DE2733891A1

DE2733891A1 - Haertepruefgeraet

Info

Publication number: DE2733891A1
Application number: DE19772733891
Authority: DE
Inventors: Douglas Glover; Marvin James Minter
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1978-02-16
Also published as: MX143974A; GB1545683A; FR2360880A1; ES461231A1; AR212931A1; FR2360880B1; SE7708703L; SE433005B; US4059990A; JPS5319088A; IT1110176B; CA1062038A; BR7705051A

Description

: Härteprüfgerät

Die Erfindung betrifft ein Härteprüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dem Fachmann sind verschiedene Härteprüfgeräte bekannt, bei denen eine gehärtete Prüfspitze oder ein Körner zum Erzeugen einer Vertiefung in der Oberfläche eines Prüflings unter vorgegebener Normalkraft verwendet wird. Die Eindringtiefe wird gemessen und stellt ein Maß für die Härte der Oberflächenschicht des Prüflings dar. Es wird eine Vielfalt verschieden geformter Meßdorne und Meßspitzen verwendet. Darunter befinden sich kugelförmige Meßdorne aus sehr hartem Material, wie z.B. Metallkarbiden und pyramidenförmige Meßspitzen, die aus Industriediamanten gefertigt sind. Bei Härteprüfgeräten der oben beschriebenen Bauart wird ein konstanter Druck auf den Meßdorn ausgeübt und die Eindringtiefe wird gemessen. Bei anderen Härteprüfgeräten wird der Druck gemessen, der benötigt: wird, um eine vorgegebene Eindringtiefe des Meßdorns in die Oberflächenschicht des Prüflings herbeizuführen. Zwischen den gemessenen Größen, im einen Fall der zum Erzeugen einer vorgegebenen Ein-¹ dringtiefe erforderlichen Kraft und im anderen Fall der Eindring- I

Fällen eine direkte Proportionalität.

tiefe des Meßdorns, und der Härte des Prüflings, besteht in beider

Mit Härteprüfgeräten der oben beschriebenen Bauart kann die Härte j

I von Werkstücken und Prüflingen im Labor genau gemessen werden. ι

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ί - 8 -

Eine Verwendung derartiger Prüfgeräte als mit hoher Geschwindigkeit arbeitende, automatische Qualitatsprüfvorrichtungen bei der Serienherstellung großer Stückzahlen ist jedoch nicht möglich, da zur Durchführung der Härtemessung am Prüfling umständliche und zeitraubende Arbeitsschritte erforderlich sind. Einerderartigen Verwendung steht auch im Wege, daß die benötigten Steuerungen verfeinert werden müssen und daß zum Erhalten rascher und genauer Meßergebnisse hohe Kosten aufgewandt werden müssen. Bei herkömmlichen Härteprüfgeräten entstehen auch dadurch Probleme, daß die Härtemessung zwischen einem Meßdorn und einer Unterlage durchgeführt wird, auf welcher der Prüfling angeordnet wird; dabei führen zwischen der Unterlage und dem Prüfling liegende Fremdkörper zu Ungenauigkeiten bei der Härtemessung.

Durch die vorliegende Erfindung werden viele der Schwierigkeiten und Nachteile ausgeräumt, die bei herkömmlichen Härteprüfgeräten angetroffen werden.

Hierzu schafft die Erfindung ein Härteprüfgerät mit einem vom Rahmen des Gerätes getragenen Meßdorn. Dieser ist zwischen einer Bereitschaftsstellung, in der er von der Prüflingsoberfläche entfernt ist, und einer Arbeitsstellung bewegbar, wobei der Meßdorn in der letzteren in die Oberflächenschicht des Prüflings um eine Strecke eindringen kann, die proportional zur Härte des Prüflings ist. Das Härteprüfgerät weist eine Einrichtung zum Erzeugen vorgegebener, in entgegengesetzter Richtung wirkender Kräfte auf den

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Meßdorn und auf den Prüfling beim Bewegen des Meßdorns in die .

Prüfsteilung auf. Darüber hinaus ist eine auf einen vorgegebenen Druck einstellbare Strömungsmittelquelle vorgesehen, die mit einer variablen Durchsatzsteuereinrichtung zusammenarbeitet. Der Stell-Ikörper dieser Durchsatzsteuereinrichtung ist gemäß und proportional

j zur Eindringtiefe des Meßdorns in der Prüfstellung verstellbar. IDas Härteprüfgerät hat ferner eine Meßeinrichtung, welche den Zu-

i :

istand des Strömungsmittels bei der Strömungsmittelquelle mißt, 'welcher sich in Abhängigkeit von der Stellung der variablen Durch- !satzsteuerung ändert. Die Stellung der variablen Durchsatzsteuerung 'ist ihrerseits ein Maß für die Härte des Prüflings und kann direkt in Härtegrade umgesetzt werden.

!Das erfindungsgemäße Härteprüfgerät hat einen stabilen Aufbau. Es !arbeitet rasch und bedarf im wesentlichen keiner Wartung. Es läßt j sich auf vielfältige Art und Weise verwenden und kann leicht für ;verschiedene Prüfbedingungen und für verschiedene Prüflinge abgewandelt werden. Es kann ferner leicht für ein automatisches Prüfen, aufeinanderfolgender Werkstücke ausgelegt werden, welche in großen! Stückzahlen erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Härteprüfgerät kann auch ohne weiteres so ausgebildet werden, daß ein hörbarer und/oder visueller Alarm erzeugt wird, um nicht in einen vorgegebenen Härtesollbereich fallende Prüflinge anzuzeigen und/oder auszuscheiden. Das erfindungsgemäße Härteprüfgerät läßt sich preis— günstig herstellen und hat niedere Betriebskosten.

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- Io -

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Meßj dorn von einer Kappe umgeben, die federnd auf dem Meßdorn angeordnet ist und beim Eindringen des Meßdorns in einen Prüfling in axialer Richtung verschoben wird. Die axiale Verschiebung dieser Kappe ^! f führt zu einer hierzu proportionalen Verminderung eines Luftaus j trittsspaltes, der zu einem Strömungsmittelkreislauf gehört. Dies 1 führt zu einer entsprechenden Änderung des Strömungsmitteldurchisatzes und/oder Strömungsmitteldruckes. Dieser wird unter Verwen-

dung eines Flußmessers und/oder eines Druckmessers gemessen. Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung umgibt die-I se Kappe den Meßdorn und hat eine Oberfläche, die in axialer Rieh-

^! tung um eine vorgegebene Strecke von dem überstehenden Ende des

Meßdornes entfernt ist. Damit wird ein Luftstrom, der von einer j in der Stirnfläche der Kappe ausgebildeten ringförmigen öffnung j abgegeben wird, proportional zur Eindringtiefe des Meßdornes in \ die Oberflächenschicht des Prüflings zunehmend gedrosselt, was j durch Messung des Durchsatzes und/oder des Druckanstieges gernes-

sen wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Härteprüfgerät eine Steuerung auf, welche die aufeinanderfolgenden Prüfschritte zum Prüfen einzelner Prüflinge in ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge automatisch steuert und zugleich Werkstücke anzeigt und/oder mechanisch aussortiert, deren Härte außerhalb eines vorgegebenen Härtesollbereiches liegt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zei-y gen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Härteprüfgerätes;

Fig. 2 einen transversalen vertikalen Schnitt durch den Meßdornträger und den Meßdorn des in Fig. 1 gezeigten Härteprüfgerätes in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen ähnlichen Teilschnitt durch den Meßdornträger und den Meßdorn wie in Fig. 2, wobei diese Teile jedoch nach dem Bewegen aus der in Fig. 2 gezeigten Bereitschaftsstellung in die Prüfstellung gezeigt sind;

Fig. 4 eine horizontale Aufsicht auf die Unterseite des in Fig.2 gezeigten Meßdornträgers gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 von Fig. 2, wobei der Meßdorn geschnitten gezeigt ist;

Fig. 5 einen transversalen, vertikalen Teilschnitt durch einen abgewandelten Meßdornträger und Meßdorn;

Fig. 6 einen transversalen, vertikalen Teilschnitt durch einen weiteren Meßdornträger und Meßdorn, wobei beide Teile in der hochgefahrenen Bereitschaftsstellung gezeigt sind;

Fig. 7 einen transversalen, vertikalen Teilschnitt durch den in Fig. 6 gezeigten Meßdornträger und Meßdorn, wobei jedoch diese Teile in der Prüfstellung gezeigt sind, in der im Prüfling eine Vertiefung erzeugt worden ist; und

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild einer Steuerung zum automatischen Durchführen der Härteprüfung bei dem in Fig. 1 gezeigten Härteprüfgerät.

In Fig. 1 ist ein Härteprüfgerät gezeigt, das eine Grundplatte · aufweist. Von der letzteren sind im Abstand voneinander angef ordnete aufrecht stehende Säulen 12 getragen, an deren oberen Enden eine Platte 14 befestigt ist, welche sich zwischen den

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Säulen 12 erstreckt. Ein Halter 16 für einen Prüfling ist durch Schrauben 18 an der Oberseite der Grundplatte Io einstellbar befestigt. Der Halter 16 ist mit einer V-förmigen Anschlagkante versehen, an der ein Prüfling in der erforderlichen Art und Weise positioniert wird. Dieser Prüfling hat hier die Gestalt eines Ringes 22 und befindet sich unterhalb einer insgesamt mit 24 bezeichneten Meßdornanordnung.

Wie am besten aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die Meßdornanordnung 24 von einem Meßdornträger 26 getragen, der seinerseits lösbar auf einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt 28 einer Kolbenstange 3o aufgestützt ist, wobei die letztere zu einem strömungsmittelbeaufschlagten, doppelt wirkenden Stellmotor 32 gehört. Der letztere ist mit seinem oberen Abschnitt an der Platte 14 des Rahmens befestigt. Jer Meßdornträger 26 weist eine zentrale abgestufte Bohrung 34 auf. Ein mit Gewinde versehener Bohrungsabschnitt 36 ist auf den Endabschnitt 28 der Kolbenstange 3o aufgeschraubt. Ein zweiter, axial fluchtender Bohrungsabschnitt 38 der abgesetzten Bohrung 34 nimmt einen zylindrischen Schaft 4o eines Meßdornes auf. Der letztere hat einen größeren Durchmesser aufweisenden Kopf 4 2, dessen unteres Ende komisch ausgebildet ist und in einer harten, verschleißfreien Spitze ausläuft, die hier als kegelförmige Diamantspitze 44 gezeigt ist.

Die genaue Geometrie des angespitzten Endabschnittes des Meßdornes und der öffnungswinkel des Kegels bzw. die Spitze des Kegels kann in Abhängigkeit von der Härte der Prüflinge und der über den Bereich der Härtesollwerte gewünschten Eindring-

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tiefe so gewählt werden, daß genaue und reproduzierbare Härtewerte erhalten werden. Die konische oder pyramidenförmige Gestalt des in die Materialoberfläche eindringenden Endes des Kopfes 42 des Meßdornes kann diesd.be Gestalt haben wie Meßdorne von bekannten Härteprüfgeräten zum Messen der Brinell-, Rockwell- und Vickershärte. Bei|der Messung der Brinellhärte wird z.B. der Widerstand eines Materiales, z.B. eines Metalles, bei plastischer Verformung gemessen, wobei die letztere durch Erzeugen einer Vertiefung mit einer gehärteten Stahl- oder Karbidkugel mit vorgegebenem Durchmesser unter vorgegebener Belastung gemessen wird. Die erhaltene Härte wird in den für die Brinellhärte üblichen Zahlen angegeben, und diese werden dadurch erhalten, daß man die in kg ausgedrückte Belastung durch die in mm ausgedrückte Oberfläche des Eindruckes der Kugel teilt. Bei der Härteprüfung nach Rockwell wird dagegen die Härte ausgehend von der Eindringtiefe eines vorgegebenen Meßdornes in den Prüfling bei gewissen, willkürlich vorgegebenen Prüfbedingungen ermittelt. Die Härteprüfung nach Vickers ähnelt der Härteprüfung unter Verwendung einer Diamantpyramide, wobei ein Meßdorn mit einer Diamantpyramide verwendet wird, die einen öffnungswinkel von 136 aufweist. Die Messung erfolgt dabei unter verschiedener Belastung des Prüflinges, um die Härte verschiedener Materialien zu bestimmen. Verwendet man Meßdorne, wie sie bei den bekannten, standardisierten Härteprüfgeräten üblich sind, so können die mit dem erfindungsgemäßen Härteprüfgerät erhaltenen Ergebnisse direkt in solche numerische Standardwerte umgerechnet werden.

Der Schaft 4o des Meßdornes ist unter Reibung in die Bohrung 34 eingesetzt. Damit kann der Meßdorn bei Abnützung oder Zer-

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störung rasch ersetzt werden; er kann auch leicht durch einen anderen Meßdorntyp ersetzt werden, wenn Messungen an anderen Prüflingen durchgeführt werden sollen. Hierdurch wird die Flexibilität des ilärteprüfgerätes erheblich vergrößert. iJs versteht sicii, daß der Meßdorn auch in den Meßdornträger eingeschraubt sein kann oder sonstwie an diesem festgeklemmt sein kann. Er kann z.B.auch durch Feststellschrauben mit dem Meßdornträger verbunden sein. In jedem Falle ist der Meßdorn vom Meßdornträger losbar so getragen, daß er mit einer in radialer Richtung verlaufenden Schulter 46 fest an einer unteren Stirnfläche 48 des Meßdornträgers anliegt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat der Meßdornträger einen innenliegende, ringförmige Kammer 5o, die mit einer radialen öffnung 52 in Verbindung steht. In die letztere ist eine Armatur 54 eingeschraubt, an derem äußeren Ende eine Leitung 56 angeschlossen ist. Über die letztere wird Druckluft unter vorgegebenen Bedingungen zugeführt. In der unteren Stirnfläche 48 des Meßdornträgers ist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung in Abstand angeordneten vertikalen öffnungen 58 ausgebildet, die sich von der Stirnfläche 48 nach oben erstrecken und in Verbindung mit der ringförmigen Kammer 5o stehen. Die Stirnfläche 48 des Meßdornträgers ist mit in radialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen 6o versehen, die - wie am besten aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich dem Auslaßende der öffnungen 58 benachbart sind. Die die Abgabeenden der öffnungen 58 umgebenden Oberflächenabschnitte des Meßdornträgers sind als kegelstumpfförmige Vorsprünge 6 2 ausgebildet. Diese Vorsprünge haben eine ringförmige Stirnfläche 64, die in der Ebene der Stirnfläche 48 des Meßdornträgers liegt.

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Die Abgabeenden der Öffnungen 58 sind auf einem zur Achse der Meßdornanordnung 24 konzentrischen Kreis angeordnet. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel sind vier Öffnungen 58 vorgesehen, die in einem Winkelabstand von 9o° aufeinander folgen. Die öffnungen 58 und die sie umgebenden kegelstumpfförmigen Vorsprünge 6 2 fluchten vertikal mit einer Ringfläche 66 einer Kappe 68. Die letztere ist über eine elastisch federnde Hülse 7o an der Umfangsfläche des Kopfes 4 2 des Meßdornes angebracht. Die elastisch federnde Hülse 7o ist z.B. mittels eines Klebers an der Kappe 68 und am Kopf 42 des Meßdornes befestigt, um eine unbeabsichtigte Relativbewegung zwischen diesen Teilen in axialer Richtung auszuschließen. Der untere Abschnitt der Kappe 68 ist mit einer ringförmigen Anlagefläche 72 ausgebildet, die die konische Diamantspitze 4 4 konzentrisch umgibt. Die Anlagefläche 72 steht in der normalerweise eingenommenen, kräftefreien Bereitschaftsstellung nach unten soweit über, daß sie etwas unterhalb des vorstehenden Endes der Diamantspitze 44 endet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Beim Bewegen der Meßdornanordnung 24 und des Meßdornträgers aus der in Fig. 2 gezeigten Bereitschaftsstellung in die in Fig. 3 gezeigte Prüfstellung dringt die Diamantspitze in die Oberfläche eines Prüflinges 74 ein und sitzt in der erzeugten Vertiefung. Dies erfolgt unter dem Einfluß einer axialen Kraft vorgegebener Größe, die durch den Druck des Strömungsmittels einstellbar ist, welches dem strömungsmittelbeaufschlagten, doppelt wirkenden Stellmotor 32 über die in Fig. 1 gezeigte Zuführleitung 56 zugeführt wird. Bewegt sich die Meßdornanordnung aus der Bereitschaftsstellung in die Prüfstellung, so berührt zunächst die Anlagefläche 72 die obenliegende Oberfläche des Prüflinges 74.Erst

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bei einem weiteren Nachuntenbewegen der Meßdornanordnung wird dann die elastisch federnde Hülse 7ο verformt, und die Kappe 68 bleibt beim weiteren Abwärtsbewegen des Meßdornes und des Meßdornträgers dann stillstehen. Ist die volle Eindringtiefe dann erreicht worden, die proportional zur Härte des Prüflinges ist, so befindet sich die Ringfläche 66 der Kappe 68 um eine vorgegebene Strecke unterhalb der ringförmigen Stirnfläche 64 des Meßdornträgers. Zwischen diesen Flächen wird so eine Vielzahl von Austrittsspalten 78 für Luft gebildet. Durch die Ringfläche 66 und die Stirnflächen 64 wird zusammen eine Vielzahl von Durchsatzsteuereinrichtungen gebildet, die das Entweichen von Luft aus der ringförmigen Kammer 5o durch die öffnungen 58 gemäß der Relativstellung zwischen der Ringfläche 66 und den Stirnflächen 64 ändern. Je weicher der Prüfling ist, umso größer ist die Eindringtiefe des Meßdornes; umso größer ist auch bei dem hier beschriebenen Härteprüfgerät die Verformung der elastisch federnden Hülse 7o, und umso größer ist auch die axiale Relativbewegung der Kappe 68 bezüglich des Meßdornes. Je weicher der Prüfling ist, umso kleiner ist somit der Austrittsspalt 78 für Luft, und dies führt zu einem verminderten Luftdurchsatz und/oder zu einem erhöhten Druck der in der ringförmigen Kammer 5o befindlichen Luft. Diese Zustandsänderung der als Strömungsmittel verwendeten Luft kann gemessen werden und ist ein Maß für die relative Härte des geprüften Werkstückes. Je größer dagegen die Härte des Prüflinges ist, umso kleiner ist die Eindringtiefe des Meßdornes, umso kleiner ist die Verformung der elastischen Hülse 7o, umso kleiner ist die Größe der axialen Relativbewegung zwischen Kappe 68 und Meßdorn 42, umso größer ist der Austrittsspalt 78 für Luft ! und umso größer ist demzufolge der Durchsatz und/oder umso klei-

^! 809807/0577 ··· ^!

ner ist der Druck der in der ringförmigen Kammer 5o befindlichen Luft.

Da bei dem hier beschriebenen Härteprüfgerät eine Vielzahl von luftabgebenden öffnungen 58 vorgesehen ist, z.B. bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform vier öffnungen 58, ist klar, daß eine geringfügige Fehlausrichtung zwischen der Achse der Meßdornanordnung und der Oberfläche des Prüflinges 74 zu einer geringfügigen Verkantung der federnd gelagerten Kappe 68 führt. Damit ändert sich die Breite der Austrittsspalte 78 von einer Seite der Meßdornanordnung zur anderen. Da jedoch eine Mehrzahl derartiger öffnungen 58 in Umfangsrichtung unter im wesentlichen konstantem Abstand angeordnet sind, mittelt sich die Verkantung der Kappe 68 heraus und der erhaltene Strömungsini tteldurchs atz und/oder Druckanstieg in der ringförmigen Kammer 5o stellt einen gemittelten Meßwert dar, bei dem schon derartige Fehlfluchtungen kompensiert sind.

Die Vertiefungen 6o, die sich in radialer Richtung von einer den Austrittsspalten 78 für Luft benachbarten Stelle weg erstrecken, erlauben ein ungedrosseltes Abströmen von Luft ohne weitere Störung hin zur Umgebung.

Der untere Abschnitt der Kappe 68 ist als konische Oberfläche 8o ausgebildet, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Damit wird der Gesamtdurchmesser und die Gesamtfläche der Anlagefläche entsprechend vermindert. Die jeweils verwendete

GrOBe der Anlagefläche 72 läßt sich im Hinblick auf die Geometrie

I und die Art des Prüflinges ändern, so daß immer ein guter Kon- ·

takt zur obenliegenden Oberfläche des Prüflinges hergestellt ;

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werden kann. Prüflinge mit unregelmäßig geformten Oberflächen erfordern Anlageflächen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser, damit der Oberflächenkontakt nur in dem Gebiet erfolgt, das den Punkt unmittelbar umgibt, bei dem der Meßdorn in den Prüfling eindringt. Die Anlagefläche 72 der Kappe 68 kann auch so gekrümmt ausgebildet werden, daß sie sich der Oberflächenkontur des Prüflinges anschmiegt.

In Fig. 5 ist ein abgewandeltes Härteprüfgerät gezeigt, bei dem Bauteile, welche schon oben beschriebenen Bauteilen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wobei die letzteren jedoch zusätzlich mit einem Apostroph versehen sind. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, haben die Me β dorn anordnung 24 ' und der Meßdornträger 26* denselben Aufbau wie bei dem in den Fig. 2-4 gezeigten Härteprüfgerät. Nur die Anlagefläche 72' der Kappe 68" ist zusätzlich mit einer Vielzahl spitzer nadeiförmiger Vorsprünge 82 versehen, die in eine weiche, unebene Oberflächenschicht 84 eindringen können, die auf die Oberfläche des Prüflings 74' aufgebracht ist. Eine unebene, komprimierbare, weiche Oberflächenschicht 84 würde normalerweise zu ungenauen Härtewerten führen, da sich die Dicke und Komprimierbarkeit einer derartigen Schicht ändert. Dies würde zu Änderungen in dem Durchsatz und/oder dem Druck der durch die öffnungen 58' abgegebenen Luft führen , die nicht notwendigerweise ein MaB für den von der Eindringtiefe abhängenden wahren Härtewert wären. Zieht man die nadeiförmigen Vorsprünge 82 vor, so wird die unregelmäßige weiche Oberflächenschicht 84 durchstoßen, und die Anlagefläche 72' ist parallel auf die darunterliegende, die eigentliche Oberfläche des Prüflings darstellende Grenzfläche 86 ausgerichtet. Das Durchdringen der darüberllegenden weichen

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Oberflächenschicht 84 durch die scharfen Vorsprünge 8 2 läßt sich leicht durch den kleinen Druck bewerkstelligen, der durch eine elastische Verformung der federnden Hülse 7o erhalten wird, während die Meßdornanordnung nach unten bewegt wird und die Diamantspitze 44* des Meßdorns in das darunterliegende Substrat eindringt; Bei der soeben beschriebenen Anordnung wird ungeachtet der Gegenwart von veränderlichen und unregelmäßigen weichen Oberflächenschichten oder Flüssigkeitsfilmen auf den Prüflingen eine genaue Messung der Härte erreicht. Die durch die Größe der Austrittsspalt te 78' für Luft erhaltene Verminderung des Luftdurchsatzes bei in Prüfstellung befindlicher Meßdornanordnung ist proportional zur Bewegung der Diamantspitze 44* der Meßdornanordnung bezüglich der vorstehenden Enden der Vorsprünge 82, die auf der unter der Oberflächenschicht 84 liegenden Grenzfläche 86 aufsitzen. Diese Bewegung bleibt auch dann im wesentlichen konstant, wenn auf dem Prüfling keine derartige weiche Oberflächenschicht 84 vorhanden ist.

In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausfuhrungsform eines Härteprüfgerätes gezeigt. Dieses hat ähnlichen Aufbau wie das in Fig.l gezeigte Härteprüfgerät, der Meßdornträger und die Meßdornanordnung sind jedoch abgeändert, was die Anordnung von Kammern und Strömungsmittelkanälen betrifft, durch welche eine Drosselung des Durchsatzes eines Strömungsmittels proportional zur Eindringtiefe der Meßdornanordnung bewerkstelligt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, weist ein Meßdornträger 88 eine abgesetzte Durchgangsbohrung 9o auf, in deren oberen Abschnitt ein mit Gewinde versehener

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Endabschnitt einer Kolbenstange 92 eingeschraubt ist. Ein Schaft I94 eines Meßdorns 96 sitzt unter Reibung im unteren Abschnitt der Durchgangsbohrung 9o. Der MeBdorn 96 hat einen vergrößerten

Durchmesser aufweisenden Kopf 98, und dieser liegt mit der Fläche

!loo einer Ringschulter fest an einer unten liegenden Stirnfläche

jIo2 des Meßdornträgers 88 an.

I
i
j Eine ringförmige Kappe Io4 ist starr auf den Kopf 98 des Meßdorns

!aufgesetzt, wobei eine obere Ringschulter Io6 dieser Kappe fest

I an der unten liegenden Stirnfläche Io2 des Meßdornträgers 88 an-I liegt. Die ringförmige Kappe Io4 ist durch Preßsitz, durch einen !Klebstoff, durch Feststellschrauben oder dergleichen bezüglich des Kopfes 98 des Meßdorns positioniert. Eine axiale Bohrung Io8 'erstreckt sich durch den oberen Abschnitt der ringförmigen Kappe Io4 und bildet um den Kopf des Meßdorns herum eine Dichtstelle, so daß jegliches Entweichen von unter Druck stehender Luft verhindert wird, welche einer ringförmigen Kammer Ho über eine Zufuhrleitung 112 zugeführt wird. Die letztere ist mit einer Druckluftquelle verbunden, die Luft unter einstellbaren Bedingungen abgibt.

Der untere Abschnitt des Kopfes 98 des Meßdorns hat kegelförmige !Gestalt und endet in einer pyramidenförmigen Diamantspitze 114, !die über eine untere Stirnfläche 116 der Kappe Io4 übersteht. Die

!axiale Versetzung zwischen dem Ende der Diamantspitze 114 und der Stirnfläche 116 wird zweckmäßigerweise etwas größer gewählt als die maximale Eindringtiefe des Meßdomes in einem Prüfling 118.

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Damit weist die Stirnfläche 116 stets einen Abstand von der oben liegenden Oberfläche des Prüflings auf, wenn sich der Meßdorn In der in Fig. 7 gezeigten Prüfstellung befindet. In dieser Prüfstellung begrenzt die Stirnfläche 116 der Kappe Io4 zusammen mit der Oberfläche des Prüflings 118 einen ringförmigen Austrittsspalt 12o. Das Innere der ringförmigen Kammer Ho hat ringförmige, sich nach unten verjüngende Form, so daß zusammen mit dem Kopf 98 des Meßdornes eine Abgabeöffnung für Luft gebildet wird, die an einer der Stirnfläche 116 benachbarten Stellung liegt.

Das in den Fig. 6 und 7 gezeigte Härteprüfgerät arbeitet ähnlich wie das schon oben beschriebene. Beim Bewegen des Meßdornträgers und des Meß domes aus der in Fig. 6 gezeigten Bereitschaftsstellung in die in Fig. 7 gezeigte Meßstellung werden die Kappe Io4 und der Meßdorn synchron derart bewegt, daß die Stirnfläche 116 \ der Kappe in Abstand über der Oberfläche des Prüflings 118 liegt. Dieser Abstand ist proportional zur Eindringtiefe der Diamantspitze 114 in das Werkstück, und die letztere hängt ihrerseits wiederum von der Härte des Prüflings ab. Die Höhe des ringförmige^ Austrittsspaltes 12o (vgl. Fig. 7) gibt den Querschnitt einer variablen Durchsatzsteuereinrichtung vor, durch welche der Druck und/oder der Durchsatz der unter genau eingestellten Bedingungen über die Zuführleitung 112 in die ringförmige Kammer Ho eingeführ-

ten Luft geändert wird. Der Druck und/oder der Durchsatz der Luft!

■ j

wird gemessen, und der Meßwert kann in Einheiten der Eindringtief4 des Meßdornes in den Prüfling kalibriert werden, wodurch eine direkte Anzeige der Härte des Prüflings erhalten wird. Man erkenn^,

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j daß bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung eine geringfügige Fehlausrichtung zwischen der Meßdornachse und der Oberfläche des Prüflinges zu einer Verkantung der Stirnfläche 116 und zu einer ent- ;sprechenden Änderung der längs des ringförmigen Austrittsspaltes j12o erhaltenen Drosselung von Luft führt. Da die Stirnfläche 116 !konzentrisch zur Achse des Meßdornes angeordnet ist, mittelt sich eine derartige Fehlausrichtung und Änderung in der Höhe des Aus- ;trittsspaltes über den Umfang der Stirnfläche 116 heraus. Man erihält einen Mittelwert für die Härte, der automatisch bezüglich j einer unbeabsichtigten derartigen Fehlfluchtung kompensiert ist.

j Die Aufeinanderfolge von beim Prüfen der Härte auszuführenden jArbeitsschritten kann bei den oben beschriebenen Härteprüfgeräten !entweder von Hand erfolgen oder automatisch erfolgen, wobei dies !im letzteren Fall durch eine Zeitsteuerung erfolgt, um aufeinanderfolgende Werkstücke prüfen zu können, sowie sie bei der Heristellung anfallen.

Eine hierzu geeignete Steuerung ist schematisch in Fig. 8 gezeigt, wobei ein Druckluft-betätigter doppelt wirkender Stellmotor 124 des Härteprüfgerätes mit seiner Kolbenstange 126 mit einer Meßdorn/Meßdornträgeranordnung 128 verbunden gezeigt ist, welche einen

Aufbau gemäß einer beliebigen der Fig. 2 bis 7 der Zeichnung haben j kann. Die Zufuhr von Luft unter geregeltem Druck oder eingeprägtem i
Strom erfolgt über eine Leitung 13o mit einer Meßeinrichtung, die als Druckmesser 132 gezeigt ist. Diese Meßeinrichtung dient dazu, den Unterschied der charakteristischen Zustandsgröße des zur Mes-

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sung verwendeten Strömungsmittels (Luft) zwischen der Bereitschaftiss te llung und der Prüf stellung des Härteprüfgerätes zu messen.

! Das Hin- und Herbewegen des Stellmotors 124 zwischen der Bereit- ' Schaftsstellung und der Prüfstellung, bei dem auf die Meßdornanordnung eine vorgegebene Kraft ausgeübt wird, erfolgt unter Ver- :

Wendung eines Vierwegmagnetventiles 134, das über Leitungen 136 \

138 mit dem freien Kolbenende bzw. dem mit der Kolbenstange ver- \

bundenen Kolbenende des doppelt wirkenden Stellmotors 124 verbun- j den ist. Die Leitungen 136,138 werden während der aufeinanderfdb- j genden Schritte des auf dem Härteprüfgerät durchgeführten Prüfvor4 ganges abwechselnd unter Druck gesetzt und entlüftet. i

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 das Arbeiten ! dieser Steuerung beschrieben: j

Ein Prüfling 14o wird von Hand oder automatisch im Härteprüfgerät

positioniert, und bei richtiger Positionierung wird ein elektrischer

ι Kontakt 14 2 betätigt, der beim Schließen die Erregung eines Zeit-

j schaltrelais 144 bewerkstelligt, über dieses erfolgt eine Zeit- j

ί steuerung über eine vorgegebene Dauer eines Prüfvorganges hinweg, j Bei seiner Erregung schließt das Zeitschaltrelais 144 einen normalerweise offenen Arbeitskontakt 146, und hierdurch wird die Magnetspule des Vierwegmagnetventiles 134 erregt. Infolgedessen wird zur Beaufschlagung des Stellmotors 124 unter eingestelltem Druck stehende Luft aus einer Zuführleitung 147 in die Leitung

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136 geführt, und die freie Stirnfläche des Kolbens des Stellmotors 124 wird mit Druck beaufschlagt, während Luft von dem die Kolbenstange enthaltenden Arbeitsraum des Stellmotors über die Leitung 138 und eine Entlüftungsleitung 139 abgeführt wird. Hierdurch wird j über die Kolbenstange auf die Meßdornanordnung eine Kraft vorgegebener Größe ausgeübt, und die Meßdornanordnung wird in die Prüfstellung bewegt. Zugleich wird ein Zähler 148 erregt.

Beim Bewegen der Meßdorn/Meßdornträgeranordnung 128 in die Prüf- ; stellung und beim Erzeugen einer Vertiefung in der Oberfläche des Prüflings 14o erfolgt eine Drosselung der zur Messung verwendeten,) unter genau vorgegebenen Bedingungen bereitgestellten Luft, wobei \ diese Drosselung proportional zur Härte des Prüflings ist. Diese !Drosselung wird durch den Druckmesser 13 2 gemessen und kann dort abgelesen werden. Der Druckmesser 132 kann in Druckwerten , Werten für die Eindringtiefe oder in gewünschten Härtewerten geeicht sein. Der Druckmesser 132 ist mit einem Druckschalter 14 9 verbunden,der ; auf einen vorgegebenen Schaltwert eingestellt ist. Dieser Druckschalter schließt, wenn ein vorgegebener Druck überschritten wird; hierdurch wird angezeigt, daß ein Prüfling vorliegt, der keine ausreichende Härte aufweist. Durch Erregung des Druckschalters 14 9 wird dann eine optische oder akustische Alarmeinrichtung 15o erregt, wodurch der Bedienungsperson zur Kenntnis gebracht wird, daß ein < Prüfling vorliegt, dessen Härte nicht inerhalb der vorgegebenen ; Härtegrenzwerte liegt. Anstelle der Alarmeinrichtung 15o oder zusätzlich kann ein Betätigungstor oder ein Hebel vorgesehen sein, um den Prüfling mechanisch zu einer Ausschußrutsehe oder zu einem

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Behälter zu fördern, um Ihn einer Nachbearbeitung zuzuführen.

Nach Beendigung des durch die Zeitsteuerung vorgegebenen Prüfzyklus öffnet der Arbeitskontakt 146, und hierdurch wird das Magnetven jtil 134 in eine Stellung bewegt, in der der Prüfkopf angehoben

!wird. Zugleich erfolgt ein Zurückstellen der Gegenspule. Beim Zu- !rückfahren des Prüfkopfes in die Bereitschaftsstellung kann das j Entfernen des Prüflings 14o von Hand oder automatisch erfolgen. ; Hierdurch wird der Kontakt 14 2 geöffnet, die Erregung der Spule \ des Zeitschaltrelais 144 wird unterbrochen, und diese Einheit wird in ihren Ausgangszustand zurückgebracht, bevor der nächste Prüfzyklus beginnt.

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Claims

Härteprüfgerät Paten tanspräche

Härteprüfgerät mit einem Rahmen, mit einem vom Rahmen getragenen Meßdorn, welcher eine Spitze zum Erzeugen einer Vertiefung im Prüfling aufweist, und der zwischen einer von der Prüflingsoberfläche entfernten Bereitschaftsstellung und einer in den Prüfling eingreifenden Arbeitsstellung bewegbar ist, und mit einer Einrichtung zum Ausüben vorgegebener, in entgegengesetzter Richtung wirkender Kräfte auf den Meßdorn und den Prüfling in der Arbeitsstellung, wodurch im Prüfling durch die Spitze eine Vertiefung erzeugt wird, deren Tiefe proportional zur Härte der Oberflächenschicht des Prüflings ist, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelquelle (13o) zur Zufuhr eines Strö- j mungsmittels unter vorgegebenem Druck; durch eine variable Durchsatzsteuereinrichtung (78;12o), die mit der Strömungsquelle verbunden ist und zwischen einer ersten Betriebsstellung, die bei in Bereitschaftsstellung stehendem Meßdorn eingenommen wird,

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ORIGINAL INSPECTED

und einer zweiten Betriebsstellung, die bei in Arbeitsstellung stehendem Meßdorn eingenommen wird, bewegbar ist, wobei die zweite Betriebsstellung von der Eindringtiefe der Spitze (44;114) des Meßdorns in die Oberfläche des Prüflings (74;118) abhängt; und durch eine Meßeinrichtung (132) zum Ermitteln des Zustandes des Strömungsmittels in der Strömungsmittelquelle bei in Arbeitsstellung befindlichem Meßdorn, wobei das Ausgangssignal dieser Meßeinrichtung ein Maß für die Härte des Prüflings darstellt.

2. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

j Einrichtung zum Ausüben vorgegebener, in entgegengesetzter Rich-

■ tung wirkender Kräfte auf den Meßdorn und den Prüfling einen

j doppelt wirkenden, strömungsmittelbeaufschhgten Stellmotor (124)

j aufweist, welcher mit einer Strömungsmittelquelle (147) mit ein-

stellbarem Druck verbunden ist.

|3. Härteprüfgerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Durchsatzsteuereinrichtung einen Körper (68;lo4) aufweist, welcher eine mit der Strömungsmittelquelle in Verbindung stehende öffnung (78;12o) begrenzt, welche in der zweiten Betriebsstellung der Durchsatzsteuereinrichtung einen Strömungsmittelkanal mit einem Querschnitt bildet, der sich proportional zur Eindringtiefe der Spitze des Meßdorns ändert.

4. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Druckmesser (132) aufweist.

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I 5. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennj zeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Flußmesser aufweist.

6. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine bei einem voreingestellten Wert ansprechende Signaleinrichtung (14 9,15ο) aufweist, die anzeigt, wenn die Härte des Prüflings jenseits eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.

7. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuerung (14 2-148) zum Steuern der Bewegung des Meßdoms zwischen der Bereitschafts stellung und der Arbeitsstellung in vorgegebener zeitlicher Aufeinanderfolge, welche durch das Positionieren eines Prüflings in der richtigen Stellung auf dem Prüfgerät aktiviert wird.

8. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge-

_: kennzeichnet, daß die variable Durchsatzsteuereinrichtung eine ! Rotations-symmetrische Kappe (Io4) aufweist, welche die Spitze (114) des Meßdorns umgibt und eine Kammer (llo) begrenzt,

i die mit der Strömungsmittelquelle (112) verbunden ist und eine i die Spitze des Meßdorns umgebende öffnung (122) aufweist, daß :

; t

■ die Kappe (Io4) in einer Ebene endet, die senkrecht auf der i Bewegungsrichtung des Meßdorns steht und axial nach hinten > ; von der Spitze des Meßdorns versetzt ist und eine ringförmige

! Kante (116) bildet, daß diese ringförmige Kante (116) zusammen

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mit der Oberfläche des Prüflings (118) eine ringförmige öffnung

; (12o) begrenzt, deren Höhe in der zweiten Betriebsstellung des Meßdorns gemäß dessen Eindringtiefe veränderlich ist, so daß eine variable Drosselstelle für das durch die öffnung (12o) strömende Strömungsmittel erhalten wird, was zu einer entsprechenden Zustandsänderung des Strömungsmittels führt, die ein Maß für die Härte des Prüflings darstellt.

9. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Durchsatzsteuereinrichtung einen von dem Meßdorn (4 2) federnd (7o) getragenen Körper (68) aufweist, welcher eine Anlagefläche (72) hat, die in axialer Richtung vor dem Ende der Spitze des Meßdorns liegt und an die Oberfläche des Prüflings (74) in einem Bereich anlegbar ist, welcher dem Punkt des Eindringens der Spitze des Meßdorns benachbart ist, daß dieser federnd getragene Körper (68) bezüglich der Spitze des Meßdorns in axialer Richtung bewegbar ist, wenn j der Meßdorn in die Prüfstellung bewegt wird, wobei diese axiale ! Bewegung des Körpers (68) proportional zur Eindringtiefe der

Spitze (44) des Meßdorns (4 2) ist, daß der federnd vom Meßdorn

getragene Körper (68) einen Abschnitt (66) aufweist, welcher eine öffnung (78) begrenzt, deren Querschnitt proportional zur axialen Verschiebung dieses Körpers veränderlich ist, wenn der Meßdorn in der zweiten Betriebsstellung steht, und daß die so gebildete öffnung (78) mit der Strömungsmittelquelle in Verbindung steht und eine variable Drosselstelle für das durch die

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! öffnung strömende Strömungsmittel bildet, wobei die damit ein- : hergehende Änderung im Zustand des Strömungsmittels ein Maß

' für die Härte des Werkstückes ist.

10. Härteprüfgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

der federnd vom Meßdorn getragene Körper die Form einer Ro-■ tations-symmetrischen Kappe (68) hat, welche die Spitze (44) : des Meßdorns (4 2) umgibt und federnd (7o) vom Meßdorn getragen ist.

11. Härteprüfgerät nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß der federnd vom Meßdorn (4 2) getragene Körper (68) eine erste Oberfläche (66) aufweist, die in Abstand von einer zweiten Oberfläche (48) einer Meßdornhaiterung (26) angeordnet ist, wobei zwischen diesen Oberflächen die variablen Querschnitt aufweisende öffnung (78) liegt.

12. Härteprüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Meßdornträger (26) eine Kammer (5o) angeordnet ist, welche mit der Strömungsmittelquelle in Verbindung steht, und daß der Meßdornträger eine Mehrzahl von öffnungen (58) auf-

; weist, welche von der Kammer (5o) zu der zweiten Oberfläche

(48) verlaufen und in Verbindung mit der variablen Querschnitt : aufweisenden öffnung (78) stehen.

3. Härteprüfgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

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die erste (66) und die zweite (48) der die variable öffnung begrenzenden Oberflächen ringförmige Geometrie aufweisen und konzentrisch zur Achse des Meßdorns (4 2) angeordnet sind, und daß die Vielzahl von öffnungen (58) auf einem Kreis unter im wesentlichen gleichem Winkelabstand gegenüber der ersten Oberfläche (66) angeordnet sind.

14. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (7 2) des federnd vom Meßdorn (4 2) getragenen Körpers (68) mit mindestens einem nageiförmigen Vorsprung (82) versehen ist, der in Anlage an die Oberfläche des Prüflings (74¹) bewegbar ist.

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