DE2321747A1 - Verfahren zur haertemessung und haertemessvorrichtung - Google Patents

Description

Luc JoIy

Montmoreny/Frankreich Δό c. \ I ** I

Ambro Oliva
Deuil-la-Barre/Frankreich

Verfahren zur Härtemessung und Härtemeßvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Härtemessung eines Materiales mittels Messung der Größe des Eindruckes eines härteren Werkzeuges und auf eine Härtemeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Messung der Härte sind verschiedene Verfahren bekannt. In der Mehrzahl wird ein mindestens teilweiser Eindruck in das zu prüfende Material mittels eines härteren, eindringenden Werkzeuges geschaffen, beispielsweise mittels einer Kugel oder einer Spitze; die Breite dieses Eindruckes in dem Material ist um so größer, als die Härte des Materials gering ist. Eine Größenmessung des Eindruckes nach Tiefe, Weite oder Durchmesser beispielsweise erbringt für die Härte des zu messenden Materials charakteristische Resultate.

Diese Verfahren weisen gewisse Nachteile auf. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Härteprüfversuche meistens auf Probestücken durchgeführt werden müssen und nicht auf den echten Werkstücken, so daß deren wirkliche Härte an sich unbekannt bleibt.

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Die Verwendung derartiger Probestücke ist häufig unvermeidlich, weil die Werkstücke selbst häufig zu groß sind, um auf eine Härteprüfmaschine aufgespannt zu werden, oder weil diese so ausgebildet ist, daß sie nicht in geeigneter Weise zu dem Werkstück angeordnet werden kann.

Wenn jedoch die Ausführung eines Versuches direkt auf dem zu untersuchenden Werkstück möglich wäre, ermöglichen es die bisher bekannten Härteprüfverfahren jedoch nicht, den erzeugten Eindruck unabhängig von dem Werkstück im Labor oder Archiv aufzubewahren, was in manchen Fällen ein Nachteil sein kann.

Schließlich sind die meisten Härtemeßvorrichtungen ziemlich schwer, so daß sie nur mit Mühe getragen werden können, wobei noch gewisse Elemente sich verformen können, was zu ungenauen Messungen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Härtemessung und eine Härtemeßvorrichtung zu schaffen, mit dem die geschilderten Nachteile vermieden werden können. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch, daß zwischen "zu prüfendem Material und Werkzeug ein perforierbares Folienblatt gelegt wird und daß die Größe des Eindruckes des Werkzeuges auf die Größe der Perforation in dem Folienblatt bezogen wird.

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Mit dem neuen Verfahren wird ermöglicht, daß das perforierte Folienblatt im Archiv aufbewahrt werden kann, und zwar unabhängig von dem Versuchsmaterial und insbesondere von dem Werkstück, welches aus einem derartigen Material besteht, auf welchem der Härteversuch stattgefunden hat.

Die Durchführung des Verfahrens mit dem perforierbaren Folienblatt führt zu weiteren Vorteilen bei der Härtemeß- · vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art.

Nach einem ersten Aspekt ist eine derartige Härtemeßvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeughalter verschiebbar auf einem Träger montiert ist und ein Eindringwerkzeug trägt, und daß eine Ansetzeinrichtung ein perforierbares Folienblatt vor dem Eindringwerkzeug und unverschieblich zu dem Werkzeughalter trägt.

Vorzugsweise wird der Werkzeughalter durch einen Stößel gebildet, der axial verschiebbar in einem rohrförmigen Führungsträger montiert ist und dort der Einwirkung einer Vorschnell- oder Eindringvorrichtung ausgesetzt werden kann, die beispielsweise aus elastischen Einrichtungen bestehen.

In dieser Hinsicht und gemäß einem allgemeineren Aspekt ist die neue Härtevorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeughalter gegenüber einem Träger bewegbar gelagert ist, daß der Werkzeughalter einer Vorschnelleinrichtung

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unterworfen ist, die in dem Träger eingeschlossen ist, und daß der Werkzeughalter zum Halten eines Eindringwerkzeuges eingerichtet ist.

Aus dieser Ausgestaltung folgt, daß die Härtemeßvorrichtung tragbar ausgeführt sein kann und daß ferner die Vorrichtung in beliebiger Richtung auf das zu untersuchende Werkstück gesetzt werden kann.

Im übrigen ist das perforierbare Folienblatt am Ende einer Buchse befestigt und verschließt diese; die
Buchse ist zum Ansetzen, zum Beispiel durch Anschrauben, in unverschiebbarer Weise auf dem Werkzeughalter und das Werkzeug umgebend eingerichtet.

Eine solche Buchse, die einen Erfindungsgegenstand ausmacht, stellt für sich den Vorteil dar, daß die Aufbewahrung des perforierbaren Folienblattes an seinem vorderen Ende im Archiv erleichtert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr an Hand der Zeichnung besprochen. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die neue Härtemeßvorrichtung in deren Ruhelage,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht einer

Einzelheit der neuen Härtemeßvorrichtung,

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Fig. 3 eine Einzelheit nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Probebuchse bei abgebrochenem Teilstück in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung der Anwendung der neuen Vorrichtung,

Fig. 6 eine analoge Ansicht zu Fig. 1, jedoch für die gespannte Ansicht zu Fig. 1, jedoch für die gespannte Lage,

Fig. 7 A und 7 B schematische Ansichten im axialen Schnitt zur Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Vorrichtung,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Probebuchse nach ihrer Perforation,

Fig. 9 ein Schema zur Erläuterung des Verfahrens zur Messung der Oberfläche der Probebuchse.

Nach den dargestellten Ausführungsformen weist die neue Härtemeßvorrichtung einen stößelartigen Werkzeughalter und einen rohrförmigen Führungsträger 11 auf, in welcher der Werkzeughalter verschiebbar geführt ist.

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Der stößelartige Werkzeughalter 10 ist axial in dem Führungsträger 11 geführt, und zwar einerseits durch einen Abschnitt verminderten Durchmessers 13, der ein Lager bildet, und andererseits durch eine Verdickung 14, die beispielsweise durch Verschraubung auf dem Stößel 10 befestigt ist und einen ringförmigen Wulst in Kontakt mit der inneren Bohrung 15 des Führungsträgers 11 bildet.

In dieser Bohrung 15 ist eine Rückholfeder 16 koaxial um den stößelförmigen Werkzeughalter 10 angeordnet, und zwar einerseits zwischen einer von der Wand des Abschnittes mit dem verengten Durchmesser gebildeten Schulter 13 und andererseits Hiner Schulter an dem stößelförmigen Werkzeughalter 10, die beispielsweise durch eine Scheibe 17 zwischen dem Stößel und dem Wulst 14 gehalten wird.

Auf der anderen Seite des Abschnittes mit verringertem Durchmesser 13 ist eine Vorschnellfeder 18 koaxial zu dem stößelartigen Werkzeughalter 10 angeordnet und erstreckt sich zwischen der von der Wand des Abschnittes mit verringertem Durchmesser 13 gebildeten Schulter und einer Schulter des stößelartigen Werkzeughalters 10, wie beispielsweise durch einen Bund 19 gebildet wird.

In der dargestellten Ausführungsform trägt das Ende 14 einen sich radial erstreckenden Stift oder Daumen 20, der zur Zusammenarbeit mit einer Spann- Schrägfläche 21 dient, die · im großen und ganzen schraubförmig verläuft und vorzugsweise

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winkelmäßig auf dem Führungsträger 11 befestigt ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Spann-Schrägfläche außerdem durch eine der Flächen einer Aufzugsbuchse 22 gebildet, welche das entsprechende Ende des Führungsträgers 11 umgibt und gegenüber diesem axial gegen die ¥irkung einer Kompensationsfeder 23 verschoben werden kann, die zwischen der anderen Endfläche der Aufzugsbuchse 22 und einer Schulter 24 des Führungsträgers 11 liegt.

Die Enden der Spann- Schrägfläche 21 der Aufzugsbuchse 22 sind voneinander durch einen Schlitz 35 getrennt, der sich längs erstreckt und der mindestens einen Teil der erzeugenden Buchse betrifft.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aufzugsbuchse 22 selbst von einem rohrförmigen Aufzugsgriff 25 umgeben, und eine bei der Drehung ausrückbare Kupplung ist zwischen diesem Griff 25 und dem stößelartigen Werkzeughalter 10 vorgesehen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bei der Drehung ausrückbare Kupplung einerseits durch einen Vorsprung in der Art des Endes eines Schraubenziehers 26, der am Ende des stößelartigen Werkzeughalters 10 sitzt, und eine komplementäre Aussparung 27 gebildet, die axial dazu im inneren des Aufzugsgriffes 25 angeordnet ist.

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Auf dem dem Aufzugsende entgegengesetzten Ende trägt der stößelartige Werkzeughalter 10 ein Eindringwerkzeug 28, welches beispielsweise eine aufgeschraubte Diamantspitze 29 aufweist und andererseits am Umfang eine Probebuchse 30, die ebenfalls aufgeschraubt ist.

Eine solche Probebuchse ist in Fig. 4 isoliert dargestellt. Zur Befestigung an dem Werkzeughalter 10 ist die Verschraubung 31 vorgesehen und am anderen Ende ein perforierbares Folienblatt 32, welches die Buchse verschließt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Blatt eine gewisse Wölbung auf, so daß die Spitze 29 des Werkzeugs 28 ohne Berührung mit dieser Spitze umgeben wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Das Material des Blattes 32 ist beliebig. Vorzugsweise wird jedoch ein dehnbares und duktiles Metall verwendet, welches nicht zu hart ist und chemisch relativ träge ist, insbesondere im Hinblick auf Oxidation. Blei und Aluminium bzw. deren Legierungen sind insbesondere geeignet, wobei jedoch keine Beschränkung auf diese Metalle beabsichtigt ist.

Das Folienblatt 32 kann auf der Buchse 30 in geeigneter Weise befestigt werden, beispielsweise durch Kleben, Löten, Klemmen oder dergleichen. Vorzugsweise erfolgt die

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Befestigung über den gesamten Rand der Buchse 30.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Rückholfeder 16 und · die Vorschnellfeder 18 einander entgegenwirken, also Antagonisten sind. In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung definieren die Federn 16 und 18 zusammen eine Ruhestellung des stößelartigen Werkzeugträgers 10,wobei der radiale Stift 20 sich mit Bezug auf den Schlitz 35 der Spannbuchse 22 leicht unterhalb der untersten Stelle der Schrägfläche 21 befindet.

Gegen die Kraft der Vbrschnellfeder 18 ist der stößelartige Werkzeughalter 10 axial in dem Führungsträger 11 zwischen der oben definierten Ruhelage und einer Spannlage bewegbar, die durch Aufstützen des Bundes 19 gegen eine innere Schulter 36 der entsprechenden Bohrung 37 des Führungsträgers 11 definiert wird, wie sich aus Fig. 6 ergibt.

Außer dieser axialen Bewegbarkeit kann sich der stößelartige Werkzeughalter 10 auch in dem Führungsträger 11 drehen.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann in tragfähiger Ausführung hergestellt werden, wobei die äußeren Abmessungen beispielsweise mit denen eines mittelgroßen Schraubenziehers vergleichbar sind. Er kann deshalb leicht in Gang gesetzt v/erden und wie sich insbesondere aus Fig. 5 ergibt,

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kann auch ein Werkstück großer Abmessung auch an seinem Einsatzort leicht auf seine Härte überprüft werden, wobei die Richtung der Prüfung beliebig sein kann und insbesondere die radiale Richtung gewählt wird, wenn das Werkstück zylindrisch ist.

Der Betrieb der Härtemeßvorrichtung ist wie folgt:

Das Ende des rohrförmigen Führungsträgers 11 wird zunächst mit dem zu prüfenden Werkstück 40 in Kontakt gebracht (Fig. 5 und 7 A). Dann wird der Aufzugsgriff 25 in Eingriff mit dem stößelartigen Werkzeugträger 10 gebracht und entsprechend dem Pfeil 42 in Fig. 5 gedreht. Bei dieser Drehung muß der Stift 20, der ursprünglich in der Ruhelage ist, der Aufzugs-Schrägfläche 21 folgen, was zu einer axialen Rückzugsverschiebung. des stößelartigen Werkzeughalters 10 in dem Führungsträger 11 gegen die Kraft der Vorschnellfeder 18 führt. Diese Rückzugsbewegung erfolgt so lange, bis der Bund 19 des Werkzeughalters 10 gegen die Schulter 36 anschlägt, die zu diesem Zweck im Führungsträger 11 angebracht ist, was der Spannlage nach Fig. 6 entspricht.

Wenn die Drehung des Aufzuggriffes 25 weiterhin erfolgt, verschiebt sich die Spannbuchse 22 axial gegenüber dem Führungsträger 11 und gegen die Kraft der Kompensationsfeder 23, deren Aufgabe gerade darin besteht, eine genaue Spannlage für den Werkzeughalter 10 zu definieren.

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Sobald der Stift 20 gegenüber dem Schlitz 35 der Spannbuchse 22 (Fig. 6) ankommt, ist der stößelartige Werkzeughalter 10 frei und wird infolge der gespannten Feder 18 ■ kräftig nach vorne angetrieben, wodurch.das partielle Eindringen der Diamantspitze 29 in das zu prüfende Werkstück 40 bewirkt wird,(Fig. 7 B). Im Laufe dieses Eindringens bildet sich eine Perforation 45 in dem Folienblatt 32 und die Größe der Perforation dient als Maß der Härte des Werkstückes 40.

Als Größe wird vorzugsweise die Oberfläche der Perforation ausgewertet, da diese proportional zum Quadrat der Länge ist, und somit eine empfindlichere Messung gegenüber der einfachen Längenmessung gestattet. Die Messung des Durchmessers könnte mit Hilfe von konischen geeichten Spitzen erfolgen, deren Eindringtiefe in die Perforation 45 gemessen werden kann. Die Größe der Perforation 75 könnte auch durch den Durchfluß eines Gases oder einer Flüssigkeit gemessen werden. Es könnte auch die durch eine solche Perforation hindurchgehende Energiemenge gemessen werden, beispielsweise eine Schall- oder Ultraschallenergie oder eine elektrische Energie.

Vorzugsweise wird jedoch die Größe der Oberfläche optisch ausgemessen, wie in Fig. 9 dargestellt. Danach wird eine homogene Lichtquelle 50 mit Hilfe einer Lampe 51 gebildet, die im Hinblick auf gleichbleibende abgegebene Lichtmenge

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gespeist wird und die im Inneren eines reflektierenden kuppeiförmigen Kolbens 52 angebracht ist und deren Licht mit optischen Fasern 53 gegen die Perforation 45 gelenkt wird, deren Oberfläche ausgemessen werden soll. Diese Perforation läßt ein Lichtbündel 46 durch und fällt auf einen fotoelektrischen Wandler 47. Die an den Klemmen 48 des fotoelektrischen Wandlers abgenommene Spannung ist ein Maß der Lichtdichte des Bündels 46 und damit ein Maß der Oberflächengröße der Perforation 45.

Eine derartige Messung hat den Vorteil, daß sie unabhängig von der Homogenität des foto elektrischen Wandlers 47 ist, da dessen gesamte Oberfläche von dem Bündel 46 erfaßt wird. Der fotoelektrische Wandler wird deshalb in genügender Entfernung von der Perforation 45 angeordnet, damit er ganz in das Lichtbündel eingetaucht ist, was auch immer der Durchmesser des Loches ist.

Die erhaltenen Ergebnisse hängen offenbar nicht von der Art des für das Folienblatt verwendete Materials ab, wenn dieses nur genügend weich ist, noch von der Dicke der Folie. Die Größe der Perforation hängt dagegen im wesentlichen von der Form der Spitze des eindringenden Werkzeuges, von der Größe der Bewegung, von der Größe der angelegten Energie bei dem Kontakt mit dem zu untersuchenden Werkstück ab; Da diese Parameter jedoch

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ist es möglich, ein Härtemaßstab als Punktion der Oberfläche der erhaltenen Perforationen zu definieren. Dieser Maßstab erweist sich in der Praxis als getreu und sicher. -

Es versteht sich, daß die Erfindung sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern Varianten der Ausführung umfaßt, insbesondere was die Mittel zum Vortrieb des Werkzeughalters und/oder die Mitte zur Verschiebung des Werkzeughalters von seiner Ruhestellung in die gespannte Lage betrifft, ferner könnte die Aufzugs- Schrägfläche auf dem stößelartigen Werkzeughalter sitzen und/oder die Mittel zur Kopplung der ausrückbaren Drehbewegung, um die Drehung des Werkzeughalters zu bewirken könnten entsprechend abgewandelt werden, der Griff 25 könnte beispielsweise einen Vorsprung tragen, der komplementär zu einer Aussparung in dem Werkzeughalter ist und/oder auch die Mittel zur Befestigung des Folienblattes auf dem Werkzeughalter könnten abgewandelt werden.

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   .J Verfahren zur Härtemessung eines Materials mittels Messung . der Größe des Eindruckes eines härteren Werkzeuges in dem zu prüfenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zu prüfendem Material (40) und Werkzeug (29) ein perforierbares Folienblatt (32) gelegt wird und daß die Größe des Eindruckes des Werkzeuges (29) auf die Größe der Perforation (45) in dem Folienblatt (32) bezogen wird.
2. 2. Härtemeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeughalter (10) verschiebbar auf einem Träger (11) montiert ist und ein Eindringwerkzeug (28) trägt, und daß eine Ansetzeinrichtung (30) ein perforierbares Folienblatt (32) vor dem Eindringwerkzeug (28) und unverschieblich zu dem Werkzeughalter (10) trägt.
3. 3. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnet, daß das perforierbare Folienblatt (32) am Ende einer Buchse

   ■ (30) befestigt ist und diese verschließt, und daß die Buchse , (30) zum Ansetzen - z. B. durch Anschrauben - in unverschiebbarer Weise auf dem Werkzeughalter (10) und das Werkzeug (28, 29) umgebend eingerichtet ist.
4. 4. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierbare Folienblatt (32) nach außen gewölbt ist.

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5. 5. Härteme"ßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter durch einen Stößel (10) gebildet wird, der axial verschiebbar in einem rohrförmigen Führungsträger (11) montiert ist und dort der Einwirkung einer Vorschnell- oder Eindringvorrichtung (18) ausgesetzt werden kann.
6. 6. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschnell- oder Eindringvorrichtung eine Antriebsfeder (18) zwischen einer Schulter (19) des Stößels (10) und einer Schulter (36) des Führungsträgers (11) aufweist und daß der Stößel (10) in dem Führungsträger (11) gegen die Kraft der Antriebsfeder (18) zwischen einer Ruhelage und einer Spannlage bewegbar ist.
7. 7. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückholfeder (16) in Gegenrichtung zu der Aritriebsfeder (18) den Stößel (10) in seine Ruhelage drängt.
8. 8. Härtemeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, die eine im großen und ganzen schraubenförmige Schrägfläche (21) auf dem Werkzeughalter oder vorzugsweise winkelmäßig auf dem Führungsträger (11) angebracht sowie ein Führungsstift (20) auf dem jeweils anderen Teil

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   (Führungsträger oder Werkzeughalter) zur Zusammenarbeit mit der Schrägfläche (21) aufweist, und daß die Enden der Schrägfläche (21) durch einen sich längs erstreckenden Schlitz (35) voneinander getrennt sind.
9. 9. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (20) von dem Werkzeughalter (10) getragen wird und dieser drehbar in dem Führungsträger (11) angeordnet ist.
10. 10. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (21) auf einer Buchse (22) angebracht ist, die das eine Ende des Führungsträgers (11) umgibt und zu dieser axial entgegen der Kraft einer KompenssfcLonsfeder (23) bewegbar ist und daß die Spannlage des stößelartigen Werkzeughalters (10) durch, die Abstützung einer Schulter (19) des stößelartigen Werkzeughalters

    (10) auf einer von dem Führungsträger (11) getragenen Anschlag (36) bestimmt wird.
11. 11. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzugsgriff (25) vorgesehen ist, der eine bei der Rotation ausrückbare Kuppeleinrichtung (26) zur Dreh- Mitnahme des stößelartigen Werkzeughalters (10) aufweist.
12. 12. Härtemeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzugsgriff (25) rohrförmig ausgebildet ist und in

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    seinem Inneren in axialer Richtung ein Kupplungselement aufweist, welches als Aussparung (27) oder als Vorsprung ausgebildet ist und zur Zusammenarbeit mit einem komplementären Koppelelement dient, welches als Vorsprung (26) oder Aussparung ausgebildet ist und von dem stößelartigen Werkzeughalter (10) getragen wird.
13. 13. Härtemeßvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeughalter gegenüber einem Träger bewegbar gelagert ist, daß der Werkzeughalter einer Vorschnelleinrichtung unterworfen ist, die in.dem Träger eingeschlossen ist und daß der Werkzeughalter zum Halten eines Eindringwerkzeuges eingerichtet ist.
14. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Buchse, die an einem Ende durch ein perforierbares Folienblatt verschlossen ist und am anderen Ende auf einem Werkzeughalter angesetzbar ist.

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