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Die Erfindung betrifft einen Mehrfachmesskopf zur Bestimmung von Härtewerten an einem Probenkörper.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, Messgeräte zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe bereitzustellen, die mittels Eindringkörper nach standardisierten Messverfahren Härtewerte bestimmen können. Die Bestimmung von Eindringtiefen bei vorgegebenen Auflagekräften ist beispielsweise nach diversen Normen je nach zu prüfendem Elastomer als Shore-A oder Shore-D geläufig. Bereits bekannte Messgeräte wurden in der Vergangenheit entweder als Bestandteil von Laboreinrichtungen bereitgestellt, so dass eine Bestimmung von Härtewerten in kontrollierten Umgebungsbedingungen erfolgen kann, oder aber als Handmessgeräte, die auf einfache Weise unterschiedlichen Einsatzgebieten angepasst werden können.
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Aus der
DE 93 18 389 U1 ist ein elektronisches Prüfgerät zur Bestimmung der Härte von Kautschuk, Elastomeren und Kunststoffen nach
DIN 53505 mit wenigstens einer Prüfstempeleinheit nach Shore-A und/oder Shore-D für den Shore-Härtebereich bekannt. An einem Außenzylinder einer Prüfstempeleinheit ist eine planparallele Auflage einer Messfläche zum Prüfling vorgesehen, um dadurch eine Stabilisierung der Prüfstempeleinheit im rechten Winkel zum Prüfgut zu bewirken.
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Aus der
EP 2 940 451 A1 ist ein Messgerät zur Bestimmung von Härtewerten elastischer Werkstoffe bekannt, das einen Eindringkörper umfasst, der in radialer Richtung von einer Druckplatte umgeben ist und der mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung einer Eindringtiefe in einen Prüfkörper in Verbindung steht, wobei die Druckplatte im Bereich eines Unterteils und aus einer das Unterteil begrenzenden Abschlussfläche hervortretend angeordnet ist, wobei die Abschlussfläche eine erste Messöffnung aufweist, die so ausgeführt ist, dass eine innerhalb des Unterteils hinter der ersten Messöffnung angeordnete erste Sensoreinheit eine Temperaturmessung einer Oberfläche des Prüfkörpers durchführen kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich der Erfinder nun die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Bestimmung von Härtewerten an einem Probenkörper anzugeben, der das an sich bekannte Bestimmen von Härtewerten weiter verbessert.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Mehrfachmesskopf zur Bestimmung von Härtewerten an einem Probenkörper angegeben, der drei Messeinrichtungen umfasst, die jeweils eine Druckplatte, eine die Druckplatte durchdringende Messstange mit einem am der Spitze angeordneten Eindringkörper, einen Innenkörper und eine mit dem Innenkörper in Verbindung stehende und in axialer Richtung sich an der Messstange anschließende Feder aufweisen, wobei die Feder der ersten Messeinrichtung, der zweiten Messeinrichtung und der dritten Messeinrichtung sich an einem Außenkörper abstützen, der die Messeinrichtungen nach oben und seitlich umschließt und an seinem unteren, dem Probenkörper zugewandten Ende mit einer Anlagefläche versehen ist, um nach Kontakt der Anlagefläche mit dem Probenkörper jeweils über die Druckplatten eine vorherbestimmte Anpresskraft an den Messeinrichtungen auszuüben.
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Demnach wird ein Mehrfachmesskopf geschaffen, bei dem jede der Messeinrichtungen an sich unabhängig arbeiten kann. Um die Außenabmessung eines Probenkörpers nicht über das fachübliche bzw. bereits standardisierte Außenmaß vergrößern zu müssen, ist es daher notwendig, die Druckplatten relativ nah zueinander zu beabstanden, so dass die gesamte dem Probenkörper zugewandte Unterseite des Mehrfachmesskopfes eine gewisse Größe nicht überschreitet. Die Anpresskraft der jeweiligen Messeinrichtung wird daher nicht, wie im Stand der Technik angegeben, mittels die Messstange umgebenden Federn erzeugt, sondern befinden sich in axialer Fortsetzung der Messstange darüberliegend angeordnet. Demnach ist es möglich, die einzelnen Messeinrichtungen ohne größere Lücken zueinander zu beabstanden, so dass der Mehrfachmesskopf beispielsweise auf standardisierten Probenkörpern aufgesetzt werden kann. Durch die Verwendung der drei Messeinrichtungen kann nun eine Mehrfachmessung vorgenommen werden, die beispielsweise mittels einer Mittelwertbildung eine zuverlässige Erfassung von Härtewerten erlaubt oder eine Fehlererkennung anhand von Abweichungen der individuellen Messwerte durchführen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die drei Messeinrichtungen mit kreisförmigen Druckplatten ausgebildet, wobei die Eindringkörper jeweils in der Kreismitte die Druckplatte durchdringen.
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Die Verwendung von kreisförmigen Druckplatten ist beispielsweise im standardisierten Messverfahren nach Shore-A vorgeschrieben, wobei sich die Erfindung daher auch bei derartig standardisierten Härteprüfungen einsetzen lässt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Druckplatten relativ zueinander mit einem kleinsten Abstand angeordnet, der zwei Millimeter oder weniger beträgt, und die Eindringkörper auf einem Kreis angeordnet, dessen Durchmesser 20 mm beträgt.
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Gemäß dieser Vorgehensweise lassen sich die standardisierten Druckplatten mit einem Durchmesser von 18 mm zur Härteprüfung nach Shore-A oder Shore-D bei einem erfindungsgemäßen Mehrfachmesskopf einsetzen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die den Messeinrichtungen zugeordnete Feder jeweils einstellbar.
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Gemäß dieser Vorgehensweise kann für jede Messeinrichtung die Anpresskraft kalibriert werden, so dass eine zuverlässige Bestimmung von Härtewerten möglich ist. Die über die Federkraft erzeugte Anpresskraft wird dabei über eine Verstelleinrichtung, die sich auf der dem Außenkörper zugewandten Seite des Messkopfes befindet, eingestellt, indem beispielsweise die Vorspannung durch Verändern eines Abstands angepasst wird. Typischerweise wird ein derartiger Vorgang unmittelbar nach Fertigstellung des Mehrfachmesskopfes lediglich einmalig vorgenommen werden, so dass die Benutzung des Mehrfachmessgerätes an sich keine vorherige Kalibrierung erfordert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Federn als Spiralfedern ausgebildet, deren Außendurchmesser im Wesentlichen dem der Druckplatte entsprechen.
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Da die Federn gemäß der Erfindung in axialer Fortsetzung zur Messstange angeordnet sind, wäre es durchaus möglich, unterschiedliche Federtypen einzusetzen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, Spiralfedern zu verwenden, wobei zur Minimierung des Abstands der Messeinrichtungen zueinander der Außendurchmesser der Spiralfeder denjenigen der Druckplatte nicht übersteigen sollte.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Außenkörper mit einer Haltevorrichtung versehen, so dass der Mehrfachmesskopf in eine automatische Prüfstandsvorrichtung einbringbar ist.
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Demnach ist es möglich, den Mehrfachmesskopf nicht nur im Rahmen einer Einzelplatzmessung zu verwenden, sondern beispielsweise in eine automatische Prüfstandsvorrichtung zu integrieren. Dies trägt der zunehmenden Automatisierung in der Fertigungstechnik Rechnung, wobei typischerweise nun mehrere Messvorgänge vollautomatisch hintereinander ausgeführt werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jede Messeinrichtung mit einer Messfeder versehen.
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Demnach ist es möglich, die eigentliche Messung der Eindringtiefe von der Bestimmung der Anpresskraft zu entkoppeln. Diese an sich bekannte Vorgehensweise lässt sich auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Mehrfachmesskopfes anwenden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Außenkörper mit einer elektrischen Schnittstelle versehen, so dass Messwerte von den Messeinrichtungen zugeordneten Wegaufnahmemessvorrichtungen an der Messstange übertragbar sind.
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Während der Mehrfachmesskopf auch mit einer eigenen Anzeigeeinheit versehen sein kann, wird bevorzugt eine elektrische Schnittstelle am Mehrfachmesskopf ausgebildet, um die Messwerte an weitere Bearbeitungseinheiten übertrage zu können.
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Dabei kann jede der Wegaufnahmemessvorrichtungen radial beabstandet zur Messstange angeordnet sein, so dass die Position der Wegaufnahmemessvorrichtungen so gewählt ist, dass die Messeinrichtungen dennoch mit minimalem Abstand zueinander angeordnet werden können.
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Bevorzugt führen die Messeinrichtungen eine Härteprüfung nach Shore-A oder Shore-D durch, so dass der Mehrfachmesskopf mehrere Messwerte im Rahmen eines standardisierten Messverfahrens anzeigen oder ausgeben kann.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßer Mehrfachmesskopf in einer Seitenansicht,
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2 der Mehrfachmesskopf aus 1 in einer Draufsicht der Unterseite,
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3 den Mehrfachmesskopf aus 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Mehrfachmesskopfes 2 zur Bestimmung von Härtewerten an einem Probenkörper in einer Seitenansicht gezeigt. Der Mehrfachmesskopf 2 enthält drei Messeinrichtungen 4, die auf einer Unterseite 8 eines Außenkörpers 10 angeordnet sind. Einzelheiten der drei Messeinrichtungen 4 werden weiter unten angegeben. Jede der Messeinrichtungen ist mit einem Eindringkörper 12 versehen, der auf fachübliche Weise in den Probenkörper eindringen kann, so dass die Bestimmung eines Härtewerts möglich ist. Dazu wird der Mehrfachmesskopf 2 mittels der Haltevorrichtung 14, die an einer der Unterseite 8 gegenüberliegenden Oberseite 16 angeordnet ist, in Richtung der Unterseite 8 typischerweise motorisch verschoben. Die dazu notwendige Einspannvorrichtung ist nicht Bestandteil dieser Erfindung und dem Fachmann an sich bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nachfolgend die Ausgestaltung der Unterseite 8 näher erläutert. Man erkennt, dass auf der Unterseite 8 für jede Messeinrichtung 4 eine Druckplatte 18 vorgesehen ist, die mit einem an der Spitze eines Messstanges angeordneten Eindringkörper 12 ausgestattet ist. Desweiteren ist eine Anlagefläche 22 zu erkennen, die auf der Unterseite eines zylindrischen Fortsatzes 6 am Außenkörper 10 angeordnet ist. Die Anlagefläche 22 umgibt die drei Messeinrichtungen 4. Dazu enthält die Anlagefläche 22 kreisförmige Öffnungen, durch die die Druckplatten 18 durchdringen können. Die Anlagefläche 22 am zylindrischen Fortsatz 6 ist fest mit dem Außenkörper 10 verbunden. Im Gegensatz dazu sind die drei Messeinrichtungen 4 an einem Innenkörper (nicht in 2 gezeigt) befestigt, der relativ zum Außenkörper 10 verschiebbar ist, so dass durch Herabbewegen des Mehrfachmesskopfes 2 die drei Messeinrichtungen 4 solange in das Innere des Mehrfachmesskopfes 2 verschoben werden, bis die Anlagefläche 22 und die Druckplatte 18 im We- sentlichen parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Zustand wird eine definierte Anpresskraft der Messeinrichtungen 4 erreicht.
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Um den Vorgang der Messung mit den drei Messeinrichtungen 4 genauer darstellen zu können, ist in 3 eine Schnittansicht durch den Mehrfachmesskopf 2 gezeigt. Die Schnittansicht ist dabei so ausgeführt, dass eine der Messeinrichtungen 4 durch eine Messstange 20 mit dem an der Spitze angeordneten Eindringkörper 12 hindurch in axialer Richtung geschnitten wird. Man erkennt, dass die Messeinrichtung 4 an einem Innenkörper 24 angeordnet ist, der in Richtung der Unterseite 8 mit der Druckplatte 18 in Verbindung steht. Durch den Innenkörper 24 ist die Messstange 20 mit dem an der Spitze angeordneten Eindringkörper 12 geführt, wofür diverse gleitarme Buchsen und Führungen vorgesehen sind, von denen einige in 3 beispielhaft mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet sind.
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Die maximale Eindringtiefe des Eindringkörpers 12 in den Probenkörper ist mittels zweier Muttern 28 an der Messstange 20 einstellbar. Die Messeinrichtung 4 ist im oberen Bereich mit einer Messfeder 30 versehen. Zwischen der Messfeder 30 und der die maximale Eindringtiefe des Eindringkörpers 12 begrenzenden Muttern 28 ist ein Wegaufnehmermessvorrichtung 32 angeordnet, über die eine Eindringtiefe des Eindringkörpers 12 während einer Messung bestimmbar ist.
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Im oberen Bereich geht der Innenkörper 24 in eine Aufnahme 34 über, in die eine spiralförmige Feder 36 einbringbar ist. Auf der zur Aufnahme 34 gegenüberliegenden Seite der spiralförmigen Feder 36 ist ein Federteller 38 angeordnet, das über eine als Schraubverbindung ausgebildete Verstelleinrichtung 40 mit dem Außenkörper 10 verstellbar verbunden werden kann. Über die spiralförmige Feder 36 wird eine vorherbestimmte Anpresskraft des Innenkörpers 24 nach Aufsetzen der Anlagefläche 22 auf den Probenkörper erreicht, die beispielsweise 1 kg betragen kann. Allgemein könnte die spiralförmige Feder 36 durch andere eine wegabhängige Kraft erzeugende Vorrichtungen ersetzt werden. Zur Kalibrierung ist die Verstelleinrichtung 40 vorgesehen. Diese kann über die Verstellung des Federtellers 38 die Vorspannung der spiralförmigen Feder 36 ändern. Zur Kalibrierung der drei Messeinrichtungen 4 kann an der Oberseite 16 eine abnehmbare Abdeckung 44 angeordnet sein, so dass die Verstelleinrichtung 40 eingestellt werden kann. Da die eigentliche Härteprüfung mittels der Messfeder 30 erfolgt, kann diese unabhängig von der Anpresskraft der Messeinrichtung 4 mittels der spiralförmigen Federn 36 vorgenommen werden.
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Jede der drei Messeinrichtungen 4 ist identisch aufgebaut, so dass aufgrund der federnden Halterung der Messeinrichtung 4 mittels der spiralförmigen Federn 36 innerhalb des Mehrfachmesskopfes 2 ein geringfügiger Toleranzausgleich bei unebenen Probenkörpern erreicht werden kann. Desweiteren ist das axial von der Messstange 20 über das obere Ende der Messeinrichtung 4 hinaus verlagerte Positionieren der Feder 36 platzsparend, so dass die drei Messeinrichtungen 4 in geringem Abstand zueinander auf der Unterseite 8 des Mehrfachmesskopfes 2 positioniert werden können. Folglich ist es möglich, den geringsten Abstand benachbarter Messeinrichtungen 4 beispielsweise mit 2 mm oder weniger auszuführen.
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Die Fläche der Druckplatten 18 ist typischerweise durch das standardisierte Messverfahren zur Härteprüfung festgelegt und beträgt beispielsweise 18 mm. Die drei Eindringkörper 12 bzw. Messstangen 20 weisen daher einen Abstand von 20 mm zueinander auf. Folglich ist es möglich, mit der gezeigten Ausführung der drei Messeinrichtungen 4 einen standardisierten Probekörper mit typischerweise 29 mm Durchmesser zu vermessen, wobei durch die Bestimmung dreier Härtewerte mittels der drei Messeinrichtungen 4 des Mehrfachmesskopfes 2 eine genaue und zuverlässige Bestimmung erfolgen kann.
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Der in den 1 bis 3 gezeigte Mehrfachmesskopf 2 kann beispielsweise mit einer eigenen Anzeigeeinheit gekoppelt sein oder, wie in 3 gezeigt ist, Messwerte der Wegaufnehmermessvorrichtung 32 an eine Schnittstelle 42 weiterleiten, so dass die Messwerte der drei Messeinrichtungen 4 von externen Geräten weiter verarbeitet werden können. Der Mehrfachmesskopf 2 lässt sich auf einfache Weise auch in eine Prüfstation integrieren, so dass eine Härteprüfung zusammen mit der Bestimmung anderer Messwerte vorgenommen werden kann.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Mehrfachmesskopf
- 4
- Messeinrichtung
- 6
- zylindrischer Fortsatz
- 8
- Unterseite
- 10
- Außenkörper
- 12
- Eindringkörper
- 14
- Haltevorrichtung
- 16
- Oberseite
- 18
- Druckplatte
- 20
- Messstange
- 22
- Anlagefläche
- 24
- Innenkörper
- 26
- Führung, Buchse
- 28
- Mutter
- 30
- Messfeder
- 32
- Wegaufnehmermessvorrichtung
- 34
- Aufnahme
- 36
- Feder
- 38
- Federteller
- 40
- Verstelleinrichtung
- 42
- Schnittstelle
- 44
- Abdeckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9318389 U1 [0003]
- EP 2940451 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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