DE3424514A1

DE3424514A1 - DEVICE FOR HARDNESS TESTING

Info

Publication number: DE3424514A1
Application number: DE19843424514
Authority: DE
Inventors: Reinhart Prof. Dr. 7900 Ulm Meyer
Original assignee: Zwick GmbH and Co
Current assignee: Zwick GmbH and Co
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1986-01-09
Also published as: GB8516601D0; JPH0446373B2; GB2161279B; JPS6125039A; DE3424514C2; GB2161279A

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. DR.PATENT ADVOCATE DIPL.-PHYS. DR.

Zwick GmbH & Co.Zwick GmbH & Co.

Lämmerweg 22Lämmerweg 22

7900 Ulm/Donau7900 Ulm / Danube

7900 Ulm, 13.06.84 Akte PG/6251 f/sr7900 Ulm, 06/13/84 File PG / 6251 f / sr

Device for hardness testing.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Härteprüfung an Werkstoffproben aus Metall, Kunststoff, Elastomer oder dergl. mit einem auf die Werkstoffprobe aufsetzbaren und dabei mit der Werkstoffprobe zuerst in einem Aufsetzpunkt in Berührung kommenden harten Eindringkörper, dessen Eindringen in die Werkstoffprobe unter einer den aufgesetzten Eindringkörper belastenden Prüfkraft meßbar ist.The invention relates to a device for testing hardness on material samples made of metal, plastic, elastomer or the like. With one that can be placed on the material sample and the hard indenter first coming into contact with the material sample at a contact point, its penetration into the material sample under a stressful penetration body Test force is measurable.

Die Härte als wichtige Werkstoff-Kenngröße ist weniger eine klar definierte physikalische Größe, als vielmehr ein technologischer Kennwert, der meist als Widerstand definiert ist, den der Probenwerkstoff dem Eindringen eines harten Eindringkörpers entgegensetzt. Die Uneinheitlichkeit der Härtedefinition wird schon daran deutlich, daß bei Metallen nur der bleibende Eindruck, bei Kunststoffen und Elastomeren jedoch der Eindruck unter anstehender Prüfkraft ausgewertet wird. Auch werden unterschiedliche Eindringkörper, meist in geometrisch einfacher Form (z. B. Kugel, Kegel, Kegelstumpf, Pyramide) verwendet, die je nach Härtebereich aus verschiedenen Werkstoffen bestehen (z. B. Stahl, Diamant). Soll ein Härteprüfverfahren somit für die ganze Breite der Werkstoffhärten verwendbar sein, muß es mehrere Kriterien er-Hardness, an important material parameter, is less of a clearly defined physical variable than it is rather a technological characteristic value that is usually defined as the resistance of the sample material opposed to the penetration of a hard indenter. The inconsistency in the definition of hardness It is already clear from the fact that with metals only the permanent impression, with plastics and elastomers however, the impression under the applied test force was evaluated will. Different indenters are also used, mostly in a geometrically simple form (e.g. Spheres, cones, truncated cones, pyramids), which are made of different materials depending on the hardness range exist (e.g. steel, diamond). Should a hardness test method be used for the entire range of material hardnesses be usable, it must meet several criteria

Adreile: 79 Ulm/Donau, Telefon Telegramme Postscheckkonto BankkontoAddress: 79 Ulm / Donau, telephone telegrams, postal check account, bank account Poitfach M*9, EnilngentraBt 21 (07 31) β 49 4t Prospat Ulmdonau Stuttgart 732 31 Deutsche Bank AG Ulm 184Poitfach M * 9, EnilngentraBt 21 (07 31) β 49 4t Prospat Ulmdonau Stuttgart 732 31 Deutsche Bank AG Ulm 184

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füllen: Der Eindringkörper muß auch für gehärtete Metalle und dergl. geeignet sein, was nur bei Diamant der Fall ist. Weiter soll die Form des Eindringkörpers geometrisch einfach und so gestaltet sein, daß sich keine Abhängigkeit der Gestalt des Eindrucks von der Prüfkraft ergibt. Deshalb sind Kugeln wenig geeignet. Wegen der Angleichung an bestehende Normen empfiehlt sich die Verwendung eines Kegels (Rockwell C) oder eine Pyramide (Vickers). Da jedoch nur das Vickers-Verfahren für alle (Metall- )Härtebereiche genormt ist, eignet sich für ein universelles Verfahren vor allem die Vickers-Pyramide. - Schließlich sollte die Tiefe des Eindrucks unter Last gemessen werden, da etwa bei Elastomeren (und weithin auch bei Kunststoffen) nach Entlastung kein oder kaum ein bleibender Eindruck zurückbleibt, aus dem sich also auch kein Härtewert ermitteln läßt. Bei Metallen wird bisher den Normen entsprechend nur die bleibende Verformung durch den Eindringkörper erfaßt. Die Rückfederung bei einer Eindringtiefenmessung (Rockwell C) ist klar mit Hilfe einer Tiefenmessuhr bei Rücknahme der vollen Prüfkraft auf die Prüfvorkraft erkennbar. Bei Messung der Eindrucksdiagonale nach Vickers ist jedoch davon auszugehen, daß diese Diagonale gar nicht oder höchst wenig zurückfedert, so daß beim Vickers-Eindringkörper die Möglichkeit besteht, aus der noch unter Wirkung der Prüfkraft gemessenen Eindringtiefe, während also der Eindringkörper die entstandene Vertiefung noch voll ausfüllt, auf die Diagonalenlänge nach Entlastung zu schließen.fill: The indenter must also be suitable for hardened metals and the like, which is only the case with diamond. Next should be the shape of the indenter geometrically simple and designed in such a way that there is no dependence on the shape of the Impression of the test force results. Therefore, balls are not very suitable. Because of the alignment with existing ones Standards recommend the use of a cone (Rockwell C) or a pyramid (Vickers). However, since only the Vickers method is standardized for all (metal) hardness ranges, it is suitable for a universal method especially the Vickers pyramid. - Finally, the depth of the impression should be can be measured under load, for example with elastomers (and to a large extent also with plastics) no or hardly any lasting impression remains after relief, from which there is no Hardness value can be determined. In the case of metals, only permanent deformation has so far been used in accordance with the standards detected by the indenter. The springback during a penetration depth measurement (Rockwell C) is clear with the help of a depth gauge when the full test force is withdrawn from the test pre-force recognizable. When measuring the indentation diagonal according to Vickers, however, it can be assumed that this Diagonal does not spring back at all or very little, so that with the Vickers indenter the possibility consists of the penetration depth measured under the action of the test force, while the penetration body the resulting depression is still completely filled, to deduce the length of the diagonal after relief.

Im Ergebnis sollte bei einem universellen Härteprüf-The result should be a universal hardness test

verfahren ein harter Eindringkörper in Pyramidenform aus Diamant verwendet und die Eindringtiefe noch unter Wirkung der Prüfkraft gemessen werden. Weiter erscheint für die Erfassung der Eindringtiefe eine Differenzmessung gegenüber der Oberfläche der Werkstoffprobe unerläBlich, weil sich sonst schon geringste Setzungen der Werkstoffprobe sowie auch bereits deren elastische Zusammendrückung verfälschend auswirken. Weiter muß ausgeschlossen werden, daß sich seitliche Versetzungen und NeigungsVeränderungen der Werkstoffprobe als Fehlerquelle auswirken können.a hard pyramid-shaped penetrator made of diamond is used and the penetration depth is still below Effect of the test force can be measured. In addition, a appears for recording the penetration depth Difference measurement compared to the surface of the material sample is essential, because otherwise the slightest Settlement of the material sample as well as its elastic compression falsify impact. It must also be ruled out that there are lateral displacements and changes in inclination the material sample can act as a source of error.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie die vorstehenden Erfordernisse erfüllt und universell zur Härteprüfung über den gesamten Härtebereich verwendbar ist.The invention has for its object to develop a Vorrich device of the type mentioned so that it fulfills the above requirements and is universal for hardness testing over the entire hardness range is usable.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein mit der Prüfkraft beaufschlagbarer, am einen Ende den Eindringkörper tragender Eindringkörperstempel axial verschiebbar in einem Tastfußrohr und das Tastfußrohr axial verschiebbar in einem relativ zur Werkstoffprobe heb- und senkbaren Legerkörper geführt ist, daß ferner eine die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörperstempel und dem Tastfußrohr messender Tiefentaster vorgesehen ist, und daß das Tastfußrohr am probenseitigen Ende einen vom Eindringkörperstempel durchdrungenen Tastfuß trägt, der mindestens zwei an der Oberfläche der Werkstoffprobe beidseits des Aufsetzpunktes des Eindringkörpers zur Auflage kommende, mit dem Aufsetzpunkt in einer gemeinsamenThis object is achieved according to the invention in that a test force can be applied to one End of the indenter carrying the indenter axially displaceable in a foot tube and the foot tube axially displaceable in a relative to Material sample can be raised and lowered laying body, that also a relative displacement between the penetrator stamp and the probe foot tube measuring depth probe is provided, and that the probe foot tube at the end of the specimen side has a probe foot penetrated by the indenter stamp, which has at least two on the surface of the material sample on both sides of the contact point of the indenter to rest coming, with the starting point in a common

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Geraden liegende Auflagepunkte besitzt und um eine diese Gerade im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers senkrecht schneidende horizontale Achse drehbar am Tastfußrohr gelagert ist.Support points lying straight and around a straight line in the contact point of the indenter vertically cutting horizontal axis is rotatably mounted on the probe foot tube.

Der sich bei der Tiefenmessung auf der Oberfläche der Probe aufsetzende Tastfuß ermöglicht die Differenzmessung der Eindruckstiefe gegenüber der Oberfläche der Probe. Da sich der Tastfuß nur in einer durch seine Aufsetzpunkte gehenden Geraden der Oberfläche der Werkstoff probe auflegt, können Neigungsveränderungen dieser Oberfläche um diese Gerade als Achse das Tiefenmessergebnis nicht beeinflussen. Oberflächenneigungen der Werkstoffprobe um eine zu dieser Geraden senkrechte Achse werden durch die drehbare Lagerung des Tastfußes am Tastfußrohr ausgeglichen und scheiden damit ebenfalls als Fehlerquelle aus. Im übrigen findet die Messung mit Hilfe des Tiefentasters während der Wirkung der Prüfkraft statt.The probe foot, which is placed on the surface of the sample during the depth measurement, enables the differential measurement the depth of indentation against the surface of the sample. Since the foot can only move through in one its touchdown points, which extend straight lines on the surface of the material sample, can cause inclination changes This surface around this straight line as an axis does not influence the depth measurement result. Surface slopes of the material sample about an axis perpendicular to this straight line are rotated by the Storage of the sensing foot on the sensing foot tube is balanced and thus also ruled out as a source of error. In addition, the measurement with the aid of the depth probe takes place while the test force is acting.

Um bei insbesondere pyramidenförmigem Eindringkörper Verdrehungen um die Achse des Eindringkörperstempels zu verhindern, sind in bevorzugter Ausführungsform der Eindringkörperstempel im Tastfußrohr und das Tastfußrohr im Lagerkörper gegen Verdrehungen gesichert. Weiter empfiehlt es sich, daß der Eindringkörperstempel im von der Werkstoff probe abgehobenen Zustand auf einem im Tastfußrohr dicht über dem Tastfuß vorgesehenen, den Eindringkörperstempel koaxial zum Tastfußrohr ausrichtenden Zentriersitz ruht und im übrigen nur im Bereich des von der Werkstoffprobe abgewandten oberen Endes im Tastfußrohr geführt ist. Der Zentriersitz kann von einem hohl-In the case of a pyramid-shaped indenter, in particular, to allow for rotations about the axis of the indenter punch to prevent, in a preferred embodiment, the indenter stamp in the probe base tube and the Probe foot tube secured against twisting in the bearing body. It is also recommended that the indenter stamp in the state lifted from the material sample on one in the probe foot tube just above the Probe foot provided, the indenter stamp coaxially to the probe foot tube aligning centering seat rests and otherwise only in the area of the upper end facing away from the material sample in the probe base tube is led. The centering seat can be made of a hollow

kegeligen Ring gebildet sein, in dessen Konus der Eindringkörperstempel mit einembe formed conical ring, in the cone of the indenter punch with a

Ring eingreift. Im übrigen ist dabei die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß bei im Zentriersitz ruhendem Eindringkörperstempel der Eindringkörper mit seinem der Werkstoffprobe zugewandten vordersten Eindringpunkt in Eindringrichtung etwas über die Auflagepunkte des Tastfußes vorsteht. Im Ergebnis kommt beim Meßvorgang zuerst der Eindringkörper mit der Oberfläche der Werkstoffprobe in Berührung. Dabei sitzt der Eindringkörperstempel noch im Zentriersitz, ist also in Bezug auf das Tastfußrohr zentriert. Im weiteren Verlauf des Meßvorganges wird der Eindringkörperstempel aus dem Zentriersitz herausgehoben und kann durch die so erhaltene Querbeweglichkeit Seitenversetzungen der Werkstoffprobe ausgleichen, bis sich der Tastfuß der Oberfläche der Werkstoffprobe auflegt. In dieser Stellung, in welcher der Eindringkörper allenfalls erst von einer Prüfvorkraft belastet ist, wird der vom Tiefentaster gemessene Wert als Ausgangswert normiert und die Tiefenanzeige entsprechend auf Null gesetzt.Ring engages. In addition, the arrangement is expediently made so that with the indenter ram resting in the centering seat, the indenter with its material sample facing foremost penetration point in the direction of penetration a little over the contact points of the sensing foot protrudes. As a result, the indenter with the surface of the penetrator comes first during the measuring process Material sample in contact. The indenter ram is seated still in the centering seat, so it is centered in relation to the probe base tube. In the further During the measuring process, the indenter stamp is lifted out of the centering seat and can compensate for lateral displacements of the material sample through the transverse mobility obtained in this way, until the sensing foot rests on the surface of the material sample. In this position, in which the If the penetrator is only loaded by a pre-test force, the one measured by the depth probe is measured The value is normalized as the initial value and the depth display is set to zero accordingly.

Eine vorteilhafte Lagerung des Tastfußes am Tastfußrohr ist dadurch gekennzeichnet, daß der Tastfuß beidseits der Achse des Tastfußrohres Lagerflächen aufweist, die um die Gerade zwischen den Auf lagepunkten im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers senkrecht schneidende, horizontale Achse konvex kreisförmig verlaufen und jeweils beidseits ihres Scheitels unter der Kraft von Federn gegen am Tastfußrohr gelagerte Wälzkörper abgestützt sind. Die Federn greifen am Tastfuß oberhalb der Achse derAn advantageous mounting of the sensing foot on the sensing foot tube is characterized in that the sensing foot has bearing surfaces on both sides of the axis of the probe foot tube around the straight line between the on location points in the contact point of the indenter vertically intersecting, horizontal axis convex run in a circle and on both sides of their apex under the force of springs against the probe foot tube mounted rolling elements are supported. The springs grip the foot above the axis of the

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Lagerflächen an, so daß sie auf den Tastfuß außer ihrer den Tastfuß haltenden Funktion auch eine ihn stets in die Ausgangslage zurück bewegende Rückstellfunktion ausüben.Bearing surfaces on, so that they also have a function on the probe foot in addition to their function that holds the probe foot always exercise the reset function that moves back to the starting position.

Die Prüfkraft wird im allgemeinen in Form eines Gewichtes aufgebracht. Dazu ist nach der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, daß der Lagerkörper fest an einer relativ zur Werkstoffprobe heb- und senkbaren Tragplatte sitzt, die mindestens ein lose aufgesetztes Gewicht zur Erzeugung der Prüfkraft trägt, das einen Aufleger aufweist, der einen unter ihm liegenden Anschlag des Eindringkörperstempels übergreift, auf dem sich beim Absenken der Tragplatte relativ zum Eindringkörperstempel der Aufleger absetzt und dadurch das Gewicht von der Tragplatte abhebt und die Gewichtskraft auf den Eindringkörperstempel überträgt. Zweckmäßig ist das Gewicht als zur Achse des Eindringkörperstempels koaxialer Gewichtsring ausgebildet, dessen längs eines Ringdurchmessers verlaufender Aufleger das Tastfußrohr und den Eindringkörperstempel in einer fensterartigen Aussparung durchgreift. Um die Prüfkraft in einfacher Weise variieren zu können, sind auf der Tragplatte zweckmäßig mehrere konzentrisch angeordnete Gewichtsringe vorgesehen, von welchen der innerste Gewichtsring mit dem Aufleger versehen ist und jeder andere Gewichtsring einen Anschlag aufweist, mit dem er durch den jeweils nächstinneren Gewichtsring von der Tragplatte abhebbar ist, so daß durch den Grad der Absenkung der Tragplatte mehr oder weniger Gewichtsringe am Eindringkörperstempel wirksam werden.The test force is generally in the form of a Weight applied. For this purpose, it is preferably provided according to the invention that the bearing body is fixed sits on a support plate that can be raised and lowered relative to the material sample and has at least one loosely attached Weight to generate the test force carries, which has a trailer, the one under him lying stop of the indenter ram overlaps, on which the lowering of the support plate relative to the indenter stamp, the trailer settles and thereby the weight of the support plate lifts off and transfers the weight to the indenter punch. The weight is useful as formed to the axis of the indenter stamp coaxial weight ring, its along a ring diameter running trailer the probe foot tube and the indenter stamp in a window-like Opening through. In order to be able to vary the test force in a simple manner, are on the Support plate expediently provided several concentrically arranged weight rings, of which the innermost weight ring is provided with the support and every other weight ring has a stop, with which it can be lifted off the support plate by the next inner weight ring, so that through the degree of lowering of the support plate more or less weight rings on the indenter stamp effective will.

Um für das Aufsetzen des Eindringkörpers eine im Vergleich zur Prüfkraft geringere Prüfvorkraft zu erhalten, unter deren Wirkung der Eindringkörper noch nicht vergleichbar tief wie später unter der vollen Prüfkraft in die Werkstoffprobe eindringen kann, empfiehlt sich eine Anordnung, bei der der Eindringkörperstempel über ein Auflager an einem Entlastungsträger hängt, der mittels mindestens einer Entlastungsfeder am Aufleger gehalten ist, wobei die Kraft der Entlastungsfeder dem Gewicht des Eindringkörperstempels entgegen gerichtet und der Verstellweg des Entlastungsträgers in Richtung der Federkraft durch einen am Aufleger festen Anschlag für den Entlastungsträger begrenzt ist. Zweckmäßig ist der Entlastungsträger als am Aufleger gelagerter einarmiger Hebel ausgebildet, an dessen freiem Ende die Entlastungsfeder und der Anschlag angreifen. Im Ergebnis ist es je nach Entlastungsfeder ohne weiteres möglich, das zunächst wirksam werdende Gewicht des Eindringkörperstempels bei zum Beginn des eigentlichen Meßvorganges nach Wunsch zu reduzieren. Im übrigen kann ein auf die Stellung des Entlastungsträgers relativ zum Aufleger ansprechenden Sensor vorgesehen sein, mit dessen Hilfe ein für die Tragplatte vorgesehener Verstellantrieb steuerbar ist. Dadurch ist es möglich, den Eindringkörperstempel zunächst mit hoher Geschwindigkeit, aber mit nur geringem effektivem Gewicht gegen die Werkstoff probe zuzustellen, die weitere Zustellgeschwindigkeit aber drastisch zu senken, sobald der Eindringkörper sich auf der Werkstoffprobe aufgesetzt und der Sensor angesprochen hat.In order to apply a lower test pre-force compared to the test force for the insertion of the indenter received, under whose action the penetrator is not yet as deep as later under the full test force can penetrate the material sample, an arrangement is recommended in which the Penetrator stamp hangs on a support on a relief beam, which by means of at least a relief spring is held on the trailer, the force of the relief spring the weight of the Penetrator punch directed in the opposite direction and the adjustment path of the relief support in the direction of the Spring force is limited by a fixed stop on the support for the relief carrier. Appropriate the relief carrier is designed as a one-armed lever mounted on the trailer, at its free end attack the relief spring and the stop. As a result, depending on the relief spring, it is straightforward possible, the initially effective weight of the indenter stamp at the beginning of the actual To reduce the measuring process as desired. In addition, a can on the position of the discharge carrier relative to the trailer responsive sensor be provided, with the help of a for the Support plate provided adjustment drive is controllable. This makes it possible to use the indenter stamp initially at high speed, but with only a low effective weight against the material sample to deliver, but drastically lower the further infeed speed as soon as the indenter is has placed it on the material sample and the sensor has responded.

Welter empfiehlt es sich, daß der Tiefentaster aufWelter recommends that the depth gauge be on

dem Tastfußrohr über dem Ende des Eindringkörperstempels angeordnet ist und einen zum Eindringkörperstempel koaxialen Schaft mit einem der stirnseitigen Endfläche des Eindringkörperstempels anliegenden Fühler aufweist.the probe foot tube is arranged over the end of the indenter stamp and one to the indenter stamp coaxial shaft with one of the front end face of the indenter ram bearing feeler having.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing explained; show it:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung zur Härteprüfung, wobei nur die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind,Fig. 1 is an axial section through a device for hardness testing, only that for the invention essential parts are shown,

Fig. 2 eine Teilansicht des Gegenstandes der Fig. 1 in Richtung des dort eingetragenen Pfeiles X,FIG. 2 shows a partial view of the object of FIG. 1 in the direction of the arrow X entered there,

Fig. 3 die Seitenansicht eines vollständigen Prüfsystems mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Härteprüfung,3 shows the side view of a complete test system with the device according to the invention for hardness testing,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3.FIG. 4 shows a plan view of the object of FIG. 3.

In Fig. 1 ist die auf einer Unterlage 32 liegende Werkstoffprobe mit 10, der auf die Werkstoff probe 10 aufsetzbare und dabei mit der Werkstoffprobe zunächst in einem Aufsetzpunkt in Berührung kommende harte Eindringkörper mit 2 bezeichnet. Er besitzt Pyramidenform und besteht aus Diamant. Zum Messen seiner Eindringtiefe in die Werkstoffprobe 10 unter einer den aufgesetzten Eindringkörper 2 belastenden Prüfkraft dient ein mit 12 bezeichneter Tiefentaster. Ein mit der Prüfkraft beaufschlagbarer, am einen Ende den Eindringkörper 2 tragender Eindringkörperstempel 1 ist axial verschieb-In Fig. 1, the material sample lying on a base 32 is 10, the sample 10 on the material hard indenters that can be attached and initially come into contact with the material sample at a point of attachment denoted by 2. It has a pyramid shape and is made of diamond. To measure its depth of penetration a is used in the material sample 10 under a test force loading the inserted indenter 2 12 designated depth probe. One with the test force can be acted upon, at one end the indenter 2 carrying indenter stamp 1 is axially displaceable

it 34245H it 34245H

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bar in einem Tastfußrohr 5 geführt, wozu Wälzlager 3 dienen. Das Tastfußrohr 5 selbst ist ebenfalls axial verschiebbar in einem relativ zur Werkstoffprobe 10 heb- und senkbaren Lagerkörper 6 mittels Wälzkörpern 31 geführt. Der Eindringkörperstempel 1 ist im Tastfußrohr 5 und das Tastfußrohr 5 im Lagerkörper 6 gegen Verdrehungen gesichert, wozu ein Stift 7 am Eindringkörperstempel 1 und ein Stift 8 am Lagerkörper 6 dienen, die in entsprechende Längsschlitze des Tastfußrohres 5 eingreifen, wobei die axiale Länge dieser Schlitze zugleich den axialen Bewegungsbereich des Eindringkörperstempels 1 relativ zum Tastfußrohr 5 bzw. des Tastfußrohres 5 relativ zum Lagerkörper 6 festlegen. Der Tiefentaster 12 mißt die ReIatiwerSchiebung zwischen dem Eindringkörperstempel 1 und dem Tastfußrohr 5. Das Tastfußrohr 5 trägt am probenseitigen Ende einen vom Eindringkörperstempel 1 durchdrungenen Tastfuß 30. Dieser Tastfuß 30 besitzt mindestens zwei an der Oberfläche der Werkstoffprobe 10 beidseits des Aufsetzpunktes des Eindringkörpers 2 zur Auflage kommende, mit dem Aufsetzpunkt in einer gemeinsamen Geraden liegende Auflagepunkte 11, die im Ausführungsbeispiel durch ballige Vorsprünge an der der Werkstoffprobe 10 zugewandten Stirnseite des Tastfußes 30 gebildet sind. Um die diese Auflagepunkte 11 verbindende Gerade als Achse ist ein Kippvorgang zwischen dem Tastfuß und der Werkstoffprobe ohne Beeinträchtigung des Meßvorgangs möglich. Außerdem ist der Tastfuß 30 drehbar am Tastfußrohr 5 gelagert. Dazu ist der Tastfuß beidseits der Achse 33 des Tastfußrohres 5 mit Lagerflächen 34 versehen, die um eine diese Verbindungsgerade der Auflagepunkte 11 im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers 2 senkrecht schneidende horizontale Achse konvex kreisförmig verlaufen und jeweils beidseits ihres Scheitels unter der Kraft von Federn 35 gegen WäjLz-out bar in a probe foot tube 5, including rolling bearings 3 are used. The probe foot tube 5 itself is also axially displaceable in a bearing body 6 which can be raised and lowered relative to the material sample 10 by means of Rolling bodies 31 out. The penetrator stamp 1 is in the probe foot tube 5 and the probe foot tube 5 in the bearing body 6 secured against rotation, including a pin 7 on the indenter stamp 1 and a pin 8 serve on the bearing body 6, which engage in corresponding longitudinal slots of the probe foot tube 5, the axial length of these slots at the same time the axial range of motion of the indenter punch 1 relative to the probe foot tube 5 or the probe foot tube 5 relative to the bearing body 6. The depth probe 12 measures the friction displacement between the indenter punch 1 and the probe foot tube 5. The probe foot tube 5 carries one of the indenter stamps at the end on the specimen side 1 penetrated probe foot 30. This probe foot 30 has at least two on the surface of the material sample 10 on both sides of the contact point of the penetrator 2 coming to rest, with the touchdown point in a common straight line lying support points 11, which in the embodiment by spherical projections on the material sample 10 facing end face of the sensing foot 30 are formed. To these support points 11 connecting As an axis, there is a tilting process between the probe base and the material sample without impairing the Measuring process possible. In addition, the sensing foot 30 is rotatably mounted on the sensing foot tube 5. The tactile foot is for this purpose provided on both sides of the axis 33 of the probe foot tube 5 with bearing surfaces 34, which around a straight connecting line the support points 11 in the contact point of the indenter 2 vertically intersecting horizontal axis convex run in a circle and on both sides of their apex under the force of springs 35 against WäjLz-

körper 9 abgestützt sind, die am Tastfußrohr 5 gelagert sind. Der tastfußseitige Angriffspunkt der Federn 35 liegt oberhalb der Lagerachse für den Tastfuß 30, so daß die Federn 35 zugleich eine Rückstellkraft auf den Tastfuß 30 ausüben. Solange der Eindringkörperstempel 1 der Werkstoffprobe 10 noch nicht aufsitzt, ruht er auf einem im Tastfußrohr 5 dicht über dem Tastfuß 30 vorgesehenen, den Eindringkörpeisbempel 1 koaxial zum Tastfußrohr 5 ausrichtenden Zentriersitz 4. Im übrigen ist der Eindringkörperstempel 1 nur noch im Bereich des von der Werkstoffprobe 30 abgewandten oberen Endes an den Wälzkörpern 3 im Tastfußrohr 5 geführt. Der Zentriersitz 4 ist ein hohlkegeliger Ring, in dessen Konus der Eindringkörperstempel 1 mit einem entsprechenden . Ring eingreift. Solangebody 9 are supported, which are mounted on the probe foot tube 5 are. The contact point on the side of the springs 35 is above the bearing axis for the Sensing foot 30, so that the springs 35 exert a restoring force on the sensing foot 30 at the same time. So long the indenter punch 1 of the material sample 10 not yet seated, it rests on a provided in the probe foot tube 5 just above the probe foot 30, the Penetrator body 1 aligning coaxially with the probe foot tube 5 Centering seat 4. In addition, the indenter stamp 1 is only in the area of the upper end facing away from the material sample 30 is guided on the rolling elements 3 in the probe base tube 5. Of the Centering seat 4 is a hollow conical ring, in the cone of which the indenter punch 1 with a appropriate. Ring engages. So long

der Eindringkörperstempel 1 im Zentriersitz 4 ruht, steht der Eindringkörper 2 mit seinem der Werkstoffprobe 10 zugewandten vordersten Eindringpunkt, also der Pyramidenspitze, in Eindringrichtung geringfügig über die Auflagepunkte 11 des Tastfußes 30 vor. Der Lagerkörper 6 sitzt fest an einer relativ zur Werkstoff probe 10 heb- und senkbaren Tragplatte 13. Diese Tragplatte 13 trägt im Ausführungsbeispiel drei lose aufgesetzte Gewichte 19, 19', 19" zur Erzeugung der Prüfkraft. Diese Gewichte sind als zur Achse des Eindringkörperstempels 1 koaxiale Gewichtsringe ausgebildet. Das innerste Gewicht 19 trägt einen längs eines Ringdurchmessers verlaufenden Aufleger 18, der das Tastfußrohr 5 und den Eindringkörperstempel 1 in einer fensterartigen Aussparung 20 durchgreift und über einem Anschlag 36 des Eindringkörperstempels 1 verläuft, auf dem sich beim Absenken der Tragplatte 13 relativ zum Eindringkörperstempel 1 der Auflegerthe indenter punch 1 rests in the centering seat 4, stands the penetrator 2 with its the material sample 10 facing foremost penetration point, i.e. the pyramid tip, slightly in the penetration direction over the support points 11 of the sensing foot 30 before. The bearing body 6 is firmly seated on a relative to the material sample 10 lifting and lowering support plate 13. This In the exemplary embodiment, support plate 13 carries three loosely attached weights 19, 19 ', 19 "to generate the Test force. These weights are designed as weight rings that are coaxial with the axis of the indenter stamp 1. The innermost weight 19 carries a support 18 running along a ring diameter, which passes through the probe base tube 5 and the penetration body stamp 1 in a window-like recess 20 and runs over a stop 36 of the indenter stamp 1 on which, when the support plate 13 relative to the indenter stamp 1 of the trailer

absetzt und dadurch das Gewicht 19 von der Tragplatte 13 abhebt und die Gewichtskraft auf den Eindringkörperstempel 1 überträgt. Die anderen beiden Gewichtsringe 19'» 19" besitzen je einen Anschlag 37» durch den jeder einzelne Gewichtsring von dem jeweils nächstinneren Gewichtsring von der Tragplatte 13 abgehoben wird, wenn die Tragplatte 13 zunehmend abgesenkt wird. Der Eindringkörperstempel 1 hängt im übrigen über ein Auflager 38 an einem Entlastungsträger 15, der mittels einer Entlastungsfeder 14 am Aufleger 18 gehalten ist, wobei die Kraft der Entlastungsfeder 14 der Gewichtskraft des Eindringkörperstempels 1 entgegen gerichtet ist. Der Entlastungsträger 15 ist als am Aufleger 18 gelagerter einarmiger Hebel ausgebildet, an dessen freiem Ende die Entlastungsfeder 14 angreift. Außerdem ist ein dem freien Hebelende des Entlastungsträgers 15 zugeordneter Anschlag 17 am Aufleger 18 vorgesehen, der die Verstellung des Entlastungsträgers 15 in Richtung der Kraft der Entlastungsfeder 14 begrenzt. Ein am Aufleger 18 angeordneter Sensor 16 spricht auf die Stellung des Entlastungsträgers 15 relativ zum Aufleger 18 an, wobei dieser Sensor 16 dazu dient, einen für die Tragplatte 13 vorgesehenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Verstellantrieb zu steuern. Schließlich ist der Tiefentaster 12 auf dem Tastfußrohr 5 über dem Ende des Eindringkörperstempels 1 koaxialen und dessen stirnseitiger Endfläche anliegenden Fühler 12'.settles and thereby the weight 19 from the support plate 13 lifts off and transfers the weight to the indenter punch 1. The other two Weight rings 19 '»19" each have a stop 37 »through the each individual weight ring from the next inner weight ring from the support plate 13 is lifted when the support plate 13 is increasingly lowered. The indenter stamp 1 hangs moreover via a support 38 on one Relief carrier 15, which is held on the support 18 by means of a relief spring 14, the force the relief spring 14 is directed against the weight of the indenter punch 1. Of the Relief carrier 15 is designed as a one-armed lever mounted on support 18, on its free one The end of the relief spring 14 engages. Also is a stop 17 associated with the free lever end of the relief beam 15 is provided on the support 18, which limits the adjustment of the relief support 15 in the direction of the force of the relief spring 14. A sensor 16 arranged on the support 18 responds to the position of the relief beam 15 relative to the trailer 18, this sensor 16 is used to provide a for the support plate 13, in the Drawing to control adjustment drive not shown. Finally, the depth probe 12 is on the Tastfußrohr 5 over the end of the indenter stamp 1 coaxial and its end face adjacent sensor 12 '.

Zur Durchführung einer Härteprüfung wird zunächst die Tragplatte 13 als ganzes mit relativ hoher Zustellgeschwindigkeit in Richtung zur Werkstoffprobe 10 abgesenkt. Als erstes berührt dabei die Spitze des Ein-To carry out a hardness test, the support plate 13 as a whole is first fed at a relatively high feed speed lowered in the direction of the material sample 10. The first thing you do is touch the tip of the

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dringkörpers 2 die Werkstoffprobe 10, wodurch der Eindringkörperstempel 1 relativ zum Tastfußrohr 5 angehoben wird. Durch dieses Anheben kommt der Eindringkörperstempel 1 aus seinem Zentriersitz 4 frei, wodurch der Eindringkörper 2 geringfügige seitliche Bewegungen auszuführen vermag, die bei der weiteren Annäherung zwischen dem Tastfuß 30 und der Werkstoff probe 10 geringe seitliche Versätze der Werkstoffprobe 10 gegenüber dem Tastfuß 30 ausgleichen können. Wegen des unter der Kraft der Entlastungsfeder 14 nach oben gezogenen Entlastungsträgers 15 wird der Eindringkörperstempel 1 beim Aufsetzen auf die Werkstoffprobe 10 nicht mit seiner vollen Gewichtskraft wirksam. Beim weiteren Absenken der Tragplatte 13 betätigt der Entlastungsträger 15 den Sensor 16, welcher die Zustellgeschwindigkeit der Tragplatte 13 auf den für den Prüfvorgang bestimmten geringeren Arbeitswert umschaltet. Wenn schließlich der Entlastungsträger den Anschlag 17 erreicht und durch ihn relativ zum Aufleger 18 festgehalten wird, wird beim weiteren Absenken das volle Gewicht des Eindringkörperstempels 1 als Prüfvorkraft wirksam,- Außerdem setzt sich bei der fortschreitenden Absenkung der Tragplatte 13 der Tastfuß 30 auf die Werkstoffprobe 10 auf. In dieser Stellung wird der vom Tiefentaster 12 gemessene Wert auf Null gesetzt. Der Tastfuß 30 kann sich geringfügigen Neigungen der Oberfläche der Werkstoffprobe ohne Gefahr von Meßfehlern anpassen, da Neigungen der Werkstoffprobe 10 um die Verbindungsgerade der Aufsetzpunkte 11 ohne Einfluß· bleiben und Neigungen um eine zu dieser Verbindungsgeraden senkrechte Achse durch die drehbare Lagerung des Tastfußes 30 am Tast-indenter 2 the material sample 10, whereby the indenter stamp 1 relative to the probe foot tube 5 is raised. As a result of this lifting, the indenter punch 1 comes out of its centering seat 4 free, whereby the penetration body 2 is able to carry out slight lateral movements, which at the further approach between the probe 30 and the material sample 10 small lateral offsets the material sample 10 can compensate for the sensing foot 30. Because of the under the force the relief spring 14 pulled upward relief beam 15 becomes the indenter stamp 1 is not effective with its full weight when it is placed on the material sample 10. With further Lowering the support plate 13, the relief carrier 15 actuates the sensor 16, which determines the delivery speed the support plate 13 switches to the lower work value determined for the test process. When finally the discharge carrier the stop 17 is reached and is held by it relative to the trailer 18, is when further lowering the full weight of the indenter stamp 1 is effective as a preliminary test force, - In addition, the progressive Lowering of the support plate 13 of the sensing foot 30 onto the material sample 10. In this position the value measured by depth probe 12 is set to zero. The sensing foot 30 can be slightly different Adjust inclinations of the surface of the material sample without the risk of measurement errors, since inclinations the material sample 10 around the straight line connecting the contact points 11 remain without influence and inclinations around an axis perpendicular to this connecting straight line through the rotatable mounting of the probe foot 30 on the probe

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fußrohr ausgeglichen werden. Die weitere Absenkung der Tragplatte 13 bewirkt, daß der innerste Gewichtsring 19 sich über den Aufleger 18 auf den Eindringkörperstempel 1 auflegt und der Eindringkörper 2 unter der Gewichtskraft dieses Gewichtsringes einen Härteeindruck in der Werkstoff probe 10 erzeugt. Je nach gewünschter Prüfkraft kann die Absenkbewegung fortgesetzt werden, bis auch die weiteren Gewichtsringe 19'ι 19" am Eindringkörperstempel 1 wirksam geworden sind.foot tube to be compensated. The further lowering of the support plate 13 causes the innermost weight ring 19 rests on the indenter stamp 1 via the trailer 18 and the indenter 2 produced an impression of hardness in the material sample 10 under the weight of this weight ring. Depending on the desired test force, the lowering movement be continued until the other weight rings 19'ι 19 "on the indenter stamp 1 have become effective.

Bei der Berechnung des Härtewertes wird davon ausgegangen, daß bei der Vickers-Härteprüfung die ermittelte Härte kaum von der Prüfkraft abhängt, da die Eindrücke immer einander geometrisch ähnlich sind. Unter dieser Voraussetzung kann aus der bekannten Vorkraft und der Prüfkraft sowie aus der gemessenen Tiefenzunahme beim Übergang von der Vorkraft auf die Prüfkraft die gesamte Eindringtiefe errechnet werden. Aus dieser ergibt sich die mittlere Eindrucksdiagonale und damit die Vickers-Härte. Entsprechend kann auch die Tiefenrückfederung ermittelt werden.When calculating the hardness value, it is assumed that the Vickers hardness test determined Hardness hardly depends on the test force, since the impressions are always geometrically similar are. Under this condition, from the known preload and the test force as well as from the measured Increase in depth at the transition from the pre-load to the test load, the total penetration depth is calculated will. This gives the mean indentation diagonal and thus the Vickers hardness. Corresponding the depth springback can also be determined.

Die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Härteprüfvorrichtung kann zweckmäßig zu einem Prüfsystem ausgebaut werden, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Eine Sockelplatte 21 trägt eine Säule 22, an welcher eine gegen Drehung gesicherte Hülse 23 über einen Servomotor 24 mittels einer Spindel 25 heb- und senkbar geführt ist. Eine obere, gegen die untere verdrehbare Hülse 26 trägt einerseits die Tragplatte 13 der Härteprüfvorrichtung entsprechend den Fig. und 2 und andererseits ein Meßmikroskop 40, mit dessenThe hardness testing device described with reference to FIGS. 1 and 2 can expediently be expanded into a testing system as shown in Figs. A base plate 21 supports a column 22 which lifts a sleeve 23 secured against rotation via a servomotor 24 by means of a spindle 25. and is lowered. An upper, rotatable against the lower sleeve 26 carries the support plate on the one hand 13 of the hardness testing device according to Fig. and 2 and on the other hand a measuring microscope 40 with which

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Hilfe zur Kontrolle die entstandenen Härteeindrücke optisch überprüft und in der bisher üblichen Weise nachgemessen werden können. Die Probe 10 selbst liegt zweckmäßig auf einem ansteuerbaren Kreuztisch 29, der die angefahrenen Koordinatenwerte einem Rechner weitergibt. Dieser verarbeitet sie zusammen mit den Härtewerten und gibt gegebenenfalls die gemessenen Härteverläufe (lineare Messungen bei Einhärtung usw.) bzw. die gemessenen Härtegebirge (flächenhafte Messungen bei Schweißnähten usw.) auf einen Schreiber bzw. Plotter aus.Help to control the resulting hardness impressions checked optically and in the usual way Way can be measured. The sample 10 itself is expediently on a controllable one Cross table 29, which forwards the coordinate values approached to a computer. This processed it together with the hardness values and, if necessary, gives the measured hardness curves (linear measurements with hardening etc.) or the measured hardness mountains (area measurements for weld seams etc.) on a recorder or plotter.

Claims

PATENT ADVOCATE DIPL-PHYS. DR.HERM AN Zwick GmbH & Co.Lämmerweg 22 Ulm / Donau 7900 Ulm, 06/13/84 File PG / 6251 f / sr Claims:

1. Device for hardness testing on material samples (10) made of metal, plastic, elastomer or the like. with one that can be placed on the material sample (10) and with the material sample (10) first hard penetration body (2) coming into contact in a touchdown point, its penetration into the Material sample (10) can be measured under a test force loading the inserted indenter (2) is, characterized in that a test force can be applied to the penetration body at one end (2) carrying indenter stamp (1) axially displaceable in a probe base tube (5) and the probe foot tube (5) axially displaceable in a relative to the material sample (10) and liftable lowerable bearing body (6) is guided that a relative shift between the penetration body stamp (1) and the probe foot tube (5) measuring depth probe (12) is provided, and that the Probe foot tube (5) at the end of the specimen is a probe foot penetrated by the indenter stamp (1) (30) carries at least two on the surface of the material sample (10) on both sides of the contact point of the penetrator (2) coming to rest, with the touchdown point in a common straight line has lying support points (11) and around a

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this straight line in the contact point of the indenter (2) perpendicularly intersecting horizontal axis rotatable is mounted on the foot tube (5).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the indenter stamp (1) in the probe foot tube (5) and the probe base tube (5) are secured against twisting in the bearing body (6).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the indenter punch (1) in the lifted state from the material sample (10) on one in the probe foot tube (5) just above the Sensing foot (30) provided, the indenter stamp (1) coaxially to the probe foot tube (5) aligning centering seat (4) rests and otherwise only in the area the upper end facing away from the material sample (10) is guided in the probe base tube (5).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the centering seat (4) is formed by a hollow conical ring, in the cone of which the indenter stamp 1. Engages with a ring.

Device according to Claim 3 or 4, characterized in that when the Penetrator stamp (1) of the penetrator (2) facing the material sample (10) foremost penetration point in the direction of penetration slightly above the support points (11) of the feeler foot (30) protrudes.

6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that the sensing foot (30) on both sides the axis (33) of the probe foot tube (5) has bearing surfaces (34) around which the straight line between the support points (11) in the contact point of the indenter (2) perpendicularly cutting horizontal axis are convex circular and each on both sides of its apex below the Force of springs (35) are supported against the roller body (9) mounted on the feeler tube (5).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bearing body (6) is fixed on a support plate (13) which can be raised and lowered relative to the material sample (10) and which at least a loosely attached weight (19) for generating the test force, which has a support (18), which engages over a stop (36) of the indenter stamp (1) located below it, on which When the support plate (13) is lowered relative to the indenter stamp (1), the support (18) is deposited and the weight (19) lifts off the support plate (13).

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the weight (19) than to the axis of the indenter punch (1) coaxial weight ring is formed, the length of which is a ring diameter running trailer (18) the Tastflußrohr (5) and the indenter stamp (1) in a window-like recess (20) reaches through.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that on the support plate (13) several concen

trically arranged weight rings (19, 19 ', 19 ") are provided, of which the innermost weight ring (19) is provided with the support (18) and every other weight ring (19 *, 19 ") has a stop (37) with which he can move through the next inner weight ring from the Support plate (13) can be lifted off.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the indenter stamp (1) hangs on a support (38) on a relief beam (15), which by means of at least a relief spring (14) on the trailer

(18) is held, the force of the relief spring (14) being the weight of the indenter punch (1) in the opposite direction and the adjustment path of the relief support (15) in the direction of the spring force limited by a stop (17) fixed to the support (18) for the relief support (15) is.

11. The device according to claim 10, characterized in that the relief carrier (15) as on One-armed lever mounted on a trailer (18) is formed, at the free end of which the relief spring (14) and the stop (17) attack.

12. Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that a on the position of the relief carrier (15) relative to the trailer (18) responsive sensor (16) is provided, with the help of which a for the support plate (13) provided

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- 5 see adjustment drive is controllable.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the depth probe (12) on the probe base tube (5) over the end of the Penetrator punch (1) is arranged and one to the penetrator punch (1) coaxial Shank (12 ') with one of the frontal end faces of the indenter punch (1) resting against it Has sensor.