DE2157466C3 - Vorrichtung zur Härtemessung mittels Kräften nicht kontrollierbarer Größe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Härtemessung mittels Kräften nicht kontrollierbarer Größe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche bekannten Vorrichtungen weisen im allgemeinen ein äußeres, die Kraft aufnehmendes Teil auf, das gegenüber dem Eindringkörper durch ein Zwischenglied festgelegt ist. Wird auf das äußere Teil eine Kraft unkontrollierbarer Größe, beispielsweise dynamisch durch einen Hammer od. dgl. oder statisch durch eine Schraubzwinge oder eine andere kontinuierliche Kraft aufbringende Einrichtung, ausgeübt, so wird die ausgeübte Kraft auf den Eindringkörper nur so lange übertragen, bis das Zwischenglied zu Bruch geht, so daß dessen Festigkeit ein Maß für die tatsächlich auf den Eindringkörper aufgebrachte Kraft darstellt,

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung befindet sich der Eindringkörper in einer axialen Bohrung des äußeren Teils (DE-PS 3 41 512), Beide Teile sind durch ein Zwischenglied in Gestalt eines fluchtende Bohrungen beider Teile durchsetzenden Drahtes ver-

banden. Auf den Eindringkörper wird daher nur diejenige Kraft übertragen, welche zum Abscheren des Drahtes, d. h. also zum Lösen der Verbändung beider Teile, erforderlich ist. Diese Vorrichtung hat jedoch keinen Eingang in die Praxis gefunden, weil die Genauigkeit der Meßergebnisse zu wünschen übrig ließ. Man führte dies auf das verwendete Scherprinzip zurück.

Deswegen ist eine andere Ausführungsfowi einer solchen Vorrichtung bekannt (DE-PS 4 05 203), bei welcher das Zwischenglied auf Zug beansprucht ist und aus einem Zerreißstäbchen besteht, welches im Eindringkörper gelagert und über einen Querbolzen mit dem äußeren Teil verbunden ist. Dieses Gerät ist nicht nur recht kompliziert im Aufbau, sondern vor allem kaum praktikabel, weil das Einbringen eines neuen Zwischengliedes als Ersatz für ein zerstörtes auf außerordentliche Schwierigkeiten stößt. Auch diese Vorrichtung hat daher praktisch keine Bedeutung erlangt.

Nach einem älteren Vorschlag (Patentanmeldung P 21 28 167.4) wird auf das von der Fachwelt als unbrauchbar erachtete Scherprinzip zurückgegriffen und als der Abscherung zu unterwerfendes Zwischenglied ein geprüfter Stab verwendet, der in einer Weise kalibriert ist, daß die zum Abscheren erforderliche Kraft tatsächlich innerhalb vorbestimmter 1 oleranzgrenzen liegt.

Zu der vorliegenden Erfindung gehört die Aufgabe, die Meßgenauigkeit der bekannten Vorrichtungen und der vorgeschlagenen Vorrichtung zu steigern. Diese Aufgabe wird mit den in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß gelöst.

Diese Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, daß bei einem Eindringkörper mit einer gewissen Masse dieser empfindlich gegenüber der Geschwindigkeit des die unkontrollierbare äußere Kraft aufbringenden Mittels, insbesondere bei dynamischer Kraftanwendung ist. Dieser störende Einfluß wird gemäß der Erfindung durch geringe Masse des die begrenzte bzw. bemessene Kraft übernehmenden Teils auf ein Minimum gebracht, was zu einer entsprechenden Steigerung der Meßgenauigkeit führt.

Bei der vorgesehenen geringen Masse bzw. Trägheit des Eindringkörpers wurde aber auch als störend empfunden, daß das die volle, unkontrollierbare Kraft aufnehmende Teil nach dem Bruch des Zwischengliedes seine Bewegung fortführt, die erst durch Auftreffen auf das Werkstück selbst begrenzt wird. Dadurch werden Rückprallvorgänge verursacht, die selbst dann Anlaß zu einer weiteren Verformung des Meßeindiucks am Werkstück führen, wenn das äußere Teil mit einer verbreiterten Schulter zum Verteilen der Kraft auf eine größere Fläche ausgebildet ist. Eine solche unerwünschte Nebenwirkung ist auch zu befürchten, wenn die Kraftanwendung nicht dynamisch, also durch eine Schlagkraft, beispielsweise einen Hammer, erfolgt, sondern statisch, beispielsweise über ein Gewinde, wo beim Zubruchgehen des Zwischengliedes die Kraft auf das sie aufnehmende Teil Weiterwirkt.

Daher gehört zu der erfindungsgemäßen Gestaltung eine die Restenergie des die Kraft empfangenden Teils aufnehmende Dämpfungseinrichtung, Die damit beseitigten Rückprallwirküngen beim Aüftreffen des äußeren Teils auf das Werkstück ermöglichen es in Verbindung mit der geringen Trägheit des Eindring-

körpers, eine sehr hohe Meßgenauigkeit mit einer außerordentlich einfachen Vorrichtung, und zwar sowohl im Aufbau als in der Handhabung zu erreichen.

Dabei dient im einzelnen der Eindringkörper mit seinem oberen Ende als Widerlager für das Zwischenglied. Er kann auf diese Weise besonders kurz gehalten werden und braucht nicht mit einer Bohrung für die Aufnahme des Zwischenglieds versehen zu sein, da er bereits unterhalb desselben endet.

Anstelle der gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgebildeten, bevorzugten Ausllührungsform einer Dämpfungseinrichtung mit einem Konus an dem die Kraft empfangenden Teil und einem diesen Konus in der Ausgangsstellung mit Abstand umgebender Hohlkonus an einem Ständer, mit dem der Konus durch Relativbewegung gegenüber dem Ständer in Eingriff bringbar ist, wodurch sich das äußere Teil über seinen Konus im Ständer verkeilen kann, um auf diese Weise die Rückprallkraft zu absorbieren, kann die Dämpfungseinrichtung auch nach Patentanspruch 2 ausgebildet sein.

Gemäß Patentanspruch 3 genügt leichte Reitung, um den Eindringkörper in seiner Ausgangslage innerhalb des äußeren Teils zu halten. Zweckmäßig kann hierfür gemäß der Erfindung eine kleine, radial gegen den Eindringkörper federbelastete Kugel, also eine rollende Reibung vorgesehen werden.

Verschiedene Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt jeweils in Ansicht, teilweise im Schnitt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit Ständer,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform gleichfalls mit Ständer,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform mit Ständer, und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsformohne äußeren Ständer.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt einen äußeren Ständer 1, der im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet, jedoch oben derart erweitert ist, daß er einen kegeligen Sitz 2 bildet. Im Inneren des Ständers 1 und seiner zylindrischen Wand gleitbar anliegend befindet sich das im wesentlichen aus einem zylindrischen Teil 3 bestehende, die äußere Kraft aufnehmende Teil, das nahe seinem unteren Ende in einer durchgehenden Querbohrung das Zwischenglied in Gestalt ei nes kleinen kalibrierten Stabes 4 enthält. Vom unteren Ende des zylindrischen Teils 3 aus erstreckt sich eine axiale Bohrung ein kurzes Stück über die Querbohrung hinaus. In der axialen Bohrung ist der Eindringkörper in Gestalt eines Zapfens 5 angeordnet, dessen oberes Ende gegen den kleinen Stab 4 anliegt, während das untere Ende unmittelbar als Eindringfläche 6, vorzugsweise mit kugelförmiger Begrenzung, ausgebildet ist.

Eine von einer Feder 8 beaufschlagte Kugel 7 übt einen leichten Druck auf den Eindringkörper 5 aus, der ausreicht, um ihn durch leichte Reibung in seiner Ausgangsstellung zu halten und ein Herausfallen zu verhindern,

An den zylindrischen Teil 3 schließt sich nach oben ein konischer Kragen 10 und ein Kopf 9 an, auf den die äußere Kraft, insbesondere eine Stößkraft, z. B, mit einem Hammer, aufgebracht wird. Die auf den Kopf 9 wirkende äußere Kraft jagt diesen und damit auch den zylindrischen Teil 3 nach Unten, wobei der Stab 4 abgeschert wird and auf den Eindringkörper S nur genau denjenigen Anteil der angewendeten Kraft überträgt, der gemäß vorheriger Kalibrierung des Siabes 4 erforderlich ist, um das Abscheren zu bewirken. Da die Masse bzw. Trägheit des Eindringkörpers 5

ϊ sehr gering gehalten ist, kann die Wirkung der Geschwindigkeit, mit der er durch die äußerlich angewendete Scherkraft beaufschlagt wird, als vernachlässigbar klein angesehen werden, und der am Werkstück erhaltene Meßeindruck ist praktisch von dieser Geschwindigkeit unabhängig. Beispielsweise wurden mit einem Gewicht des Eindringkörpers 5 von 4,2 g und einer Bruchlast des Zwischengliedes 4 von 1600 kg Meßergebnisse der gewünschten hohen Genauigkeit erzielt.

Um die von dem zylindrischen Teil 3 während des Schlages aufgenommene Restenergie aufzunehmen, ist an diesem der konische Kragen \(S vorgesehen, der sich nach einem gewissen Weg in den konischen Sitz 2 des Ständers 1 so einkeilt, daß er nicht zurückprallen

M kann. Auf diese Weise wird also fewährleistet. daß der vom Eindringkörper 5 mit seim-r Endfläche 6 am Werkstück hervorgerufene Meßeindruck unverfälscht erhalten und nicht durch einen Rückprall des Körpers 3 verformt wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß eine andere Dämpfungseinrichtung für die Restenergie des die Kraft empfangenden Teils 3 vorgesehen ist. Der Ständer 1' ist daher ohne konische Erweiterung ausgebildet, und statt des konischen Kragens der Fig. 1 trägt der zylindrische Teil 3 einen vorspringenden Anschlag 11, der an der Unterseite mit einem Ring 12 aus nachgiebigem Material, wie z. B. Gummi od. dgl., verschen ist und dazu dient, den

)5 Stoß des Anschlags 11 gegen den oberen Rand 13 des Ständers Γ zu dämpfen und auf diese Weise das zylindrische Teil 3 an einem Rückprall zu hindern.

Gemäß Fig. 3 ist der Ständer 1' selbst mit einer

Dämpfung versehen in Gestalt eines ringförmigen Belags 14 aus nachgiebigem Material an seinem unteren Ende, das somit mittelbar, nämlich über den Ständer 1' zur Dämpfung des Stoßes bzw. Schlages auf das Teil 3 dient.

Schließlich ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 auf die Verwendung eines Ständers verachtet, während die übrigen Teile im wesentlichen unverändert bleiben. Die Dämpfung des Schlages auf das die äußere Kraft aufnehmende Teil 3 erfolgt jedoch hier durch einen nachgiebigen Ring 15, der in seiner entsprechenden Ausnehmung am unteren Ende des Teils 3 sitzt und einen harten Aufprall desselben auf das Werkstück und damit die Gefahr eines Rückpra'ls verhindert.

C jw-ohl der Anmeldungsgegenstand nicht an Einzelheiten der gezeigten Ausführungsbeispiele gebunden ist, ergeben sich daraus doch dessen wesentliche Merkmale. Insbesondere ist ersichtlich, daß die Masse des Eindringkörpers 5 gegenüber der auf das Werkstück zu übertragenden Kraft, die sich aus dem kalibnerten Stab 4, also dem Zwischenglied, ergibt, kleingehalten ist. Praktisch sollte das Verhältnis von dem Gewicht des Eindringkörpeis 5 zu der zn übertragenden Prüfläst nicht größer sein als 15 X 10~⁶, da dann Trägheitserscheinungen des Eindringkörpers vernachlässigbar sind Und außerdem die Gefahr von Verfälschungen des Meßergebnisses durch den Rückprall des äußeren, die anzuwendende Kraft aufnehmenden Teils 3 durch eine geeignete Dämpfung für

dieses Teil vermieden Wird. Besonders vorteilhaft hierfür ist die Ausbildung des Eindringkörpers S als kleiner Zapfen, der nicht über das Zwischenglied 4 hinausragt und an dem selbst die Eindringfläclie 6 unmittelbar ausgebildet ist. Unter der Voraussetzung, daß das Gewicht des Eindringkörpers als Ganzes gegenüber der zu übertragenden Kraft klcingehalten ist, könnte jedoch im Rahmen der Erfindung auch eine andere Ausführungsform für den Eindringkörper beispielsweise derart gewählt werden, daß er in bekannter Weise eineVQüerböhrüng zur Aufnahme des Zwischengliedes 4 aufweist und/öder daß sein unteres Ende als Halterung für eine Prüfkugej ausgebildet ist. Die gezeigte Ausführungsform des Eindringkörpers wird jedoch auch deshalb als besonders vorteilhaft angesehen, weil sie eine einfache Herstellung ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise gestattet. Dabei nfntint AIIiP IrMrl-it/a Ϊ2*»ϊί"η»ηίτ- urn flpn pinfarlipn *7~an-

feii 5 in seiner Ausgangsstellung zu halten, welche durch die federbelastete Kugel 7 in besonders vorteilhafter Weise zu erreichen ist, obwohl auch eine andere Art von zweckmäßig örtlich begrenzter Reibung zur Halterung vorgesehen werden könnte. Die gezeigte Kugeihalterurig hat jedoch neben der geringen föltendefi Reibung noch den Vorteil, daß die Federbelastung Wählbar ist und daher minimal gehalten werden kann. Da die Trägheit des Eindringkörpers jedenfalls gegenüber den zu übertragenden Kräften gering ist und eine Verfälschung des Meßergebnisses durch Rückprallwirkung des die Kraft zunächst aufnehmenden äußeren körpers 3 durch eine für diesen vorgesehene Dämpfungseinrichtung wirksam verhindert wird, ergibt sich insgesamt eine Vorrichtung mit einer Meßgenauigkeit, die bisher mit derart einfach aufgebauten und handlichen Geräten nicht zu erreichen gewesen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

b) Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Härtemessung mittels Kräften nicht kontrollierbarer Größe von der Art, bei welcher das die Kraft empfangende Teil auf den Eindringkörper eine begrenzte Kraft über ein Zwischenglied überträgt, das unter der Einwirkung der Kraft an mindestens einer Stelle zu Bruch geht, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) der Eindringkörper (5) besteht aus einem Zapfen von in bezug auf die zu übertragenden Kräfte geringer Trägheit;
das Verhältnis des Gewichts des Eindringkörpers zu der zu übertragenden Prüflast ist kleiner gleich 15 X l(T^ft;

c) als eine die Restenergie des die Kraft empfangenden Teils (3) aufnehmende Dämpfung5?inrichtung (2, 10, 12, 14, 15) ist ein Konus (10) an dem die Kraft empfangenden Teil (3) und ein diesen Konus in der Ausgangsstellung mit Abstand umgebender Hohlkonus (2) an einem Ständer (1) vorgesehen, mit dem der Konus durch Relativbewegung gegenüber dem Ständer in Eingriff bringbar ist;

d) der Eindringkörper (S) liegt mit seinem oberen Ende als Widerlager am Zwischenglied (4) an.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Konus (10) an dem die Kraft empfangen Jen Te-'. (3) und des diesen Konus umgebenden Hohlkonus (2) an dem Ständer (1) eine elastische Dämpf ng (12, 14, 15) an dem die Kraft empfangenden Teil (3) oder dem dieses Teil führenden Ständer (1) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindringkörper (5) durch Reibung (8) in seiner Ausgangslage gehalten ist.