DE1773984A1

DE1773984A1 - Geraet zum Pruefen der Haerte eines Werkstoffes

Info

Publication number: DE1773984A1
Application number: DE19681773984
Authority: DE
Inventors: Townend Gordon Howard
Original assignee: GKN Group Services Ltd
Current assignee: GKN Group Services Ltd
Priority date: 1967-08-04
Filing date: 1968-08-03
Publication date: 1972-03-09
Also published as: FR1585245A; SE331374B; GB1172776A; US3529467A

Description

PATENTANWXLTE 17 7 3 9 8 A DR. ING. KARL BOEHMERT . DIPL-ING. ALBERT BOEHMERT

28 BREMEN · FELDSTRASSE 24 · TEL (0421) 491760, 442551

Po»t»«h»*liontoι Hamburg 1J60B3

lenkkento, lr.m.r tank, lr.m.n, Kto. 1001449

Name d. Anm.: G.K.N. Group Services Limited

Mein Zeichen·. G 718 28 Bremen, den 2. August 1968

G.K.N. GHOUP SEHVIGES LIMITED, Birmingham New Road, Lanesfield, Wolverhainpton, Stafford, Großbritannien

Gerät zum Prüfen der Härte eines Werkstoffes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Prüfen oder Messen der Härte eines Werkstoffes mit einer Prüfspitze, einer der Prüfspitze eine vorgegebene Menge kinetischer Energie zuführenden Energiequelle, welche die Prüfspitze in den zu prüfenden Werkstoff eintreibt, wobei der der Prüfspitze bei ihrem Eindringen in den Werkstoff von diesem entgegengesetzte Widerstand die Prüfspitze zum Stillstand bringt, und mit einem mit der Prüfspitze in Wirkverbindung stehenden Fühlerelement, das ein Härte-Anzeigesignal nach Maßgabe der vom Werkstoff auf die Prüfspitze ausgeübten Verzögerungskraft erzeugt, nach Patent (Patentanmeldung P 15 73 520.3).

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Bei einer besonderen Ausführungsform des Härteprüfgeräts nach der Hauptanmeldung ist eine Anordnung, bestehend aus der Prüfspitze, einer durch die Energiequelle auf eine vorgegebene Geschwindigkeit gebrachten Masse und einem druckempfindlichen elektrischen Pühlerelement, längs einer Führungsbahn unter Einfluß einer Federvorrichtung beweglich vorgesehen.

Wenn auch diese Anordnung bereits ganz allgemein zufriedenstellende Ergebnisse zeigt, wird durch die vorliegende Erfindung eine Verbesserung dieser Anordnung dergestalt angestrebt, daß der Reibwiderstand bei der Bewegung der Anordnung auf einem Minimum und konstant gehalten wird. Unter bestimmten Betriebsbedingungen war es nämlich bei der Ausführung gemäß der Hauptanmeldung möglich, daß Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen, wie beispielsweise Staubpartikel o.dgl., Zutritt zur Führungsbahn finden, wodurch der Reibungswiderstand bei der Bewegung der Anordnung längs der Führungsbahn beeinflußt wird. Es ist klar, daß sich daraus auch Beeinflussungen des Prüf- oder Meßergebnisses des Geräts ergeben, da eine Änderung des Reibungswiderstandes bei der Bewegung der Anordnung zu einer Inderung der Geschwindigkeit der Anordnung im Augenblick der Berührung der Prüfspitze mit dem zu prüfenden Werkstoff führt.

:Um dieser Schwierigkeit abzuhelfen, wird, ausgehend von

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einem Gerät der eingangs bezeichneten Art, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Energiequelle eine Federvorrichtung vorgesehen ist, die gleichzeitig als die Bewegungsbahn der Prüfspitze bestimmende Führungsvorrichtung wirksam ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Federvorrichtung ein Paar von im wesentlichen parallelen Blattfedern, die mit ihren benachbarten Enden in einem Prüfkopf befestigt sind, und eine die Federn lösbar in einem um ein bestimmtes Maß vorgespannten Zustand haltende Verriegelungsvorrichtung aufweist, und daß an den freien Enden der Federn eine Schlagvorrichtung mit einer Prüfspitze, einer bei Freigabe der Federn aus dem vorgespannten Zustand durch diese auf eine vorgegebene Geschwindigkeit gebrachte Masse und einem zwischen der Prüfspitze und der Masse angeordneten druckempfindlichen elektrischen Fühlerelement vorgesehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß wenigstens ein Teil der auf die Prüfspitze durch den zu prüfenden Werkstoff einwirkenden Verzögerungskraft auf das Fühlerelement übertragen wird.

Es ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung die bewegliche Schlagvorrichtung allein durch die Blattfedern gehalten und geführt wird, so daß eine Reibberührung mit der Führungs bahn ausgeschlossen ist.

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Die Blattfedern bilden ein paralleles Hebelsystem* das die Schlagvorrichtung haltert, wobei vorzugsweise die Länge der Blattfedern wesentlich größer ist als ihr gegenseitiger Abstand, so daß der beweglichen Öchlagvorrichtung durch die Blattfedern eine im wesentlichen gerade Bewegungsbahn vorgeschrieben wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Prüfkopf eine mit einer durchgehenden Bohrung versehene Hülse aufweist, aus welcher die Prüfspitze im entspannten Zustand der Federn uu ein geringes Stück nach außen vorspringt, und daß eine die Prüfspitze in den Prüfkopf zurückziehende und dabei die Federn spannende Spannvorrichtung vorgesehen ist.

Wie bereits in der Hauptanmeldung ausgeführt wurde, führt das erfindungsgeruäße Gerät eine Härteprüfung ähnlich der Härteprüfung nach Vickers, Brinell oder Hockwell aus und zwar abhängig von der Art der verwendeten Prüfspitze wobei allerdings anstelle der Kessung der Größe des durch den Prüfspitzenschlag unter plastischer Verformung des Prüfwerkstoffs erzeugten Eindrucks die beim Aufschlag der Pinifspitze vom Werkstoff auf diese ausgeübte Verzögerungökraft geraessen wird.

Die theoretische Entwicklung der Beziehung zwischen der

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Härte des zu prüfenden Materials und der während des Aufschlags auf den Werkstoff der Prüfspitze mitgeteilten Verzögerungskraft wurde ebenfalls in der Hauptannieldung angegeben.

Da bei der Prüfung mittels des neu vorgeschlagenen G-eräts die Abmessungen des durch das Gerät erzeugten Eindrucks in Werkstoff nicht benötigt werden, kann die Größe des Eindrucks bedeutend geringer sein als es bei Härtetests gemäß Vickers, Brinell oder Hockwell erforderlich ist. Die Bildung eines dauernden Eindrucks im Werkstoff wird zwar bei Betrieb des neu vorgeschlagenen Geräts nicht vermieden, da der Werkstoff bei der Härteprüfung mit dem neuen Gerät an der Eindruckstelle eine plastische Verformung erfährt, jedoch kann die Größe des Eindrucks innerhalb solcher Grenzen gehalten werden, die für die Anwendung dieser Härteprüfung an Fertigprodukten zulässig sind.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zaichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Prüfkopf gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine Vorderansicht des Prüfkopfs bei abgenommenem Deckel.

Das Prüfgerät bzw. der Prüfkopf weist einen etwa zylinderförmigen Hohlkörper 10 auf, der am vorderen Ende durch ei-

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nen Deckel 11 und am hinteren Ende durch eine Verschlußkappe 12 verscnlossen ist. Neben der Verschlußkappe 12 ist im Hohlkörper 10 ein gegossener Befestigungsblock 13 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, wie z.B. einem Kunstharz angeordnet. Die Enden eines Blattfederpaars 14a und 14b sind in den Block 13 eingegossen. Beide Enden reichen durch den Block 13 hindurch und sind in ei- W ner starren Isolierscheibe 15 angeordnet. An diese Enden der Federn sind elektrische Leitungen 16a und 16b angeschlossen, welche durch eine in einer Öffnung des Deckels 12 eingesetzte Hülse 17 aus dem Prüfkopf nach außen geführt sind.

An den vorderen beweglichen oder freien Enden der Blattfedern 14a und 14b ist eine Schlagvorrichtung 18 vorgesehen, die eine Prüfspitze 19, ein piezo-elektrisches Fühlerelement 20 und eine aus drei Teilen 21a, b und c zusammengesetzte Masse 21 aufweist. Zu den die Masse 21 bildenden Teilen gehört ein bolzenartiges Organ 21a, an dessen Kopf das piezo-elektrische Fühlerelement 20 mittels einer Klebverbindung befestigt ist. Der Teil 21b ist ein zylindrisches Element, in dem der Schaft des Bolzens 21a eingeschlossen ist. Der Teil 21c ist ein mit einer Hingnut 22 und einer kegelstumpfförmigen Stirnfläche 23 versehenes Verriegelungselement. Der Schaft des Bolzens 21a ist durch an den freien Enden der zwei Blattfedern vorgesehene öff-

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nungen durchgeführt und in das Verriegelungselement 21c eingeschraubt, so daß die Blattfedern zwischen den drei Teilen der Ilasse 21 eingespannt sind. Sine mit einer hül-3onförmigen Verlängerung versehene Isolierscheibe 24a ist zwischen die Blattfeder 14b und den Bolzen 21a eingesetzt, wobei das zylindrische Element 21b entweder aus Isoliermaterial besteht oder gegen die Oberseite der unteren Blattfeder 14b durch eine geeignete Isolierscheibe abisoliert ist.

Die Prüfspitze 19, cLas bolzenartige Organ 21a und das Verriegelungselement 21c sind aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Daher ist die obere Blattfeder 14a elektrisch mit der Obarseite des piezo-elektrischen Fühlerelelieiits 20 verbunden. Die untere Blattfeder 14b ist elektrisch von der Oberseite des piezo-elektrischen Fühlerelements durch die Isolierscheibe 24 und das isolierende (oder iso~ ι lierte) zylindrische Element 21b getrennt und steht mit der Unterseite des piezo-elektrischen Fühlerelements 20 über einen isolierten Draht 25 in Verbindung, der mit einem Ende an der Blattfeder 14b und mit dem anderen Ende an der Prüfspitze 19 angeschlossen ist. Daher kann eine am piezo-elektrischen Fühlerelement auftretende Spannungsdifferenz über die Blattfedern und die daran angeschlossenen Leitungen 1ba und 16b an ein Meßinstrument übertragen werden.

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In den Fig. 1 und 2 ist die Schlagvorrichtung 18 in einer Stellung gezeigt, bei der die Federn 14a und 14b in ihrem normalen, entspannten Zustand sind, wobei die Prüfspitze aus dem Ende einer aus dem Prüfkopf nach unten vorspringenden Hülse 26 um ein kleines Stück vorsteht. Ein seitlich aus dem Prüfkopf 10 vorstehender Hebel 27 dient zum Vorspannen der Blattfedern 14a und 14b. Der Hebei 27 ist seitlich am vorderen Ende des Prüfkopfs 10 schwenkbar gelagert. Eine abgerundete, nockenähnliche Nase 27a greift unter das vordere Ende der oberen Blattfeder 14a; zu diesem Zweck ist die Feder 14a etwas langer als die untere Blattfeder 14b. Die wirksamen Längen der Blattfedern sind jedoch gleich, da sie vom Abstand der Einspannstellen allein abhängig sind. Wenn der Hebel nach unten gedrückt wird, hebt die Hase 27a die Schlagvorrichtung 18 an und spannt dadurch die Blattfedern. Die kegelstumpfförmige Stirnfläche 23 des Verriegelungselements 21c stellt eine im folgenden noch genauer beschriebene Klinke zurück, welche die Schlagvorrichtung 18 in der oberen Stellung zurückhält, bei der die Federn 14a und 14b um ein vorgegebenes Maß vorgespannt sind, wenn der Hebel 27 freigegeben wird. Der Hebel 27 weist eine Verlängerung 27b auf, welche die Bewegung des Hebels durch Auftreffen auf einen Anschlag 28 während des Anhebens der Schlagvorrichtung 18 begrenzt. Ein Mikroschalter 29 ist nahe des Anschlags 28 im Prüfkopf angeordnet und

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dient zum Rückstellen eines Spitzen anzeigenden Voltmeters, an das die Leitungen 16a und 16b geführt sind.

Die den lösbaren Hiegel bildende Klinkenvorrichtung weist eine Platte JO auf, welche an einem elektrisch isolierten, durch den Deckel 11 am vorderen Ende des Prüfkopfs vorspringenden Betätigungsknopf 31 befestigt ist. i Eine Feder 32 ist in einer im Prüfkopf eingesetzten Isolierbüchse angeordnet und greift am rückwärtigen Ende der Platte 30 an diese an und spannt sie und den Betätigungsknopf 31 bezüglich des Deckels 11 nach außen vor. Die Platte 30 weist eine nach unten erweiterte öffnung 34 auf, die eine konische Auflauffläche 34a bildet. Am rückwärtigen Ende des Betätigungsknopfes 31 ist ein Bund 31a vorgesehen, welcher in eine an der Innenseite des Deckels angeordnete Hingnut 31b eingreift, wodurch die Vorwärts-

/ist ι

bewegung der Platte 30 begrenzt ist. Dabei die Anordnung so getroffen, daß ein leichtes Spiel zwischen der kegelst uinpfförmigen Stirnfläche 23 des Verriegelungselements 21c und der Auflauffläche 34a in der Öffnung 34 bei der in der Zeichnung gezeigten Normalstellung der Anordnung 18 verbleibt.

Wenn der Hebel 27 zum Anheben der Anordnung bzw. Schlagvorrichtung 18 betätigt wird, so wird die Platte 30 entgegen der Kraft der Feder 32 zurückgedrückt, wobei die

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kegelstumpfförmige Stirnfläche 23 des Verriegelungselements 21c über die Auflauffläche 34a gleitet. Venn die Schlagvorrichtung 18 um ein ausreichendes Maß angehoben ist, gibt die kegelstumpfförmige Stirnfläche 23 des Verriegelungselements 21c die Öffnung 34 in der Platte 30 frei, und die Feder 32 drückt die Platte 30 soweit nach

^ vorne, bis die Kante der Öffnung 34 am Boden der im Verriegelungselement 21c gebildeten Nut 22 anschlägt. Sobald der Hebel 27 das Ende seiner 3ewegungsbahn erreicht hat, wird der Mikroschalter 29 betätigt und stellt die Heßvorrichtung zurück. Wenn der Hebel 27 freigegeben wird, kehrt er in seine Ausgangsstellung entweder unter Einfluß der Schwerkraft oder einer hier nicht gezeigten Torsionsfeder zurück. Nach Freigabe des Hebels 27 folgt die Schlagvorrichtung 18 der Spannung der Federn 14a und 14b, bis die Oberkante der Nut 22 des Verriegelungselements 21c an

' der Oberseite der Platte 30 in der Nähe der Öffnung 3* zur Anlage kommt. In dieser Stellung sind die Federn 14a und 14b um ein bestimmtes Maß vorgespannt.

Zur Durchführung der Härteprüfung wird die Hülse 26 auf die Oberfläche des zu untersuchenden Werkstoffs aufgesetzt und der Betätigungsknopf 31 gedrückt. Dadurch wird die Platte 30 nach innen soweit verschoben, daß sie sich von dem Verriegelungselement 21c löst, so daß die Schlagvor richtung 18 freigegeben ist und die Prüfspitze 19 mit ei-

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ner vorgegebenen Geschwindigkeit auf den zu prüfenden Werkstoff aufschlägt. Dadurch wird an den einander gegenüberliegenden Flächen des piezo-elektrischen Fühlerelenients 20 eine elektrische !Spannung erzeugt, welche durch das Spitzen-Anzeige-Voltmeter gemessen wird.

Um sicherzustellen, daß die Federn stets um dasselbe Haß λ vorgespannt sind, während das Verriegelungselement 21c von der Platte 30 zurückgehalten wird, sind die Kanten der Platte 30 in Schlitzen 35a angeordnet, die in einem Paar von elektrisch isolierten zylindrischen Buchsen 35 ausgebildet sind. Die Buchsen 35 sind am vorderen Ende des Prüfkopfs angeordnet und dienen als Führungselemente, welche die Platte 30 genau in der vorgesehenen Lage halten.

Die Prüfspitze kann, wie in Fig. 1 gezeigt ist, aus einem ' einzigen Element bestehen, das mittels einer Klebverbindung am piezo-elektrischen Fülllerelement 20 befestigt ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Prüfspitze aus zwei Teilen aufgebaut sein. In dem zuletzt genannten Fall ist der obere Teil mittels einer Klebverbindung am piezo-elektrischen Fühlerelement 20 befestigt, während der untere Teil mittels einer Schraubverbindung am oberen Teil angeschlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der untere Teil leicht auswechselbar, und es können verschieden geformte Prüfspitzen Verwendung finden.

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Claims

Ansprüche

1. Gerät zum Px¹Uf en oder Messen der Härte eines Werkstoffs mit einer Prüfspitze, einer der Prüfspitze eine vorgegebene Menge kinetischer Energie zuführenden Energiequelle, welche die Prüfspitze in den zu prüfenden Werkstoff eintreibt, wobei der der Prüfspitze bei ihrem Eindringen in den Werkstoff von diesem entgegengesetzte Widerstand die Prüfspitze zum Stillstand bringt, und mit einem mit der Prüfspitze in Wirkverbindung stehenden Fühlerelement, das ein Härte-Anzeigesignal nach Maßgabe der vom Werkstoff auf die Prüfspitze ausgeübten Verzögerungskraft erzeugt, nach Patent (Patentanmeldung P 15 73 520.3), dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle eine Federvorrichtung (14a, 14b) vorgesehen ist, die gleichzeitig als die Bewegungsbahn der Pi¹Uf spit ze (19) bestimmende Führungsvorrichtung wirksam ist.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 'Federvorrichtung ein Paar von im wesentlichen parallel on Blattfedern (14a, 14b), die mit ihren benachbarten .binden in einem Prüf kopf (10) befestigt sind, und eine die Widern lösbar in einem um ein bestimmtes Maß vorgespannten Zustand haltenden Verriegelungsvorrichtung (21c, 30) auf v/eist; und daß an den freien Enden der federn eine *

Schlagvorrichtung (18) mit einer Prüfspitze (19), einer bei Freigabe der Federn aus dem vorgespannten Zustand durch diase auf eine vorgegebene Geschwindigkeit gebrachte Hasse (21) und einem zwischen der Prüfspitze und der Hasse angeordneten druckempfindlichen elektrischen If¹UhI er element (20) vorgesehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß wenigstens ein Teil der auf die Pi^-1Uf spit ze (19) durch den zu prüfenden Werkstoff einwirkenden Verzögerungskraft auf das Fühlerelement (20) übertragen wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (10) eine mit einer durchgehenden Bohrung versehene Hülse (26) aufweist, aus welcher die Prüfspitze (19) im entspannten Zustand der Federn (14a, 14b) um ein geringes Stück nach außen vorspringt, und daß eine die Prüfspitze in den Prüfkopf zurückziehende und dabei die Federn spannende Spannvorrichtung (27) vorgesehen ist.

4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß

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die Spannvorrichtung aus einem Hebel (27) besteirb, dor eine (14a) der Blattfedern in der Nähe der !Schlagvorrichtung (18) untergreift und die Blattfedern (14a, 14b), die Schlagvorrichtung und ein an der Schlagvorrichtung vorgesehenes, mit einer lösbaren klinke (30) zusammenwirkendes Verriegelungselement (21c) anhebt.

j). Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Klinke eine in Führungen (35a) quer zur Bewegungsbahn der Schlagvorrichtung (18) gleitend gelagerte Platte (30) ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagvorrichtung (18) ein bolzenförmigea Bauteil (21a), ein auf dessen Schaft aufgesetztes zylindrisches Element (21b) und ein auf den Schaft aufgeschraubtes Bauteil (21c) aufweist; und daß die zwei Blattfedern (14a, 14b) von dem zylindrischen Element (21b) auf Abstand gehalten, zwischen letzterem und dem bolzenförmigen Bauteil (21a) einerseits und zwischen dem zylindrischen Element und dem aufgeschraubten Bauteil andererseits eingespannt sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (14a, 14b) elektrisch voneinander isoliert und jeweils mit einer Seite eines das druckempfindliche

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elektrische Fühlereleinent bildenden, mit einem Klebemittel zwischen dem bolzenfönaigen Bauteil (21a) und der Prüfspitze (19) befestigten piezo-elektrischen Fühlerelements ,20) verbunden sind.

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