DE2539661C3 - Härte-Prüfgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Härte-Prüfgerät mit einem einen Eindringkörper tragenden Prüfstempel, der von einem mit einem Prüfling in Verbindung bringbaren Zylinder gleitend umfaßt ist, welch letzterer in einem Gehäuse verschiebbar geführt ist und mit einer twischen dem Gehäuse und dem Prüfstempel angeordtieten Feder. Prüfgeräte dieser Art sind als Vorlasthärteprühr bekannt (DE AS 12 46 279).

Bei bekannten Härte-Prüfgeräten wird durch den Prüfstempel und den eine vorbestimmte Form aufwei- »enden Eindringkörper eine vorbestimmte Testlast auf den Prüfling aufgebracht, um in der Oberfläche desselben eine Einkerbung bzw. Vertiefung zu erzeugen. Daraufhin wird die Fläche oder die Tiefe der Einkerbung gemessen, um die Härte des geprüften Materials zu bestimmen. Hierbei ist jedoch ein hoher Grad an technischem Geschick erforderlich, um eine präzise Messung der Fläche oder Tiefe einer derartigen Vertiefung vornehmen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Härte-Prüfgerät zur Verfugung zu stellen, das die Härte eines Materials durch Messen der Kraft ermittelt, die aufgewendet werden muß, um im Prüfling eine Vertiefung mit einer vorbestimmten Größe zu erzeugen. Dies beruht auf der Überlegung, daß die Kraft, die erforderlich ist, eine Vertiefung einer vorbestimmten Größe zu erzeugen, von der Härte der Materialien abhängt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Prüfstempel im durch Druckkräfte unbeeinflußten Zustand durch die zwischen ihm und dem Gehäuse angeordnete Feder mit dem ihn umfassenden Zylinder mit Abstand von der unteren Oberfläche des auf einen Prüfling aufsetzbaren Gerätegehäuses gehalten ist, zwischen seinem oberen Ende und dem Eindringkörper ein an eine Anzeigevorrichtung angeschlossener Lastdetektor vorgesehen ist und daß der Hub des Prüfstempels gegenüber dem Zylinder auf einen wählbaren Betrag einstellbar ist

Bei dem erfindungsgemäßen Härte-Prüfgerät wird der Prüfstempel, nachdem die am unteren Ende des Zylinders vorgesehene Bezugsebene mit dem Prüfling in Berührung gebracht worden ist, entlang des Zylinders gesenkt, bis er seinen einstellbaren, maximalen Hub ausgeführt hat. Dabei wird der am unteren Ende des Prüfstempels vorgesehene Eindringkörper auf eine vorbestimmte Tiefe -n den Prüfling gedrückt, wobei die für die Durchführung dieses Eindrückvorganges erforderliche Kraft durch den Lastdetektor gemessen wird. Die Härte des getesteten Materials ergibt sich durch Ablesen der Last-Anzeigevorrichtung.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Härte-Prüfgerätes besteht darin, daß ein Maximalwert-Detektor vorgesehen ist, der den höchsten Wert aus den Ablesungen des besagten Lastdetektors ermittelt, sowie eine Anzeigevorrichtung, welche die aus dem Maximalwert ermittelte Härte anzeigt.

Da der Maximalwert der durch die Last-Anzeigevorrichtung gemessenen Lasten durch den Maximalwert-Detektor ermittelt wird, und die aui diesem ermittelten Maximalwert basierende Härte durch die Anzeigevorrichtung angezeigt wird, kann die Härtebestimmung mit größerer Geschwindigkeit und Leichtigkeit erzielt werden.

Außerhalb des Gehäuses kann ein Druckzylinder vorgesehen werden, der in der Lage ist, sich mittels einer weiteren Feder koaxial mit ersterem zu verschieben. Weiterhin ist ein Anlenkzapfen od. dgl. zur Übertragung der Drucklast zwischen einer an der Oberseite des Druckzylinders festgelegten Prüfvorrichtung und dem oberen Ende des Prüfstempels vorgesehen.

Bei einem derart ausgestalteten Härte-Prüfgerät wird der Zylinder durch das Gehäuse geführt, während er sich auf den Prüfling niederbewegt, bis die Bezugsebene an dessen Unterseite in Berührung mit der Oberfläche des Prüflings kommt. Dadurch ist es möglich, daß der Prüfstempel in rechten Winkeln /ur Oberfläche des Prüflings durch den Zylinder gestoßen wird. Auch verhindert die Übertragung der Drucklast durch einen Anlenkungszapfen zwischen der Druckvorrichtung und dem Prüfstempel, daß auf den Prüfstempel ein Drehmoment übertragen wird.

Dies erlaubt ein präzises Eindringen des Eindringkörpers in den Prüfling, was eine außerordentlich genaue Härtebestimniung zur Folge hat.

Die Erfindung wird anhand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nach-

stehend näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Härte-Prüfgerätes,

F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Relation zwischen dem Lastdetektor und der Härte-Anzeigevorrichtung des Härte-Prüfgerätes nach F i g. 1, ■>

Fig.3 eine graphische Darstellung der zeitbezogenen Leistungsänderungen der miteinander verbundenen Teile der F ig. 2,

Fig.4 einen Vertikalschnitl eines weiteren Härte-Prüfgerätes, II)

Fi g. 5 eine perspektivische Ansicht des oberen Teils des Gehäuses des Härte-Prüfgerätes nach F i g. 4,

F i g. 6 und 7 Teilschnitte des Härte-Prüfgerätes nach F i g. 4, eingesetzt unter verschiedenen Bedingungen,

Fig.8 einen Querschnitt, gesehen in Richtung des r> Pfeiles VIII der Fig.4und

Fig.9 eine Unteransicht, gesehen in Richtung des PfeilesΪΧder Fig.4und8.

Nach F i g. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein Zylinder 2 koaxial und verschiebbar angeordnet. Innerhalb des >o Zylinders 2 ist, ebenfalls koaxial und verschiebbar, ein Prüfstempel 3 angeordnet.

Am unteren Ende des Prüfstempels 3 ist ein Eindringkörper 4 lösbar festgelegt, während ein Lastdetektor 5, z. B. eine Lastzelle, etwas höher als der i=, Eindringkörper 4 angeordnet ist Eine Preßvorrichtung 6 ist an der Oberseite des Priifstempels 3 vorgesehen, wobei eine Feder 7 zwischen dem äußeren Umfang der Preßvorrichtung 6 und einem Schulterteil des Gehäuses 1 angeordnet ist w

Eine Bezugsebene 9, die mit einem Prüfling 8 in Berührung kommt, ist am unteren Ende des Zylinders 2 vorgesehen. Voneinander beabstandete Flächen 10 an der Oberfläche des Zylinders 2 und an der unteren Fläche der Preßvorrichtung sind gebildet, um die ιϊ maximale Axialbewegung des Prüfstempels 3 in bezug auf den Zylinder 2 zu begrenzen bzw. einzustellen.

Der Prüfstempel 3 wird, wenn keine Druckkräfte auf ihn einwirken, durch die Feder 7 nach oben angehoben, so daß sein unterer Flansch 11 an einer Anlagefläche 12 mi am unteren Ende des Zylinders 2 anliegt.

Dementsprechend wird auch der Zylinder 2 durch die Feder 7 nach oben gezogen, wodurch dessen unterer Flansch 12 mit einer Anlagefläche 14 am unteren Ende des Gehäuses 1 in Berührung gehalten wird, so daß die 4i am unte^ren Ende des Zylinders 2 vorgesehene Bezugsebene 9 geringfügig oberhalb der unterer. Oberfläche la des Gehäuses 1 liegt.

Soll die Härte des Prüflings 8 bestimmt werden, so wird zunächst das Gehäuse 1 auf den Prüfling 5» abgesenkt, und dann wird die Preßvorrichtung 6 nach unten gedrückt, und zwar entgegen der Kraft der Feder 7, um den Prüfstempel 3 zu senken. Dabei senkt sich auch der auf dem unteren Flansch 11 des Prüfstempels 3 aufsitzende Zylinder 2 nach unten, bis seine Bezugsebe· y, ne 9 mit der oberen Fläche des Prüflings 8 in Berührung kommt.

Wenn die Preßvorrichtung 6 nun weiter nach unten gedrückt wird, dann wird der Pnifstempel 3 allein weiter _w) abgesenkt, und der Eindringkör-per 4 berührt mit seinem unteren Ende den Prüfling 8 und dringt in diesen ein.

Da das Maß des Eindringens des Eindringkörpers 4 in den Prüfling 8 von dem Abstand zwischen den beiden Flächen 10 abhängt, kann der Eindringkörper 4 immer ^ nur bis in eine vorbestimmte Tiefe in den Prüfling Ö hineinbewegt werden.

Sobald nämlich der Prüfstempel 3 einmal durch die Preßvorrichtung 6 bis zu dem Punkt, an dem sich die Flächen IO berühren, nach unten gedruckt wird, wird jede überschüssige Kraft, die durch ein weiteres Niedergehen der Preßvorrichtung 6 aufgebracht wird, über die Flüchen 10 auf den Zylinder 2 übertragen und von da über die Bezugsebene 9 auf Flächen des Prüflings 8, die nicht von der Härtemessung betroffen sind.

Da die Flächen 10 oberhalb des Lastdetektors 5 angeordnet sind, ist die ermittelte Last die, die aufgewendet wurde, um den Eindringkörper 4 in das Muster 8 hineinzudrücken.

Dadurch wird die Härte des Musters 8 als Funktion der Kraft F, die durch den Lastdetektor 5 gemessen wird, bestimmt.

Die durch den Lastdetektor 5 ermittelte Maximalkraft wird als Fi bezeichnet, sie wird zu dem Zeitpunkt erreicht, in dem der Eindringkörper 4 in den Prüfling 8 bis zum vorbestimmten Maß eingedrungen ist, was dem Aneinanderliegen der Flächen 10 entspricht Nach diesem Ztitpunkt baut der Eindringkörper 4 im Prüfling 8 eine dauerhafte Belastung (pe -,anent strain) auf, daher wird das Eindringen des Eindnngkorpers 4 durch die Kraft Fi auf einem vorbestimmten Niveau gehalten, wobei die Kraft F2 etwas weniger stark ist als Fi.

Bei diesem Härte-Prüfgerät wird die Härte H als Funkt¹ on des Maximalwertes Fi bestimmt. Das heißt: H3/"(F1).

Dementsprechend wird ein Maximalwert-Detektor 5b durch einen Verstärker 5a mit dem Lastdetektor 5 verbunden, wie dies in F i g. 2 veranschaulicht ist. Weiterhin ist eine Anzeigevorrichtung 5c mit dem Maximalwert-Detektor 56 verbunden, um die aus dem Maximalwert bestimmte Härte anzuzeigen.

Der Verstärker 5a, der Maximalwert-Detektor 5b und die Härte-Anzeigevorrichtung 5cbefinden sich in einem nicht gezeigten Gehäuse und sind an der Preßvorrichtung 6 festgelegt.

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung, die angibt, wie die Leistung Fdes Lastdetektors, die ei des Verstärkers 5a und die Leistung e? des Maximalwert-Detektors 5b sich mit der Zeit t, während welcher die Härtemessung durchgeführt wird, verändern. In dieser graphischen Darstellung gibt fo den Punkt an, an dem der Eindringkörper beginnt, in einen Prüfling einzudringen. Vor dem Punkt ίο sind die Werte von F, ei und e* alle negativ, da der Lastdetektor 5 die Zug- bzw. Spannkraft unter dem Einfluß eines Teils des Gewichtes des Prüfstempels 3 und des Gewichtes des Zylinders 2 empfängt.

Fig.4 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen H?rte-Prüfgerätes, bei welchem gleiche Bezugsziffern die Teile bezeichnen, die denjenigen der Fi g. I entsprechen.

Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Zylinder 2 koaxial und verschiebbar im Gehäuse 1 angeordnet, der l· rüfstempel 3 ist wiederum koaxial und verschiebbar in diesem Zylinder 2 angeordnet.

Der Prüfstenipel 3 ist mit dem Eindringkörper 4 am unteren Ende des ersteren verbunden und ebenso mit dem Lastdetektor 5. z. B. einer Lastzelle, und zwar jetzt an ihrem oberen Ende.

Ein Druckzylinder 15 ist koaxial und yefa'chiebbar außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet. Zwischen dfcr Druckvorrichtung 6, die an der Oberseite des Druckzylinders 15 festgehgt ist, und dem oberen Ende des Prüfstempels 3 ist ein Anlenkzapfen od. dgl. 16 zur Übertragung der Drucklast vorgesehen.

Zusätzlich ist eine Feder 17 zwischen dem unteren

Ende des Druckzylinders 15 und einer unteren Stufe des Gehäuses 1 angeordnet und eine weitere Feder 19 ist zwischen einem Federschuh 18 des Führungszylinders 1 und einer oberen Stufe des Pfüfsteriipels 3 vorgesehen.

Am unteren Ende des Zylinders 2 ist eine Ringkappe 2a festgeschraubt, welche eine Bezugsebene 9 aufweist, die mit dem Prüfling 8 in Berührung kommt. Durch diese Ringkappe 2a kann die Lage der Bezugsebene 9 des Zylinders 2 genau eingestellt werden.

Ein Kontakthalter 20 ist mit einer Mutler 2Öa am unteren Ende des Gehäuses 1 festgelegt. Zwei kreisrunde Kontaktstangen 21, die auf dem Prüfling 8 angeordnet werden sollen, sind in horizontaler Richtung in in der unteren Oberfläche des Kontakthalters 20 ausgebildeten Nuten festgelegt.

Der Prüfstempel 3 wird im durch Druckkräfte unbeeinflußten Zustand durch die Feder 19 angehoben.

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unteren Ende des Zylinders 2 anliegt. Folglich wird auch der Zylinder 2 durch die Feder 7 nach oben angehoben, wodurch dessen dazwischenliegende bzw. mittlere Stufe 22 an der unteren Fläche des Federschuhes 18 anliegt. Es wird daher die Bezugsebene 9 oberhalb der unteren Oberfläche der Kontaktstangen 21 gehalten.

Soll die Härte des Prüflings 8 gemessen werden, so werden zunächst die Kontaktstangen 21 auf dem Prüfling 8 angeordnet. Wird die Druckvorrichtung 6 entgegen der Kraft der Feder 17 nach unten gedrückt, dann wird der Prüfstempel 3 gesenkt Da die Drucklast über den Anlenkzapfen 16 od. dgl. übertragen wird, wird auf den Prüistempel 3 kein nachteiliges Drehmoment übertragen.

Beim Niedergehen des Prüfstempels 3 senkt sich auch der von der Fläche 12 getragene Zylinder 2, bis seine Bezugsebene 9 in Berührung mit der oberen Oberfläche des Prüflings 8 kommt.

Wenn die Druckvorrichtung 6 weiter nach unten gedruckt wird, bewegt sich der Prüfstempel 3 allein entgegen der Kraft der Feder 19 nach unten. Schließlich und letztlich berührt der Eindringkörper 4 am unteren Ende des Prüfstempels 3 den Prüfling 8 und dringt dann in ihn ein. Das Maß des Eindringens des Eindringkörpers 4 in den Prüfling 8 wird auch hier festgelegt durch den Abstand der Flächen 10.

Da die Rächen 10 jetzt oberhalb des Lastdetektors 5 angeordnet sind, ist die durch den Lastdetektor 5 ermittelte Last die. welche aufgebracht wurde, um den Eindnngkörper 4 in den Prüfling 8 eindringen zu lassen. Somit wird die Härte des Prüflings 8 als Funktion der Kraft, die durch den Lastdetektor 5 gemessen wird, bestimmt, wie dies bei dem vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ebenso der Fall ist.
~. -Fig.5 veranschaulicht das.obere Ende des Gehäuses l_r in welchem ein vertikal verlaufendes Langloch 23 derart ausgebildet ist, daß ein durch den Druckzylinder 15 geschraubter Bolzen 24 in das Langioch eingreifen kann, wie in F i g. 4 dargestellt. Dadurch wird verhindert, daß sich der Druckzylinder dreht, während er sich jedoch nach oben und nach unten bewegen kann, und zwar unter Bezug auf das Gehäuse 1.

F i g. 6 ist ein Teil-Querschnitt, der zeigt, wie die Härte der äußeren Oberfläche eines zylindrischen Prüflings gemessen wird. Indem die Position des

in Kohtäkthalters 20 in bezug auf das Gehäuse 1 durch die Mutter 20a eingestellt wird, werden die beiden kontaktbügel 21 in Berührung mit dem zylindrischen Prüfling 8a gebracht, und zwar parallel zu dessen Achse. Als Folge davon, wird das Härte-Prüfgerät auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Prüflings 8a derart festgelegt, daß eine stabile Härtemessung sichergestellt wird.

Härte der inneren Oberfläche eines zylindrischen Prüflings gemessen wird. Wie im Falle der Fig.6 werden die Kontaktbügel 21 auf dem zylindrischen Prüfling 8έ> parallel zu dessen Achse angeordnet, wodurch eine stabile Härtemessung sichergestellt wird.

F i g. 8 ist ein Teil-Querschnitt, gesehen in Richtung

ι-, des Pfeiles VIII der Fig.4, während Fig.9 eine Ünteransicht ist, gesehen in Richtung des Pfeiles IX der Fig.4 jnd 8. Wie in diesen Figuren veranschaulicht, wird ein mit einem Gewinde versehener Bolzen 25, der durch den Kontakthaltcr 20 hindurchgeschraubt wird.

in durch eine Mutter 26 festgelegt, wobei die Lage des unteren Endes in bezug auf die Kontaktstangen 21 verstellbar bzw. einstellbar ist

Aufgrund dieser Anordnung kann das Härte-Prüfgerät stabil gehalten werden, sogar wenn die Härte eines

j5 Kantenabschnittes des Prüflings 8c gemessen wird, und zwar mittels der beiden darauf angeordneten Kontaktstangen 21 und des einen mit einem Gewinde versehenen Bolzens 25. der auf einem Amboß od. dgl. 27 angeordnet wird.

Gummiringe 28 werden in entlang der Umfangsfläche jeder Kontaktstange 21 ausgebildeten Nuten eingepaßt, so daß sie in Reibungskontakt mit der Oberfläche des Prüflings kommen und verformt und zurückgezogen werden in die Nuten, wenn das Gehäuse 1 während der Härtemessung niedergedrückt wird.

Ein Gummiteil 29 ist auch in einer am unteren Ende des mit einem Gewinde versehenen Bolzens ausgebildeten öffnung angeordnet, so daß er auch in die öffnung hineinbewegt wird und in Reibungskontakt mit dem Amboß od. dgl. 27 kommt, und zwar ebenso %ie die Gummiringe 28. wenn das Gehäuse 1 niedergedrückt wird.

-.-- Durch den Reibungskontakt der-Gummiringe kann das Härte-Prüfgerät stabiler gehalten werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 25 39 66t

   Patentansprüche:

   J, Härteprüfgerät mit einem einen Eindringkörper tragenden Prüfstempel, der von einem mit einem *, Prüfling in Verbindung bringbaren Zylinder gleitend umfaßt ist, welch letzterer in einem Gehäuse verschiebbar geführt ist, mit einer zwischen dem Gehäuse und dem Prüfstempel angeordneten Feder und mit einer Meßeinrichtung, dadurch ge- w kennzeichnet, daß der Prüfstempel (3) im durch Druckkräfte unbeeinflußten Zustand durch die zwischen ihm und dem Gehäuse (1) angeordnete Feder (7) mit dem ihn umfassenden Zylinder (2) mit Abstand von der unteren Oberfläche (la) des auf einen Prüfling aufsetzbaren Gerätegehäuses (1) gehalten ist, zwischen seinem oberen Ende (6) und dem Eindringkörper (4) ein an eine Anzeigevorrichtung (5c) angeschlossener Last-Detektor (5) vorgesehen ist, und daß der Hub des Prüfstempels (3) gegenüber dsm Zylinder (2) auf einen wählbaren Betrag einstellbar ist.
2. 2. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstempel (3) an seinem der Feder (7) abgewandten Ende einen größeren >■'> Durchmesser aufweist als die ihn führende Bohrung des Zylinders (2).
3. 3. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindringkörper (4) mit einem einen größeren Durchmesser als der Prüf- j« stempel (3) aufweisenden Flansch (11) versehen ist
4. 4. Härtepruigerät nach einem der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeiclfiet, da " das Gehäuse (1) von einem ihm gegenüber gegen Verdrehen gesicherten Druckzylinder (15) umfaßt ist, »vischen beiden (1, i-> 15) eine Druckfeder (17) angeordnet ist und daß zwischen dem Prüfstempel (3) und einer dem Einleiten einer Druckkraft dienenden Vorrichtung (6) ein Anlenkzapfen (16) vorgesehen ist.
5. 5. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Last-Detektor (5) und der Anzeigevorrichtung (5c) außer einem Verstärker (5a) ein Maximal-Detektor (5b)angeordnet ist.

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