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Härteprüfer mit gegenseitig ein- und verstellbaren Marken, z.B. Meßschenkeln,
mit denen zwei senkrecht aufeinander stehende Durchmesser oder die beiden Diagonalen
des optisch vergröRerten Bildes eines Prüflingseindruckes eingegrenzt und in ihrer
Länge gemessen werden Härteprüfer, welche die Messung der Durchmesser oder der Diagonalen
(nachstehend kurz Meßstrecke genannt) gestatten, sind bereits bekannt. Bei den bisher
verwendeten Geräten wird das Bild des Härteprüfeindruckes durch ein Mikroskop oder
auf einer Mattscheibe betrachtet. Die Meßstrekken werden nacheinander mittels geeigneter
Marken eingegrenzt und mit Maßstäben, Mikrometerschrauben oder anderen Hilfsmitteln
ausgemessen.
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Zur genauen Ermittlung der Härtezahl ist die Mittelwertbildung aus
den so gefundenen Meßstrecken Bedingung. Die zur Zeit noch erforderliche rechnerische
Bestimmung dieses Mittelwertes und die anschließende Errechnung der Härtezahl oder
ihre Auffindung an Hand von Tahellen ist nicht nur zeitraubend, sondern auch ungenau,
weil die Tabellenwerte häufig noch interpoliert werden müssen.
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Es sind auch schon Härteprüfer mit Vorrichtungen bekannt, welche
die unmittelbare Ablesung von Härte- oder Festigkeitszahlen auf einer Anzeigevorrichtung
gestatten. Alle diese Geräte zeigen aber nur den durch Eingrenzung einer Meßstrecke
gefundenen Härtewert an.
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Zur Ermittlung einer genauen Härtezahl ist somit eine Schwenkung
der Anzeige- oder Meßeinrichtung um go0 und die Wiederholung des Meßvorganges für
die zweite Meßlänge erforderlich. Aus den so gefundenen beiden Härtezahlen ist rechnerisch
der Mittelwert zu bilden, der zwar für die meisten Fälle genügend genau, aber theoretisch
unrichtig ist, weil nicht, wie vorgeschrieben,
der Mittelwert aus
zwei Meßstrecken, sondern aus zwei Härtezahlen gebildet wurde.
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Diese Mängel werden durch den Härteprüfer gemäß der Erfindung beseitigt.
Die Erfindung besteht darin, daß zwei senkrecht aufeinanderstehende Durchmesser
oder die bei den Diagonalen des optisch ergrößerteu Prüflingseindruckes von zwei
winkelförmigen, seitenparallel gegeneinander verschiebbaren Narken. z. B. Meßschenkeln,
nacheinander eingegrenzt werden. ohne daß die Marken geschwenkt zu werden brauchen.
Die den Meßstrecken verhältnisgleichen Al)stände der Marken voneinander werden auf
eine Anzeige- oder -Nufzeichnungsvorrichtung übertragen, indem ein Anschlag um den
Meßstrek-Iien verhältnisgleiche Wege in einer Richtung verschoben wird, so daß der
Verschiebungsweg die verhältnisgleiche Summe der beiden zu messenden Strecken darstellt
und dabei gleichzeitig der Mittelwert der beiden Aleßstrecken oder die entsprechende
Härtezahl angezeigt bzw. autgezeichnet wird. Beim Festhalten des Anschlages nach
seiner Verschiebung entsprechend der ersten zu messenden Strecke werden die Übertragungsmittel
für die Anzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung bis zur Messung der zweiten Meßstrecke
durch entsprechende Schaltung einer Kupplung unwirksam. Die Übersetzung der zwischen
den Einstellmarken und der Anzeige-oder Aufzeichnungsvorrichtung angeordneten Übertragungsmittel
ist zur Beibehaltung derselben Skala für beliebig zu wählende Lasten veränderbar.
Der Zeiger der Anzeigevorrichtung wird erst bewegt, nachdem der ihn mitnehmende
Anschlag einen bestimmten einstellbaren Leerlaufweg zurückgelegt hat. Zu Beginn
seiner Bewegung steht der Zeiger senkrecht oder nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Anschlages, so daß eine Ableseskala mit einer gleichmäßigen und stetigen Teilung
verwendet werden kann.
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Eine leichtere Handhabung und Ablesbarkeit der Einstell- und Anzeigevorrichtung
ist dadurch zu erreichen. daß sie nicht wie bisher oberhalb der Belastungseinrichtung
angeordnet wird, sondern in dem Fuß oder Ständerteil des Härteprüfers untergebracht
ist. Um hierfür den nötigen freien Raum zu erhalten, empfiehlt es sich, die durch
Eindringkörper und Prüfspindel gegebene Achse aus der Symmetrieebene des Härteprüfers
seitlich um einen Winkel von etwa 45° herauszudrehen (Abb. I und 2).
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In Abb. 3 ist der Grundgedanke des Erfin- -dungsgegenstandes schematisch
dargestellt.
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Das auf der Mattscheibe oder durch ein Auswertmikroskop vergrößert
betrachtete Bild des Prüflingeindruckes ABCD, hier z. B. das eines Vickerseindruckes,
wird von den schwalbenschwansförmigen Marken 11 und 11a, die gegeneinander verstellt
werden können, eingegrenzt, und zwar derart, daß zunächst die Marke 1 1 mit der
Ecke A und die Starke 11 a 1<' mit der Eclie C des Eindruclihildes in Berührung
gebracht wird. Durch das gegenseitige Verstellen des mit der Marke 1 1 fest verbundenen
Anschlages 17 und des Mitnehmers 16 der Marke 11a ergibt sich der Abstand a1. der
gleich ist
Solange die Einstellung der Marken -orgenommen wird, drehen sich die über den Nfitnehmer
16 und das Stahlband 15 mit der Marke 11a verbundenen Rollen 14 und 18 lose auf
ihren Achsen. Erst nach vollendeter Einstellung wird durch ein bei 28 befindliches,
hier nicht gezeichnetes Isupplungselement die Rollen starr mit der Rolle 19 gekuppelt.
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Durch einen geeigneten Antriebsmechanismus wird nun das Stahlband
15 und damit auch die Marke 1 1a in Pfeilrichtung so lange bewegt, bis der Mitnehmer
I6 gegen den Anschlag 17 der Marke 11 stößt. Die zurückgelegte Strecke a1 wird im
Verhältnis r : R der Rollenhalbmesser verkürzt auf das Stahlband 20 übertragen,
welches sich um den Betrag
ebenfalls in Pfeilrichtung verschielit. Durch darauffolgendes Lösen der Kupplungsverbindung
zwischen den Rollen IS und 19 ist die Eingrenzung der Eckpunlite E; und D durch
die Marken 11 und 1 1a in gleicher Weise möglich, ohne daß das Stahlband 20 eine
Verschiebung erfährt. Sind die Ecken B und D anvisiert. wird die Kupplung wieder
eingescllaltet und damit das Stahlband 15 um die Länge
und das Stahlband 20 zusätzlich um das Maß
in Pfeilrichtung verschoben. Die Gesamtbewegung des Stahlbandes 20 erreicht den
Wert
worin K einen konstanten Faktor, P die Prüflast und Hx die Vickershärtezahl bedeutet.
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Durch den auf dem Stahlband 20 sitzenden Mitnehmer 21 wird die Schiene
23, die den Zeiger 27 trägt, bei der Bewegung des Stahlbandes 20 um den Punkt o
gedreht, so daß sich der Zeiger über die Skala bewegt. Jedem Weg x entspricht daher
ein bestimmter Zeigerausschlag,
d. h. die Stellung des Zeigers ist
proportional dem Summenwert #1 + X2* Zweckmäßigerweise wird die Skala direkt in
Härteeinheiten oder Festigkeitszahlen geeicht.
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Da die Vickershärtezahl Hx umgekehrt proportional dem Quadrat des
Mittelwertes aus den Meßlängen ist, wird die Teilung einer in Härteeinheiten geeichten
Skala mit zunehmenden Härtewerten immer enger und damit immer ungenauer ablesbar.
Diesem Übelstand kann man z. B. dadurch begegnen, daß man, wie in Abb. 4 dargestellt,
den Drehpunkt o des Zeigers so legt, daß der Zeiger bei der Höchsthärte Hinab senkrecht
zur Bewegungsrichtung EF des Stahlbandes 20 steht. Den kleinen Änderungen von x
bei hohen Härtewerten entsprechen dann auf der Kreisskala verhältnismäßig große
Bogenstücke, während umgekehrt bei kleinen Härtezahlen den großen Änderungen von
x nur kleine Bogenintervalle entsprechen. Die Strecke c zwischen der Nullstellung
E des Mitnehmers 21 (theoretische Zeigerstellung für Hx=#) und der Senkrechten stellt
jenen Leerlaufweg dar, den das Stahlband 20 zurückzulegen hat, ehe sein Mitnehmer
21 auf die Schiene 23 des auf Hmax stehenden Zeigers 27 einzuwirken beginnt. Aus
Abb. 4 geht ferner hervor, daß durch eine Veränderung des Angriffspunktes des Mitnehmers
21 in bezug auf seine Lage zum Zeigerdrehpunkt o, also durch eine Änderung des Hebelarmes
y, es möglich ist, ein und dieselbe Skala für alle Prüflasten von P = o bis Pmar
zu verwenden, vorausgesetzt, daß sich die relative Stellung zwischen Drehpunkt o
und Mitnehmer 21 längs der unter dem Winkel y zur Senkrechten geneigten Geraden
AO verändert. Wird der größte Zeigerausschlag zu aO gewählt, so ergibt sich, daß
xmax - c tg α= (4) y ist.
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Ferner ist aus Gl. (3)
worin K eine Konstante, P die eingestellte Prüflast und Hmin die kleinste auftretende
Härte bedeuten.
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Der Ausschlagwinkel ß für eine bestimmte Härte Hx errechnet sich
für die Prüflast P zu x - c tg ß = (5) Y y (5) oder, für v den Wert aus Gl. (4)
eingesetzt, x - c tg ß = # tg α. (5a) xmax - c Da nach Gl. (3j
kann auch geschrieben werden:
Da o, Hmin und Hmax Festwerte sind, geht die Gl. (5 b) über in die Form:
Der Ausschlagwinkel ß ist für eine bestimmte Härte also, unabhängig von der gewählten
Prüflast, stets gleich.
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Der Leerlaufwinkel y ergibt sich aus
Der Leerlaufwinkel y ist also von der jeweiligen Prüflast und Härte
unabhängig und besitzt einen konstanten Wert.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
in Abb. 6 und 7 dargestellt. Von einer Lichtquelle I werden Strahlenbündel durch
eine Linse 2 auf ein Prisma 3 geworfen, gelangen zur Werkstoffprobe 4. on dieser
zurückgeworfen durch das Prisma in die Linse 5 und durch die Rlende 6 auf den Spiegel
7.
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Hier abgelenkt, treffen die Strahlen auf die Mattscheibe 8. Der zur
Erzeugung des Härteprüfeindruckes g vorgesehene Eindringkörper 10 ist in bekannter
Weise ausschwenkbar angeordnet. Das auf der Mattscheibe erscheinende Abbild 9' des
Eindruckes 9 auf Probe 4 erscheint in bekannter Weise entsprechend dem gewählten
optischen System vergrößert. mittels Antriebs 12 bzw. Kordelknopfs 13, Rolle 14,
Stahlbands 15 und Mitnehmers 16 werden die verstellbaren Marken 11 und 11a auf die
Meßstrecke (hier Diagonale) #1 eingestellt. Die Meßbewegung der Marke 11a wird auf
den Zeiger 27 vom Mitnehmer 16 über Band I5, Rolle I8, ein Kupplungsaggregat, auf
Rolle 19, Stahlband 20, Mitnehmer 21, Gleitstift 22, Führungsschiene 23, Kurbel
25 und Zapfen 26 übertragen. Durch Druck auf den Knopf 28 (Abb. 5) wird das Kupplungsaggregat
ausgelöst, wodurch die Meßbewegung des Stahlbandes 15 verkürzt auf das Stahlband
20 und damit auf die Anzeigevorrichtung übertragen wird.
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Das Einschalten der Kupplung erfolgt beispielsweise so, daß durch
Druck auf den Knopf 28 über die Kugeln 29 die Kegelflächen der beiden Kupplungsringe
30 gleichmäßig auf die konischen Reibflächen der lose auf Welle 3I sitzenden Rollen
IS und 19 gepreßt werden. Gleichzeitig wird das Segmentgewicht 32 über den Arm 33
freigegeben und kann sich abwärts bewegen, wobei es, da es durch Stifte 3j mit den
Kupplungsringen 30 verbunden ist, diese und die Rollen IS und 19 mitdreht, und zwar
so lange, bis der Mitnehmer 16 der Marke 11a gegen den Anschlag 17 der Marke ii
stößt. Der Druckknopf 28 wird so lange gedrückt, bis der Zeiger 27 zur Ruhe gekommen
ist. Beim Loslassen des Druckknopfes 28 wird die Reibverbindung der Rollen 18 und
19 unter Einwirkung der Federn 36 gelöst. Das Segmentgewicht 32 vollendet infolge
seiner Schwere die Hälfte seines Weges und bleibt dann stehen, weil der Arm 33 in
eine zweite Bohrung 34 unter Einwirkung der Feder 37 einrasten kann. Nach nunmehriger
Einstellung der Marken 11 und 1 1a auf die zweite Meßstrecke #2 wird der Knopf 28
erneut in gleicher Weise betätigt, so daß das Segmentgewicht 32 bis in seine tiefste
Lage bzw. so lange sinkt, bis der Mitnehmer I6 wiederum den Anschlag 17 berührt.
Damit ist der Summenweg a1 4 a; verkürzt auf das Stahlband 20 übertragen worden.
Die Übertragung der Bewegung des Stahlbandes 20 auf den Zeiger 27 (Abb. 6 und 7)
geschieht durch einen mit dem Stahlband 20 verbundenen Mitnehmer 21 folgendermaßen:
In einer Führungsschiene 93 ist ein Stift 22 spielfrei radial verschiebbar. In der
Ausgangsstellung steht Schiene 23 senkrecht. Der Gleitstift 22 liegt bei jeder Drehung
der Schiene 23 auf den Leisten 24 auf. Bei jeder Bewegung des Stahlbandes 20 stößt
der Mitnehmer 21 nach einem bestimmten Leerlaufweg gegen den Gleitstift 22 und dreht
über diesen die Führungsschiene 23 und die Kurhel 25 um die Achse des Zapfens 26.
Der Zeiger 27 macht dabei die Drehung mit. Auf der in Härteeinheiten oder in Festigkeitszahlen
geeichten Skala ist entsprechend der Zeigerstellung unmittelbar die Härtezahl oder
die Festigkeitszahl als Ergebnis der Auswertung zweier Meßstrecken des Eindruckbildes
ablesbar.
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Die Anzeigeeinrichtung ist auf einer Schiene 38, die in ihrer Längsrichtung
verschieblich ist, angebracht. Es ist dadurch die Möglichkeit gegeben, den Abstand
des Zeigerdrehpunktes zum Stahlband 20 entsprechend der Prüflast zu ändern. Die
Schiene 38 ist gegenüber der Senkrechten unter dem vorerrechneten Winkel y geneigt.
Die Nase 40 der Welle 39, welche zwangsläufig mit der Belastungseinrichtung gekuppelt
sein kann, greift in einen Schlitz der Schiene 3S, so daß es möglich ist, die Zeigeranordnung
selbsttätig entsprechend der jeweiligen Prüflast einstellbar zu machen.
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Die vorstehend beschriebene Konstruktion stellt nur eine der zahlreichen
Lösungsmöglichkeiten dar. An Stelle der schwalbenschwanzförmigen Marken ist auch
eine der Irisblende ähnliche Ausführung möglich Statt einer mechanischen Rupplungseinrichtung
ist auch der Antrieb des Übertragungselementes durch einen zeitweilig eingeschalteten
Elektromagneten denkbar. Die Addition von zwei Eindruckmeßstrecken ist u. a. auch
in der Form ausführbar, daß die Markenbewegungen nacheinander auf verschiedene Gleitstücke,
welche auf Schienen laufen und die durch ein Hebelparallelogramm verbunde sind,
so übertragen werden, daß sich der Gesamtweg als Durchschnittswert ergibt. An Stelle
einer mechanischen Anzeigevorrichtung ist auch eine optische möglich. Hier übernimmt
ein gesteuerter Lichtstrahl die Funktion eines Zeigers. Durch eine Verschiebung
der Lichtquelle läßt sich ebenso wie mit
der mechanischen Vorrichtung
erreichen, daß für alle Prüflasten ein und dieselbe Skala verwendet werden kann.