DE202007018383U1 - Device for determining the degree of hardness of semi-solid materials - Google Patents

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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/48—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under impulsive load by indentors, e.g. falling ball

Abstract

Penetrometer zur Bestimmung des Härtegrades von halbfesten Materialien (22), mit einem Messkörper, einem Kraft-Weg-Sensor (20), einem Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers und einer Einheit (27) zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors (20) und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers, wobei der Messkörper einen Fallstab (5) und einen Eindringkörper (8) aufweist und durch eine Fallstab-Arretierung (6) gehalten ist, wobei die Fallstab-Arretierung (6) über dem zu vermessenden Material (22) abgestützt ist, und wobei der Kraft-/Wegsensor (20) mit dem Messkörper verbunden ist und die Auswerte- und Steuereinheit (27) zum Kraft-/Wegsensor (20) und zum Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers eine Datenübertragung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-/Wegsensor (20) innerhalb des Fallstabs (5) angeordnet ist.penetrometer for determining the degree of hardness of semi-solid materials (22), with a measuring body, a force-displacement sensor (20), a means for vertical movement of the measuring body and a unit (27) for evaluating the measured values of the force / displacement sensor (20) and for controlling the means for vertical movement of the measuring body, wherein the measuring body comprises a drop bar (5) and an indenter (8) and is held by a drop bar lock (6), wherein the drop bar lock (6) over the material to be measured (22) is supported, and wherein the force / displacement sensor (20) connected to the measuring body and the evaluation and Control unit (27) to the force / displacement sensor (20) and the means for vertical movement of the measuring body a data transmission characterized in that the force / displacement sensor (20) within of the drop bar (5) is arranged.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Härtegrades von halbfesten Materialien, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Penetrometer zur Messung des Härtegrades von Straßenbelägen wie Asphalt oder zur Messung des Härtegrades von Schmierstoffen.The The present invention relates to a device for determining the Hardness of semi-solid materials, in particular concerns the present invention is a penetrometer for measuring the degree of hardness of road surfaces such as asphalt or for measurement the degree of hardness of lubricants.

Halbfeste Materialien wie Asphalte und/oder Bitumen finden unter Anderem im Straßenbau Anwendung. Asphalte sind bis auf wenige natürliche Vorkommen technisch hergestellte Gemische aus Bitumen und Mineralstoffen. Durch Veränderung der Bindemittel- und Mineralstoffsorten sowie deren Zugabemenge können Asphalte mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie z. B. unterschiedlichen Härtegraden für diverse Anforderungsprofile hergestellt werden.semi-solid Materials such as asphalt and / or bitumen can be found among others Road construction application. Asphalts are except for a few natural occurrences technically produced mixtures of bitumen and minerals. By changing the types of binders and minerals as well as their added quantity, asphalts with different properties, such as B. different degrees of hardness for various Requirement profiles are produced.

Dabei sollen Asphalte jene Anforderungen erfüllen, die von Auftraggebern, Auftragnehmern, von Verkehrsteilnehmern, Steuerzahlern und von Anwohnern gestellt werden. Dies sind insbesondere Sicherheit und Fahrkomfort, d. h. Ebenheit, Griffigkeit, Helligkeit der Asphaltdecke, Wirtschaftlichkeit, d. h. Haltbarkeit, Risssicherheit, Verformungsbeständigkeit, Alterungs- oder Ermüdungsbeständigkeit, leichte und kurze Instandsetzung, günstige Rohstoffe, Mischung-Einbau und Verdichtung mit üblichen einfachen Methoden und darüber hinaus Lärmminderung.there Asphalts should meet the requirements set by clients, Contractors, road users, taxpayers and residents be put. These are in particular safety and ride comfort, d. H. Flatness, grip, brightness of the asphalt surface, economy, d. H. Durability, crack resistance, deformation resistance, aging or fatigue resistance, light and short Repair, cheap raw materials, mix-fitting and Compaction with common simple methods and above In addition, noise reduction.

Das Bitumen im Asphalt unterliegt erheblicher Beanspruchung durch Temperatur und Verkehrsbelastung. Asphaltdecken in heimischen Regionen kühlen in Folge von Salzstreuung im Winter auf –30°C ab und erreichen durch Sonneneinstrahlung im Sommer +50°C. Eine wichtige Kenngröße zur Charakterisierung der Eigenschaften des Bitumens ist der Härtegrad. Weicheres Bitumen neigt im Sommer eher zur Spurrillenbildung, härteres Bitumen neigt im Winter eher zur Rissbildung. Daher ist die genaue Bestimmung des Härtegrades von Bitumen ein wichtiges Mittel zur Qualitätskontrolle.The Bitumen in the asphalt is subject to considerable stress by temperature and traffic load. Cool asphalt surfaces in domestic regions as a result of salt dispersion in winter at -30 ° C from and reach by solar radiation in the summer + 50 ° C. An important parameter for characterization The properties of the bitumen is the degree of hardness. softer Bitumen tends more in the summer to ruts, harder Bitumen tends to crack in winter. Therefore, the exact Determination of the hardness of bitumen an important means for quality control.

Zur Härtebestimmung von halbfesten Prüfmaterialien wie Bitumen findet international das Verfahren der Penetration gemäß ASTM D 5, IP 49, DIN EN 1426, früher: DIN 52010 Anwendung. Hierbei dringt ein nach Gewicht und Abmaßen spezifizierter Messkörper – bestehend aus Fallstab und Eindringkörper – für kurze Zeit unter Eigengewicht in das zu untersuchende Material ein. Die hiernach gemessene Eindringtiefe in das Prüfmaterial ist ein Maß für dessen Härte, die sich bei Bitumensorten in der entsprechenden Bezeichnung niederschlägt („B80” bedeutet hier 80/10 mm Eindringtiefe). Die Vorrichtung zum Positionieren und Auslösen des Messkörpers und zum Messen der Eindringung ins Prüfmaterial wird Penetrometer, das Messverfahren Penetration genannt.to Hardness determination of semi-solid test materials As bitumen finds international the procedure of penetration according to ASTM D 5, IP 49, DIN EN 1426, formerly: DIN 52010 application. This penetrates a specified by weight and dimensions measuring body - consisting from drop rod and indenter - for a short time under its own weight in the material to be examined. The penetration depth measured in the test material is a measure of its hardness, which is for bitumen varieties in the corresponding denomination ("B80" here means 80/10 mm penetration depth). The device for positioning and triggering of the measuring body and to measure the penetration into the test material becomes penetrometer, called the metering penetration.

Voraussetzung für die Vergleichbarkeit von Messergebnissen ist die Einhaltung der Spezifikationen und das genaue Positionieren des Messkörpers in der Startposition vor der eigentlichen Penetration. Dies bedeutet, dass der Eindringkörper (z. B. eine Eindringnadel) direkt über der Oberfläche positioniert wird, also im Idealfall genau einen unendlich kleinen Berührungspunkt mit dem zu vermessenden Material aufweist. Diese Startposition wird bei den bekannten Vorrichtungen beispielsweise unter Beobachtung eines Benutzers durch vorsichtiges Absenken des Messkörpers mittels einer Höhenverstellung bis zur Berührung der Eindringkörper-Spitze mit der Prüfmaterial-Oberfläche erreicht. Aus dieser Startposition wird die Penetration durch Freigabe des bis dahin im Penetrometer gehaltenen Messkörpers (bestehend Fallstab und Eindringkörper) gestartet. Dabei dringt der Messkörper in das Prüfmaterial unter Eigengewicht ein. Nach einer vorgegebenen Eindringzeit wird der Messkörper in der neuen Stellung arretiert. Nach ASTM D 5, IP 49, DIN EN 1426 beträgt die Eindringzeit 5 Sekunden. Der Eindringweg bzw. die Eindringtiefe ist das Ergebnis der Penetration und dient als Maß für den zu ermittelnden Härtegrad.requirement for the comparability of measurement results is the compliance the specifications and the exact positioning of the measuring body in the starting position before the actual penetration. This means, that the indenter (eg a penetration needle) directly over the surface is positioned, so in the ideal case exactly an infinitely small point of contact with the one to be measured Material has. This starting position is in the known devices for example, under observation of a user by careful Lowering the measuring body by means of a height adjustment until touching the indenter tip with reached the test material surface. From this Starting position will be the penetration by releasing the until then held in the penetrometer measuring body (consisting of drop rod and indenter) started. The measuring body penetrates into the test material under its own weight. After a predetermined penetration time, the measuring body in the new Locked position. According to ASTM D 5, IP 49, DIN EN 1426 is the penetration time 5 seconds. The penetration path or the penetration depth is the result of penetration and serves as a measure of the degree of hardness to be determined.

Die erforderliche Einstellung der Startposition ist mit den bekannten Vorrichtungen zwangsläufig mit Fehlern behaftet. Grund dafür ist die manuelle Einstellung der Startposition unter (subjektiver) Beobachtung eines Benutzers. Dabei wird der Messkörper mit einem Handrad abwärts bewegt. Durch die Beobachtung des Benutzers wird dann der Aufsetzpunkt gefunden.The required setting of the starting position is with the known Devices inevitably flawed. reason the manual setting of the start position is under (subjective) observation of a user. This is the measuring body moved downwards with a handwheel. By observation the user then finds the touchdown point.

Erschwerend kommt hinzu, dass z. B. nach DIN EN 1426 unter einer Temperierflüssigkeit gemessen wird und damit der Aufsetzpunkt „unter Wasser" gefunden werden muss. Handelt es sich bei dem zu messenden Material um Bitumen, wird das einfallende Licht nur geringfügig reflektiert. Die schlechten Sichtverhältnisse führen zu einer eingeschränkten bzw. verschlechterten Wahrnehmung des Benutzers. Zur Verbesserung der Sichtverhältnisse werden nach dem Stand der Technik beispielsweise Spiegel, Lichtquellen (Lampen) und optische Hilfen verwendet. So können zum Beispiel Lupen und Punktleuchten zur Schattenbildung der sich der Prüfoberfläche nähernden Spitze verwendet werden. Diese gewährleisten jedoch keine exakte Bestimmung des Aufsetzpunktes (Startposition), wodurch die Bestimmung des Härtegrades des zu vermessenden Materials ebenfalls fehlerbehaftet ist.aggravating is added that z. B. according to DIN EN 1426 under a Temperierflüssigkeit measured and thus the touchdown point "under water" must be found. Is it the material to be measured? around bitumen, the incident light is only slightly reflected. The poor visibility lead to a limited or impaired perception the user. To improve the visibility according to the prior art, for example, mirrors, light sources (Lamps) and optical aids used. So, for example Magnifying glasses and spotlights for shading of the test surface used to approaching top. These ensure, however no exact determination of the touchdown point (start position), whereby the determination of the degree of hardness of the material to be measured is also faulty.

Ein fehlerhafte Startposition (Aufsetzfehler) wirkt sich auf das Messergebnis zur Bestimmung des Härtegrades aus:

  • – erreicht die Spitze des Messkörpers die Oberfläche des Prüfmaterials nur scheinbar, d. h. das Aufsetzen wird zu früh gestoppt, dann wird der Messkörper bei der nachfolgenden Penetration durch die zu große Fallhöhe zu tief ins Prüfmaterial eindringen.
  • – dringt die Spitze des Messkörpers in der Startposition bereits in die Oberfläche des Prüfmaterials ein, d. h. das Aufsetzen wird zu spät gestoppt, dann wird der Messkörper bei der nachfolgenden Penetration zu gering eindringen.
A faulty start position (touchdown error) has an effect on the measurement result for determining the degree of hardness:
  • - reaches the tip of the measuring body, the surface of the test material only apparently, ie the Touchdown is stopped too soon, then the measuring body will penetrate too deep into the test material during the subsequent penetration due to the too large drop height.
  • - The tip of the measuring body penetrates into the starting position already in the surface of the test material, ie the touchdown is stopped too late, then the measuring body will penetrate too low in the subsequent penetration.

Weiterhin ist aus DE 40 21 178 A1 ein Verfahren zur Bestimmung des Härtegrades von halbfesten Materialien durch Messung der Eindringtiefe eines in das zu untersuchende Material „fallenden Messkörpers" bekannt, wobei der Messkörper mittels eines Elektromotors, einer Hubstange und anderen Elementen zur vertikalen Abwärtsbewegung gebracht wird. Eine Vorabmessung zur Bestimmung des Nullpunktes (Startpunktes), um den Messkörper in eine vordefinierte Startposition (d. h. in eine vordefinierte Fallhöhe) zu bringen, ist nicht beschrieben und auch nicht notwendig, da die Fallhöhe nur unwesentlich zur Eindringkraft des Messkörpers beiträgt. Vielmehr soll der Messkörper knapp über der Probe angeordnet sein, was den Einfluss des Fallweges minimiert.Furthermore, it is off DE 40 21 178 A1 a method for determining the degree of hardness of semi-solid materials by measuring the penetration depth of a "falling measuring element" into the material to be examined, wherein the measuring body is brought by means of an electric motor, a lifting rod and other elements for vertical downward movement. Starting point) to bring the measuring body in a predefined starting position (ie in a predefined drop height) is not described and not necessary, since the height of fall contributes only slightly to the penetration force of the measuring body.Rather, the measuring body should be located just above the sample, which minimizes the influence of the fall path.

Darüber hinaus ist aus DE 38 30 815 A1 ein Messverfahren zur Prüfung der Härte eines Prüfkörpers bekannt, bei dem ein Messkörper ebenfalls nicht unter Eigengewicht auf die Probe fällt; vielmehr wird die Probe durch den Messkörper mittels unterschiedlicher Prüfkräfte F1 und F2 beaufschlagt. Dazu ist es vorgesehen, zunächst eine relative hohe Vorlast (bis zu 20%) der Prüflast aufzubringen und nach Aufbringen der Vorlast den Nullpunkt über Extrapolation mathematisch zu ermitteln. Ein Aufbringen einer solchen Prüflast würde jedoch zu einer Verfälschung des Messergebnisses bei der Messung des Härtegrades von halbfesten Materialien führen.In addition, is off DE 38 30 815 A1 a measuring method for testing the hardness of a specimen known in which a measuring body also does not fall under its own weight on the sample; Rather, the sample is acted upon by the measuring body by means of different test forces F1 and F2. For this purpose, it is provided initially to apply a relatively high preload (up to 20%) of the test load and to determine the zero point by extrapolation mathematically after application of the preload. However, application of such a test load would lead to a falsification of the measurement result in the measurement of the hardness of semi-solid materials.

Darüber hinaus ist aus DE 102 57 170 B4 ein Verfahren zur Bestimmung des Härtegrades von halbfesten Materialien bekannt, bei dem vor der eigentlichen Messung des Härtegrades der mit einem Kraft-Weg-Sensor verbundene Messkörper derart in das zu vermessende Material abgesenkt wird, dass das zu untersuchende Material beim ersten Aufsetzen des mit dem Sensor verbundenen Messkörpers lediglich eine elastische Verformung erfährt, mittels mindestens zweier Kraft-Weg-Messwerte des Sensors die exakte Startposition für den Messkörper über oder auf dem zu vermessenden Material bestimmt und danach der Messkörper auf diese Startposition eingestellt wird. Durch dieses Verfahren wird ein automatischer Aufsetzvorgang ermöglicht, wodurch subjektive Aufsetzfehler eliminiert werden können. Nachteilig ist jedoch die relativ große Masse, die auf den Kraft-Weg-Sensor wirkt, was zu einer großen Empfindlichkeit gegenüber Störungen, wie Vibration etc. führt.In addition, is off DE 102 57 170 B4 a method for determining the degree of hardness of semi-solid materials is known, in which prior to the actual measurement of the degree of hardness of the connected to a force-displacement sensor measuring body is lowered into the material to be measured that the material to be examined at the first touchdown with the sensor connected measuring body undergoes only an elastic deformation determined by means of at least two force-displacement measurements of the sensor, the exact starting position for the measuring body on or on the material to be measured and then the measuring body is set to this starting position. By this method, an automatic Aufsetzvorgang is possible, whereby subjective Aufsetzfehler can be eliminated. However, a disadvantage is the relatively large mass acting on the force-displacement sensor, which leads to a high sensitivity to disturbances, such as vibration, etc.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen der Härtegrad von halbfesten Prüfmaterialien gegenüber dem Stand der Technik mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig geringerer Empfindlichkeit gegenüber elektronischen und/oder mechanischen Störungen bestimmt werden kann.It It is therefore an object of the present invention to specify a device with which the degree of hardness of semi-solid test materials compared with the prior art with high accuracy at the same time lower sensitivity to electronic and / or mechanical disturbances can be determined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 (Vorrichtungsanspruch) im Zusammenwirken mit den Merkmalen im jeweiligen Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 (device claim) in interaction with the characteristics in the respective generic term. expedient Embodiments of the invention are in the subclaims contain.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Härtegrad von halbfesten Prüfmaterialien erheblich zuverlässiger und einfacher als nach dem Stand der Technik ( DE 102 57 170 B4 ) bestimmt werden kann.A particular advantage of the present invention is that with the device according to the invention the degree of hardness of semi-solid test materials is considerably more reliable and simpler than in the prior art ( DE 102 57 170 B4 ) can be determined.

Dazu wird vor der eigentlichen Messung ein Kraft-Weg-Sensor von einer Ausgangsposition bis zu einem Umkehrpunkt abgesenkt und vor oder während des Absenkens ein bereinigter Kraftmesswert ermittelt und für eine Vielzahl von Messzeitpunkten (vorzugsweise mehr als zehn, jedoch mindestens zwei) die Kraftdifferenz zwischen dem bereinigten Kraftmesswert und dem zum jeweiligen Zeitpunkt gemessenen Kraftmesswert bestimmt und derjenige Nullzeitpunkt ermittelt wird, für den mindestens eines der folgenden Kriterien i)–iii):

  • i) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Zeitdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebenen Zeitspanne,
  • ii) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Kraftdifferenz eines dem Nullzeitpunkt nachfolgenden Zeitpunktes übersteigt einen vorgegebenen Kraftwert,
  • iii) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Wegdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebene Weglänge,
erfüllt ist, wobei die Position des Messkörpers zum Nullzeitpunkt als exakte Startposition der Oberfläche des zu vermessenden Materials verwendet wird.For this purpose, before the actual measurement, a force-displacement sensor is lowered from a starting position to a reversal point and before or during lowering an adjusted force reading is determined and for a plurality of measurement times (preferably more than ten, but at least two) the force difference between the the measured force value and the measured force value measured at the respective time point and determining the zero time point for which at least one of the following criteria i) -iii):
  • i) from zero time point, the force differences of successive points in time have the same sign, and the time difference between the zero time point and one of the successive points in time exceeds a predetermined period of time,
  • ii) from zero point onwards, the force differences of successive points in time have the same sign and the force difference of a point in time following the zero point in time exceeds a predetermined force value,
  • (iii) from zero point on, the force differences of successive points in time have the same sign, and the distance between the zero point and one of the consecutive points exceeds a given path length;
is satisfied, wherein the position of the measuring body is used at zero time as an exact starting position of the surface of the material to be measured.

Vorzugsweise wird zur Ermittlung des bereinigten Kraftmesswertes ein Zeitintervall nach Beginn des Absenkens des Messkörpers bis zum Erreichen des Umkehrpunktes in eine Vielzahl von Messzeitpunkte unterteilt, wobei für eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, während derer sich der Messkörper über dem zu vermessenden Material befindet, die jeweiligen Kraftmesswerte gemessen und daraus ein bereinigter Kraftmesswert als mathematisches Mittel der gemessenen Kraftmesswerte gebildet wird. Vorzugsweise wird die Ermittlung des bereinigten Kraftmesswertes zusätzlich unter Berücksichtigung der Absenkgeschwindigkeit des Messkörpers vorgenommen. Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante wird zur Ermittlung des bereinigten Kraftmesswertes ein Referenzwert verwendet. Vorzugsweise wird der Referenzwert unter Berücksichtigung des Gewichts und der Absenkgeschwindigkeit des Messkörpers ausgewählt.Preferably, to determine the adjusted force measurement value, a time interval after the beginning of the lowering of the measuring body until reaching it of the reversal point is subdivided into a multiplicity of measuring times, wherein the respective force measured values are measured for a predetermined number of successive points in time during which the measuring body is above the material to be measured, and from this an adjusted force measuring value is formed as a mathematical mean of the measured force measured values. Preferably, the determination of the adjusted force measurement value is additionally made taking into account the lowering speed of the measuring body. According to an alternative, preferred embodiment variant, a reference value is used to determine the adjusted force measurement value. Preferably, the reference value is selected taking into account the weight and the lowering speed of the measuring body.

Vorzugsweise wird zur Absenkung des Messkörpers in das zu vermessende Material ein Schrittmotor verwendet. Vorzugsweise wird ein zu vermessendes Material mit einem Nadel-Penetrationswert nach ASTM D5 von 5 bis 500 verwendet wird. Normen mit diesem Nadel-Penetrationswert sind: ASTM D5, ASTM D217, I250, I2179, ISO2137 und ASTM D5329. Vorzugsweise wird der Messkörper nur so geringfügig in das zu vermessende Material abgesenkt wird, dass dieses beim Eindringen des Messkörper bis zum Umkehrpunkt lediglich eine elastische Verformung erfährt.Preferably is used to lower the measuring body in the to be measured Material uses a stepper motor. Preferably, a to be measured Material with a needle penetration value according to ASTM D5 from 5 to 500 is used. Standards with this needle penetration value are: ASTM D5, ASTM D217, I250, I2179, ISO2137 and ASTM D5329. Preferably the measuring body is only so slightly in the to be measured material is lowered, that this during penetration of the measuring body to the reversal point only an elastic Deformation learns.

Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante wird ein zu vermessendes Material mit einem Arbeits-Penetrationswert nach ASTM D217 von 50 bis 500 verwendet wird. Vorzugsweise wird der Messkörper derart in das zu vermessende Material abgesenkt, dass dieses beim Eindringen des Messkörper bis zum Umkehrpunkt eine inelastische Verformung erfährt.To an alternative, preferred embodiment is a material to be measured with a working penetration value according to ASTM D217 of 50 to 500 is used. Preferably lowered the measuring body into the material to be measured, that this upon penetration of the measuring body to the reversal point undergoes an inelastic deformation.

Vorzugsweise wird die Zeitspanne, der Kraftwert und/oder die Weglänge für die Abbruchskriterien i)–iii) in Abhängigkeit des zu untersuchenden Materials und/oder der Geräteparameter vorgegeben. Vorzugsweise ist sowohl das Kriterium ii) als auch gleichzeitig mindestens eines der Kriterien i) und iii) erfüllt. Besonders bevorzugt sind gleichzeitig sämtliche Kriterien i)–iii) erfüllt.Preferably becomes the time span, the force value and / or the path length for the demolition criteria i) -iii) depending on of the material to be examined and / or the device parameters specified. Preferably, both criterion ii) and simultaneously meets at least one of the criteria i) and iii). Especially all criteria i) -iii) are preferred at the same time Fulfills.

Das erfindungsgemäße Penetrometer weist einen Messkörper, einen Kraft-Weg-Sensor, ein Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers und eine Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers auf, wobei der Messkörper einen Fallstab und einen Eindringkörper (Eindringnadel) aufweist und durch eine Fallstab-Arretierung gehalten ist, wobei die Fallstab-Arretierung über dem zu vermessenden Material abgestützt ist, und wobei der Kraft-/Wegsensor mit dem Messkörper verbunden ist und die Auswerte- und Steuereinheit sowohl zum Kraft-/Wegsensor als auch zum Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers eine Datenübertragung aufweist, wobei die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers ein Mittel zur Bestimmung eines bereinigten Kraftmesswerts für eine Vielzahl von Messzeitpunkten (vorzugsweise mehr als zehn, jedoch mindestens zwei) und ein Mittel zur Bestimmung der Kraftdifferenz zwischen dem bereinigten Kraftmesswert und dem zum jeweiligen Zeitpunkt gemessenen Kraftmesswert aufweist, wobei die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers weiterhin zur Bestimmung eines Nullzeitpunkts ausgebildet ist, für den mindestens eines der folgenden Kriterien iv)–vi):

  • iv) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Zeitdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebenen Zeitspanne,
  • v) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Kraftdifferenz eines dem Nullzeitpunkt nachfolgenden Zeitpunktes übersteigt einen vorgegebenen Kraftwert,
  • vi) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Wegdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebene Weglänge,
erfüllt ist.The penetrometer according to the invention has a measuring body, a force-displacement sensor, a means for vertical movement of the measuring body and a unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and for controlling the means for vertical movement of the measuring body, wherein the measuring body is a drop bar and an indenter (penetrating needle) and held by a drop bar lock, wherein the drop bar lock is supported over the material to be measured, and wherein the force / displacement sensor is connected to the meter body and the evaluation and control unit both to the force - The displacement sensor and the means for vertical movement of the measuring body comprises a data transmission, wherein the unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and for controlling the means for vertical movement of the measuring body comprises means for determining an adjusted force reading for a plurality of measuring times (preferably more than ten, but m at least two) and a means for determining the force difference between the adjusted force measurement value and the measured force value measured at the respective time, wherein the unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and for controlling the means for vertical movement of the measurement body continue to determine a zero time point is designed for the at least one of the following criteria iv) -vi):
  • iv) from zero time point, the force differences of successive points in time have the same sign and the time difference between the zero time point and one of the successive points in time exceeds a predetermined time span,
  • v) from zero time point, the force differences of successive points in time have the same sign, and the force difference of a point in time following the zero point in time exceeds a predetermined force value,
  • vi) from zero point on, the force differences of successive points in time have the same sign and the path difference between the zero point and one of the successive points in time exceeds a predetermined path length,
is satisfied.

Vorzugsweise ist die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers derart ausgebildet, dass die Position des Messkörpers zum Nullzeitpunkt als exakte Startposition der Oberfläche des zu vermessenden Materials verwendet und der Messkörper vor der eigentlichen Messung des Härtegrades auf diese Startposition eingestellt wird.Preferably is the unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and for controlling the means for vertical movement of the measuring body formed such that the position of the measuring body for Zero time as the exact starting position of the surface of the used for measuring material and the measuring body before the actual measurement of the degree of hardness on this Start position is set.

Vorzugsweise wird zur Ermittlung des bereinigten Kraftmesswertes ein Zeitintervall nach Beginn des Absenkens des Messkörpers bis zum Erreichen des Umkehrpunktes in eine Vielzahl von Messzeitpunkte unterteilt, wobei für eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, während derer sich der Messkörper über dem zu vermessenden Material befindet, die jeweiligen Kraftmesswerte gemessen und daraus ein bereinigter Kraftmesswert als mathematisches Mittel der gemessenen Kraftmesswerte gebildet wird. Vorzugsweise wird die Ermittlung des bereinigten Kraftmesswertes zusätzlich unter Berücksichtigung der Absenkgeschwindigkeit des Messkörpers vorgenommen.Preferably, to determine the adjusted force measurement value, a time interval after starting the lowering of the measuring body until reaching the reversal point is subdivided into a multiplicity of measuring times, wherein for a given number of successive times during which the measuring body is located above the material to be measured Measured force measured values and from this an adjusted force value is formed as a mathematical mean of the measured force values. Preferably, the determination of the adjusted force measurement value is additionally taking into account the lowering speed of the Measuring body made.

Vorzugsweise sind die Zeitspanne, der Kraftwert und/oder die Weglänge für die Abbruchskriterien iv)–vi) in Abhängigkeit des zu untersuchenden Materials und/oder der Geräteparameter voreingestellt. Vorzugsweise ist die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers derart ausgebildet, dass zur Bestimmung des Nullzeitpunkts sowohl das Kriterium v) als auch gleichzeitig mindestens eines der Kriterien iv) und vi) erfüllt sind. Besonders bevorzugt sind gleichzeitig sämtliche Kriterien i)–iii) erfüllt.Preferably are the time span, the force value and / or the path length for the demolition criteria iv) -vi) depending on of the material to be examined and / or the device parameters preset. Preferably, the unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and to control the means for vertical Movement of the measuring body designed such that for determining the Zero time both the criterion v) and at least simultaneously one of the criteria iv) and vi) are fulfilled. Especially all criteria i) -iii) are preferred at the same time Fulfills.

Vorzugsweise ist der Kraft-/Wegsensor innerhalb des Fallstabs angeordnet ist. Dadurch können vorteilhafterweise unerwünschte Massen, die auf den Kraftsensor einwirken, reduziert werden.Preferably is the force / displacement sensor disposed within the drop bar. This can advantageously undesirable Masses that act on the force sensor can be reduced.

Vorzugsweise ist der Kraft-/Wegsensor im unteren Bereich des Fallstabs, besonders bevorzugt unmittelbar oberhalb einer Einspannung für den Eindringkörper, angeordnet. Der Eindringkörper ist vorzugsweise als Eindringnadel ausgebildet.Preferably is the force / displacement sensor in the lower part of the drop bar, especially preferably immediately above a clamping for the Indenter, arranged. The indenter is preferably formed as a penetration needle.

Die für den Kraft-/Wegsensor erforderliche Versorgung bzw. für das daraus resultierende Messsignal der Oberflächenberührung kann über elektrische Kontakte oder kontaktlos bei Verwendung elektromagnetischer Wellen an die allgemeine Steuerung der Apparatur (Auswerte- und Steuereinheit) übertragen werden. Dieser Signalaustausch darf den anschließenden Eindringvorgang der eigentlichen Eindringprüfung durch unerwünschte Reibung nicht stören, weshalb die Kontaktierung vorzugsweise nach dem Aufsetzvorgang – aber vor der Eindringprüfung(automatisch)-wegschwenkt.The required for the force / displacement sensor supply or for the resulting measurement signal of the surface contact Can be used via electrical contacts or contactless when using electromagnetic waves to the general control of the apparatus (Evaluation and control unit) are transmitted. This Signal exchange allowed the subsequent intrusion the actual penetration test by unwanted Do not disturb friction, which is why the contact preferably after the placement - but before the penetration test (automatic) -wegschwenkt.

Dazu weist der Kraft-/Wegsensor zur Datenübertragung vorzugsweise einen ersten elektrischen Kontakt und die Auswerte- und Steuereinheit einen zweiten elektrischen Kontakt auf, wobei die elektrischen Kontakte seitlich nebeneinander angeordnet sind und der zweite elektrische Kontakt der Auswerte- und Steuereinheit zur Kontaktierung und Dekontaktierung des ersten elektrischen Kontakts mit einem Mittel zur horizontalen Bewegung des zweiten elektrischen Kontaktes der Auswerte- und Steuereinheit verbunden ist. Vorzugsweise ist der zweite elektrische Kontakt der Auswerte- und Steuereinheit an einem schwenkbaren Ausleger angeordnet, wobei der Ausleger durch eine Schwenkbewegung eine Kontaktierung bzw. Dekontaktierung des ersten elektrischen Kontakts realisieren kann.To The force / displacement sensor for data transmission preferably a first electrical contact and the evaluation and control unit a second electrical contact, wherein the electrical contacts are arranged side by side and the second electrical Contact of the evaluation and control unit for contacting and decontacting of the first electrical contact with a means for horizontal Movement of the second electrical contact of the evaluation and control unit connected is. Preferably, the second electrical contact is the Evaluation and control unit arranged on a pivotable arm, wherein the boom by contacting a pivoting movement or decontacting of the first electrical contact realize can.

Nach einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Penetrometers sind Mittel zur drahtlosen Datenübertragung zwischen Kraft-/Wegsensor und Auswerte- und Steuereinheit und/oder zwischen Auswerte- und Steuereinheit und dem Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers vorgesehen. Vorzugsweise weist das Mittel zur drahtlosen Datenübertragung zwischen Kraft-/Wegsensor und Auswerte- und Steuereinheit einen Transponder auf, wobei der Transponder im Kraft-/Wegsensor integriert ist oder wobei der Transponder im Fallstab integriert und mit dem Kraft-/Wegsensor verbunden ist.To an alternative, preferred embodiment of the invention Penetrometers are means of wireless data transmission between force / displacement sensor and evaluation and control unit and / or between the evaluation and control unit and the means for vertical Movement of the measuring body provided. Preferably the means for wireless data transmission between force / displacement sensor and evaluation and control unit on a transponder, wherein the Transponder is integrated in the force / displacement sensor or where the transponder integrated in the drop bar and connected to the force / displacement sensor.

Vorzugsweise ist das Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers ein Schrittmotor. Vorzugsweise ist die Auswerte- und Steuereinheit durch ein Datenverarbeitungsgerät oder durch mehrere, separate Module ausgebildet.Preferably is the means for vertical movement of the measuring body a stepper motor. Preferably, the evaluation and control unit by a computing device or by several, separate ones Modules designed.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen:The Invention is based on an at least partially in the Figures illustrated embodiment explained become. Show it:

1: ein Penetrometer nach dem Stand der Technik, 1 : a penetrometer according to the prior art,

2: eine schematische Darstellung eines Messkörpers mit integriertem Kraft-/Wegsensor eines erfindungsgemäßen Penetrometers, 2 : a schematic representation of a measuring body with integrated force / displacement sensor of a penetrometer according to the invention,

3: ein Diagramm, welches die am Kraft-/Wegsensor gemessenen Kraftdifferenzen in Abhängigkeit der Zeit sowie die Werte eines Zeitzählers darstellt, wobei als Abbruchskriterium eine vorgegebene Zeitspanne des Zeitzählers von 20 ms verwendet wird, 3 a diagram showing the force differences measured on the force / displacement sensor as a function of time and the values of a time counter, wherein a predetermined time period of the time counter of 20 ms is used as the termination criterion,

4: ein Diagramm, welches die am Kraft-/Wegsensor gemessenen Kraftdifferenzen in Abhängigkeit des Verfahrweges des Messkörpers sowie die Werte eines Wegzählers darstellt, wobei als Abbruchskriterium ein vorgegebener Verfahrweg des Wegzählers von 0,2 mm verwendet wird, und 4 a diagram showing the force differences measured on the force / displacement sensor as a function of the travel of the measuring body and the values of a travel counter, wherein a predetermined travel distance of 0.2 mm is used as the termination criterion, and

5: ein Diagramm, welches die am Kraft-/Wegsensor gemessenen Kraftdifferenzen in Abhängigkeit des Verfahrweges des Messkörpers sowie die Werte eines Wegzählers darstellt, wobei als Abbruchskriterium eine vorgegebene Kraftdifferenz des Kraft-/Wegsensors von ΔFkrit verwendet wird. 5 Is a diagram showing the measured on the force / path sensor force differences depending on the movement of the measuring body as well as the values of a travel counter, wherein a predetermined force differential of the force / displacement sensor of .DELTA.F crit is used as a stopping criterion.

1 zeigt ein Penetrometer für die Bestimmung des Härtegrades von halbfestem Material nach dem Stand der Technik. Das Penetrometer wird zur Messung über dem zu vermessenen Prüfmaterial aufgestellt. Als halbfeste Materialien kommen insbesondere Erdölprodukte, wie z. B. Bitumen in Betracht. Andere halbfeste Materialien können aber zum Beispiel Produkte der Lebensmittelindustrie, der Verpackungsindustrie, der Kosmetikindustrie, der chemischen Industrie und ähnliche Materialien sein. Das Penetrometer verfügt über einen Fallstab 5 mit Eindringkörper 8 (z. B. Nadel), welche in diesem Beispiel für die Bitumenmessung ausgeführt sind. Zur Bestimmung des Härtegrades wird der Fallstab 5 mit dem Eindringkörper 8 mittels der Handräder 2, 4 zum Aufsetzen auf die Oberfläche des zu vermessenden Prüfmaterials abwärts bewegt, bis die Spitze des Eindringkörpers 8 das Prüfmaterial kontaktiert. Diese Position ist die sog. Startposition der Messung. Dabei ist die zu bestimmende Startposition (Aufsetzpunkt) deshalb schwer zu ermitteln, weil einerseits die Sichtverhältnisse im Bereich des Aufsetzpunktes relativ schlecht sind und andererseits die subjektive Betrachtung des Benutzers, der das Gerät bedient, fehlerhaft ist oder zumindest fehlerhaft sein kann. Zur Verbesserung der optischen Verhältnisse verfügt ein Penetrometer nach dem Stand der Technik über eine Lampe 1 und eine Lupe 7. Der Aufsetzpunkt kann mit der vorliegenden Anordnung nicht durch Gegendruck des zu vermessenden Prüfmaterials bestimmt werden, da der Messkörper 5, 8 bereits bei geringen Drücken in das zu vermessende Prüfmaterial eindringen würde, was die Startposition der Messung und damit die nachfolgende Messung selbst verfälschen würde. Diese Messfehler bei der Bestimmung des Härtegrades von halbfestem Prüfmaterial können mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eliminiert werden. 1 shows a penetrometer for determining the degree of hardness of semi-solid material according to the prior art. The penetrometer is set up for measurement above the test material to be measured. As a semi-solid materials in particular petroleum products such. B. bitumen into consideration. Other semi-solid materials, however, may be, for example, products of the food industry, the packaging industry, the cosmetics industry, the chemical industry and similar materials. The penetrometer has a drop bar 5 with a dringkörper 8th (eg needle), which in this example are designed for bitumen measurement. To determine the degree of hardness is the case bar 5 with the indenter 8th by means of the hand wheels 2 . 4 moved down to touch the surface of the test material to be measured down until the tip of the indenter 8th contacted the test material. This position is the so-called start position of the measurement. The starting position to be determined (touchdown point) is therefore difficult to determine because, on the one hand, the visibility in the area of the touchdown point is relatively poor and, on the other hand, the subjective view of the user operating the device is erroneous or at least erroneous. To improve the optical conditions, a prior art penetrometer has a lamp 1 and a magnifying glass 7 , The touchdown point can not be determined by counterpressure of the test material to be measured with the present arrangement, since the measuring body 5 . 8th even at low pressures would penetrate into the test material to be measured, which would falsify the starting position of the measurement and thus the subsequent measurement itself. These measurement errors in determining the degree of hardness of semi-solid test material can be eliminated with an inventive arrangement.

Nach DE 102 57 170 B4 muss die Startposition nicht mehr manuell, sondern kann automatisch eingestellt werden. Gegenüber dem aus DE 102 57 170 B4 bekannten Verfahren lässt sich der Auftreffpunkt des Eindringkörpers (3–5) über eine Einpunktmessung des Kraft-/Wegsensors 20 erheblich zuverlässiger und einfacher ermitteln. Dabei wird die vom Kraft-/Wegsensor 20 beim Absenken des Messkörpers 5, 8 gemessene Kraft auf Änderungen gegenüber einem bereinigten Kraftmesswert, d. h. gegenüber den zu kompensierenden statischen Einflüssen, wie Gewicht des Messkörpers 5, 8 und Offseteinflüssen überwacht (die Kompensation wird z. B. über Kondensatorfilterung im analogen Messsignal erreicht). Sind die Absenkgeschwindigkeit und das Gewicht der abzusenkenden Komponenten bekannt, kann auch ein Referenzwert als bereinigter Kraftmesswert verwendet werden.To DE 102 57 170 B4 the starting position does not have to be manual anymore, but can be set automatically. Opposite that DE 102 57 170 B4 known method, the impact point of the indenter ( 3 - 5 ) via a one-point measurement of the force / displacement sensor 20 much more reliable and easier to detect. It is the force / displacement sensor 20 when lowering the measuring body 5 . 8th Measured force for changes compared to an adjusted force value, ie with respect to the static influences to be compensated, such as weight of the measuring body 5 . 8th and offset influences monitored (the compensation is achieved, for example, via capacitor filtering in the analog measurement signal). If the lowering speed and the weight of the components to be lowered are known, a reference value can also be used as the adjusted force value.

Erhöht sich gemessene Kraft (und damit die ermittelte Kraftdifferenz) bei beispielsweise gleichförmiger Abwärtsbewegung einseitig von der sonst durch die Kompensation vorliegenden Nulllinie (= bereinigter Kraftmesswert) in der Richtung eines aufsetzenden Messkörpers 5, 8, so wird dieser zunächst relativ konstante Wert (der bei Verwendung eines Schrittmotor beispielsweise um die x-Achse pendelt) verlassen. Sobald die ermittelten Kraftdifferenzen einen positiven Wert aufweisen, wird ein bis dahin auf Null gesetzter Zeitzähler gestartet (3). Dieser Zeitzähler misst diejenige Zeit, in der die ermittelten Kraftdifferenzen (Abweichungen der gemessenen Kraftwerte vom bereinigten Kraftmesswert) positive Werte (einschließlich Null) aufweisen, also beispielsweise in den Zeitintervallen t25-27, t29-31 und t37-39 in 3. Nehmen die ermittelten Kraftdifferenzen negative Werte an, wird der Zeitzähler zurückgesetzt (auf Null) und wird erst wieder gestartet, wenn die ermittelten Kraftdifferenzen wieder positive Werte annehmen. Im unteren Teil der 3 sind die Werte des Zeit zählers schematisch dargestellt: eine durchgezogene Linie bedeutet, dass der Zeitzähler gestartet wurde und die Zeit misst. Bei fehlender Linie (negative Kraftdifferenzen) befindet sich der Zeitzähler im zurückgesetzten Zustand (Wert des Zeitzählers ist dann Null). Die Länge der einzelnen Linien stellt schematisch die Maximalwerte des Zeitzählers vor der jeweiligen Rücksetzung dar. Am Punkt 25 beginnt eine Zeit- und Wegzählung analog zum Schlittenantrieb des absinkenden Sensors 20. Der Wegzähler läuft hoch bis zum Punkt 27 und ermittelt dabei schließlich einen Wert von z. B. 0,03 mm (4), d. h. der Sensor 20 hat von 25 bis 27 eine Distanz von 0,03 mm zurückgelegt. Am Punkt 27 wird diese Zählung gestoppt und gleichzeitig wieder auf 0 mm (und analog der Zeitzähler in 3 auf 0 s) zurückgesetzt, da die Kraftwertdifferenzen jetzt in den Negativbereich gehen. Da die Kraftdifferenzwerte nun bis Punkt 29 unter Null liegen, wird der Zähler weiter in Nullstellung verbleiben. Die negativen Kraftdifferenzwerte deuten darauf hin, dass es sich bei den vorangehenden positiven Kraftdifferenzwerten um nur eine Störung handelte, die daher im Nachhinein als nicht gültig bewertet und damit verworfen wird. Ein Auftreffen des Messkörpers würde dagegen über den Sensor ein dauerhaftes positives Signal erzeugen. Ab Punkt 29 wiederholt sich der Vorgang in der Weise, dass der Wegzähler erneut eine Distanz bis zum Punkt 31 ermittelt, hiernach jedoch wieder erneut zurückgesetzt wird – also eine erneute Störung.Increases measured force (and thus the determined force difference) at, for example, uniform downward movement on one side of the otherwise present by the compensation zero line (= adjusted force value) in the direction of an attached measuring body 5 . 8th , so this initially relatively constant value (which oscillates when using a stepper motor, for example, about the x-axis) leave. As soon as the determined force differences have a positive value, a time counter which was set to zero until then is started ( 3 ). This time counter measures the time in which the determined force differences (deviations of the measured force values from the adjusted force measurement value) have positive values (including zero), for example in the time intervals t 25-27 , t 29-31 and t 37-39 in FIG 3 , If the determined force differences take on negative values, the time counter is reset (to zero) and will not be restarted until the determined force differences again assume positive values. In the lower part of the 3 the values of the time counter are shown schematically: a solid line means that the time counter was started and measures the time. If there is no line (negative force differences), the time counter is in the reset state (value of the time counter is then zero). The length of the individual lines schematically represents the maximum values of the time counter before the respective reset. At point 25, a time and distance count commences analogously to the carriage drive of the sinking sensor 20 , The odometer runs up to the point 27 and finally determines a value of z. B. 0.03 mm ( 4 ), ie the sensor 20 has covered a distance of 0.03 mm from 25 to 27. At point 27 this count is stopped and at the same time back to 0 mm (and analogously to the time counter in 3 reset to 0 s) since the force value differences now go into the negative range. Since the force difference values are now below zero below point 29, the counter will remain in the zero position. The negative force difference values indicate that the previous positive force difference values were only one fault and are therefore subsequently assessed as not valid and thus discarded. An impact of the measuring body, however, would generate a permanent positive signal via the sensor. From point 29, the process repeats in such a way that the odometer again determines a distance to the point 31, after which it is again reset again - ie a new fault.

Sobald der Messkörper 5, 8 während des Absenkens die Oberfläche 21 des zu vermessenden Materials 22 (2) kontaktiert (im vorliegenden Beispiel im Zeitpunkt t41), wird die Zeit (und/oder der weitere Weg mittels eines Wegzählers z. B. mittels Kodierscheibe/Impulszähler-Kombination) durch den Zeitzähler registriert. Bleiben nun die Kraftdifferenzen in beliebigen Werten, aber in der gleichen Richtung wirkend kontinuierlich weiter bestehen, wird im Zeitpunkt t48 das Abbruchkriterium – nämlich, dass der Zeitzähler einen vorgegebenen Wert (hier 20 ms) erreicht bzw. überschreitet – erfüllt. In diesem Moment wird ein Bremsvorgang (Strecke 48 nach 51), sowie die nachfolgende Rückstellung eingeleitet und der Messkörper wird auf diejenige Position (s41)(= exakter Aufsetzpunkt) zurückgesetzt, bei welcher der Zeitzähler zuletzt (t41) gestartet wurde. Dann kann die eigentliche Messung des Härtegrades erfolgen.As soon as the measuring body 5 . 8th while lowering the surface 21 of the material to be measured 22 ( 2 ) (in the present example at time t 41 ), the time (and / or the further path is registered by means of a travel counter, for example by means of a coding wheel / pulse counter combination) by the time counter. If the force differences remain in arbitrary values, but continue to act in the same direction, the termination criterion - namely, that the time counter reaches or exceeds a predetermined value (in this case, 20 ms) - is met at time t 48 . At this moment, a braking process (distance 48 to 51), as well as the subsequent reset is initiated and the measuring body is reset to that position (s 41 ) (= exact touchdown point) at which the timer was last started (t 41 ). Then the actual measurement of the degree of hardness can be done.

Im vorliegenden Beispiel liegt der exakte Aufsetzpunkt im Punkt 41. Dort beginnt eine weitere Zeit-/Wegzählung, die aufgrund der weiter steigenden Kraft nicht mehr unter Null zurückpendelt, d. h. die Zeit-/Wegzählung wird also nicht mehr zurückgesetzt. Am Punkt 48 erreicht die Zeit (3), der Weg (4) und/oder die Kraftdifferenz (5) einen vorgegebenen Schwellwert, der in jedem Fall die Abwärtsbewegung des Schlittens schnellstmöglich stoppt (ein Störsignal dieser Größe würde also ebenfalls diese Bewegung stoppen). Der von 41 bis 48 ermittelte Weg ist z. B. 0,20 mm. Der Schlitten läuft aufgrund seiner Trägheit noch einen gewissen Weg bis zum absoluten Stillstand (= Punkt 51) nach. Der dabei zurückgelegte Weg ist nochmals z. B. 0,11 mm. Im Wegzähler ist die volle Distanz von 41 bis 51, also hier 0,20 mm + 0,11 mm = 0,31 mm gespeichert. Der Schlitten muss nun hier um die Distanz 0,31 mm zurückfahren, um zum ersten registrierten Auftreffen (exakter Aufsetzpunkt 41) zurückzukehren. Bei dieser Auswertung werden also alle vorhergehenden Distanzzählungen als ungültig verworfen; nur die Wegzählung des ununterbrochen positiven Kraftsignals bis zum Abbruchkriterium (Zeit-, Weg- oder Kraftdifferenzschwelle) wird für die Ermittlung der Wegstrecke für das dann erforderliche Zurückfahren zum Auftreffpunkt herangezogen.In the present example, the exact touchdown point is at point 41. There begins another time / count, which continue to rise due to the The force no longer returns below zero, ie the time / distance count is no longer reset. At point 48 the time reaches ( 3 ), the way ( 4 ) and / or the force difference ( 5 ) a predetermined threshold, which stops in any case, the downward movement of the carriage as soon as possible (an interference signal of this size would also stop this movement). The determined from 41 to 48 way is z. B. 0.20 mm. Due to its inertia, the slide travels a certain way to absolute standstill (= point 51). The case covered is again z. B. 0.11 mm. The total distance from 41 to 51, ie here 0.20 mm + 0.11 mm = 0.31 mm is stored in the distance counter. The slide now has to retract by 0.31 mm to return to the first registered impact (exact touchdown point 41). In this evaluation, therefore, all previous distance counts are rejected as invalid; only the count of the continuous positive force signal to the termination criterion (time, distance or force difference threshold) is used for determining the distance for the then required return to the point of impact.

Hierdurch können vorteilhafterweise elektronische und/oder mechanische Störungen (beispielsweise die durch einen Schrittmotor verursachten positiven und negativen Beschleunigungen während des Absenkvorgangs, die sich durch oszillierende Kraftdifferenzen (z. B. ΔF42-48) bemerkbar machen) eliminiert werden bzw. weist das erfindungsgemäße Penetrometer eine geringe Empfindlichkeit gegenüber solchen Störungen auf. Die Auswahl des Abbruchkriteriums kann unter Berücksichtigung des zu vermessenden Materials und der verwendeten Geräte-Parameter (Gewicht des Messkörpers etc.) erfolgen.As a result, electronic and / or mechanical disturbances (for example the positive and negative accelerations caused by a stepping motor during the lowering process, which become noticeable by oscillating force differences (eg ΔF 42-48 )) can be eliminated or has the penetrometer according to the invention a low sensitivity to such interference. The selection of the termination criterion can be made taking into account the material to be measured and the device parameters used (weight of the measuring body, etc.).

Anstatt einer vorgegebenen Zeitspanne als Abbruchkriterium (3) kann alternativ (siehe 5) ein vorgegebener Kraftdifferenzwert ΔFkrit (oder ein Weg – 4) verwendet werden. Dieser Kraftdifferenzwert ΔFkrit hat keinen Einfluss auf die genaue Bestimmung des exakten Aufsetzpunktes, da der Aufsetzpunkt bereits durch Verlassen der Nullkraftlinie entweder durch einen Zeitzähler (3) und/oder durch einen Wegzähler (4 und 5) „vorgemerkt" wird. Durch die Logik der Zeitbegrenzung (3) und/oder Wegbegrenzung (4) nach Verlassen der Nullkraftlinie (FBer) wird lediglich ein zu tiefes Eindringen des Messkörpers 5, 8 in das Material 22 verhindert, was sonst durch Kraterbildung das Ergebnis des nachfolgenden eigentlichen Messvorganges (Penetration) negativ beeinflussen würde. Die Zeitspanne bis zum Bremsvorgang wird daher sinnvoll in Abhängigkeit von Geräte- und Materialeigenschaften vor der Messung festgelegt (Bremsverzögerung). Ein Vorteil liegt darin, dass unerwünschte elektronische oder mechanische Störungen in viel geringerem Maße Fehlmessungen verursachen können, als dieses bei bekannten Methoden der Fall ist. Dabei wird berücksichtigt, dass Störsignale mehr oder weniger kurze periodische Nulldurchgänge aufweisen, die innerhalb einer kritischen Restzeit bei jedem Nulldurchgang den mitlaufenden Wegzähler (oder Zeitzähler) zurücksetzen und erneut starten und damit keinen Bremsvorgang einleiten. Erst nach Überschreitung einer kritischen Zeit (3), eines kritischen Weges (4) und/oder einer kritischen Kraftdifferenz (5) beginnt der Bremsvorgang und der vom Zählbeginn bis Stillstand registrierte Weg (S41-51) wird zum Rückfahren in die exakte Startposition (S41, 21) genutzt.Instead of a given period of time as a termination criterion ( 3 ) can alternatively (see 5 ) A predetermined power difference value .DELTA.F crit (or a way - 4 ) be used. This force difference value .DELTA.F has crit not affect the accurate determination of the exact touchdown, as the touchdown (already leaving the zero line of force either by a timer 3 ) and / or by a travel counter ( 4 and 5 ) By the logic of the time limit ( 3 ) and / or path limitation ( 4 ) after leaving the zero force line (F Ber ) only too deep penetration of the measuring body 5 . 8th in the material 22 prevents what would otherwise negatively influence the result of the subsequent actual measuring process (penetration) by cratering. The period of time until braking is therefore sensibly determined depending on device and material properties before the measurement (braking delay). One advantage is that unwanted electronic or mechanical disturbances can cause false measurements to a much lesser extent than is the case with known methods. In this case, it is taken into account that interference signals have more or less short periodic zero crossings which, within a critical time at each zero crossing, reset and restart the traveling distance counter (or time counter) and thus initiate no braking operation. Only after exceeding a critical time ( 3 ), a critical path ( 4 ) and / or a critical force difference ( 5 ), the braking operation starts and the path registered from the start of count to the standstill (S 41-51 ) is returned to the exact start position (S 41 , 21 ) used.

Ein weiterer Vorteil in dieser Anordnung besteht darin, dass nur einmal eine Kraftmessung für die exakte Startposition herangezogen wird und damit Störungen auch nur einmal einwirken können. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, dass kein sonst gegen Störungen erforderlicher Sicherheits-Schwellwert für die Bremsauslösung erforderlich ist, sondern dass die Messgenauigkeit in Abhängigkeit dieser Störungen automatisch optimiert wird.One Another advantage of this arrangement is that only once a force measurement used for the exact starting position and thus disturbances can only be effective once. A Further improvement is achieved in that no otherwise against Faults required safety threshold for the brake release is required, but that the measurement accuracy automatically optimized depending on these disturbances becomes.

In 2 ist ein Messkörper 5, 8 mit integriertem Kraft-/Wegsensor 20 eines erfindungsgemäßen Penetrometers schematisch dargestellt. Aufgrund der Integration des Kraft-/Wegsensors 20 in den Fallstab 5 können unerwünschte Massen, die auf den Kraft-/Wegsensor 20 einwirken, reduziert werden. Der Fallstab 5 (in dem die Eindringnadel 8 gehalten ist) wird über die Fallstab-Arretierung 6 gehalten, wobei die Fallstab-Arretierung 6 in bekannter Weise über dem zu vermessenden Material abgestützt ist (hier nicht dargestellt). Die vertikale Position des Messkörpers 5, 8 wird über den Schrittmotor 4 gesteuert, der mit der Auswerte- und Steuereinheit 27 verbunden ist. Zwischen Auswerte- und Steuereinheit 27 und Kraft-/Wegsensor 20 besteht eine drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragung.In 2 is a measuring body 5 . 8th with integrated force / displacement sensor 20 a penetrometer according to the invention shown schematically. Due to the integration of the force / displacement sensor 20 in the case bar 5 can cause unwanted masses on the force / displacement sensor 20 interact, be reduced. The case bar 5 (in which the penetrating needle 8th is held) via the drop bar lock 6 held, with the drop rod lock 6 is supported in a known manner over the material to be measured (not shown here). The vertical position of the measuring body 5 . 8th is via the stepper motor 4 controlled, the with the evaluation and control unit 27 connected is. Between evaluation and control unit 27 and force / displacement sensor 20 There is a wired or wireless data transmission.

Die für den Kraft-/Wegsensor 20 erforderliche Versorgung bzw. für das daraus resultierende Messsignal der Oberflächenberührung wird über elektrische Kontakte 24, 26 (oder alternativ kontaktlos bei Verwendung elektromagnetischer Wellen) an die allgemeine Steuerung 27 der Apparatur übertragen. Dieser Signalaustausch darf den anschließenden Eindringvorgang der eigentlichen Eindringprüfung durch unerwünschte Reibung nicht stören, weshalb die Kontaktierung nach dem Aufsetzvorgang – aber vor der Eindringprüfung(automatisch)-wegschwenkt.The for the force / displacement sensor 20 required supply or for the resulting measurement signal of the surface contact is via electrical contacts 24 . 26 (or alternatively contactless using electromagnetic waves) to the general controller 27 transferred to the apparatus. This exchange of signals must not interfere with the subsequent penetration of the actual penetration test by unwanted friction, which is why the contact after the Aufsetzvorgang - but before the Eindringprüfung (automatically) -wegschwenkt.

11
Punktleuchtespotlight
22
Grobverstellungcoarse adjustment
33
Sensor zur Wegerfassungsensor for pathfinding
44
Schrittmotor/Höhen-FeinverstellungStepper motor / high-fine adjustment
55
Messkörper/FallstabMeasuring body / drop bar
66
Fallstab-ArretierungDrop rod-locking
77
Lupemagnifying glass
88th
Messkörper/EindringnadelMeasuring body / penetration needle
99
BedienfeldControl panel
1010
Anzeigedisplay
2020
Kraft-/WegsensorForce / path sensor
2121
Exakte Position der Oberfläche des Prüfmaterialsexact Position of the surface of the test material
2222
Zu vermessendes Material/PrüfmaterialTo measuring material / test material
2323
Eindringtiefe/PenetrationstiefeDepth / penetration depth
2424
Elektrischer Kontakt des Kraft-/Wegsensorselectrical Contact of the force / displacement sensor
2525
Mittel zur horizontalen Bewegungmedium for horizontal movement
2626
Elektrischer Kontakt der Auswerteeinheitelectrical Contact of the evaluation unit
2727
Auswerte- und Steuereinheitevaluation and control unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4021178 A1 [0010] DE 4021178 A1 [0010]
  • - DE 3830815 A1 [0011] - DE 3830815 A1 [0011]
  • - DE 10257170 B4 [0012, 0015, 0038, 0038] - DE 10257170 B4 [0012, 0015, 0038, 0038]

Claims (9)

Penetrometer zur Bestimmung des Härtegrades von halbfesten Materialien (22), mit einem Messkörper, einem Kraft-Weg-Sensor (20), einem Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers und einer Einheit (27) zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors (20) und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers, wobei der Messkörper einen Fallstab (5) und einen Eindringkörper (8) aufweist und durch eine Fallstab-Arretierung (6) gehalten ist, wobei die Fallstab-Arretierung (6) über dem zu vermessenden Material (22) abgestützt ist, und wobei der Kraft-/Wegsensor (20) mit dem Messkörper verbunden ist und die Auswerte- und Steuereinheit (27) zum Kraft-/Wegsensor (20) und zum Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers eine Datenübertragung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-/Wegsensor (20) innerhalb des Fallstabs (5) angeordnet ist.Penetrometer for determining the degree of hardness of semi-solid materials ( 22 ), with a measuring body, a force-displacement sensor ( 20 ), a means for vertical movement of the measuring body and a unit ( 27 ) for evaluating the measured values of the force / displacement sensor ( 20 ) and for controlling the means for vertical movement of the measuring body, wherein the measuring body a Fallstab ( 5 ) and an indenter ( 8th ) and by a drop rod locking ( 6 ), wherein the locking bar lock ( 6 ) over the material to be measured ( 22 ) and wherein the force / displacement sensor ( 20 ) is connected to the measuring body and the evaluation and control unit ( 27 ) to the force / displacement sensor ( 20 ) and the means for vertical movement of the measuring body has a data transmission, characterized in that the force / displacement sensor ( 20 ) within the case bar ( 5 ) is arranged. Penetrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-/Wegsensor (20) im unteren Bereich des Fallstabs (5) angeordnet ist.Penetrometer according to claim 1, characterized in that the force / displacement sensor ( 20 ) in the lower area of the drop bar ( 5 ) is arranged. Penetrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-/Wegsensor (20) unmittelbar oberhalb einer Einspannung für den Eindringkörper (8) angeordnet ist.Penetrometer according to claim 1, characterized in that the force / displacement sensor ( 20 ) immediately above a clamping for the indenter ( 8th ) is arranged. Penetrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-/Wegsensor (20) zur Datenübertragung einen ersten elektrischen Kontakt (24) und die Auswerte- und Steuereinheit (27) einen zweiten elektrischen Kontakt (26) aufweist, wobei die elektrischen Kontakte (24, 26) seitlich nebeneinander angeordnet sind und der zweite elektrische Kontakt (26) der Auswerte- und Steuereinheit (27) zur Kontaktierung und Dekontaktierung des ersten elektrischen Kontakts (24) mit einem Mittel zur horizontalen Bewegung des zweiten elektrischen Kontaktes (26) der Auswerte- und Steuereinheit (27) verbunden ist.Penetrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the force / displacement sensor ( 20 ) for data transmission a first electrical contact ( 24 ) and the evaluation and control unit ( 27 ) a second electrical contact ( 26 ), wherein the electrical contacts ( 24 . 26 ) are arranged side by side and the second electrical contact ( 26 ) of the evaluation and control unit ( 27 ) for contacting and decontacting the first electrical contact ( 24 ) with a means for horizontal movement of the second electrical contact ( 26 ) of the evaluation and control unit ( 27 ) connected is. Penetrometer nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur drahtlosen Datenübertragung zwischen Kraft-/Wegsensor (20) und Auswerte- und Steuereinheit (27) und/oder zwischen Auswerte- und Steuereinheit (27) und dem Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers vorgesehen sind.Penetrometer according to one of claims 1-3, characterized in that means for wireless data transmission between force / displacement sensor ( 20 ) and evaluation and control unit ( 27 ) and / or between the evaluation and control unit ( 27 ) and the means for vertical movement of the measuring body are provided. Penetrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur drahtlosen Datenübertragung zwischen Kraft-/Wegsensor (20) und Auswerte- und Steuereinheit (27) einen Transponder aufweist, wobei der Transponder im Kraft-/Wegsensor (20) integriert ist oder wobei der Transponder im Fallstab (5) integriert und mit dem Kraft-/Wegsensor (20) verbunden ist.Penetrometer according to claim 5, characterized in that the means for wireless data transmission between force / displacement sensor ( 20 ) and evaluation and control unit ( 27 ) has a transponder, wherein the transponder in the force / displacement sensor ( 20 ) or the transponder in the drop bar ( 5 ) and with the force / displacement sensor ( 20 ) connected is. Penetrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur vertikalen Bewegung des Messkörpers ein Schrittmotor ist.Penetrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the means for vertical movement of the measuring body is a stepper motor. Penetrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (27) durch ein Datenverarbeitungsgerät ausgebildet ist oder durch mehrere, separate Module ausgebildet ist.Penetrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation and control unit ( 27 ) is formed by a data processing device or is formed by a plurality of separate modules. Penetrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers ein Mittel zur Bestimmung eines bereinigten Kraftmesswerts für eine Vielzahl von Messzeitpunkten und ein Mittel zur Bestimmung der Kraftdifferenz zwischen dem bereinigten Kraftmesswert und dem zum jeweiligen Zeitpunkt gemessenen Kraftmesswert aufweist, wobei die Einheit zur Auswertung der Messwerte des Kraft-/Wegsensors und zur Steuerung des Mittels zur vertikalen Bewegung des Messkörpers weiterhin zur Bestimmung eines Nullzeitpunkts ausgebildet ist, für den mindestens eines der folgenden Kriterien iv)–vi): iv) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Zeitdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebenen Zeitspanne, v) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Kraftdifferenz eines dem Nullzeitpunkt nachfolgenden Zeitpunktes übersteigt einen vorgegebenen Kraftwert, vi) ab dem Nullzeitpunkt besitzen die Kraftdifferenzen aufeinanderfolgender Zeitpunkte das gleiche Vorzeichen und die Wegdifferenz zwischen dem Nullzeitpunkt und einem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte übersteigt eine vorgegebene Weglänge, erfüllt ist.Penetrometer according to one of the preceding claims, thereby marked that the unit for the evaluation of the measured values of the force / displacement sensor and to control the means for vertical Movement of the measuring body is a means of determining a adjusted force reading for a plurality of measurement times and a means for determining the force difference between the adjusted Force measurement and the force measured at the time wherein the unit for evaluating the measured values of the force / displacement sensor and for controlling the means for vertical movement of the measuring body is further configured to determine a zero time point for the at least one of the following criteria iv) -vi): iv) from zero time, the force differences have successive Times the same sign and the time difference between exceeds the zero time and one of the consecutive times a predetermined period of time, v) from zero time the force differences of successive times the same Sign and the force difference of a zero time following Time exceeds a given force value, vi) from zero time, the force differences have successive Times the same sign and the path difference between exceeds the zero time and one of the consecutive times a given path length, is satisfied.
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