, welches ebenfalls beidseits mittels Stützradlagern 92a, 92b gelagert ist, gegenüber dem Keil 44 zu erzeugen. Die gesamte Schwenkvorrichtung 32 ist in den Basisschenkel 14 des Maschinenrahmens 12 integriert und wird durch den Maschinenrahmen 12 umfassend die Verkleidung 18 eingehäust bzw. verdeckt. Die Schwenkeinrichtung 32 ist auf einer Montageeinrichtung 98, hier in Form einer Basisplatte, montiert, die an dem Basisschenkel 14 des Maschinenrahmens 12 befestigt ist, z.B. seitlich mit dem Basisschenkel 14 verschraubt ist. Die obere Öffnung 100 des Basisschenkels 14, welche Zugriff von oben auf die Schwenkeinrichtung 32 erlaubt, wird durch den Auflagetisch 28 nach oben abgedeckt. Mit anderen Worten bildet der Basisschenkel 14 demnach einen nach oben offenen wannenartigen Hohlraum, in welchen die Schwenkvorrichtung 32 eingebaut ist und welcher nach oben von dem schwenkbaren Auflagetisch 28 abgedeckt wird.
Die 21 und 22 zeigen einen Ausschnitt des vertikalen Linearschlittens 94 sowie der vertikalen Hauptantriebsspindel 96 zum Antrieb der Linearverschiebung des Prüfkopfs 20.
Bezugnehmend auf 19 bis 21 weist die Oberseite 28a des Auflagetischs 28 ein Raster von Bohrungen 104 auf, in welche eine Vielzahl von Gripper-Einsätzen 102 lösbar befestigt sind, so dass ein zweidimensionales Raster von austauschbaren Gripper-Einsätzen 102 entsteht.
Bezugnehmend auf die 19 bis 21 und 23, 24 werden die Gripper-Einsätze 102 mittels nicht dargestellter Senkschrauben in den Sackbohrungen 104 festgeschraubt, wobei die Oberseite 102a der Gripper-Einsätze 102 aus der Oberfläche 28a hinausragen (vgl. z.B. 14). Die Oberseite 102a der Gripper-Einsätze 102 weist eine Riffelung 104 mit einem Raster aus spitzen Zacken 106 auf, welche aus der Oberfläche 28a hervorragen. Die Gripper 102 sind vorzugsweise aus gehärtetem und brüniertem Werkzeugstahl hergestellt und durch deren raue oder mit spitzen Zacken 106 versehene Oberfläche 102a wird die Haftreibung des Prüfobjekts 26 auf dem Auflagetisch 28 erhöht, so dass ein Verrutschen des Prüfobjekts 26 vermieden werden kann, selbst wenn das Prüfobjekt 26 lediglich lose auf den Gripper-Einsätzen 102 aufliegt und insbesondere nicht lateral oder überhaupt nicht verspannt ist. Auf der anderen Seite graben sich die spitzen Zacken 106 in die Unterseite 26b des Prüfobjekts 26 ein, z.B. wenn der Eindringkörper 22 in die Oberfläche 26a eingedrückt wird.
Bezugnehmend auf die 25-28 ist der Werkzeugwechsler 56 mit einer Linearführung 112, z.B. einer Schlitteneinrichtung an dem Prüfkopf 20 aufgehängt. Mittels eines Antriebsmotors 114 am Prüfkopf 20 kann der Werkzeugwechsler 56 feinfühlig nach unten verschoben werden, um den momentan ausgewählten Eindringkörper 22 mit der vordefinierten Prüfkraft in die Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 einzudrücken, um so den Härteprüfeindruck zu erzeugen. D.h. der eigentliche Eindringvorgang erfolgt durch eine Linearverschiebung des Eindringkörpers 22, in diesem Beispiel mit dem Werkzeugwechsler 56, relativ zu dem Prüfkopf 20. Der Eindringkörper 22 ist hierzu an einer Konsole 116 befestigt, welche über die Linearführung 112 geführt ist, und über den Elektromotor 114, im vorliegenden Beispiel mit einem Riemen 118 und über eine Kugelumlaufspindel 120 angetrieben wird. Alternativ zu dem Riemenantrieb 118 ist auch ein Zahnradgetriebe (nicht dargestellt) möglich. Die Relativbewegung des Eindringkörpers 22 kann auch anstatt direkt durch eine Spindel mit Motorantrieb durch ein Hebelsystem dazwischen übersetzt ausgeführt sein, sodass die Spindel nicht die gesamte Kraft übertragen muss, sondern nur einen Bruchteil davon, z.B. 1/6 (nicht dargestellt). Der Eindringkörper ist vorzugsweise aber trotzdem linear geführt.
Im vorliegenden Beispiel sind mehrere, durch Drehung des Werkzeugwechslers 56 auswählbare Eindringkörper 22, 22' vorhanden. Es kann aber ggf. auch nur ein einzelner Eindringkörper 22, der, insbesondere ohne Werkzeugwechsler 56, linearverschieblich an der Linearführung 112 aufgehängt ist, vorhanden sein (vgl. 1 und 2).
Der Prüfkopf 20 ist in diesem Beispiel ebenfalls mittels der Linearführung 112 linearverschieblich an dem Maschinenrahmen 12 aufgehängt und wird mittels eines Prüfkopf-Antriebsmotors (nicht dargestellt) auf und ab, bzw. auf den Auflagetisch 28 zu und von dem Auflagetisch 28 weg, verschoben.
An dem Prüfkopf 20 ist noch ein, vorzugsweise schwenkbarer Niederhalter 122 angebracht, welcher dem Eindringkörper 22 vorauseilt. Für den Eindringvorgang wird zunächst der Prüfkopf 20 an das Prüfobjekt 26 zugestellt, bis der vorauseilende Niederhalter 122 das Prüfobjekt 26 gegen den Auflagetisch 28 festklemmt. In dieser Stellung hat der Eindringkörper 22 noch einen Abstand von der Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26, z.B. in der Größenordnung einiger Zehntel Millimeter. Anschließend wird der Eindringkörper 22 mittels des feinfühligen Linearantriebs 112, 114 relativ zu dem Prüfkopf 20 verschoben und dadurch in die Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 eingedrückt, um so den Härteprüfeindruck zu erzeugen.
Wenn einerseits der Eindringkörper 22 linearverschieblich an dem Prüfkopf 20 und andererseits der Prüfkopf 20 linearverschieblich an dem Maschinenrahmen 12 aufgehängt sind, erfolgt demnach vorzugsweise zuerst eine Grobverstellung des Prüfkopfs 20 an das Prüfobjekt 26 und anschließend der Eindringvorgang, d.h. die Zustellung des Eindringkörpers 22 hinein in die Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 mittels des Linearantriebs 112, 114 des Eindringkörpers 22 relativ zu dem Prüfkopf 20, um dadurch den Härteprüfeindruck zu erzeugen.
Es ist demnach ersichtlich, dass die Verschiebung des Eindringkörpers 22 auf das Prüfobjekt 26 zu und von dem Prüfobjekt 26 weg entweder durch eine von dem Antrieb 112, 114 angetriebene Linearverschiebung des Eindringkörpers 22 bzw. des Werkzeugwechslers 56 relativ zu dem Prüfkopf 20 oder durch Linearverschiebung des Prüfkopfes 20 relativ zu dem Maschinenrahmen 12 oder durch beides erfolgen kann.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Härteprüfvorrichtung 1, welche einen schwenkbar montierten Auflagetisch 28 für Prüfobjekte 26 aufweist.
Erfindungsgemäß ist der Auflagetisch oder Maschinentisch 28 also nicht mehr fix oder starr mit dem Maschinenrahmen 12 verbunden, sondern ist schwenkbar an diesem aufgehängt und lässt sich mittels eines entsprechenden Stellantriebs 41 einer Schwenkvorrichtung 32, z.B. mittels eines Handrades 40 oder eines motorischen Antriebs 60 um eine Schwenkachse 34 senkrecht zur Eindringachse 36 schwenken, um die Oberfläche 26a des Prüfobjekts 26 derart auszurichten, dass die Spitze 24 des Eindringkörpers 22 an der Prüfstelle vorzugsweise exakt senkrecht in die Oberfläche 26a eindringt.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. Sofern nicht explizit anderweitig ausgeführt oder ersichtlich, weist jedes Ausführungsbeispiel auch die Merkmale der übrigen anderen Ausführungsbeispiele auf, dies gilt insbesondere für die Ausführungsformen mit einem einzigen Eindringkörper 22 einerseits und die Ausführungsformen mit dem Werkzeugwechsler 56 bzw. (Objektiv-)Revolver andererseits.. Vorrichtungsmerkmale gelten auch in Bezug auf Verfahren als offenbart und umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 6507 [0002]
ASTM E-384 [0002]
ASTM E92 [0002]
ISO 4545 [0002]
ISO 6506 [0002]
ASTM E-10 [0002]
ISO 6508 [0002]
ASTM E-18 [0002]

Claims

Härteprüfvorrichtung (1) mit wenigstens einem Eindringkörper (22) zum Erzeugen eines Härteprüfeindrucks in einem Prüfobjekt (26), umfassend: einen Prüfkopf (20), an welchem der wenigstens eine Eindringkörper (22) angeordnet ist, einen Auflagetisch (28) für das Prüfobjekt (26), einen Antrieb mit welchem der Eindringkörper (22) und der Auflagetisch (28) entlang einer Eindringachse (36) aufeinander zu und voneinander weg verschiebbar sind, um den Eindringkörper (22) in ein auf dem Auflagetisch (28) angeordnetes Prüfobjekt (26) einzudrücken, und eine Schwenkvorrichtung (32) für den Auflagetisch (28), mittels welcher der Auflagetisch (28) relativ zu der Eindringachse (36) schwenkbar ist.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei an einer ersten Seite (28c) des Auflagetisches (28) zumindest ein Schwenklager (38) angeordnet ist, mittels welchem der Auflagetisch (28) an der ersten Seite (28c) schwenkbar gelagert ist und an einer der ersten Seite (28c) gegenüberliegenden zweiten Seite (28d) des Auflagetisches (28) eine Höhenverstellung (44,46,48) umfasst ist, mittels welcher der Auflagetisch (28) an der zweiten Seite auf und ab bewegt werden kann, um den Auflagetisch (28) um das Schwenklager (38) zu schwenken.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schwenkvorrichtung (32) einen Spindeltrieb (42, 76) umfasst, mittels welchem die Schwenkbewegung angetrieben wird.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Schwenkvorrichtung (32) einen Keil (44) mit einer Schräge (44a), eine Linearführung (46) und ein Stützelement (48) umfasst, wobei der Keil (44) mit der Linearführung (46) quer zu der Eindringachse (36) verschiebbar ist und von dem Spindeltrieb (42) entlang der Linearführung (46) verschoben wird und wobei das Stützelement (48) auf dem Keil (44) aufsitzt und bei Verschiebung des Keils (44) durch die Schräge (44a) des Keils auf und ab bewegt wird, um den Auflagetisch (28) zu schwenken.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei das Stützelement (48) eine Stützrolle umfasst, welche auf der Schräge (44a) rollt, wenn der Keil (44) entlang der Linearführung (46) verschoben wird.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei zumindest eine Vorspanneinrichtung (52) umfasst ist, welche das Stützelement (48) gegen den Keil (44) vorspannt.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Spindeltrieb (76) vertikal verläuft und die zweite Seite (28d) des Auflagetisches (28) auf und ab bewegt, um den Auflagetisch (28) um das Schwenklager (38) zu schwenken.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3-7, wobei der Spindeltrieb (42, 76) durch ein außen an der Härteprüfvorrichtung (1) angeordnetes Handrad (40) vom Benutzer manuell angetrieben wird.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3-7, wobei der Spindeltrieb (42, 76) durch einen in die Härteprüfvorrichtung (1) integrierten motorischen Antrieb (60) angetrieben wird.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, wobei die Steuerung des motorischen Antriebs in die Maschinensteuerung (64), welche auch die Verschiebung des Prüfkopfes (20) steuert, integriert ist, so dass das Schwenken des Auflagetisches (28) über die Maschinensteuerung (64) der Härteprüfvorrichtung (1) steuerbar ist.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Anschlagseinrichtung (54) umfasst ist, an welcher der Schwenktisch (32) bei einem vorbestimmten Schwenkwinkel anschlägt, um die Schwenkbewegung zu begrenzen.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Skala (50) umfasst ist, welche den aktuell eingestellten Schwenkwinkel des Auflagetisches (28) anzeigt, so dass der Benutzer den aktuell eingestellten Schwenkwinkel des Auflagetisches (28) ablesen kann.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Vermessungseinrichtung (80) umfasst ist, mittels welcher die Ausrichtung der Prüffläche (26a) des auf dem Auflagetisch (28) aufgesetzten Prüfobjekts (26) vermessen wird.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Maschinenrahmen (12), wobei der Maschinenrahmen (12) einen unteren Basisschenkel (14), mit welchem die Härteprüfvorrichtung (1) auf einer Unterlage aufsteht und an welchem der Auflagetisch (28) angeordnet ist und einen sich von dem Basisschenkel (14) nach oben erstreckenden Prüfkopfhalteschenkel (16), an welchem der Prüfkopf (20) aufgehängt ist, umfasst, wobei die Schwenkvorrichtung (32) unter dem Auflagetisch (28) in den unteren Basisschenkel (14) des Maschinenrahmens (12) integriert ist.
Härteprüfvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Einsätzen (102), welche die Haftreibung des Prüfobjekts (26) auf dem Auflagetisch (28) erhöhen, in einem Raster in die Oberseite (28a) des Auflagetisches (28) eingesetzt sind, wobei die Einsätze (102) vorzugsweise austauschbar in die Oberfläche (28a) des Auflagetisches (28) eingesetzt sind.
Verfahren zur Härteprüfung an einem Prüfobjekt mit einer Härteprüfvorrichtung (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: Platzieren des Prüfobjekts (26) auf dem Auflagetisch (28), insbesondere zunächst lose ohne dieses mittels einer lateralen Spannvorrichtung des Auflagetisches (28) an dem Auflagetisch (28) zu verspannen, Schwenken des Auflagetisches (28) mittels der Schwenkvorrichtung (32) bis die Neigung der Prüffläche (26a) des Prüfobjekts (26) an der gewünschten Prüfposition zur Eindringsachse (36) ausgerichtet ist, Verschieben des Eindringkörpers (22) auf das Prüfobjekt (26) zu oder des Prüfobjekts (26) auf den Eindringkörper (22) zu, solange bis der Eindringkörper (22) mit einer vorgewählten Kraft in die Prüffläche (26a) des Prüfobjekts (26) eingedrungen ist, um den Prüfeindruck mit der vorgewählten Kraft in der Prüffläche (26a) zu erzeugen, und zwar insbesondere senkrecht zu der Prüffläche (26a) an der Prüfposition, Verschieben des Eindringkörpers (22) oder des Prüfobjekts (26) wieder voneinander weg bis der Eindringkörper (22) vollständig aus dem Prüfeindruck entfernt ist, und Untersuchen des Prüfeindrucks zur Bestimmung der Härte des Prüfobjekts (26).