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BRINELL-HÄRTEPRÜFGERÄT
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Prüftechnik, genauer
auf ein Brinell-Härteprüfgerät, mit dem die Härte von Eisenmetallen, beispielsweise
von Stahl oder Gußeisen, an Proben bzw. Werkstücken bestimmt wird.
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Es ist bekannt, daß man zur Hartebestimulung nach Brinell die Fläche
eines Eindrucks bestimmten muß, der im Prüf stück mittels eines kugelförmigen Eindringkörpers
erzeugt wurde.
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eist wird der Flächeninhalt des Eindrucks nach der Messung seines
Durchmessers beim Entfernen der Eindringkörpers
von dem Eindruck
ermittelt.
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Zur Bestimmung der sogenannten relativen brinellhärte urteilt man
über die Eindruckfläche nach der Eindrucktiefe, die unter der Wirkung der vollen
Prüflast oder nach derselben teilweiser Verringerung#gemessen werden kann.
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eist wird die Messung des Eindruckdurchmessers von einer Bedienungsperson
mit Hilfe optischer lLittel visuell vorgenommen, die am Härteprüfer befestigt bzw.
in Gestalt von tragbaren oder ortsfesten, aber gegenüber dem Härteprüfer eigenständigen
Einrichtungen ausgeführt sein können.
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Der Nachteil dieser Härte bestimmung besteht in ihrer niedrigen Arbeitsleistung,
im erforderlichen Verweilen der Bedienungsperson am Prüfobjekt und im Auftreten
von subjektiven Fehlern infolge der physiologisch bedingten Ermüdung der dedienungsperson.
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Aus diesen Gründen wurden verschiedene Einrichtungen entwickelt,
die den Prozeß der Messung des Eindruckdurchmessers mit optischen Mitteln erleichtern
und beschleunigen.
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Beispielsweise ist ein Härteprüfgerät bekannt, das im USA-Patent Nr.
2392461, Kl. 73-81 beschrieben ist und eine Ableseeinrichtung einschließt, die aus
zwei gleichachsig angeordneten durchsichtigen Scheiben besteht. An einer dieser
Scheiben sind logarithmische Skalen mit entsprechenden Belastungs-und Härtewerten
für konstante Eindruckgrößen aufgetragen; die andere Scheibe stellt eine doppelseitige
gleichwinklige logarithmische Spirale dar, wobei die Winkelabstände vom Spiralenbeginn
auf
der logarithmischen Skale Eindruckflächen bzw. Quadrate linearer EindruckgröSen,
d.h. den Durchmesser runden bzw. die Diagonale quadratischen Eindrucks, darstellen.
Obwohl diese Einrichtung eine höhere Arbeitsleistung besitzt, haften ihr trotzdem
dieselben Nachteile wie dem vorstehend beschriebenen Verfahren an, d.h. sie erfordert
das Mitwirken der Bedienungsperson.
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Bekannt sind ferner Einrichtungen, die die Automatisierung der Messung
der Eindruckdurchmesser bei der Brinellhärtebestimmung gewährleisten. Diese Einrichtungen
arbeiten nach dem sogenannten fotometrischen bleßverfahren.
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Außerdem ist beispielsweise ein Härteprüfgerät bekannt (Urheberschein
der UdESR Nr. 243229, Kl. 42k36/01), das ein optisches System unreine Bildwand mit
beweglichen Fotogeoern enthält, wobei jeder Fotogeber mit einer Vorrichtung versehen
ist, die seine Verschiebung so lange verfolgt, bis der Fotogeber die Grenze des
auf die bildwand proJizierten Eindrucks überschritten hat. Das Zentrum der über
das optische System auf die Bildwand projizierten Eindrücke ist konstant; wenn man
den Abstand von der Ausgangsstellung der Fotogeber bis zur Grenze des Eindrucks
aus dem Abstand des h.indruckzentrums bis zur Ausgangsstellung der Fotogeber abzieht,
so erhält man eine Größe, die dem halben Durchmesser des proaizierten Eindrucks
entspricht. Die Hubgröße der Fotogeber von der Ausgangsstellung derselben bis zur
Grenze des Eindrucks wird elektrisch in den Durchmesser des Eindrucks unter
Beachtung
der vom Projektionssystem gelieferten Vergrößerung umgewandelt. Obwohl dieses Härteprüfgerät
sämtliche Nachteile der vorstehend beschriebenen Einrichtungen vermeiden läßt, gewährleistet
er nicht immer die erforderliche Genauigkeit wegen der unscharfen Eindruckgrenze
und deren teilweiser Verzerrung beim Projizieren über das optische System.
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Man muß ferner beachten, daß bei Werkstoffen mit niedrigem Ober*lächenreflexionsfaktor
die Messung des erzeugten Eindrucks wegen der fehlenden scharf ausgeprägten Grenze
des projizierten Eindrucks erschwert bzw. unmöglich ist.
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Dazu kommt, daß dieser Nachteil auch bei den Einrichtungen auf der
Grundlage des fotometrischen Härtebestimmungsverfahrens auftritt bzw. noch verstärkt
wird.
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Zur Bestimmung der relativen Brinellhärte muß die Tiefe des nicht
wiederhergestellten oder teilweise wiederhergestellten Eindrucks bestimmt werden,
was mit verschiedenen mitteln erreicht wird.
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Bekannt ist ein Einrichtung ( DE-PS Nr. 506586, Kl. 42k 36/01) zur
Messung der Eindrucktiefe der undeformierten Ausgangsoberfläche des Prüfstücks.
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Die Eindringtiefe wird an einer Meßuhr abgelesen, die an einer Sonde
befestigt ist, die sich gegen die zu prüfende Oberfläche stützt. Der Fuß der MeBuhr
ist mit der Spindel des Härteprüfgerätsgelenkig verbunden. Jedoch gewährleistet
diese
Einrichtung nicht die hinreichende Meßgenauigkeit der Brinellhärte, da bei der Messung
der Tiefe des wiederhergestellten bzw. teilweise wiederhergestellten Eindrucks das
Hefen der Eindruckgrenze relativ zur unsprünglichen Oberfläche des Prüfkörpers infolge
der Wulstbildung Prüfstückwerkstoffs oder der Widerherstellungsgröße des Eindruckpols
nach Aufheben der auf den kugelförmigen Eindringkörper wirkenden Belastung nicht
berücksichtigt wird.
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Hierbei sind all diese Faktoren vom Prüfstückwerkstoff und dessen
Härtegrad abhängig. Es ist eine ganze Reihe von anderen Einrichtungen bekannt, die
eine ähnliche Aufgabe lösen, aber in ihnen wird gleichfalls das Heoen der Eindruckgrenze
relativ zur ursprünglichen Oberfläche des Prüfstücks nicht berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur Messung
des Eindruckdurchmessers im Brinellärteprüfgerät so auszuführen, daß die Gewinnung
einer ob -jektiven Information über den Durchmesser unmittelbar von der Oberfläche
des Prüf stücks ohne Hilfe einer Bedienungsperson ermöglicht wäre, die die Messung
unmittelbar am Prüfstück vornimmt.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im i3rinell-Härteprüfgerät
mit einç Beanspruchungseinrichtung, die die Kraft über eine Spindel auf einen Eindringkörper
überträgt, der mit d Prüfstück zur Bildung eines Eindrucks
zusammenwirkt,
sowie einerEinrichtung zur Messung des Eindruckdurchmessers unmittelbar an der Oberfläche
des Prüfstücks erfindungsgemäß die Einrichtung zur Messung des Eindrucks einen Wagen
besitzt, der mit gleichbleibender Geschwindigkeit in der zur Achse des Eindringkörpers
senkrechten Richtung verschiebDar ist und eine Sonde trägt, die in Richtung der
Sindringkörperachse Dewegbar und mit einen Geber der Sondenlage verbunden ist, wobei
daß eine Impulsquelle stabilisierter Frequenz vorhanden ist, die mit einem Impulszähler
durch einen elektrischen Kreis verbunden ist, in den ein Geber zum Schließen dieses
Kreises bei der Senkung der Sonde um die vorgegebene Größe im Abschnitt, in welchem
die Sonde den Eindruck passiert, geschaltet ist.
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Das erfindungsgemäße Härteprüfgerät gestattet, den Prozeß der Messung
des Durchmessers des wiederhergestellten Eindrucks bei der Ilärtebestimmung von
Bisenmetallen nach Jrinell zu automatisieren, das sonst notwendige Verweilen einer
Bedienungsperson am Prüfobjekt zu vermeiden, die Arbeitsproduktivität zu erhöhen;
es gewährleistet die Reproduzierung der allgemein gültigen drinellhärteskala. Außerdem
muß man hervorheben, daß dabei objektive und genaue Information über den Eindruckdurchmesser
gewonnen wird.
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Zweckmäßigerweise sind zur Wagenverschiebung Führun-5 gen vorgesehen,
die an der Spindel des Härteprüfgerät befestigt sind. Dies erlaubt, auf die einfachste
Weise die Verschiebung des Wagens in der zur Achse des Eindringkörpers
senkrechten
Richtung zu gewährleisten, welcher Eindringkörper vor der Erzeugung des Eindrucks
gleichachsig mit der Spindel des ffärteprüfgeräts sein muß, und außerdem gestattet
dies auf die einfachste Weise zu erreichen, daß die Verschiebungsbahn der Sondenspitze,
die mit der Oberfläche des Prüfkörpers kontaktiert, den erzeugten Eindruck längs
dessen Durchmessers überquert. Dadurch wird die Entstehung eines systematischen
Fehlers ausgeschlossen, der damit zusammenhängt, daß die Verschiebungsbahn der Sonde
spitze mit dem Durchmesser des erzeugten Eindrucks nicht zusammenfällt. Hierbei
können die Führungen abnehmbar ausgeführt und zur Anordnung an der Spindel des Härteprüfgeräts
nach Entfernen des Eindringkörpers zur Unterbringung des Wagens auf denselben bestimmt
sein. Das Vorhandensein von abnehmbaren Führungen ermöglicht die Anordnung der Sinrichtung
zur Messung des Eindruckdurchmessers an jedem schon hergestellten Härteprüfgerät
zur erhöhung der Arbeitsleistung.
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Zweckmäßigerweise sind Sonde und Geber am Wagen über ein Gleitstück
befestigt, das in der zur Achse des Sindringkörpers parallelen Richtung verschiebbar
angeordnet ist, und dieses Gleitstück trägt einen Anschlag, der mit der Oberfläche
des Prüf stücks zur gemeinsamen Verschiebung von Sonde und Geber relativ zur Prüfstückoberfläche
zusammenwirkt.
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Diese konstruktive Ausführung gewährleistet die Erhaltung
der
Nullage des Gebers bei der Verschiebungr der Sonde über nicht eine zur Verschiebungsrichtung
des Wagens <enkrechte Oberfläche des Prüf stücks sowiepraktisch die erhaltung
der Nullage des Gebers beim Übergang der Sonde von der undeformierten Prüfstückoberfläche
auf den aufge Werkstoff um den Eindruck herum. Dies verringert den Fehler Dein Messen
der Eindruckdurchmesser, da die Eindruckgrenze infolge der Aufwölbung des Prüfstücwerkstoffs
um den Eindruck herum sich relativ zur ursprünglichen undeformierten Oberfläche
hebt. Hierbei hängt diese HubgröBe von den Eigenschaften des Prüfstückwerkstoffs
ab, d.h. sie stellt oei aufeinanderfolgender Prüfung von Proben mit verschiedenen
Eigenschaften eine Zufallsgröße dar, die sich nicht berücksichtigen läßt, beispielsweise
durch Einführung einer Korrektur, Der Anschlag muß mit zwei Rollen versehen sein,
die symmetrisch beiderseits der Sondenachse liegen und von der Sondenachse um einen
minimalen Abstand entfernt sind, der die Hälfte des kleinsten zu messenden Eindruckdurchmessers
nicht übersteigt. Die Einhaltung der bedingung dieses minimalen Abstandes von der
Sondenachse bis zu den Rollen des Anschlags gestattet, die Nullage des Gebers beim
uebergang der Sonde von der undeformierten Oberfläche auf die aufgewölbte Oberfläche
um den Eindruck herum praktisch beizubehalten. Hierbei verhält es sich so, daß wenn
dieser Abstand
größer als die Hälfte des kleinsten zu messenden
Eindruckdurchmessers ist, so werden beim Ubergang der Sonde von der aufgerölbtell
Oberfläche auf die Oberfläche des Eindrucks die Anschlagrollen mit dem Ptüfstück
am T;Julsthang kontaktieren, was beträchtliche Abweichung der Nullage des Gebers
und in der Folge einen beträchtlichen meßfehler am kleinsten der zu messenden Eindruckdurchmesser
hervorrufen wird.
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Die Rollen müssen so angeordnet sein, daß die Fortsetzung der Kontaktlinie
der Anschlagrollen mit der Oberfläche des Prüfstücks mit der Sondenspitze zusammenfällt,
die gleichfalls mit der Oberfläche des lrüfkörpers kontakinert, und diese Linie
soll zur Verschiebungsrichtung des Wagens senkrecht sein. hlaß muß beachten, daß
beim Nichtzusammenfallen der Sondenspitze mit der Fortsetzung der Kontaktlinie der
Anschlagrollen mit der Oberfläche des Prüfstücks und Nichtsenkrechtstehen dieser
Linie zur Verschiebunsrichtung des Wagens die Abwanderung (Abdrift) der Nullage
des Sondengebers von der Nullage beim Ubergang der Sonde von der undeformierten
Oberfläche des Prüfstücks auf die aufgewölbte Oberfläche erfolgt, was einen Fehler
beim Messen des Durchmessers hervorruft.
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Zweckmäßigerweise sind die Halbmesser der Anschlagrollen und der
Halbmesser der Sondenspitze, die mit der Oberfläche des Prüfstücks kontaktieren,
einander gleich, was praktisch unveränderte Nullage des Gebers beim Übergang
der
Sonde und der Anschlagrollen von der undeformierten Oberfläche des Prüfstücks auf
den i;lrulst des Prüfstückwerkstoffs um den Eindruck herum gewährleistet. cic Im
folgenden wird die Erfindung durchv Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des
Brinell-Härteprüfgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung und durch beigefügte Zeichnungen
erläutert; in den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 schematische Darstellung des Brinell-Härteprüfgeräts
mit einer Einrichtung zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers; Fig. 2
isometrische Darstellung, mit teilweisem Ausbruch, einer Ausführungsvariante der
Einrichtung zur automatischen lulessung des Eindruckdurchmessers; Fig. 3 vervollkommnete
Ausführungsvariante der Einrichtung zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers;
Fig. 4 elektrisches Blockschema eines Mittels zur Ablesung und Registrierung des
Dießergebnisses.
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Das in Fig. 1 dargestellte Brinell-Härteprüfgerät stellt eigentlich
ein den Fachleuten gut bekannten Gerät dar und enthält eine Beanspruchungseinrichtung
1, eine Vorrichtung 2 zur Unterstützung eines auf Härte zu prüfenden Prüf stücks
3, einen Antrieb 4 der Beanspruchungseinheit.
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Das Wiesen der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
besonderen Einrichtung 5 zur automatischen
Messung des Eindruckdurchmessers,
von der zwei Ausführungsvarianten ihres mechanischen Teiles in Fig. 2 und 3 ausführlicher
dargestellt sind.
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Die Einrichtung 5 zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers
besteht aus einem mechanischen Teil und einem elektronischen Teil, der an einem
Pult 6 angeordnet ist, das am Gehäuse 7 des Härteprüfgeräts befestigt ist, an welchem
auch ein Anschlag 8 angeordnet ist.
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Die Reanspruchungseinrichtung 1 ist in Form eines Hebels 9, der sich
auf eine Beanspruchungsspindel 10 stützt, und einer Lastaufhängung 11 mit einem
Satz von Gewichten ausgeführt, die die erzeugung einer bestimmten Eindruckkraft
gewährleisten.
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Die Vorrichtung 2 zur Unterstützung des auf Härte zu prüfenden Prüfstücks
3 enthält eine Hubschraube 12, ein Handrad 13 und einen Objektträger 14, auf dem
das Prüfstück angeordnet wird.
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Der Beanspruchungsantrieb 4 wird, da er zur Genüge bekannt ist, nicht
beschrieben, er ist wie üblich in Form eines ein- bzw. zweistufigen Schneckengetriebes
ausgeführt, auf dessen Ausgangswelle ein Nocken angebracht ist, der hin- und hergehende
Verschiebung eines Stößels 15 gewährleistet. Die Arbeit des Beanspruchungsantriebs
4 wird von einem Motor 16 gewährleistet. Vor der Erzeugung des Eindrucks ist der
Stößel 15 in seine obere Endlage ausgeschoben, wobei er über eine Zugstange
17
den Hebel 9 mit der Spindel 10 in der Ausgangsstellung hält.
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Die Einrichtung 5 zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers
ist am vorderen Ende der Spindel 10 mit Hilfe einer Mutter 18 befestigt.
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Die Einrichtung 5 kann am Gehäuse des Härteprüfers oder an einer
mit dem Härteprüfgerät nicht verbundenen Sonstruktion befestigt sein, aber ihre
Befestigung an der Spindel ist vorzuziehen.
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Der mechanische Teil der Einrichtung 5 (Fig. 2) enthält einen beweglichen
Wagen 19, der in Führungen 20 auf solche Weise angeordnet ist, daß bei der Befestigung
des Härteprüfgeräts mit Hilfe der Mutter 1 an der Spindel 10 (Fig. 1) die Verschiebung
des Wagens 19 in der zur Achse der Spindel 10 senkrechten Ebene erfolgen soll. Am
Wagen 19 sind ein kugelförmiger Eindringkörper 21, eine in Richtung der Eindringkörperachse
bewegliche Sonde 22 und ein Geber 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde 22
angebracht.
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Der elektrische Teil der Einrichtung zur automatischen Messung des
Eindruckdurchmessers enthält eine regelbare Impulsquelle 24 stabilisierter Frequenz
(Fig. 4), einen Im-Impulszähler 25, in deren elektrischen Kreis ein Relaisschema
26 geschaltet ist, und das Schließen dieses Kreises erfolgt mittels des Gebers 23
der vertikalen Verschiebungen der Sonde 22 (Fig. 2).
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Die gegenseitige Lage der Führungen 20 und der Sonde 22 muß eine
solche sein, daß bei der Bewegung des Wagens
19 die Verschiebung
der Spitze der Sonde 22, die mit der Oberfläche des £rüfstücks 3 kontaktiert, in
einer Bbene erfolgt, die durch die Spitze der Sonde 22 und die Achse des kugelförmigen
Eindringkörpers 21 geht, d.h. derart, daß die Spitze der Sonde 22 den erzeugten
eindruck längs dessen Durchmessers überquert.
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Der an den Führungen 20 befestigte Antrieb 27 gewährleistet die Verschiebung
des Wagens 19 mit gleichbleibender Geschwindigkeit dank der Anwendung z.B. eines
Synchronmotors 28, der über Zahnräder 29 und 30 die Drehung auf eine Bewegungsschraube
31 überträgt, die in einer Gewindebohrung am Wagen 19 angeordnet ist.
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Das Gehäuse des Gebers 23 ist am Wagen befestigt und stützt sich
mit seinem Meßstift 32 auf die Sonde 22. Als Geber 23 der vertikalen Verschiebungen
der Sonde 22 kann beispielsweise ein Elektrokontaktgeber oder ein Geber eines anderen
Typs verwendet werden, der das Schließen des Strompreises zwischen der Impulsquelle
24 stabilisierter Frequenz (Fig. 4) und dem Impulszähler 25 gewährleistet.
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Die Nullage des Gebers 23 (Fig. 2) muß einer solchen Lage der Sonde
22 entsprechen, bei der die Spitze der Sonde 22 mit der undeformierten Oberfläche
des Prüfstücks nach dessen Andrücken an den Anschlag 8 (Fig. 1) kontaktiert.
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Hierbei soll die Auslösung des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen
der Sonde 22, die die Schließungen des
elektrischen Kreises zwischen
der Impulsquelle stabilisierter Frequenz und dem Impulszähler hervorruft, nur bei
Verlagerung der Sonde 22 in Richtung der Oberflächenlage des Prüfstücks 3 (Fig.
1) erfolgen.
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An den Führungen 20 Fig 2) sind Endschalter angebracht, die den Lauf
des Wagens 19 begrenzen. Da ihre Konstruktion allgemein bekannt ist, sind die den
Lauf des Wagens 19 begrenzenden Endschalter nicht dargestellt.
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In der Ausgangsstellung des Wagens 19, die der Stellung entspricht,
bei der am Prüf stück ein Eindruck erzeugt wird, fällt die Achse des kugelförmigen
Eindringkörpers 21 mit der Achse der Spindel 10 (Fig. 1) zusammen.
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Vor der Durchführung der Prüfungen zur Bestimmung der Härte mit dem
beschriebenen Gerät wird die Impulsquelle 24 stabilisierter Frequenz (Fig. 4) in
Tätigkeit gesetzt, wobei die von ihr erzeugte Frequenz so eingestellt wird, daß
einem Impuls eine bestimmte Verschiebung des Wagens 19 entspricht. Beispielsweise
kann bei einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Wagens 19 von 10 mm/sek diese Frequenz
104 Hz betragen, d.h. bei dieser Frequenz entspricht einem Impuls die Wagenverschiebung
um 0,001 mm. Bei einer Wagen geschwindigkeit von 3,285 mm/sek kann diese Frequenz
3285 Hz betragen, d.h. einem Impuls entspricht dabei ebenfalls eine Wagenverschiebung
um 0,001 mm.
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Die Arbeit mit dem erfindungsgemäßen Brinell-Härteprüfgerät geht
auf die folgende Weise vor sich. Das Prü9-stück 3 wird auf dem Objektträger 14 angeordnet
und mit Hilfe des Handrads 13 an den Anschlag 8 angedrückt. Hierbei besteht zwischen
der Ebene, die zur Erzeugung des Eindrucks bestimmt ist, und der Spitze des kugelförmigen
Eindringkörpers ein etwas größerer Spalt als die größtmögliche Vulstbildelg des
Prüfstückwerkstoffs um den Eindruck herum beim Eindringen des kugelförmigen Eindringkörpers.
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Der Beanspruchungsantrieb 4 wird in Tätigkeit gesetzt, und beim Drehen
eines Nockens, der auf der Ausgangswelle des Antriebsgetriebes angeordnet ist, erfolgt
das Senken des Stößels 15+ Dem Stößel 15 folgend verschiebt die Stange 17 den Hebel
9, zusammen mit welchem die Spindel 10 verschoben wird. Nach der Berührung des kugelförmigen
Eindringkörpers mit der Oberfläche des Prüfstücks setzt der Anstieg der Prüfbelastung
ein, der beim Ablösen der Stange 17 vom Hebel 9 sein Ende nimmt. Nach dem Halten
des Erzeugnisses lrcnBrend unter Vollbelastungveinervom vom Standard vorgeschriebenenZeitspanne
wird die Belastung vom kugelförmigen Eindringkörper weggenommen, der Motor 16 stellt
seine Arbeit ein, und der Motor 28 (Fig. 2) des Antriebs des Wagens 19 der Einrichtung
zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers wird in Tätigkeit gesetzt.
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Der iiYagen 19 fängt an, sich in den Führungen 20 in der Richtung
zu verschieben, bei der die Spitze der Sonde 22 sich dem erzeugten Eindruck nähert.
Hierbei stellt sich die Nullage des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen der
Sonde 22 ein, elektrische Kopplung zwischen der Impulsquelle 24 stabilisierter Frequenz
und dem Impulszähler 25 fehlt, die Anzeigen einer vorangegangenen Prüfung werden
am Impulszähler gelöscht. All diese Operationen erfolgen mit Hilfe von allgemein
bekannten elektrischen Elementen, die für jeden Fachmann auf diesem Gebiet klar
und deswegen nicht dargestellt sind.
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Bei weiterer Bewegung des Wagens 19 wird die Sonde 22 an den Rand
des Eindruck herangeführt, und bei der aber querung der Grenze dieses Andrucks senkt
sie sich etwas auf die Oberfläche des eigentlichen Eindrucks, wobei der Geber 23
anspricht, unter dessen Wirkung die Relaisschaltv=g 26 (Fig. 4) ausgelöst und der
Stromkreis zwischen der Impuls quelle 24 stabilisierter Frequenz und dem Impuls
zähler 25 geschlossen wird. Am Impulszähler beginnt die Zählung der Impulse, einem
jeden von denen beispielsweise die Wagenverschiebung von 0,001 mm entspricht. Das
Speichern der Impulse am Zähler 25 dauert so lange an, bis die Sonde 22 bei der
mit gleichbleibender Geschwindigkeit erfolgender Bewegung des Wagens 19 den entgegengesetzten
Rand des Eindrucks überschritten hat. Hierbei gelangt der Geber 23 in
die
Nullage, und die elektrische Kopplung der Impulsquelle 24 stabilisierter Frequenz
und des Impulszählers 25 hört auf. Der Summenwert von Impulsen, der im Impulszähler
25 gespeichert ist, stellt ein Maß für die Größe des Eindruckdurchmessers dar.
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Die Arbeitsgenauigkeit der in Fig. 2 dargestellten Binrichtung kann
durch das Nichtsenkrechtstehen der zur Erzeugung des Eindrucks bestimmten Oberfläche
zur Achse des Eindringkörpers nachteilig beeinflußt werden, d.h. es ist erforderlich,
daß die zu prüfende Oberfläche streng parallel zur Verschiebungsbnhn der Spitze
des kugelförmigen Eindringkörpers ist. In der Praxis aber kann die Normale zur Prüfstückoberfläche,
die zur Erzeugung des Eindrucks bestimmt ist, eine ganz unbestimmte Lage einnehmen.
Dies ist von einer Vielzahl von zufälligen Faktoren abhängig, die schwer kontrollierbar
sind. Außerdem entstehen an den Prüfstücken aus während der Erzeugung der Eindrücke
verfestigten Werkstoffen, zur Bestimmung deren Härte das Gerät gerade bestimmt ist,
um die Eindrücke herum Weste aus deformiertem Werkstoff, wodurch das Heben der Eindruckgrenze
über die ursprünglich undeformierte Oberfläche des Prüfstücks bewirkt wird. Bei
Verwendung des vorstehend beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten Härteprüfgeräts
erfolgt während der Verschiebung der Sonde 22 über die Prüfstückoberfläche beim
Messen der DurChmesser der von den Wü1-sten
umgebenen Eindrücke
die Messung nicht eines wahren Durchmessers, sondern die Messung einer gewissen
Größe, die dem Durchmesser des Eindrucks entspricht, der in der Ebene der ursprünglichen
undeformierten Oberfläche des Prüf stücks liegt.
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Die Meßungenauigkeit der Durchmesser der von \lüisten umgebenen Eindrücke
kann durch Einführung einer konstanten Korrektur vermindert werden. Jedoch kann
diese Meßungenauigkeit trotzdem recht groß bleiben.
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In Fig. 3 ist eine vervollkommnete Variante des mechanischen Teils
der Einrichtung zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers dargestellt,
die den Einfluß des Nichtsenkrechtstehens der Oberfläche, die zur erzeugung des
Eindrucks bestimmt ist, zur Achse des Eindringkörpers ausschließt und den Einfluß
der -VIX stbildung um den Eindruck herum auf den wahren Wert des zu messenden Eindruckdurchmessers
erheblich verringert.
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Diese vervollkommnete Variante des mechanischen Teils der Einrichtung
5 zur automatischen Messung des Eindruckdurchmessers enthält den Wagen 19, der in
den Führungen 20 derart angeordnet ist, daß bei der befestigung der Einrichtung
mit Hilfe der Mutter 18 an der Beanspruchungsspindel 10 (Fig. 1) die Verschiebung
des Wagens 19 in der Ebene erfolgen soll, die zur Spindelachse senkrecht steht.
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Am Wagen 19 ist der kugelförmige Eindringkörper 21, ein in Richtung
der Spindelachse bewegliches Gleitstück 33 mit Anschlag 34, eine Sonde 22 und ein
Geber 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde 22 angebracht.
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Der elektrische Teil der Einrichtung gemäß Fig. 3 ist analog den
elektrischen Teil der Einrichtung von Fig.2 ausgeführt.
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Die Sonde 22 (Pig. 3) ist am Gleitstück 33 derart angebracht, daß
die Spitze der Sonde und die Kontaktlinien der Stützrollen 35 und 36, die den Anschlag
34 bilden, beim Kontakt mit der Oberfläche des Prüfstücks in einer Ebene liegen,
die zur Verschiebungsrichtung des Wagens 19 senkrecht ist. Dabei sind die nächsten
Punkte der Kontaktlinien der Stützrollen 35 und 36 mit der Oberfläche des Prüfstücks
in einem Abstand gelegen, der kleiner als der kleinste zu messende Eindruckdurchmesser
ist, und die am weitesten entfernten Punkte der Kontaktlinien der Stützrollen 35
und 36 mit der Oberfläche des Prüfstücks liegen in einem Abstand, der größer als
der größte zu messende Eindruckdurchmesser ist. Der Anschlag 34 ist am Gleitstück
33 über einen Bolzen 37 drehbar um den letzteren befestigt, was die Erhaltung der
Nullage des Gebers 23 bei der Verschiebung der Sonde 22 über die Oberfläche, die
zur Achse des Eindringkörpers 21 nicht senkrecht ist, und insbesondere in der Richtung,
die zur Verschiebungsrichtung des Wagens 19 senkrecht ist,
gewährleistet.
Dabei liegt die Achse des Bolzens 37 in einer Ebene, die zur Wagenverschiebung parallel
ist. Die gegenseitige Lage der Führungen 20 und der Sonde ist eine solche, daß bei
der Bewegung des Wagens 19 die Verschiebung der Spitze der Sonde 22, die mit der
Oberfläche des Prüfstücks kontaktiert, in einer Ebene erfolgt, die durch die Spitze
der Sonde 22 und die Achse des Gelenks des Eindringkörpers geht, d.h. so, daß die
Sondenspitze den erzeugten Eindruck längs dessen Durchmessers überquert.
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Der an den Führungen 20 befestigte Antrieb 27 gewährleistet die Verschiebung
des Wagens 19 mit gleichbleibender Geschwindigkeit dank der Arbeit des Synchronmotors
28, der über die Zahnräder 29 und 30 die Drehung auf die Bewegungsschraube 31 überträgt,
die wie auch bei der Einrichtung von Fig. 2 in einer im Wagen 19 ausgeführten Gewindebohrung
angeordnet ist.
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Das Gehäuse des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde
22 ist im Gleitstück 33 befestigt, und der Meßstift 32 des Gebers 23 stützt sich
auf die Sonde 22. Als Geber kann ein ähnlicher Geber verwendet werden, wie er bei
der Beschreibung der Einrichtung von Fig. 2 erwähnt wurde.
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Die Nullage des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde
22 entspricht einer solchen Lage der Sonde 22 und des Gleitstücks 33 mit dem Anschlag
34, bei welcher der Kontaktpunkt der Spitze der Sonde 22 und die Kontaktlinien der
Stützrollen
35 und 36 mit der Oberfläche des Prüf stücks in der gleichen Ebene liegen, die zu
der durch den Eindruck undeformierten Prüfstückoberfläche parallel liegt. Hierbei
muß die Auslösung des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde 22, die
das Schließen des Stromkreises zwischen der Impuls quelle 24 stabilisierter Frequenz
und dem Impulszähler 25 hervorruft, nur bei Verlagerung der Sonde in Richtung der
Lage der zu prüfenden Prüfstückoberfläche erfolgen. Wie auch in der Variante nach
Fig. 2 sind zur Begrenzung des Wagenlaufs Endschalter vorgesehen.
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Hierbei fällt in der Ausgangsstellung des Wagens 19, die der Lage
entspricht, bei der am Prüf stück ein Eindruck erzeugt wird, die Achse des kugelförmigen
Eindringkörpers 21 mit der Achse der Spindel 10 (Fig. 1) zusammen.
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In der Einrichtung ist ein Hubwerk (in Fig. nicht abgebildet) vorgesehen,
damit in der Ausgangstellung des Wagens 19 vor der Erzeugung eines Eindrucks das
Gleitstück 33 mit dem Anschlag 34 und der Sonde 22 in bezug auf den kugelförmigen
Eindringkörper derart angehoben sind, daß beim Eindringen des letzteren kein Kontakt
der Prüfstückoberfläche mit der Spitze der Sonde 22 und den Stützrollen 35 und 36
erfolgt.
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Das In-Tätigkeit-Setzen der Impulsquelle stabilisierter Frequenz
und des Impulszählers erfolgt wie vorstehend beschrieben.
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Die Arbeit der eben beschriebenen vervollkommneten Variante des mechanischen
Teils der Einrichtung zur Messung des Eindruckdurchmessers geht folgenderweise vor
sich.
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Nach dem In-'L1ätigkeit-Setzen des Motors 28 (Fig. 3) fängt der Wagen
19 an, sich in den Führungen 20 in der Richtung zu verschieben, bei der die Spitze
der Sonde 22 sich dem erzeugten Eindruck nähert. Hierbei wird das Gleitstück 33
mit den Anschlag 34 und der Sonde 22 solcherweise gesenkt, daß die Spitze der Sonde
22 und die Stützrollen 35 und 36 mit der Oberflache des Srifstücks zu kontaktieren
beginnen, die durch die Jii1stbi1dtmr.des Prüfstückwerkstoffs um den Eindruck herum
nicht deformiert ist, wobei die Nulllage des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen
der Sonde 22 eingestellt wird, die elektrische Kopplung zwischen der Impulsquelle
24 stabilisierter Frequenz und dem Impulszähler 25 fehlt, die Anzeigen am Impulszähler
gelöscht sind.
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Bei weiterer Bewegung des Wagens 19 erfolgt der aber gang der Spitze
der Sonde 22 und der Stützrollen 35 und 36 von der undeformierten Oberfläche des
Prüfstücks auf den iiuls-t des Prüfstückwerkstoffes, der um den Eindruck herum beim
Eindringen des kugelförmigen Eindringkörpers gebildet wurde. Hierbei ändert sich
die Nullage des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen der Sonde 22 unbedeutend,
da gleichzeitig mit dem Heben der Sonde 22 über die aufgewölbte Oberfläche um den
Eindruck herum das Heben des
Gleitstücks 33 mit dem Geber 23 mittels
des Anschlags 34 erfolgt, der sich mit seinen Stützrollen 35 und 36 gleichfalls
auf die aufgewölbte Oberfläche in unmittelbarer Sähe des Kontaktpunktes der Sonde
22 mit der aufgewölbten Oberfläche stützt. Bei weiterer Verschiebung des Wagens
19 wird die Sonde 22 an den Rand des Eindrucks herangeführt und bei der Überquerung
der Eindruckgrenze auf die Oberfläche des eigentlichen Eindrucks etwas abgesenkt;
hierbei kontaktieren die Stützrollen 35 und 36 mit der oberen Grenze der Werkstoffaufwölbung
um den Eindruck herum. Beim Senken der Sonde 22 unter die obere Grenze der Aufwölbung
um den Eindruck herum erfolgt die Auslösung des Gebers 23 der vertikalen Verschiebungen
der Sonde 22, das Relaisschema 26 (Fig. 4) wird ausgelöst, und der Stromkreis zwischen
der Impulsquelle 24 stabilisierter Frequenz und dem Impulszähler 25 wird geschlossen.
Am Impulszähler 25 beginnt die Zählung der Impulse, von denen jeder einer Verschiebung
des Wagens 19 (Fig. 3) um 0,001 mm entspricht.
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Diese Zählung (Speicherung der Impulse am Zähler 25) erfolgt so lange,
bis die Sonde 22 bei der ßewegung des Wagens 19 mit gleichbleibender Geschwindigkeit
den entgegengesetzten Rand des Eindrucks überquert hat. Hierbei gelangt der Geber
23 in die Nullage, und die Zählung der Impulse hört auf. Die Summe der am Impulszähler
25 gespeicherten Impulse stellt ein Maß der Größe des Eindruckdurchmessers
dar.
Wenn man annimmt, daß einem Impuls eine Verschiebung des Wagens 19 um 0,001 mm entspricht,
so wird die Summe der am Impulszähler gespeicherten Impulse dem Eindruckdurchmesser
in mm entsprechen. Bei weiterer Verschiebung des Wagens 19 spricht der Endschalter
an, der den Lauf des Wagens 19 aus der Ausgangsstellung begrenzt, Umsteuerung der
Arbeit des Motors 28 und der Beginn der Verschiebung des Wagens 19 in die Ausgangsstellung.
Hierbei können zwei Betriebsarten ausgeführt werden. Bei der Arbeit nach der ersten
Betriebsart erfolgt zu Beginn der bewegung des Wagens 19 zur Ausgangsstellung das
Heben des Gleitstücks 33 mit dem Anschlag 34 und der Sonde 22 relativ zur Ebene,
die durch die Spitze des Eindringkörpers 21 geht und zur Achse desselben senkrecht
ist, um einen Betrag, der größer als die Tiefe (mit Einbeziehung der Aufwölbung
) des größten Eindrucks ist, zwangsweise Einschaltung des Relais 26 (Fig. 4), Rückkehr
des Wagens 19 in die Ausgangsstellung und Stillsetzung desselben, wenn die Achse
des kugelförmigen Eindringkörpers 21 mit der Achse der Spindel 10 (Fig. 1) zusammenfällt.
Bei der zweiten Betriebsart findet kein Heben des Gleitstücks 33 (Fig. 3) mit dem
Anschlag 34 und der Sonde 22 statt, sondern es erfolgt abermalige Messung des Eindruckdurchmessers
beim Lauf des Wagens 19 in die Ausgangsstellung. Hierzu muß der Impuls zähler 25
verwendet werden, der die Mittelung der Ergebnisse der aufeinanderfolgenden
Messungen
des Eindruckdurchmessers beim Hin- und Rücklauf des Wagens 19 gewährleistet. Bei
der Arbeit nach der zweiten betriebsart wird nach der Stillsetzung des Wagens 19
in der Ausgangsstellung am Impuls zähler eine durchschnittliche Grö-Be aus zwei
aufeinanderfolgenden Messungen des Durchmessers ein und desselben Eindrucks fixiert.
Nach der Ankunft des Wagens 19 in der Ausgangsstellung wird der Objektträger 14
(Fig. 1) mit dem auf diesem angeordneten Prüfstück 3 vom Anschlag weggeführt, die
geprüfte Probe wird vom Objektträger 14 abgenommen, und das Härteprüfgerät kann
für weitere Prüfungen eingesetzt werden.
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Bei der Anwendung einer Einrichtung zur automatischen Messung des
Eindruckdurchmessers gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Reihe von Baktoren
das Meßergebnis beeinflussen. Zu den Hauptfaktoren gehören: Auslösungshub des Gebers
23, Halbmessergröße an der Spitze der Sonde 22, "Außermittigkeit" der Spitze der
Sonde 22 in bezug auf den Durchmesser des erzeugten Eindrucks, unstabile Verschiebungsgeschwindigkeit
des Wagens 19, unstabile Frequenzreproduktion, Wulstgröße des Prüfstückwerkstoffs
um den Eindruck herum und eine gewisse Abweichung der Eindruckgrenze von der Wulstkammlinie
des Werkstoffs um den Eindruck herum. Hierbei ist die Größe des Halbmessers an der
Spitze der Sonde 22 der dominierende Faktor, der die Werte des automatisch gemessenen
Durchmessers des erzeugten Eindrucks
beeinflußt. Allerding rufen
solche Faktoren wie die Größe des Halbessers an der Spitze der Sonde 22, deren "Außermittigkeit"
in bezug auf den Durchmesser des erzeugten Eindrucks, Auslösungshub des Gebers 23
einen systematischen Fehler hervor und können durch Einsatz eines solchen Impulszählers
25 berücksichtigt werden, der automatische Voreinstellung am Impuls zähler einer
konstanten Korrektur vor jeder Messung gewährleistet. Die Korrektur wird vom Hersteller
des Härteprüfgeräts vorgegeoen und in der Kennkarte des Härteprüfgeräts angegeben.
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Die Wirkung zufälliger Faktoren aber ruft eine eßungenauigkeit des
Eindruckdurchmessers in zulässigen Grenzen hervor und kann durch mehrfache Messung
ein und desselben Eindrucks vermindert werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet, eine hohe eßgenauigkeit
der Eindruckdurchmesser zu gewährleisten.
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x wurden Genauigkeitswerte in der Größenordnung von + 2w5So für die
Härten von 100 bis 450 Einh. bei einer Sicherheitswanrscheinlichkeit von 0,925 erhalten,
wobei die Arbeitsproduktivität beim Messen ums l0-12fache gegenüber den herkömmlichen
Verfahren erhöht wurde.
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Es muß gesagt werden, daß die Verwendung der entsprechenden elektronischen
Apparatur die Meßergebnisse in verschiedener Form fixieren läßt, so beispielsweise
in Brinellhärtezahlen, die mit einem Rechner auf der Basis des
gemessenen
Eindruckdurchmessers berechnet und an einem Sichtgerät leuchtend dargestellt bzw.
in einem Digitaldrucker fixiert werden. Beim Einsatz eines Impuls zählers mit einem
Anzeiger von min- und max-Werten des Eindruckdurchmessers, die das Toleranzfeld
markieren, in welchem die geprüften Werkstücke liegen müssen, um als angenommen
zu gelten, lassen sich elektrische Signale erzeugen, die darüber informieren, daß
ein Werkstück zu einer der drei Kategorien gehört: "zu weicht', "Normalhärte", "zu
hart". Somit läßt die Anwendung des erfindungsgemäßen Härteprüfgeräts die Meßgenauigkeit
beträchtlich erhöhen und die Kontrolle der Härte von Erzeugnissen automatisieren.