DE1573472B2 - Material-Härteprüfgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Härteprüfgerät nach dem Vorlast-Lastverfahren nach Rockwell mit einer in Bezug auf eine Auflagefläche gleitbar angeordneten Eindringspitze, die durch Druck auf ein gegenüber ortsfesten Teilen des Geräts entgegen einer Federbelastung verschiebbares Gehäuse nacheinander unter einer Vorlast und einer elastischen Prüflast gegen die zu prüfende Materialoberfläche drückbar ist, und mit einem Meßinstrument, das eine Nullstellung für die Lage der Eindringspitze unter Vorlast ermöglicht.

Geräte nach Rockwell kennzeichnen sich bekanntlich dadurch, daß für eine sichere Auflage der Eindringspitze auf dem Prüfling zunächst die Eindringspitze unter Vorlast gegen die Materialoberfläche gedrückt wird, worauf eine Nullstellung des Anzeigegeräts erfolgt und dann erst die Prüflast aufgebracht wird, die ein tieferes Eindringen der Spitze in den Prüfling bewirkt, worauf die Prüflast zurückgenommen und wiederum unter Vorlast der Unterschied der Eindringtiefe vor und nach dem Aufbringen der Prüflast als Maß der Härte festgestellt wird.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist bereits durch die DT-AS 12 46 279 vorgeschlagen worden, bei welcher der Prüfling zunächst mit Abstand unter das Meßgerät gelegt und dann durch Anheben über eine Spindel in eine für den Meßvorgang geeignete Ausgangslage gebracht werden muß. Diese Ausgangslage hängt natürlich von der Dicke des Prüflings ab und erfordert bei Serienmessungen von Prüflingen unterschiedlicher Dicke ein jeweils gesondertes Einstellen der Spindel. Hinzu kommt, daß aber auch die von einer Blattfeder gebildete Prüflast von der Dicke des Prüflings beeinflußt wird, weil diese eine mehr oder weniger große Durchbiegung der dem Meßvorgang vorausgehenden Blattfeder bewirkt. Dadurch ergeben sich Änderungen der Prüflast und entsprechende Meßfehler. Diese lassen sich zwar durch Verwendung einer Blattfeder mit sehr flacher Kennlinie herabsetzen, wodurch jedoch wieder der Raumbedarf für das gesamte Gerät erheblich gesteigert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein von der Dicke des Prüflings unabhängiges einfaches Rockwell-Gerät zu schaffen, das auch für große, mechanisch aufzubringende Prüflasten geeignet ist und bei dem der Meßvorgang unabhängig von der Dicke des jeweiligen Prüflings automatisch erst dann eingeleitet wird, wenn der Prüfkörper bzw. die Eindringspitze mit der Oberfläche des Prüflings in Berührung tritt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Druck auf das Gehäuse im Augenblick der Berührung mit der zu prüfenden Oberfläche zunächst die Eindringspitze entgegen der Vorlast in das Gehäuse verschiebbar ist und anschließend nach Überwindung einer elastischen Gegenkraft die unter Vorspannung stehende Prüflast zur Einwirkung auf die Eindringspitze frei wird, so daß unabhängig von der Dicke der Materialprobe der Meßvorgang jeweils erst

beim Berühren der zu prüfenden Oberfläche mit durch die gewählte Vorspannung der Prüflast definiert vorgegebener Prüflast erfolgt.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung eines Härteprüfgeräts verhindert die elastische Gegenkraft, daß der Meßvorgang eingeleitet wird, bevor die Prüflast aufgebracht wird, während eine Nullstellung unter Wirkung der Vorlast ohne weiteres möglich ist, weil die elastische Gegenkraft das Aufbringen der Vorlast praktisch nicht behindert, die bereits bei Andruckkräften zur Wirkung kommt, die so gering sind, daß die elastische Gegenkraft praktisch noch als starrer Geräteteil wirkt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die elastische Prüflast zwischen zwei Teilen des Gehäuses vorgesehen ist, die über die elastische Gegenkraft verbunden sind, deren Überwindung die Prüflast in Wirkverbindung mit der Eindringspitze bringt, wobei die Prüflast dadurch veränderbar gemacht werden kann, daß eine EinsteU-einrichtung für die Angriffsstelle der elastischen Prüflast an demjenigen Teil des Gehäuses vorgesehen ist, der an der Bewegung bei Überwindung der Gegenkraft nicht teilnimmt, wodurch die Vorspannung der auf die Eindringspitze wirkenden Prüflast einstellbar ist.

Ein Härteprüfgerät nach der Erfindung läßt sich in weiterer Ausgestaltung besonders kompakt und zuverlässig dadurch ausbilden, daß die wesentlichen Teile konaxial zum Träger der Eindringspitze angeordnet werden unter Verwendung von Schraubenfedern für die Vorlast, die Prüflast, die elastische Gegenkraft und gegebenenfalls eine Rückholfeder.

Weiter ist es besonders vorteilhaft, den Übergang von der Vorlast zur Prüflast deutlich anzuzeigen, was nach der Erfindung dadurch geschehen kann, daß ein Signalgeber vorgesehen ist, der den Zustand unter Vorlast anzeigt und der durch dem Gehäuse zugeordnete Teile betätigbar ist, die beim Überwinden der Gegenkraft eine Relativbewegung ausführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren Einzelheiten ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Härteprüfgerätes nach der Erfindung;

F i g. 2 einen Axialschnitt durch das einen Bestandteil des Härtprüfgerätes nach F i g. 1 bildende Meßgerät;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Kontakte, welche einen Bestandteil des mit dem Meßinstrument verbundenen Signalgebers bilden.

Gemäß Fig. 1 weist das Härteprüfgerät einen in Seitenansicht C-förmig geformten Sockel 80 auf, dessen oberer Arm 81 gabelförmig ausgebildet ist und ein allgemein mit 82 bezeichnetes Meßinstrument trägt.

In der Gabelung des Arms 81 ist ein Hebel 83 mittels eines Bolzens 84 gelagert. Das freie Ende des Hebels 83 ist gegabelt und endet in zwei Armen 83', die mit zwei Stiften 46 am Gehäuse des Meßinstruments 82 in Eingriff treten. Die Betätigung des Hebels 83 erfolgt über einen weiteren Hebel 85, mittels eines Exzenters 86.

Der untere Arm des Sockels 80 trägt eine Spindel 87, die über ein Handrad 88 gehoben oder gesenkt werden kann. Eine Plattform 89 am oberen Ende der Spindel 87 nimmt den Prüfkörper 90 auf, dessen Härte gemessen werden soll und gegen dessen Oberfläche sich die Eindringspitze des Messinstruments 82 richtet.

Auf F i g. 2 ist der Aufbau des Meßinstruments 82 im einzelnen ersichtlich. Die von einer Schutzkappe 44 umgebene Eindringspitze 1 ist mit einem rohrartigen Träger 2 fest verbunden, der im oberen Bereich Federzangen 29 trägt, die unter Reibung gleitend an einem Schieber 3 anliegen; der Schieber 3 ist mit einer Kugel 4 fest verbunden, welche die Anzeigeeinrichtung betätigt.

Die Anzeigeeinrichtung ist in der Weise ausgebildet, daß die Kugel 4 mit einer Scheibe 5 in Berührung steht, die an eine Membran 6 angeschweißt ist. Die Membran

ίο 6 ist in einer Kappe 7 des Meßgeräts gelagert und begrenzt hier eine Kammer, die mit einer Kapillare 8 in Verbindung steht. Die Kammer und ein Teil der Kapillare enthalten eine farbige Flüssigkeit, deren jeweiliger Stand in der Kapillare 8 auf einem durchsichtigen, mit Gradeinteilung versehenen Zifferblatt 9 ablesbar ist, das von einem Knopf 10 in seiner Lage gehalten wird.

Zum Einspannen der Membran 6 ist eine Dichtung 11 vorgesehen, die gegen die Membran mittels eines Ringes 12 gepreßt wird, der seinerseits von einer mit Schraubengewinde versehenen Buchse 13 gehalten wird. Die Kammer über der Membran ist durch einen Gewindezapfen 14 mit einer Dichtung 15 verschlossen, der eine Einstellung des Flüssigkeitsspiegels in der Kapillare 8 gestattet.

Die auf die Membran 6 wirkende Kugel 4 ist in einer mit Schraubengewinde versehenen Buchse 92 mit axialem Spiel, begrenzt durch eine untere Buchse 93 gelagert und über eine Stange 62 anhebbar, welche über eine Dämpfungsfeder 62' mit einer Querschwelle 91 verbunden ist. Die Feder 62' hat die Funktion eines Stoßdämpfers, der den über die Stange 62 auf die Kugel 4 wirkenden Druck auf denjenigen Betrag begrenzt, der für eine gute Auflage der Kugel gegen die Buchse 92 ausreicht.

Der Träger 2 der Eindringspitze trägt am oberen Ende eine Feder 107, welche die Vorlast bildet und sich mit ihrem anderen Ende am oberen Ende eines zylindrischen Körpers 23 abstützt, der in die Buchse 13 eingeschraubt ist. Der Körper 23 endet in einem Hohlstiel 24, der gleitend in einem ortsfesten Führungskörper 25 aufgenommen ist. Der Führungskörper 25 ist über eine Kugelsperre 27, 28 an einer Platte 94 ( F i g. 1) festgelegt, die das Ende vom oberen Arm 81 des Sockels 80 bildet. Der Führungskörper 25 trägt in einer Ausnehmung 25' eine Schraube 64, welche in Längsausnehmungen des Hohlstiels 24 und des Trägers 2 eingreift und deren Führung sowie der Begrenzung der Bewegung des Trägers 2 nach oben dient. Auf den Hohlstiel 24 ist die Schutzkappe 44 der Eindringspitze 1 aufgeschraubt. Der Fürrungskörper 25 ist ferner mit einem ortsfesten Zylinder 65 fest verbunden, der drei Fenster 95 mit gegenseitigem Abstand von 120° aufweist. In diese Fenster greift je eine Schraube 36 ein, deren Funktion weiter unten beschrieben ist, während Aussparungen im unteren Bereich des ortsfesten Zylinders 65 den Durchtritt von drei Stiften 97 gestatten, die über einen Ring % mit dem zylindrischen Körper 23 fest verbunden sind und einen äußeren Ring 98 tragen, dem eine starke Feder 34 aufliegt.

Die Feder 34 trägt eine Muffe 33, die mit gewissem Spiel mit einem äußeren Zylinder verbunden ist, der das Gehäuse 30 des Messgeräts bildet, welches die Stifte 46 (Fig. 1) trägt, die von den Enden des Hebels 83 beaufschlagt werden. Die Muffe 33 trägt die drei Schrauben 36, welche durch die Fenster des ortsfesten Zylinders 65 hindurchtretend einen die Prüflast in Gestalt einer Feder 38 aufnehmenden Federkorb 37

tragen. Das obere Ende der Feder 38 stützt sich mittelbar am zylindrischen Körper 23 ab und zwar über die nachstehend beschriebenen Teile, die der wahlweisen Einstellung der Prüflast dienen.

Das obere Ende der Feder 38 stützt sich über einen Federteller 101, dem ein Kugelkranz 102 aufliegt, gegen eine Buchse 100 ab, die über ein Schraubengewinde 104 mit dem zylindrischen Körper 23 verbunden ist. Die Buchse 100 ist außen mit Griffen 103 versehen, mittels deren sie gedreht und dadurch relativ zu dem zylindrischen Körper 23 in der Höhe verstellt werden kann. Über das Schraubengewinde 104 wird also die Vorspannung der Feder 38 und damit die wirksame Prüflast eingestellt.

Den Boden des die Prüflast tragenden Federkorbs 37 bildet die bereits erwähnte Querschwelle 91. Ihre Verbindung mit der Eindringspitze 1 bildet eine Stange 41, deren unteres Ende in einem halbkugeligen Sitz der Eindringspitze aufgenommen ist. während ihr oberes Ende in eine axiale Aussparung der Querschwelle, 91 ragt, jedoch mit ausreichendem Abstand vom Boden bzw. oberen Ende der Aussparung, der gewährleistet, daß an der Anzeigeeinrichtung eine Ablesung unter Vorlast erfolgen kann, bevor nach Überwindung der von der Feder 34 gebildeten elastischen Gegenkraft die Prüflast von der Feder 38 über die Querschwelle 91 auf die Eindringspitze 1 aufgebracht wird.

Es ist ferner eine Rückholfeder 31 vorgesehen, die sich einerseits über einen Federteller 105 am ortsfesten Zylinder 65 und andererseits über einen Federteller 106 gegen die Muffe 33 abstützt und mit dieser Muffe auf das Gehäuse 30 anhebt.

Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Geräts ist folgende:

Das Meßinstrument 82 ist so wie es in F i g. 2 dargestellt ist, betriebsbereit. Das Ende der Flüssigkeitssäule in der Kapillare 8 befindet sich am höchsten Punkt, weil die Rückholfeder 31 und die starke Feder 34 das über verschiedene Zwischenelemente den Schieber 3 und die Kugel 4 tragende Gehäuse 30 in Bezug auf den ortsfesten Zylinder 65 angehoben halten. Da insbesondere die drei Schrauben 36 den Federkorb 37 angehoben halten, berührt die Querschwelle 91 die Stange 41 nicht, so daß die Prüflast 38 nicht auf die Eindringspitze 1 einwirken kann. Die unten am ortsfesten Führungskörper 25 vorgesehene Schraube 64 begrenzt jedoch die Aufwärtsbewegung des Trägers 2 der Eindringspitze derart, daß diese selbst um einige Zehntel Millimeter aus der Schutzkappe 44 herausragt.

Wenn jetzt über die Hebel 85 und 83 ( F i g. 1) auf die Stifte 46 am Gehäuse 30 des Meßinstruments Druck ausgeübt wird, so verschiebt sich das Gehäuse 30 nach unten. Dabei gibt zunächst die Rückholfeder 31 nach, und das gesamte Instrument 82 wird unter zunächst starrem Verhalten der starken Feder 34 derart gesenkt, daß der Hohlstiel 24 sich im ortsfesten Führungskörper 25 nach unten verschiebt. Hierbei kommt es zunächst zu einer Berührung der Eindringspitze 1 mit der Oberfläche des Prüfkörpers 90, wobei jedoch der Druck der Eindringspitze nur gering ist, weil der obere Teil ihres Trägers 2 mit leichter elastischer Reibung so lange am Schieber 3 entlanggleitet, bis die Schutzkappe 44 der Eindringspitze sich gleichfalls auf den Prüfkörper aufstützt. In diesem Augenblick kommt der gesamte mit dem zylindrischen Körper 23 fest verbundene Teil des Meßinstruments zum Stillstand. Die in diesem Moment auf die Eindringspit/.e 1 einwirkende Last setzt sich aus der Reibung des Schiebers 3 in den elastischen

Federzangen 29 sowie der Reaktion der Feder 107, also der Vorlast, zusammen.

Hierbei nimmt das Ende der in der Kapillare 8 enthaltenen Flüssigkeit eine bestimmte, der Vorlast entsprechende, Lage ein. Für diese Lage wird die Anzeigeeinrichtung durch Drehen des Zifferblattes 9 auf Null gestellt.

Mit fortschreitendem Druck über das Hebelsystem 85, 83 gibt dann die starke Feder 34 nach, wodurch die Schrauben 36 gesenkt werden, so daß nunmehr der Federkorb 37 unter der Wirkung der Prüflast 38 absinken kann, bis die Querschwelle 91 sich auf die Stange 41 abstützt und von diesem Augenblick an die Prüflast auf die Eindringspitze 1 überträgt, die nun unter der Prüflast mehr oder weniger stark in den Prüfkörper eindringt. Entsprechend dem Eindringen verschiebt sich das Ende der Flüssigkeit in die Kapillare 8 bis in eine bestimmte Lage, wo es anhält. In diesem Augenblick wird das Hebelsystem 85, 83 langsam entlastet und dadurch das Meßinstrument in den Zustand der Vorlast zurückgeführt. Hierbei nimmt das Ende der Flüssigkeitssäule eine neue, bestimmte. Lage ein, für die auf der Skala der Wert der Härte des Prüfkörpers abzulesen ist.

Da die Größe der Prüflast durch Drehen der Buchse 100 wahlweise einstellbar ist, kann der eingestellte Wert zweckmäßig anhand der Relativdrehung zwischen der Buchse 100 und der Kappe 7 ablesbar gemacht werden, indem an einem der beiden Teile eine Skala und am anderen eine Marke angebracht wird. Wie bereits eingangs erwähnt, kann das Meßinstrument 82 zweckmäßig mit einem Signalgeber, vorzugsweise einem aufleuchtenden Signageber, verschen werden. Hierfür kann beispielsweise die in F i g. 2 rechts unten angedeutete und in F i g. 3 im Schnitt gezeigte Kontaktvorrichtung dienen. Diese weist ein mit dem Gehäuse 30 des Meßinstruments 82 fest verbundenes Gehäuse 111 auf, das zwei parallel zueinander angeordnete Säulen 112 und 113 trägt. Die Säule 113 ist in dem Gehäuse 111 fest angeordnet und trägt eine einstellbare Kontaktlamelle 115. während die Säule 112 in einer Ausnehmung 118 des Gehäuses 111 axial bewegbar gelagert und mit dem Ring 98 des Meßinstruments 82 verbunden ist. Die Säule 112 trägt einen Isolierzylinder 116, in den eine Kontaktlamcllc 114 eingesetzt ist. Infolge der Verschiebung des Ringes 98 während der Vorlastphase kommt es bei geeigneter Einstellung der Lamellen zueinander zu einer Kontaktgabe zwischen den Lamellen 114 und 115, die eine in den gleichen Stromkreis wie die beiden Lamellen eingeschaltete Glühlampe 120 (Fig. 1) zum Aufleuchten bringt. Die Lamellen sind so eingestellt, daß die Kontaktgabe bzw. das Aufleuchten der Glühlampe 120 im Augenblick des Anbringens der Vorlast erfolgt, d. h., wenn die Anzeigeeinrichtung auf Null gestellt werden muß, bzw. nach Entfernen der Prüflast der Härtgrad abzulesen ist.

Aus vorstehender Beschreibung ist also ersichtlich, daß ein Härteprüfgerät nach der Erfindung durch einfaches Senken und nachfolgendes Heben eines Hebels betrieben werden kann, wobei sämtliche, in sich komplizierte Meßvorgänge einander automatisch folgen.

Dadurch ergibt sich eine außergewöhnlich leichte und rasche Handhabung und die weitere Möglichkeit anstelle der im Ausführungsbeispiel gezeigten hydraulischen Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkeitssäule eine elektronische Anzeigeeinrichtung oder sonstige Vorrichtung zu verwenden, die sich insbesondere für

automatische Kontrollen eignet. Es können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Formen und Abmessungen der einzelnen Teile geändert werden, obwohl die gezeigte konaxiale Ausbildung aller wesentlichen Teile als vorteilhaft angesehen wird, weil sie eine besonders kompakte Ausführung des Geräts ermöglicht. Schließ-

lieh kann in weiterer Ausbildung der Erfindung auch eine Vorrichtung zum Bremsen sowohl der nach unten als auch der nach oben gehenden Bewegung des Hebelsystems im Augenblick der Signalgabe vorgesehen werden, um der Bedienungsperson ein leichteres Erfassen des Augenblicks der Ablesung zu ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509 541/8

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Härtcprüfgcrät nach dem Vorlast-Lastverfahren nach Rockwell mit einer in Bezug auf eine Auflagefläche gleitbar angeordneten Eindringspitze, die durch Druck auf ein gegenüber ortsfesten Teilen des Geräts entgegen einer Federbelastung verschiebbares Gehäuse nacheinander unter einer Vorlast und einer elastischen Prüflast gegen die zu prüfende Materialoberfläche drückbar ist. und mit einem Meßinstrument, das eine Nullstellung für die Lage der Eindringspitze unter Vorlast ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß bei Druck auf das Gehäuse (30) im Augenblick der Berührung mit der zu prüfenden Oberfläche (90) zunächst die Eindringspitze (1) entgegen der Vorlast (107) in das Gehäuse verschiebbar ist und anschließend nach Überwindung einer elastischen Gegenkraft (34) die unter Vorspannung stehende Prüflast (38) zur Einwirkung auf die Eindringspitze (1) frei wird,, so daß unabhängig von der Dicke der Materialprobe der Meßvorgang jeweils erst beim Berühren der zu prüfenden Oberfläche mit durch die gewählte Vorspannung der Prüflast definiert vorgegebener Prüflast erfolgt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Prüflast (38) zwischen zwei Teilen des Gehäuses (30) vorgesehen ist, die über die elastische Gegenkraft (34) verbunden sind, deren Überwindung die Prüflast in Wirkverbindung mit der Eindringspitze (1) bringt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung (104) für die Angriffsstelle der elastischen Prüflast (38) an demjenigen Teil (23) des Gehäuses vorgesehen ist, der an der Bewegung bei Überwindung der Gegenkraft (34) nicht teilnimmt, wodurch die Vorspannung der auf die Eindringspitze (1) wirkenden Prüflast einstellbar ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Gegenkraft (34) einen von der Prüflast (38) beaufschlagten Träger (91) in Abstand von einem mit der Eindringspitze verbundenen Geräteteil (41) hält, das durch Überwindung der Gegenkraft (34) mit dem Träger (91) und damit auch mit der Prül'last (38) in Wirkverbindung bringbar ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungseinrichtung (62') in die Übertragung zwischen den von der Prüflast (38) beaufschlagten Träger (91) und den Meßwertgeber (4) eingeschaltet ist, welche letzteren bei Nullstellung des Anzeigeinstruments (82) gegen die Einwirkung der elastischen Gegenkraft (34) und einer Rückholfeder (31) abschirmt.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Gegenkraft von einer konaxialen, einen äußeren zylindrischen Teil des Gehäuses (30) tragenden Schraubenfeder (34) gebildet ist, die sich gegen einen inneren Gehäuseteil (23) abstützt, daß der äußere Teil einen Federkorb (37) für die Prüflast in Gestalt einer konaxialen Schraubenfeder (38) trägt, deren anderes Ende sich gegen einen einstellbar mit dem inneren Gehäuseteil (23) verbundenen Federteller (101) abstützt, und daß die Rückholfeder (31) konaxial zwischen dem äußeren Gehäuseteil (30) und einem gerätefesten Innenzylinder (65) liegt.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgeber (114, 115) vorgesehen ist, der den Zustand unter Vorlast anzeigt und der durch dem Gehäuse (30) zugeordnete Teile (112, 113) betätigbar ist, die beim Überwinden der Gegenkraft (34) eine Relativbewegung ausführen.