DE2102488C3

DE2102488C3 - Penetration depth measurement method for determining molecular or structure-related material anisotropies as well as device for carrying out the method

Info

Publication number: DE2102488C3
Application number: DE19712102488
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Bednarz, Jürgen, Dipl.-Ing., 8122 Penzberg
Filing date: 1971-01-20
Publication date: 1977-06-08

Description

Das Eindringtiefenmeßverfahren dient zur größenordnungsmäßigen Bestimmung von molekül- oder ilrukturbedingten Werkstoffanisotropien, wie 7. B. des Orientierungsgrades und der Orientierungsrichtung der Makromoleküle bzw. der Makromolekülbezirke an gespritzten Teilen aus Kunststoffen. — Für dieses Anwendungsbeispiel gelten stellvertretend für die übrigen Möglichkeiten die folgenden Ausführungen:The Eindringtiefenmeßverfahren serves to moderate the order of determination of molecular or ilrukturbedingten Werkstoffanisotropien as B. 7. the degree of orientation and the direction of orientation of the macromolecules or macromolecule districts on injection-molded parts made of plastics. - For this application example, the following explanations apply to the other options:

Bisher wurden z. B. an Kunststoffen derartige 6a Erscheinungen durch Schrumpfungsmessungen und polarisationsoptische Messungen meßtechnisch erfaßt. Beide Verfahren geben nur einen Anhalt des dreidimensionalen Orientierungszustandes von gespritzten Teilen aus Kunststoff wieder, wobei zusätzlich als Nachteil durch Schrumpfungsmessungen die Kunststoffteile zerstört werden und polarisationsoptische Messungen nur an durchsichtigen Teilen möglich sind.So far z. B. of plastics such 6a Appearances measured by means of shrinkage measurements and polarization-optical measurements. Both methods only give an indication of the three-dimensional orientation status of injection-molded parts made of plastic again, with the plastic parts as an additional disadvantage due to shrinkage measurements are destroyed and polarization-optical measurements are only possible on transparent parts.

Härtemessungen mit einem Prüfkörper in der Knoopform und beispielsweise Lasten von ca. 0,1 bis 1 kp können zwar im Prinzip als ein zerstörungsarmes Prüfverfahren an durchsichtigen und undurchsichtigen Kunststoffen Onentierungsgrad und -richtung ermitteln, jedoch sind die Differenzen der Meßwerte bei diesen Härtemessungen mit der langen Diagonalen des Knoopprüfkörpers in Orientierungsrichtung und senkrecht zur Orientierungsrichtung derart geringfügig, daß bei der beschriebenen Anwendung, insbesondere wegen der schwierigen optischen Abgrenzung der Eindruckdiagonallängen unter einem Meßmikroskop, eine meßtechnisch ausreichende Reproduzierbarkeit der Ergebnisse nicht möglich ist.Hardness measurements with a test body in the Knoopform and, for example, loads of approx. 0.1 to 1 Although kp can in principle be used as a non-destructive test method on transparent and opaque Determine the degree and direction of exposure to plastics, however, the differences in the measured values in these hardness measurements are with the long diagonal of the Knoopprüfkörpers so slightly in the direction of orientation and perpendicular to the direction of orientation that in the application described, in particular because of the difficult visual delimitation of the diagonal lengths of the indentations under a measuring microscope, a metrologically sufficient reproducibility of the results is not possible.

Das im folgenden beschriebene Eindringtiefenmeßverfahren is« ebenfalls ein zerstörungsarmes Prüfverfahren. Es vermeidet jedoch den Nachteil, der mit der optischen Ausmessung des Knoophärteeindruckes verbunden ist.The penetration depth measurement method described below is also a non-destructive test method. However, it avoids the disadvantage associated with the optical measurement of the Knoophardness impression is.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Eindringtiefenmeßverfahren zur Bestimmung von molekül- oder strukturbedingten Werkstoffanisotropien sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das auf dem Prinzip der Härtemessung mit einem Eindringkörper beruht, jedoch meßtechnisch reproduzierbare Ergebnisse aufgrund von ausreichend großen Meßwertunterschieden bei der Messung in unterschiedlichen Richtungen im Werkstoff und aufgrund der Vermeidung der bei der Knoop-Härtemcssung notwendigen optischen Ausmessung des Eindruk kes des Eindringkörpers liefert.The invention is therefore based on the object of providing a penetration depth measurement method for determining molecular or structure-related material anisotropies as well as a device for carrying out the method to create, which is based on the principle of hardness measurement with an indenter, but metrologically reproducible results due to sufficiently large differences in measured values when measuring in different directions in the material and due to the avoidance of the Knoop hardness measurement necessary optical measurement of the impression kes of the indenter supplies.

Diese Aufgabe wird durch die Gegensiände der Patentansprüche I bzw 3 gelöst. Durch die Form des Eindringprüfkörpers werden im Gegensatz zu Härtemessungen und auch Eindringtiefenmessungen mit dem oben erwähnten Knoopprüfkörper bei gleichen Lasten wesentlich größere Eindringtiefen und Eindringtiefendifferenzen in den Stellungen des Eindringprüfkörpers »Dachkante parallel zur Orientierungsrichtung« minus »Dachkante senkrecht zur Orientierungsrichtung« erreicht. Gemäß der Erfindung wird die Tiefe des Eindruckes während der Belastung (Fließerscheinungen werden somit ebenfalls erfaßt) bzw. nach der f Entlastung mit Hilfe eines elektrischen Wegaufnehmers registriert. Dieser elektrische Wegaufn:hmer ist nicht Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung. Die mit diesen Meßergebnissen erzielten Aussagen über den Orientierungsgrad und über die Orientierungsrichtung beispielsweise von gespritzten Kuns'stoffteilen shd somit wesentlich gesicherter als mit dem Knoopprüfkörper.This object is achieved by the subject matter of claims 1 and 3, respectively. The shape of the In contrast to hardness measurements and also penetration depth measurements, indenters are used with the Above-mentioned Knoop test body with the same loads significantly greater penetration depths and penetration depth differences in the positions of the indenter »roof edge parallel to the direction of orientation« minus "Roof edge perpendicular to the orientation direction" reached. According to the invention, the depth of the Impression during loading (flow phenomena are thus also recorded) or after the f unloading registered with the help of an electrical displacement transducer. This electrical path recorder is not the subject of the present patent application. The statements about the degree of orientation obtained with these measurement results and thus about the direction of orientation, for example, of injection-molded plastic parts much more secure than with the Knoop test body.

Wesentlich für die Reproduz erbarkeit der Werte ist unter anderem aufgrund der Hindringprüfkörperform die Forderung nach optimaler Parallelität zwischen der Dachkante des Eindringprükörpers und der zu messenden Probenoberfläche des Prüfobjektes, damit der Eindruck in der Aufsicht immer eine rechteckige Form erhält, d. h. damit die Belastungsverhältnisse immer vergleichbar sind.One of the reasons for the reproducibility of the values is the shape of the Hindring test body the requirement for optimal parallelism between the roof edge of the indenter and the to measuring sample surface of the test object, so that the impression in the top view is always rectangular Maintains shape, d. H. so that the load conditions are always comparable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Patentansprüchen 2 und 4 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 and 4.

Fig. 1 zeigt den P.indringprüfkörper mit dem Dachflächenwinkel <x, dem Dachkantenabrundungsradius rund der Dachkantenlänge /.Fig. 1 shows the penetration test body with the Roof surface angle <x, the radius of the roof edge rounding around the roof edge length /.

Fig.2 gibt in Form einer Prinzipskizze wieder, wie die Lage der Dachkante des Eindringprüfkörpers 1 zur zu messenden Probenoberfläche mit Hilfe eines optischen Systems sichtbar gemacht wird, um die Parallelität zwischen der Dachkante des Eindringprüf-Fig.2 shows in the form of a schematic diagram how the position of the roof edge of the penetrant test body 1 to the sample surface to be measured with the aid of a optical system is made visible in order to ensure the parallelism between the roof edge of the penetrant test

körpers t und der zu messenden Probenoberfläche des Prüfobjektes 6 zu gewährleisten. Hierzu wird das Licht einer Beleuchtungsquelle 4 durch eine Lichtleitfaser 2 übertragen und schräg seitlich auf die Oberfläche des Prüfobjektes 6 an die Meßstelle mit dem Eindringprüf körper 1 gerichtet. — Wärmestrahlen, die hier auftreten und die Meßergebnisse vei fälschen könnten, werden durch IR-Filter 3 und Abschirmung 5 der Beleuchtungsquelle 4 vermieden. — Durch eine geeignete optische Vergrößerung 8 wird der Eindringprüfköi per mit seiner Dachkante und seinem Spiegelbild an der Oberfläche der Meßstelle des Prüfobjektes 6 auf eine Mattscheibe 9 projiziert. Notwendige Korrekturen bei mangelnder Parallelität von der Oberfläche des Prüfobjcktes und der Dachkante des Eindringprüfkörpers werden durch entsprechendes Heben und Senken der Grundplatte 12 einschließlich des Meßtisches 11 mittels einer Feingewindespindel erreicht.to ensure body t and the sample surface to be measured of the test object 6. This is where the light is used an illumination source 4 transmitted through an optical fiber 2 and obliquely laterally onto the surface of the Test object 6 directed to the measuring point with the penetrant test body 1. - heat rays that occur here and the measurement results could falsify, are avoided by the IR filter 3 and shielding 5 of the illumination source 4. - By a suitable optical The penetration test head is enlarged by 8 with its Roof edge and its mirror image on the surface of the measuring point of the test object 6 on a ground glass 9 projected. Necessary corrections in the case of insufficient parallelism of the surface of the test object and the roof edge of the indenter can be increased by raising and lowering the base plate 12 including the measuring table 11 by means of a fine-thread spindle achieved.

F i g. 3a, b, c: Wesentlich 1st weiterhin für die Reproduzierbarkeil und Echtheit der Messungen - als tatsächliche Tiefenmessungen am Prüfobjekt 6 - die Güte der Probenauilage.F i g. 3a, b, c: Still essential for the Reproducibility and authenticity of the measurements - as actual depth measurements on the test object 6 - the Quality of the sample assembly.

Es wird in diesem Zusammenhang, je nach Bedari.das heißi, je nach Art des Prüfobjckies6 zum Beispiel: a) eine Dreipunktauflagc verwendet, wobei die Dachkante des Eindringprüfkörpers bei allen Messungen auf die Mitte einer der drei Auflagckörper 7.1 zeigt. Dieser Auflagckörper 7u ist in seiner Stellung fixiert, wiihrend die beiden übrigen Auflagekörper 10 entsprechend der Lage der zu prüfenden Meßstelle am Prüfobjekt β verschoben werden auf einen kombinierten Kreuz-Drehtisch 11In this context, depending on the requirement, that means, depending on the type of test object6, for example: a) a three-point support is used, with the roof edge of the penetration test body pointing to the center of one of the three support bodies 7.1 for all measurements. This support body 7u is fixed in its position, while the two remaining support bodies 10 are shifted onto a combined cross-rotating table 11 in accordance with the position of the measuring point to be tested on the test object β

(F ig. 3a}.(Fig. 3a}.

b) Das Prüfobjekt 6 wird zum Beispiel durch Unterdruck auf einen ähnlichen fixierten Auflagekörper 7 b. wie unier a) erwähnt, gepreßt (Fig. 3b),b) The test object 6 is, for example, by negative pressure on a similar fixed support body 7 b. as mentioned in a), pressed (Fig. 3b),

c) oder das Prüfobjekt 6 wird auf tJen unier a) genannten fixierten Auflagekörper 7;i durch eine Niederhallungsvorrichtung 14 gedruckt (Fig. 3c).c) or the test object 6 is printed on the fixed support body 7; i mentioned in a) by a low reverberation device 14 (FIG. 3c).

d) Die Auflagemöglicnktiten nach b) und c) können auch miteinander kombiniert werden.d) The Auflagemöglicnktiten according to b) and c) can also be combined with one another.

Mittels eines kombinierten Kreuz-Drehtisches 1 !,der in seiner Mitte eine ausreichende Aussparung zur Verstellbarkeit um den genannten fixierten Auflagekörper 7;i oder 7b besitzt, können die Meßstellen am Prüfobjekt 6 gezielt eingestellt und verändert werden. — Bei den Auflagemöglichkeiten b) und c) kann in dem Kreuz-Drehtisch 11 eine Schaumstoffschicht 13 eingebettet sein, um zu gewährleisten, daß das Prüfobjekt 6 auf dem fixierten Auflagekörper 7a oder 7b fest liegt und eventuelle Abweichungen von einer vollkommen planen Auflagefläche des Prüfobjektes 6 um die Meßstellen herum durch Eindrücken in diese Sehaumsiof !'schicht 13 kompensiert werden (Fig. 3b und 3c).The measuring points on the test object 6 can be set and changed in a targeted manner by means of a combined cross-turntable 1!, Which has a sufficient recess in its center for adjustability around said fixed support body 7; i or 7b. - With support options b) and c), a foam layer 13 can be embedded in the cross-turntable 11 in order to ensure that the test object 6 lies firmly on the fixed support body 7a or 7b and any deviations from a completely flat support surface of the test object 6 around the measuring points are compensated for by pressing into this visual space layer 13 (FIGS. 3b and 3c).

Die Belastung wird, beispielsweise zur Messung der Eindring tiefe während der Belastung, unter Verwendung einer genau einstellbaren geringen Vorlast vorgenommen (falls zum Beispiel die Hauptlast 200 ρ betragt, hat die Vorlast nur eine Größe von ca. 0.2 p), um ein möglichst eindeutiges reproduzierbares Maß für die Ausgangsstellung »Probenoberfläche« einzuhalten.The load is used, for example, to measure the penetration depth during the load a precisely adjustable low preload (if, for example, the main load is 200 ρ , the preload has a size of only approx. 0.2 p) in order to be as clear a reproducible measure as possible for the Keep the initial position »sample surface«.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Penetration measuring method for the determination of molecular or structure-related material S isotropies, characterized in that the penetration test body is one with the shape a gable roof is used that the roof edge of the indenter in one to the investigating sample surface is set parallel plane and the sample in such a position is brought that they ate the measuring point exactly in the Is arranged in the middle of a support body and is also supported in their edge areas and that measuring the depth of the indentation in at least two directions in the sample during the load is made.

2. The method according to claim 1, characterized in that for measuring the penetration depth A precisely adjustable low preload apart from the main load is applied during the load will.

3. Apparatus for performing the method according to claim I with a penetrant, characterized in that the penetrator (1) has the shape of a gable roof that from an illumination source (4) light is directed obliquely laterally onto the sample surface at the measuring point with the penetrant and the penetrant test body with its roof edge and its mirror image at the measuring point of the sample surface is projected enlarged on a ground glass (9), that a support device with a fixed support body lying under the measuring point {7a, 76 _> J and a cross-turntable (U), which supports the outer sample parts urd which in its center around the fixed support body (7a, 7b) has a recess for setting different measuring points, is provided and that a known electrical displacement transducer is available for measuring the penetration depth.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the penetrant test body (1) can have different roof angles (d) and roof edge rounding radii (r) and roof edge lengths (I) .