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1. Alexandr Michajlowitsch Kutscherskij 2. Oleg Wladimirowitsch Nikitin,
3. Anatolij Pawlowitsch Pjatakow manuil Isaakowitsch Goloskow 5. Margarita Iwanowna
Kurilowa geb.Olechno MATERIALPRÜFGERÄT die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur
Materialprüfung, bei denen eine vorgegebene Belastung angelegt und die Verschiebung
eines Kontaktgliedes in mehreren Punkten des Materials gemessen wird.
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Genauer gesagt, betrifft die Erfindung Geräte zur Messung der Harte
von Materialien durch Einführung eines E.indringkörpers unter der Einwirkung einer
Kontakt- und einer Grundbelastung und kann z.B. zur Messung der Härte von Gummi,
Kunststoffen und anderen Materialien verwendet werd-en.
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Es sind Geräte zur Pestimmung der Gummihärte bekannt, deren Wirkungsweise
auf der Messung der Differenz zwischen der Eindringtiefen des Eindringkörpers und
den Gummi unter der Einwirkung der Grund- und der Kontaktbelastung beruht.. Zu solchen
Geräten gehören z.B. der Härtemesser nach John, der in der US-PS 2643545 beschrieben
ist, sowie ein sowjetischer Härtemesser zur Bestimmung der Härte in internationalen
Einheiten.
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Das zuletzt genannte Gerät ist dem in der oben genannten USA- Patentschrift
beschriebenen Gerät ähnlich. Das Gerät besteht aus einer Andruckplatte, der den
Probekörper an den Tisch andrückt, einem Eindringkörper, der zuerst unter der Einwirkung
der Kontaktbelastung und dann unter der Einwirkung der Grundbelastung eingesenkt
wird, und einem Anzeiger, der die Differenz zwischen der Eindringtiefe des Eindringkörpers
in den Probekörper unter der Einwirkung der Grundbelastung und der Eindringtiefe
unter der Einwirkung der Kontaktbelastung anzeigt.
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Bei den Prüfungen muß man die Härte mindestens in drei Punkten des
zu prüfenden Probekörpers bestimmen, was durch die Inhomogenität des zu prüfenden
Materials bedingt ist. In der in- und ausländischen Praxis ermittelt man die Harte
gewöhnlich in drei Punkten. Dieser Arbeitsgang ist sowohl mit einem bedeutendenden
Zeitaufwand, wie auch mit der Notwendigkeit verbunden, das arithmetische Mittel
aus den Ergebissen von drei Messungen zu berechnen.
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Außerdem bewegen sich im Laufe der Arbeit des bekannten Gerätes die
Eindringkörper in zwei Führungsstützen, wobei die dabei entstehende Reibung die
Meßfehler vergrößert, was besonders die Ergebnisse bei der Bestimmung der Härte
negativ beeinflußt, weil die Meßnorm eine strenge Toleranz vorsieht, die 2 gr beträgt.
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Insbesondere ist darauf hinzuweisen , daß bei der Verwendung von
bekannten Geräten Schwierigkeiten bei der Gewährleistung der Koaxialität zwischen
den Lasten und den Eindringkörpern bestehen, as noch dadurch erschwert wird, daß
infolge einer geringen Inhomogenität des Materials der Last deren Schwerpunkt außerhalb
der Symmetrieachse derselben, d.h. auch außerhalb der Achse des Eindringkörpers
liegen kann; dadurch kann ein Drehmoment entstehen, das an die Last-angelegt wird
und in Lagerungen der Eindringkorper zusätzliche Reibungskräfte entstehen läßt.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist also die Schaffung einz Gerätes
zur Materialprüfung von höherer Präzision, das von den genannten Mängeln frei ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das System des Anlegens
der Last und der kontrolle der Meßverschiebungen von Eindringkörpern in dem Gerät
zu ändern, um dadurch die durch fremde Einflüsse auf den Eindringkörper hervorgerufenen
Meßfehler auszuschließen und die Leistung des Prüfungsprozesses zu erhöhen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Gerät
zur i;1aterialprüfung vorgeschlagen, bei dem an die Materialien mittels eines Kontakt
stabes (Eindringkörpers), an eichen die vorgegebene Last angelegt wird, eine Belastung
angelegt wird; das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß drei Eindringkörper
vorgesehen sind,
zieren Stäbe mit einer einheitlichen mechanischen
Mittelungseinrichtung zur Mittelung der Verschiebungen derselben unter der Einwirkung
von Gewichten bei der Prüfung des Materials gleichzeitig in drei Punkten in Kontakt
gebracht werden, versehen sind. Eine solche technische Lösung gestattet es, die
Leistung der Materialprüfung zu erhöhen und bei Notwendigkeit gleichzeitig einen
einheitlichen gemittelten Kennwert, z.Bs für die Härte des Materials in drei Punkten
zu erhalten.
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Gemäß einer der Ausführungs varianten der vorliegenden Erfindung
ist das Gerät zur Materialprüfung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eindringkörper
an einer Hebelstange befestigt ist, deren Schwerpunkt in der stabilen Gleichgewichslage
liegt, während die Lasten zum Aufhängen an den Hebelstangen in einem Punkt eingerichtet
sind, der sich unterhalb des Punktes befindet, in dem der Eindringkörper gegen das
zu prüfende Material längster Vertikalachse des Eindringkörpers abgestützt ist.
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Diese Vervollkommnung gestattet es, die Belastung des Eindringkörpers
ohne irgendeine Reibung zwischen den Teilen des Gerätes und unter Vermeidung der
Gefahr der Entstehung eines Drehmomentes bei der Exzentrizität zwischen den PubkBny
in denen die Lasten angelegt sind, und dem Punkt, in dem der Eindringkörper gegen
das Material abgestützt ist, zu verirklichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das erfindungsgemäße
Gerät dadurch gekennzeichnet, daß die Last an der Hebelstange des Eindringkörpers
auf Haken aufgehwängt wird, die einen Winkel ausschnitt aufweisen, in den ein- ähnlicher
Ausschnitt der Hebelstange eintritt, wobei die in Kontakt miteinander stehenden
Scheitel der Ausschnitte in Arbeitsstellung an einer vertikalen Achse liegen, die
mit der Längsachse der Eindringkörper zusammenfällt.
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Diese Vervollkommnung ist zur Erreichung einer konstruktiv besonders
geeigneten Aufhängung der Lasten im Gerat zur Messung der Härte z.3 von Polymermaterialen
bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Gerät unterscheidet-sich außerdem dadurch9 daß
bei einer gleichzeitig in drei Punkten durchzuführenden Materialprüfung die mechanische
Mittelungseinrichtung zur Mittelung von linearen Verschiebungen ein Glied aufweist,
das gleichzeitig und ständig auf den Stäben der Eindringkörper in drei Punkten abgestützt
ist, die auf Radien liegen, welche unter einem Winkel von 120° in bezug zueinander
gedreht sind und von dem Punkt des Zentrums in gleicher Entfernung liegen, welcher
Punkt eine Verschiebung ausführt, wobei die Größe dieser Verschiebung ein arithmetisches
Mittel der Verschiebungen der Rindringkörper bildet.
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Eine solche konstruktive Ausführung der mechanischen Mittelungseinrichtung
gewährleistet gerade die Herstellung des arithmetischen Mittels der Verschiebung
in bezug zu allen drei
Eindringkörpern. Das wurde nachgewiesen und
mittels Versuchs- und Forschungsarbeiten bestätigt.
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Gemäß einer weiteren Ausführung ist das erfindungsgemäße gerät dadurch
gekennseichnet, daß das genannte Glied der mechanischen Mittelungseinrichtung einen
flachen dreistrahligen Hebel darstellt, an dessen Enden spharische Fassungen vorgesehen
sind, in welche die freien Enden der Eindringkörper eintreten, während in dem mittleren
Punkt des Hebels der Meßstab des Anzeigers zur Messung von linearen Verschiebungen
angelegt wird.
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Die Ausführung der mechanischen Mittelungseinrichtung in Forn eines
dreistrahligen Hebels stellt wie nachgewiesen weden konnte, eine besonders einfache
und bequeme technische Lösung dar, weil sie es gestattet, den Hebel leicht und mit
kleineren Dimensionen auszuführen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele eines Geräts zur Messung der Härte von Polymermaterialen erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gerät zur Bestimmung der Härte, das mit
drei Eindringkörpern versehen ist, welche mit einer mechanischen Mittelungseinrichtung
zur mittelung von linearen Verschiebungen zusammenarbeiten; Fig. 2 den Schnitt II-II
der Fig.1; Fig. 3 den Schnitt 111-111 der Fig. , 1, der in Drausicht die mechanische
Mittelungseinrichtung veranschaulicht;
Fig. 4 den Schnitt IV-IV
der Fig. 3; Fig. 5 ein grundsätzliches Schema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes zur Bestimmung der Harze von Materialen, in dem ein vervollkommnetes System
der Aufhängung der Last an dem Eindringkörper verwendet wurde; und Fig.6eineEinheit
zur Aufhängung der Last im Gerät der Fig. 5.
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Das Gerät zur Messung der Härte enthält drei Eindringkörper 1 (Fig.
1, 2), die mit ihren Längsachsen vertikal an den Ecken eines gleichseitigen Dreieckes
angeordnet sind und im unteren Teil mit einer Kugel enden, die zur Einführung in
den zu prüfenden Probekörper dient, sowie einen linearen Umsetzer 2 (Fig. 3) der
Verschiebungen, der als dreistrahliger Stern ausgebildet ist, die Eindringkörper
1 (Fig. 1,2) miteinander verbindet und zur Umsetzung der Verschiebungen aller Eindringkörper
in das arithmetrische Mittel der zu messenden Größe der Verschiebung dient.
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Die besonderen Eugelgelenke bestehen-aus einem Kugelbolzen 3 (Fig.
4), der mit dem Eindringkörper verbunden ist, einer Schale 4, die mit dem Umsetzer
2 verbunden ist, und eine sphärische innere Fläche aufweist, deren Radius derart
gewählt ist, daß der Berührungapunkt zwischen dem Bolzen und der Schale 4 in jeder
beliebigen Stellung des Umsetzers 2 an der vertikalen Achse a-a des Eindringkörpers
bleibt, wodurch die Belastung von dem federbelasteten Schenkel des Eindringkörpers
5 auf die Eindringkörper 1 streng vertikal ein'nirkt, was, seinerseits, die
Verminderung
der Reibung in den Führungen der Eindringkörper gewährleistet. Die Gelenke dienen
zur beweglichen Kopplung des Umsetzers 2 mit den Eindringkörpern 1.
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Es ist ein Schwinger vorgesehen, der zur Beseitigung der Haftreibung
in Gelenken (in den Figuren nicht wiedergegeben) dient.
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Der als Meßuhr ausgebildete Anzeiger 5, dessen federbelasteter Schenkel
gegen den Umsetzer 2 abgestützt ist, dient zur It.1essung der Verschiebung des æntralen
Punktes der Platte vom Umsetzer 2.
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Die zylindrischen Gewid*e 6 (Fig. 1,2), die in bezug auf die Eindringkörper
1 konzentrisch angeordnet sind, wirken bei der Messung der Härte von Polymermaterialen
auf die Eindringkörper.
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Der Schlitten 7 auf dessen horizontaler Fläche die Gewichte 6 bis
zum Moment der Messung abgestützt sind, bewegt sich bei der Drehung eines Handrades
9 an einer Stütze 8.
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Es ist auch eine Platte 10 vorgesehen, an welcher die Stütze 8 und
ein Standzeiger 11 befestigt sind, welche zur Kontrolle der vltDaSn Stellung der
Eindringkörper dienen. Auf der Platte 10 wird der zu prüfende Probekörper 12 angeordnet
und mittels der federbelasteten Platte 13 an diese Platte angedruckt Das Gerät hat
folgende Wirkungsweise. Beim Senken des Schlittens 7 wird der Probekörper 12 mittels
der Platte 13 an die Platte 10 angedrückt. Je nach dem weiteren Senken des
Schlittens
werden alle drei Eindringkörper 1 mit dem Probekörper in Berührung gebracht, wobei
an den Probekörper die Kontaktbelastung angelegt wird, welche durch das Gewicht
des Eindringkörpers 1 des Umsetzers 2 und den Druck der Feder des Eindringkörpers
5 gebildet wird. Dann wird die Skala des Anzeigers auf Null eingestellt. Je nach
dem weiteren Senken des Schlittens 7 wird die Last 6 auf die Ansätze der Endring
körper gelegt, die in den zu prüfenden Probekörper eingesenkt werden0 Die kennzeichnende
Hauptbesonderheit des Gerätes besteht darin, daß der Anzeiger das arithmetische
Mittel der Eindringtiefe de. drei Eindringkörper in das Material anzeigt, weil sein
Meßschenkel in einem solchen Punkt des linearen Umsetzers angeordnet ist, dessen
Verschiebungsgröße bei der Einsenkung der Eindn.ngkörper durch die Last das arithmetrische
Mittel aller Verschiebungen bildet.
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Die Erprobungen des Gerätes ergaben seine befriedigende metrologische
Daten und seine Betriebsfähigkeit.
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Es sei nun eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäPen Gerätes
betrachtet.
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Gemäß dieser vervollkommneten Ausführungsform sind drei Eindringkörper
14 (Fig. 5), welche unten einen kugelförmigen Aufsatz und oben einen Kegel 15 aufweisen,
mit einer Hebelstange 16 starr verbunden. Auf dem Kegel ist ein linearer Verschiebuqumsetzer
17 abgestützt, gegen dessen Zentrum der Schenkel des Anzeigers 18 abgestützt ist,
welcher am Ständer des Gerätes befestigt
ist. Die Hebelstange
16 ist derart konstruiert, daß ihr Schwerpunkt unterhalb des Stützpunktes des Eindringkörpers
14 an dem zu prüfenden Probekörper 19 liegt, wobei die Massen dieser Hebelstange
zu beiden Seiten der Vertikalachse a-a gleich sind. Auf diese Weise wird die Selbsteinstellbarkeit
der Hebelstange 16 mit dem Eindringkörper in Vertikalstellung gewährleistet. Die
Hebelstange 16 steht auf dem Probekörper frei und braucht keine Abstützungen. Die
Hebelstange 16 wird mittels des Begrenzers 20 gegen Drehung um die Achse des Eindringkörpers
gehalten. Der Probekörper 19 wird durch drei Andruckplatten 22 an den Objekttisch
21 angedrückt, Die Gewichte 23 werden an den Hebelstangen 16 auf Haken 24 (Fig.
6) aufgehängt. Beim Anlegen der Kontaktbelastung und nach der Prüfung befinden sich
die Gewichte auf einer Bühne 25.
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Das Gerät hat folgende Wirkungsweise. Der Objekttisch 21 mit einem
auf diesem angeordneten Probekörper 19 wird solange nach oben bewegt, bis die Eindringkörper
14 aus den kegelförmigen Führungen der Bohrungen des Begrenzer 20 heraustreten.
Die Bohrungen, in Draufsicht dargestellt, befinden sich in den Ecken eines gleichseitigen
Dreieckes, wodurch die erforderliche Anordnung der Eindringkörper am Probestück
gewährleistet wird. Der Probekörper wird mittels der Andruckplatten an den Tisch
angedrückt. Das Gewicht der Eindringkörper 14, der Hebelstangen 16, der Platte 17
und der Druck des Schenkels des Eindringkör pers 18 bilden die Kontaktbelastung.
Nachdem die Wirkungszeit der Kontaktbelastung eingestellt- ist, wird der Zeiger
des An zeiger auf Null justiert
Die Gewichte 23 befinden sich auf
der Bühne 25. Beim Senken der Bühne nach unten werden die mit Haken 24 versehenen
Lasten auf den Hebelstangen aufgehängt, und unter der Wirkung der Ge werden die
Eindringkörper in den Probekörper eingesenkt.
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Die Hebelstangen weisen Ausschnitte auf, deren Form der i'orm der
in Haken vorgesehenen Ausschnitte entspricht; die Ausschnitte sind an der Achse
a-a angeordnet und gewährleisten das Anlegen der Gewichte an der Achse der Eindringkörper,
wobei sie die Möglichkeit der Drehung der Ge ausschließen.
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Der Anzeiger 18, der im Zentrum eines gleichseitigen Dreieckes angeordnet
wird, in dessen Ecken die Eindringkörper angebracht sind5 zeigt das arithmetische
mittel aus der Eindringtiefe eines jeden Eindringkörpers. Nach der Ablesung der
Ergebnisse am Anzeiger hebt man die Bühne 25 an; dabei werden die Gewichte 23 gehoben,
und die Haken 24 treten aus dem Eingriff mit den Hebelstangen 16 heraus. Dann wird
der Tisch 21 gesenkt, die Hebelstangen gehen nieder und gelangen in die Ausgangsstellung
in denkegelförmigen Führungen des Begrenzers 20. Die freie Aufhängung der Gewichte
23 an den Hebelstangen 16 gewährleistet die Anordnung des Schwerpunktes der Lasten
an der verikalen Wachse a-a sogar dann, wenn der Schwerpunkt der Last nicht mit
dem geometrischen Zentrum derselben zusammenfällt. Das macht keine Anpassung der
Last mehr notwendig, gewährleistet ein unvermeidliches Anlegen des Gewichtes der
Last an den Eindringkörper längsder Achse des Eindringkörpers und schließt
die
Möglichkeit einer Abweichung des Eindn.ngkbrpers von der Vertikalen aus, was zu
einer Erhöhung der Meßgenauigkeit und zur Senkung der Streuung der Meßergebnisse
führt.
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Die Erprobungen des Härtemessers ergaben positive Ergebnisse.
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Selbstverständlich kann die Erfindung, obwohl sie im Zusammenhang
mit deren Anwendung in einem Gerät zur Messung der Härte von Polymermaterialen beschrieben
ist, mit Erfolg in bei obigen Geräten und Vorrichtungen verwendet werden, in denen
einerseits eine gemittelte Verschiebung der Teile der Vorrichtung oder des Fühlgliedes
des Anzeigers auf der Grund lage von drei vorhandenen Verschiebungen gewährleistet
werden soll und bei denen es andere seite wünschenswert ist, die Wirkungsfehler
der Vorrichtungen unter dem Einfluß eines exzentrischen Anlegens der Lasten oder
einer gegenseitigen Reibung der Teile zu beseitigen. Obwohl die gemeinsame Verwendung
aller gemaß der Erfindung vorgeschlagenen Vervollkommnungen die besten Ergebnisse
erzielen läßt, ist jede Vervollkommnung im einzelnen auch wertvoll für die Erreichung
eines besonderen Zweckes.