DE19614906A1 - Werkstoff-Prüfgerät - Google Patents
Werkstoff-PrüfgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Werkstoff-Prüfgerät,
insbesondere zum Prüfen der Härte von flexiblen Prüflin
gen, wie bspw. Gummischnüren, O-Ringen oder ähnlichen
Gummi- oder Kunststoffteilen.
Die Bestimmung der Härte, insbesondere der Mikro-
IRHD-Härte, hat zur Überwachung und Einstellung einer
gleichbleibenden Produktqualität bei der Herstellung der
genannten Kunststoffteile Bedeutung. Die wenigstens
stichprobenweise Überwachung der Einhaltung von Härtewer
ten ist bspw. bei der Herstellung von O-Ringen erforder
lich, um sicherzustellen, daß wesentliche andere Parame
ter, wie bspw. Dichtwirkung und/oder Lebensdauer, einge
halten werden.
Selbst bei lediglich stichprobenweiser Untersuchung
von Fertigungslosen sind an den entsprechenden Meßplätzen
viele Messungen in schneller Folge auszuführen. Wenn mit
einem einzigen Meßplatz mehrere Fertigungslinien bedient
werden sollen oder wenn Lose mit unterschiedlichen O-
Ringen nacheinander zu prüfen sind, muß das betreffende
Werkstoff-Prüfgerät auf einfache Weise für unterschiedli
che Werkstücke einrichtbar sein. Darüber hinaus ist es zu
wünschen, daß manuelle Einflußnahmemöglichkeiten, die
naturgemäß eine Fehlerquelle darstellen, weitgehend
reduziert werden.
Aus der DE 39 14 755 A1 ist eine Zentriereinrichtung
für Werkstoff-Prüfgeräte bekannt, die insbesondere der
Halterung von elastischen Dichtungsringen aus weichela
stischem Werkstoff zu Meßzwecken dient. Die Zentrier
einrichtung weist einen verschiebbar auf einem Drehtisch
gelagerten Spanntisch auf, der zur Aufnahme des O-Ringes
eine runde Auflageplatte mit ebener Auflagefläche auf
weist. An einer zentralen Stelle ist in der Platte ein
Schlitz vorgesehen, der von zwei sich rechtwinklig zu der
Auflage erstreckenden Stiften durchgriffen ist. Die
Stifte sind in unterhalb der Platte gleitend verschiebbar
gelagerten Gleitschuhen gehalten, die von einer Druckfe
der in einer Richtung voneinander weg vorgespannt sind.
Ein außen angeordneter Nockenring steht mit seiner als
Nockenfläche ausgebildeten Innenseite mit den beiden
einander diametral gegenüberliegend angeordneten Gleit
schuhen in Anlage. Eine Verdrehung des Nockenringes
bewirkt die Verstellung der Gleitschuhe aufeinander zu
bzw. voneinander weg. Die Hubweite, d. h. der Minimal
abstand zwischen den Stiften, der bei Verdrehung des
Nockenringes erreicht wird, ist durch eine Anschlag
schraube einstellbar, die die Drehung des Nockenringes
begrenzen.
Zur Messung oder Prüfung wird ein O-Ring so auf die
Auflagefläche der Platte aufgelegt, daß ein Abschnitt
seiner Schnur zwischen die voneinander weg bewegten
Stifte zu liegen kommt. Zum Zentrieren und Spannen des O-
Ringes wird der Nockenring der Vorrichtung so weit ver
dreht, daß die Stifte ihren Minimalabstand zueinander
einnehmen. Dabei wird die Schnur des O-Ringes zwischen
den Stiften geklemmt und in eine Mittellage gebracht.
Zur Vermeidung eines Festklemmens und Quetschens der
Schnur des O-Ringes zwischen den Stiften ist eine präzise
Einstellung der Anschlagschraube für den Nockenring
erforderlich. Dies wird manuell vorgenommen. Der bspw. zu
prüfende O-Ring überquert zwischen den beiden Stiften den
in der Platte vorgesehenen Schlitz und ist in diesem
Bereich nicht unterstützt.
Ausgehend davon ist es eine der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe, ein Werkstoff-Prüfgerät zu schaffen,
das sich auf besonders einfache Weise bedienen und ins
besondere an unterschiedliche Prüflinge anpassen läßt.
Eine weitere Aufgabe liegt darin, den Meßvorgang zu
vereinfachen.
Diese Aufgaben werden durch ein Werkstoff-Prüfgerät
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 20
gelöst.
Das Werkstoff-Prüfgerät weist einen vorzugsweise
vertikal, d. h. in seiner Meßrichtung verstellbar gelager
ten Meßkopf auf, der bspw. der Härtebestimmung dient.
Eine unterhalb des Meßkopfes angeordnete Zentriereinrich
tung dient der Aufnahme des Prüflinges (O-Ringes) in
einer solchen Weise, daß die Messung unabhängig von der
Größe des Prüflinges jeweils an einer bestimmten Meß
stelle vorgenommen wird. Dies kann bei einem O-Ring bspw.
die Stelle seiner größten Dicke sein. Dies bedeutet, daß
der O-Ring mit seinem Schnurdurchmesser mit der Meßachse
übereinstimmt.
Dazu weist die Zentriereinrichtung einen Tisch mit
einer im wesentlichen ebenen Auflagefläche auf, auf die
der O-Ring oder der anderweitige Prüfling aufzulegen ist.
Seitlich neben der Meßachse ist die Auflagefläche bei
einer Öffnung von einem Anlageelement, wie bspw. einem im
Querschnitt runden oder auch mehreckigen Stift, durch
griffen, der an seiner der Meßachse zugewandten Seite
eine Anlagefläche aufweist. Unterhalb des Meßkopfes, d. h.
an der Stelle, an der die Meßachse die Auflagefläche
trifft, ist diese geschlossen. Der Prüfling ist deshalb
insbesondere in seinem zu messenden Bereich von der hier
durchgehend ausgebildeten Auflagefläche unterstützt, was
der Meßgenauigkeit dient.
Zur Anpassung an unterschiedliche Prüflingsgrößen
werden der Tisch (Auflagefläche) und das Anlageelement
gemeinsam seitlich verschoben, d. h. auf die Meßachse zu
bzw. von dieser weg bewegt. Damit wird es möglich, eine
für das Anlageelement in dem Tisch vorgesehene Öffnung so
klein auszulegen, daß das Anlageelement spielarm in
dieser Öffnung sitzt. Die Auflagefläche ist deshalb
weitgehend geschlossen.
Eine Verstelleinrichtung bewirkt sowohl eine Höhen
verstellung des Anlageelementes als auch eine seitliche
Verstellung von Auflagefläche und Anlageelement. Die
Höhenverstellung des Anlageelementes gestattet eine
Anpassung der Zentriereinrichtung an O-Ringe oder ander
weitige Prüflinge mit rundem Querschnitt, deren Durch
messer in einem sehr weiten Bereich variieren kann. Bspw.
wird das Anlageelement bei allen Schnurdurchmessern so
weit ausgefahren, daß seine Höhe über der Auflagefläche
ungefähr bei dem halben Schnurdurchmesser liegt. Bei
großen O-Ringen kann diese Höhe deutlich größer sein als
der Durchmesser von kleinen O-Ringen. Die Härteprüfung
solcher kleinen O-Ringe mit einem für alle O-Ringe ge
eigneten Meßkopf wird möglich, wenn das Anlageelement
entsprechend verstellt wird, so daß es sich weniger weit
über die Auflagefläche hinaus erstreckt.
Zur Prüfung oder Messung wird das betreffende Werk
stück nicht zwischen Stiften geklemmt, sondern lediglich
von einer Seite her auf die Auflagefläche aufgelegt und
an die Anlagefläche des Anlageelementes angelegt. Es
liegt somit ungequetscht, gewissermaßen lose, so daß die
Härte des Werkstoffes frei von Einflußfaktoren gemessen
werden kann, die von der Zentriereinrichtung herrühren
könnten. Bedarfsweise kann das Anlageelement nach Anlegen
des O-Ringes oder nach Beginn der Messung eingezogen
werden, so daß der O-Ring frei liegt.
Eine die Verstelleinrichtung gemäß der O-Ringgröße
steuernde Steuereinrichtung stellt sicher, daß die Ein
stellung des Tisches und des Anlageelementes jeweils der
betreffenden O-Ringgröße entsprechen, so daß die Meßachse
des Meßkopfes jeweils die vorgesehene Meßstelle trifft.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der
Tisch zusätzlich in einer Normalenrichtung zu der Aufla
gefläche verstellbar, so daß diese parallel verschoben
werden kann. Dadurch wird der auf die Auflagefläche
aufgelegte O-Ring zum Messen auf den Meßkopf zu ver
stellt, was die Bedienung insbesondere dann erleichtert,
wenn dazu ein vorzugsweise elektrisch steuerbarer Ver
stellantrieb vorgesehen ist.
Die Verstelleinrichtung der Zentriereinrichtung
enthält vorzugsweise gesonderte Verstelleinheiten für das
Anlageelement und für den Tisch. Dadurch wird das Prüfen
von Werkstücken möglich, deren Querschnittsgestalt von
der Kreisform abweicht. Insbesondere wird die Prüfung von
Werkstücke möglich, deren Querschnitte einander nicht
ähnlich sind.
Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Höhe
der Auflagefläche während der Messung so nachgestellt,
daß die Auslenkung des Prüfkörpers innerhalb eines Tole
ranzbereiches konstant gehalten wird. Dadurch werden
Änderungen der Meßkraft während der Messung vermieden,
wie sie sich ansonsten einstellen könnten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Werkstoff-Prüfgerät mit einer Zentrierein
richtung, von der ein O-Ring aufgenommen ist,
Fig. 2 die Zentriereinrichtung nach Fig. 1, in einer
geschnittenen und schematisierten Ansicht,
Fig. 3 die Zentriereinrichtung nach Fig. 1 und 2, in
einer teilweise geöffneten und geschnittenen
schematisierten Draufsicht,
Fig. 4 den Meßkopf des Werkstoff-Prüfgerätes nach Fig.
1, in einer ausschnittsweisen, schematisierten
Ansicht und in Zusammenwirken mit einem auf der
Zentriereinrichtung gehaltenen Werkstück, in
schematisierter Schnittdarstellung,
Fig. 5 das Zusammenwirken des Meßkopfes und der Zen
triereinrichtung nach Fig. 4, in Perspektivdar
stellung,
Fig. 6 einen O-Ring und einen quer geschnittenen Meß
kopfin Draufsicht, in schematisierter Darstel
lung und
Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform einer Zen
triereinrichtung für ein Werkstoff-Prüfgerät
nach Fig. 1, in einer schematisierten Schnitt
darstellung.
In Fig. 1 ist ein Werkstoff-Prüfgerät 1 veranschau
licht, das von einem Rechner 2 gesteuert ist. Das Werk
stoff-Prüfgerät 1 dient der Messung der Mikro-IRHD-Härte
von O-Ringen oder anderen vergleichbaren, aus Kunststoff
oder Gummi bestehenden Prüflingen, vorzugsweise mit
rundem Querschnitt. Das Werkstoff-Prüfgerät 1 weist einen
Prüfkopf 3 auf, der an zwei zueinander parallelen Säulen
4, 5 eines Statives 6 in der Höhe, d. h. in Richtung des
Pfeiles 7, vertikal verstellbar, jedoch bezüglich der
Säulen 4, 5 unverdrehbar gehalten ist. Zur Höheneinstel
lung ist die Säule 5 mit einer Zahnstange 8 versehen, mit
der ein nicht weiter veranschaulichtes, mit einem Handrad
9 verbundenes Zahnrad in Eingriff steht. Dies dient der
Höhenverstellung des Prüfkopfes 3.
Der über einen nicht weiter dargestellten Rahmen an
den Säulen 4, 5 gelagerte Prüfkopf 3 ist weitgehend von
einem Prüfkopfgehäuse 10 umschlossen, aus dessen Unter
seite der Prüfkopf 3 herausragt. Zur Auswertung der von
dem Prüfkopf 3 bestimmten Daten ist dieser über eine
entsprechende Daten- oder Meßleitung 11 mit dem Rechner 2
verbunden.
Eine Zentriereinrichtung 12 dient der Aufnahme und
lagerichtigen Ausrichtung eines Prüflinges. Im vorliegen
den Beispiel ist dieser ein O-Ring 13, der auf einem
höhenverstellbaren Tisch 14 liegt, der an dem Stativ 6 in
Richtung des Pfeiles 15, d. h. vertikal verschiebbar
gelagert ist. Zur Höhenverstellung ist ein Verstellan
trieb 16 vorgesehen, der durch einen Schrittmotor mit
zugehörigem Getriebe gebildet ist. Der Verstellantrieb 16
verstellt die Höhe des Tisches 14 mittels einer Gewinde
spindel 17, die mit einem Ende mit dem Tisch 14 verbunden
ist und die von dem Verstellantrieb 16 betätigt wird. Der
Verstellantrieb 16 stützt sich seinerseits an einer
massiven Fußplatte 18 des Statives oder einer mit diesem
verbundenen Halterung ab.
Der Verstellantrieb 16 ist von dem Rechner 2 gesteu
ert und zu diesem Zweck über eine Steuer- oder Signallei
tung 19 mit diesem verbunden.
Der Tisch 14 zur Aufnahme des O-Ringes 13 weist an
seiner Oberseite eine seitlich, d. h. in Richtung des
Pfeiles 20 verschiebbar, gelagerte Platte 21 auf, deren
plane Oberseite eine Auflagefläche 22 für den O-Ring 13
bildet. Seitlich gegen eine von dem Meßkopf 3 definierte
Meßachse 23 versetzt, weist die Platte 21 eine Öffnung 24
auf, durch die von unten her ein als Anlageelement für
den O-Ring 13 dienender Stift 25 ragt. Dieser ist durch
eine bspw. aus Fig. 2 ersichtliche Verstelleinheit 26 in
Richtung des Pfeiles 27, d. h. vertikal, verstellbar. Die
Mantelfläche des zylindrischen Stiftes bildet insbesonde
re von der Meßachse 23 her gesehen eine Anlagefläche 28
für den O-Ring.
Der Aufbau des Tisches 14 ergibt sich insbesondere
aus den Fig. 2 und 3. Der Tisch 14 weist einen im Bei
spiel als Gehäuse ausgebildeten Außenrahmen 31 auf, von
dessen Boden 32 zwei flächenparallel zueinander angeord
nete Seitenwände 33, 34 aufragen. Die Seitenwände 33, 34
weisen, wie insbesondere auch aus Fig. 3 hervorgeht, in
ihrem oberen Bereich Bohrungen auf, in denen zueinander
parallel zwei Führungsstangen 36, 37 gehalten sind. Die
Führungsstangen bilden mit darauf sitzenden Kugelbüchsen
38, 39, 38a, 39a Linearführungen, die die Richtung des
auch aus Fig. 1 ersichtlichen Pfeiles 20 für die Ver
stellrichtung der Platte 21 festlegen.
Die Kugelbüchsen 38, 39 tragen einen Hilfsrahmen 41,
der wie ein unterhalb der Führungsstangen 36, 37 hängen
der Wagen innerhalb des Außenrahmens 31 verschiebbar
gelagert ist. Der Hilfsrahmen 41 ist in Seitenansicht im
wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei seine Schenkel
42, 43 jeweils ein Kugelbüchsenpaar 38, 38a, 39, 39a
halten. An ihren nach oben hin über die Kugelbüchsen 38,
38a, 39, 39a hinausragenden Abschnitten sind die Schenkel
42, 43 des Hilfsrahmens 41 fest mit der Platte 21 ver
bunden und tragen diese. Nachdem die Platte 21 mit den
Seitenwänden 33, 34 des Außenrahmens 31 einen Spalt
begrenzt, ist sie mit dem Hilfsrahmen 41 in Seitenrich
tung (Pfeil 20) frei bewegbar.
Zur Einstellung des Abstandes des Stiftes 25 von der
Meßachse 23 ist an dem Schenkel 42 des Hilfsrahmens 41
eine Verstelleinheit 46 vorgesehen. Die Verstelleinheit
46 wird durch einen mit einem Spindeltrieb versehenen
Schrittmotor gebildet. Die Verstelleinheit 46 weist einen
den Schenkel 42 durchgreifenden Abtrieb 47 auf, der an
der Seitenwand 33 des Außenrahmens verankert ist. Die mit
dem Rechner 2 verbundene Verstelleinheit 46 schiebt, wenn
sie angesteuert wird, den Abtrieb 47 weiter heraus oder
zieht diesen in sich hinein. Ist die Verstelleinheit 46
nicht angesteuert, ist der Abtrieb in der jeweiligen
Stellung blockiert.
Zur Festlegung eines Referenzpunktes für die anson
sten schrittweise arbeitende Verstelleinheit 46 ist an
dem gleichen Schenkel 42, an dem auch die Verstelleinheit
46 sitzt, ein Mikroschalter 48 angeordnet, der, wenn der
Hilfsrahmen 41 in seiner in Fig. 2 äußersten linken
Position befindlich ist (größte Annährung des Schenkels
42 an die Seitenwand 33), ein Signal an den Rechner 2
gibt.
Zur Einstellung der Vertikalposition des Stiftes 25
ist dieser von einer Verstelleinheit 56 getragen, die
ihrerseits auf dem Hilfsrahmen 41 sitzt. Die mit dem
Rechner 2 verbundene Verstelleinheit 56 ist eine Schritt
motor-Getriebeeinheit, die, ohne den Abstand des Stiftes
25 von der Meßachse 23 zu beeinflussen, den Stift 25 in
Fig. 2 nach oben oder nach unten verstellen kann. In
jeder Zwischenposition, d. h. bei nicht angesteuerter
Verstelleinheit 56, ist der Stift 25 in der jeweiligen
Lage, die er gerade einnimmt, fixiert.
Zur Einstellung eines Referenzpunktes ist der Stift
starr mit einem Schaltfinger 57 verbunden, der unterhalb
der Platte 21 angeordnet ist. Der zur Betätigung eines
Mikroschalters 58 vorgesehene Schaltfinger 57 ist un
terhalb der Platte 21 von einem Sockel 59 getragen, der
in Seitenrichtung biegesteif ist und es somit ermöglicht,
den Stift 25 relativ kurz auszulegen. Dies ermöglicht
eine hohe Einstellgenauigkeit bei geringem Stiftdurch
messer. Der Referenzpunkt ist erreicht, wenn der Stift 25
ganz eingezogen ist.
Zur Veranschaulichung der grundlegenden Funktion ist
der Meßkopf 3 in Fig. 4 im Ausschnitt und schematisiert
veranschaulicht. Zu dem Meßkopf 3 gehört eine Kugelfüh
rung 61, die starr mit dem den Meßkopf 3 tragenden Rahmen
verbunden ist und die eine zylindrische, koaxial zu der
Meßachse 23 angeordnete Bohrung 62 aufweist. In dieser
ist über Kugeln 63 ein im wesentlichen hohlzylindrischer
Gewichtskörper 64 entlang der Meßachse 23 reibungsarm
verschiebbar gelagert, der an seiner Oberseite mit einem
Radialflansch 65 versehen ist. Mit diesem liegt der
Gewichtskörper 64 im Ruhezustand an einer an der Kugel
führung 61 vorgesehenen Planfläche 66 auf.
An seiner dem Radialflansch 65 gegenüberliegenden
Seite ist der Gewichtskörper 64 mit einem nabenähnlichen
Fortsatz 67 versehen, der ebenfalls koaxial zu der Meß
achse 23 angeordnet ist. Durch den Fortsatz 67 und den
übrigen Gewichtskörper 64 führt ein zentraler Kanal 68,
der im Bereich des Fortsatzes 67 einen geringeren Durch
messer aufweist als oberhalb desselben. An der dem Prüf
ling oder der Auflagefläche 22 zugewandten Seite weist
der Fortsatz 67 eine die Mündung des Kanals 68 umgebende
Ringfläche 69 auf, die als Druckfläche für den Prüfling,
d. h. den O-Ring 13, dient.
Der Gewichtskörper 64 ist mit einem Meßsystem 71
verbunden, das die Position des Gewichtskörpers 64 in
Vertikalrichtung erfaßt und als Digital- oder Analogdaten
an den Rechner 2 liefert.
In dem Kanal 68 ist ein sich endseitig verjüngender
Stift 72 vertikal verschiebbar angeordnet. Der Stift 72
trägt an seinem in dem Kanal 68 innerhalb des Fortsatzes
67 befindlichen zugespitzten Ende eine Kugel 73, die als
Prüfkörper dient (Durchmesser 0,4 mm).
Der Stift 72 ist mit einem nicht weiter dargestell
ten Meßkrafterzeugungssystem 74 gekoppelt, das bedarfs
weise und von dem Rechner 2 gesteuert unterschiedliche
Meßkräfte erzeugen kann. Dies sind wenigstens zwei unter
schiedliche Meßkräfte, wobei eine bspw. 8,3 mN und die
zweite eigentliche Meßkraft 145 mN beträgt. Daneben ist
der Stift 72 außer mit dem vorzugsweise elektrisch und
von dem Rechner 2 steuerbaren Meßkrafterzeugungssystem 74
mit einem Meßsystem 75 verbunden, das die Vertikalauslen
kung des Stiftes 72 bzw. der Kugel 73 bestimmt.
Das soweit beschriebene Werkstoff-Prüfgerät 1 arbei
tet wie folgt:
Nach dem Einschalten des Werkstoff-Prüfgerätes 1 veranlaßt der Rechner 2 über eine entsprechende Steuer leitung 77 zunächst den Verstellantrieb 46, in einer vorgegebenen Richtung so lange zu laufen, bis der Mikro schalter 48 anspricht und ein Null- oder Referenzsignal gibt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Tisch 14 ist dies die äußerst linke Position der Platte 21 und des Hilfs rahmens 41, in der der Stift 25 in dem größtmöglichen Abstand links neben der Meßachse 23 steht. Im zweiten Schritt veranlaßt der Rechner 2 die Verstelleinheit 56, so lange in Richtung des Zurückziehens des Stiftes 25 zu laufen, bis der Mikroschalter 58 anspricht und ein ent sprechendes Signal an den Rechner 2 übermittelt. Die Referenzsignale der Mikroschalter 48, 58 sind die Null punkte, von denen ausgehend der Rechner 2 die an die Schrittmotoren der Verstelleinheiten 46, 56 abgegebenen Impulse zur Bestimmung der tatsächlichen Lage des Stiftes 25 in Höhen- und Seitenrichtung (Pfeil 27, 20) bestimmt.
Nach dem Einschalten des Werkstoff-Prüfgerätes 1 veranlaßt der Rechner 2 über eine entsprechende Steuer leitung 77 zunächst den Verstellantrieb 46, in einer vorgegebenen Richtung so lange zu laufen, bis der Mikro schalter 48 anspricht und ein Null- oder Referenzsignal gibt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Tisch 14 ist dies die äußerst linke Position der Platte 21 und des Hilfs rahmens 41, in der der Stift 25 in dem größtmöglichen Abstand links neben der Meßachse 23 steht. Im zweiten Schritt veranlaßt der Rechner 2 die Verstelleinheit 56, so lange in Richtung des Zurückziehens des Stiftes 25 zu laufen, bis der Mikroschalter 58 anspricht und ein ent sprechendes Signal an den Rechner 2 übermittelt. Die Referenzsignale der Mikroschalter 48, 58 sind die Null punkte, von denen ausgehend der Rechner 2 die an die Schrittmotoren der Verstelleinheiten 46, 56 abgegebenen Impulse zur Bestimmung der tatsächlichen Lage des Stiftes 25 in Höhen- und Seitenrichtung (Pfeil 27, 20) bestimmt.
Soll nun ein bestimmter O-Ringtyp einer Härteprüfung
unterzogen werden, wird der O-Ringtyp über eine nicht
weiter dargestellte Tastatur oder mit Hilfe einer Maus
und entsprechender, auf einem Bildschirm des Rechners
dargestellter Menüs in den Rechner eingegeben. Aus der
O-Ringbezeichnung oder anderweitiger, diesen identifizie
renden Daten bestimmt der Rechner über den Schnurdurch
messer des O-Ringes die erforderliche Einstellung des
Stiftes 25. Im einzelnen wird dazu, wie aus Fig. 4 er
sichtlich ist, bestimmt, welchen Radius der Schnurquer
schnitt des O-Ringes aufweist. Um den Stift 25 und dessen
Anlagefläche 28 nun so einzustellen, daß der Kreismittel
punkt des Schnurquerschnittes des O-Ringes 13 auf der von
der Längsmittelachse des Stiftes 72 sowie der Kugel 73
bestimmten Meßachse 23 liegt, muß der Abstand der An
lagefläche 28 von der Meßachse 23 dem Radius entsprechen.
Außerdem soll die Höhe des Stiftes 25 über der Auflage
fläche 22 dem Radius entsprechen.
Der Rechner 2 bestimmt nun die ausgehend von den
Nullpunkten der Verstelleinheiten 46, 56 erforderliche
Schrittzahl und liefert entsprechende Impulse an die
Schrittmotoren, die die erforderliche Einstellung vor
nehmen. Der Verstellantrieb 16 ist dabei in seiner unter
sten oder wenigstens in einer solchen Position, in der
der Tisch 14 weit abgesenkt ist.
Nach Erscheinen einer entsprechenden Nachricht auf
dem Bildschirm des Rechners 2 legt der Bediener einen
O-Ring von der Seite her auf die Auflagefläche 22 auf,
wie es aus Fig. 1 oder detaillierter aus Fig. 5 ersicht
lich ist. (Der O-Ring 13 ist in Fig. 5 lediglich zu Ver
anschaulichungszwecken geschnitten dargestellt.) Nachfol
gend gibt der Bediener über eine entsprechende Eingabe an
dem Rechner das Signal für den Beginn der Härteprüfung.
Der Rechner reagiert darauf, indem der Verstellantrieb 16
so angesteuert wird, daß der Tisch 14 insgesamt angehoben
wird, bis der O-Ring 13 mit der Druckfläche 69 des Ge
wichtskörpers 64 in Anlage kommt und den Gewichtskörper
64 anhebt. Dabei löst sich der lose auf der Planfläche 66
aufliegende Radialflansch 65 von dieser. Der Rechner 2
stoppt den Verstellantrieb 16, sobald der O-Ring 13 die
Kugel 73 berührt und diese geringfügig nach oben aus
lenkt. Dies wird von dem Meßsystem 75 erfaßt und an den
Rechner gemeldet. In diesem Zustand ist, wie aus Fig. 6
hervorgeht, der O-Ring 13 zwischen der Auflagefläche 22
und der Druckfläche 69 gehalten, die wenigstens in den
schraffierten Bereichen an dem O-Ring 13 anliegt, wobei
sich das Gewicht des Gewichtskörpers 64 auf dem O-Ring
abstützt. Bei einem O-Ring 13 mit einem Schnurdurchmes
ser, der größer als der des in Fig. 6 veranschaulichten
O-Ringes ist, sind die Berührungsbereiche entsprechend
größer.
Der somit von oben her gespannte und vorbelastete
O-Ring 13 liegt jedoch lediglich lose an der Anlagefläche
28 an, ohne gegen diese gepreßt oder sonstwie gequetscht
zu werden.
Es wirkt von oben her eine Vorkraft von 0,3 mN auf
die Kugel 73, wobei nach einer gewissen Zeitspanne von
bspw. fünf Sekunden eine Nullung des von dem Meßsystem 75
gelieferten Meßwertes vorgenommen wird. Der Rechner 2
veranlaßt dann den Meßkraftgenerator 74, auf die eigent
liche Meßkraft von bspw. 145 mN umzuschalten und beginnt
gleichzeitig eine Zeitmessung. Nach Ablauf einer vor
gegebenen Zeitspanne von bspw. dreißig Sekunden wird die
Eindringtiefe der Kugel 73 in den O-Ring 13 anhand der
von dem Meßsystem 75 gelieferten Daten bestimmt. Über
eine in dem Rechner abgelegte Tabelle oder über entspre
chende Formeln wird aus der Eindringtiefe die
Mikro-IRHD-Härte berechnet und ausgegeben, wonach der
Verstellantrieb 16 von dem Rechner 2 gesteuert, den Tisch
14 in seine tiefste Position zur Entnahme des O-Ringes 13
verstellt.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird der
Tisch 14, d. h. die Vertikalposition der Auflagefläche 22,
während der Beaufschlagung der Kugel 73 mit der Meßkraft
so nachgestellt, daß die Position der Kugel 73 während
der Messung in Richtung der Meßachse 23 im wesentlichen
unverändert, d. h. innerhalb eines Toleranzbereiches,
bleibt. Dazu wird bspw. im festgelegten Zeittakt der von
dem Meßsystem 75 erzeugten Meßwert abgefragt und mit dem
bei der Nullung erhaltenen Meßwert verglichen. Ist die
Abweichung größer als ein vorbestimmter Toleranzwert,
wird der Verstellantrieb 16 so angesteuert, daß die Kugel
73 auf ihre Nullungsposition zurückgeführt wird. Alterna
tiv kann die Überprüfung der Position der Kugel 73 perma
nent erfolgen, wobei ein Nachstellen der Höhe der Aufla
gefläche 22 durch Ansteuern des Verstellantriebes 16
veranlaßt wird, sobald ein vorgegebener Toleranzbereich
überschritten, d. h. die Sollposition der Kugel 73 ver
lassen worden ist.
Wie sich aus Fig. 6 ergibt, spielt die genaue Aus
richtung des O-Ringes 13 keine Rolle für die Genauigkeit
der Härtemessung. Eine Verschiebung seines Mittelpunktes
M auf einen Punkt M′ ist eine ausreichende Ausrichtung
des O-Ringes 13 zu dem Meßkopf 3. In jedem Fall trifft
die Meßachse 23 den aus Fig. 4 ersichtlichen Scheitel
punkt der Schnur des O-Ringes 13, d. h. den Punkt größter
Dicke, bei dem die Messung vorzunehmen ist. Dazu genügt
es, wenn der Rechner über die Verstelleinheiten 46, 56
die seitliche Position der Anlagefläche 28 und die Höhe
des Stiftes 25 eingestellt hat.
Die Bedienung ist, wie ersichtlich, besonders ein
fach und sicher. Es ist kein Ausrichten der Zentrier
einrichtung 12 in der Vertikalachse beim Aufspannen des
O-Ringes 13 erforderlich. Die Meßdaten sind infolge der
Rechnersteuerung, der Auflagefläche 22 und der Anlageflä
che 28 gut reproduzierbar. Weil als Anlagefläche ledig
lich ein Stift dient, sind die zu vermessenden O-Ringe
sehr einfach anzulegen, wobei große O-Ringe bedarfsweise
mit Knet auf dem Meßtisch fixierbar sind.
Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform wird
der Stift 25 nach Anlegen des O-Ringes wieder eingefah
ren, wodurch der O-Ring ganz frei ist und sich während
der Messung ausweiten kann. Dadurch werden Verfälschungs
einflüsse weitgehend ausgeschaltet.
Eine zusätzlich abgewandelte Ausführungsform des
Meßtisches 14 ist aus Fig. 7 ersichtlich. Soweit der
Tisch 14 nach Fig. 7 mit dem Tisch 14 nach Fig. 2 über
einstimmt, sind gleiche Bezugszeichen verwendet und die
obige Beschreibung gilt entsprechend. Der Tisch 14 ist
bezüglich der Meßachse 23 auf einer Drehplatte 81 ver
drehbar gelagert, wobei er in beliebigen Drehpositionen
mittels einer Klemmschraube 82 feststellbar ist. Bei
dieser Ausführungsform kann der Tisch 14 so gedreht
werden, daß die betreffenden O-Ringe 13 aus einer sub
jektiv bevorzugten Richtung an den Stift 25 anlegbar
sind.
Bei einem Werkstoff-Prüfgerät 1 ist ein Tisch 14
vorgesehen, der von einem Rechner 2 gesteuert, seitlich
verstellbar ist. An dem Tisch 14 ist ein vertikal ver
stellbarer Anlagestift 25 gehalten, dessen Vertikalposi
tion ebenfalls von dem Rechner eingestellt ist. Der
Rechner verfügt über Vorgaben, die in Abhängigkeit von
einem ausgewählten O-Ringtyp oder anderweitig vorgegebe
nen Prüflingsabmessungen die Position des Anlagestiftes
25 in Bezug auf eine Meßachse 23 eines Meßkopfes 3 vorge
ben und einstellen.
Claims (20)
1. Werkstoff-Prüfgerät (1), insbesondere zum Prüfen
von O-Ringen (13) unterschiedlicher Größen,
mit einem Meßkopf (3), der zur Bestimmung vorgegebe ner Parameter eines Prüflinges (13) eingerichtet ist,
mit einer Zentriereinrichtung (12) zur Aufnahme und Lagerung von Prüflingen (13) während des Meß- oder Prüf vorganges, wobei die Zentriereinrichtung (12) aufweist:
einen eine im wesentlichen ebene Auflagefläche (22) aufweisenden Tisch (14) zur Aufnahme des Prüflings (13) in einer Position, bei der eine definierte Stelle des Prüflings (13) in einer auf den Meßkopf (3) bezogenen Sollposition befindlich ist,
ein die Auflagefläche (22) des Tisches (14) bei einer Öffnung (24) durchragendes Anlageelement (25), das eine sich rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) erstrec kende Anlagefläche (28) aufweist, und
eine Verstelleinrichtung (46, 56), die mit dem Tisch (14) und mit dem Anlageelement (25) derart verbunden ist, daß die Position des Anlageelementes (25) in einer ersten Richtung (27) rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) verstellbar ist, und daß die Auflagefläche (22) und das Anlageelement (25) mit der Anlagefläche (28) in einer zweiten Richtung (20) rechtwinklig zu der Anlagefläche (28) verstellbar sind.
mit einem Meßkopf (3), der zur Bestimmung vorgegebe ner Parameter eines Prüflinges (13) eingerichtet ist,
mit einer Zentriereinrichtung (12) zur Aufnahme und Lagerung von Prüflingen (13) während des Meß- oder Prüf vorganges, wobei die Zentriereinrichtung (12) aufweist:
einen eine im wesentlichen ebene Auflagefläche (22) aufweisenden Tisch (14) zur Aufnahme des Prüflings (13) in einer Position, bei der eine definierte Stelle des Prüflings (13) in einer auf den Meßkopf (3) bezogenen Sollposition befindlich ist,
ein die Auflagefläche (22) des Tisches (14) bei einer Öffnung (24) durchragendes Anlageelement (25), das eine sich rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) erstrec kende Anlagefläche (28) aufweist, und
eine Verstelleinrichtung (46, 56), die mit dem Tisch (14) und mit dem Anlageelement (25) derart verbunden ist, daß die Position des Anlageelementes (25) in einer ersten Richtung (27) rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) verstellbar ist, und daß die Auflagefläche (22) und das Anlageelement (25) mit der Anlagefläche (28) in einer zweiten Richtung (20) rechtwinklig zu der Anlagefläche (28) verstellbar sind.
2. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tisch (14) entlang einer mit der
ersten Richtung (27) übereinstimmenden Achse normal zu
der Auflagefläche (22) verstellbar gelagert ist.
3. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tisch (14) zur Verstellung ent
lang der Achse mit einem Verstellantrieb (16) verbunden
ist.
4. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb (16) elektrisch
steuerbar ist.
5. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (46, 56) der
Zentriereinrichtung (12) für die erste und die zweite
Richtung (27, 20) eine erste Verstelleinheit (56) ent
hält, mit der ausschließlich die Position des Anlageele
mentes (25) verstellbar ist.
6. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (46, 56) eine
zweite Verstelleinheit (46) enthält, mit der die Auflage
fläche (22) des Tisches (14) und das Anlageelement (25)
gemeinsam miteinander in der Richtung (20) rechtwinklig
zu der Anlagefläche (28) verstellbar sind.
7. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinheit (46, 56)
elektrisch steuerbar ist.
8. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zentriereinrichtung (12) eine
Steuereinrichtung (2) zugeordnet ist, mittels derer die
Verstelleinrichtung (46, 56) steuerbar ist.
9. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (2) eine elek
trische Verarbeitungseinheit enthält und dazu eingerich
tet ist, elektrische Steuersignale an die Verstellein
richtung (46, 56) abzugeben.
10. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (2) von einem
Computer gebildet ist, der ein Programm zur Einstellung
der Positionen der Auflagefläche (22) und der Anlageflä
che (28) anhand von vorzugebenden Prüflingen (13) auf
weist.
11. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tisch (14) einen Grundrahmen (31)
mit einer Linearführungseinrichtung (36, 37, 38, 38a, 39,
39a) enthält, über die eine Trägereinrichtung (41) in der
zu der Anlagefläche (28) des Anlageelementes (25) recht
winkligen Richtung (20) verschiebbar gelagert ist, daß an
der Trägereinrichtung (41) ein die Auflagefläche (22)
definierendes Plattenmittel (21) mit seiner Auflagefläche
(22) parallel zu der Führungsrichtung (20) der Linearfüh
rungseinrichtung (36, 37, 38, 38a, 39, 39a) gehalten ist
und daß die Verstelleinrichtung (46, 56) an der Träger
einrichtung (41) vorgesehen ist.
12. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Anlageelement (25) ein das Plat
tenmittel (21) bei einer Öffnung (24) durchgreifender
Stift (25) ist, der sich in Normalenrichtung (27) zu der
Auflagefläche (22) des Plattenmittels (21) erstreckt.
13. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Öffnung (24) derart bemessen ist,
daß sie der Stift (25) mit lediglich geringem Spiel
durchgreift.
14. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (46, 56) eine
an der Trägereinrichtung (41) gehaltene erste Positio
niereinheit (56) aufweist, mittels derer das Anlageele
ment (25) in gewünschte Positionen bezüglich seines Über
standes über die Auflagefläche (22) überführbar ist.
15. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (46, 56) eine
an der Trägereinrichtung (41) gehaltene zweite Positio
niereinheit (46) aufweist, die sich außerdem an dem
Grundrahmen (31) abstützt.
16. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 14 und 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinheiten (46,
56) rechnergesteuert sind.
17. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tisch (14) bezüglich einer Dreh
achse (23) verdrehbar gelagert ist, die normal zu der
Auflagefläche (22) gerichtet ist und die von der Anlage
fläche (28) beabstandet ist.
18. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßkopf (3) ein Härtemeßkopf ist.
19. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Härtemeßkopf (3) einen Prüfkörper
(73) aufweist, der in einer Richtung (27) normal zu der
Auflagefläche (22) beweglich gelagert und mit einer eine
konstante Eindringkraft erzeugenden Kraftbeaufschlagungs
einrichtung (74) verbunden ist.
20. Verfahren zum Prüfen oder Messen der Härte,
insbesondere von flexiblen Werkstoffen, das die folgenden
Schritte enthält:
Beaufschlagen von der Meßstelle des Prüflinges benachbarten Stellen mit einer vorgegebenen Kraft, indem der auf einer Auflagefläche liegende Prüfling durch Höhenverstellung der Auflagefläche mit einer Druckfläche eines Vorbelastungsgewichtes in Anlage gebracht wird bis das Gewicht des Vorbelastungsgewichtes auf dem Prüfling lastet und bis der Prüfling mit einem Prüfkörper in Anlage gekommen ist sowie diesen aus seiner Ruhelage ausgelenkt hat,
Beaufschlagen des Prüfkörpers mit einer Vorkraft,
Abwarten einer ersten Einstellzeit, und Erfassung der Auslenkung des Prüfkörpers,
Beaufschlagen des Prüfkörpers mit einer Meßkraft und Abwarten einer zweiten Einstellzeit bei anliegender Meßkraft,
Erfassung der Auslenkung des Prüfkörpers und Bestim mung der Auslenkungsänderung aus den Auslenkungen des Prüfkörpers,
Bestimmung der Härte durch Zuordnung eines Härtewer tes zu der Auslenkung,
wobei die Auslenkung des Prüfkörpers während der Messung innerhalb eines Toleranzbereiches konstant gehal ten wird, indem die Höhe der Auflagefläche während der Messung entsprechend nachgestellt wird.
Beaufschlagen von der Meßstelle des Prüflinges benachbarten Stellen mit einer vorgegebenen Kraft, indem der auf einer Auflagefläche liegende Prüfling durch Höhenverstellung der Auflagefläche mit einer Druckfläche eines Vorbelastungsgewichtes in Anlage gebracht wird bis das Gewicht des Vorbelastungsgewichtes auf dem Prüfling lastet und bis der Prüfling mit einem Prüfkörper in Anlage gekommen ist sowie diesen aus seiner Ruhelage ausgelenkt hat,
Beaufschlagen des Prüfkörpers mit einer Vorkraft,
Abwarten einer ersten Einstellzeit, und Erfassung der Auslenkung des Prüfkörpers,
Beaufschlagen des Prüfkörpers mit einer Meßkraft und Abwarten einer zweiten Einstellzeit bei anliegender Meßkraft,
Erfassung der Auslenkung des Prüfkörpers und Bestim mung der Auslenkungsänderung aus den Auslenkungen des Prüfkörpers,
Bestimmung der Härte durch Zuordnung eines Härtewer tes zu der Auslenkung,
wobei die Auslenkung des Prüfkörpers während der Messung innerhalb eines Toleranzbereiches konstant gehal ten wird, indem die Höhe der Auflagefläche während der Messung entsprechend nachgestellt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114906 DE19614906C2 (de) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Werkstoff-Prüfgerät |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19614906A1 true DE19614906A1 (de) | 1997-10-23 |
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ID=7791368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19751377A1 (de) * | 1997-11-20 | 1999-06-10 | Heinrich Bareiss Pruefgeraeteb | Prüfvorrichtung |
CN109283051A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-29 | 河南工业大学 | 一种适用于竖向加载的反力架及滚动调节装置 |
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CN109283051B (zh) * | 2018-10-24 | 2023-07-25 | 河南工业大学 | 一种适用于竖向加载的反力架及滚动调节装置 |
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DE19614906C2 (de) | 1999-05-20 |
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