DE829512C - Verfahren und Einrichtung zur Pruefung der Haerte und des Widerstandes gegen Abnutzung und Abschleifen von insbesondere harten und sproeden Stoffen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 28. JANUAR 1952

35? τ IX

und spröden Stoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Prüfung der Härte oder des Widerstandes gegen Abnutzung und Abschleifen von Werkstoffen, insbesondere von harten und spröden Substanzen, wie z. B. Hartmetallen und synthetischen oder natürlichen Edelsteinen, die für Lager, Werkzeuge u. dgl. in Frage kommen. Das Verfahren und die Einrichtung können auch benutzt werden, um bestimmte Eigenschaften von Schleifund Polierstoffen oder auch von Schmiermitteln zu prüfen. In der Industrie angewendete Materialien werden häufig solchen Härteprüfungen unterzogen, bei denen man mit einem Körper aus härterem Stoff einen Eindruck in die weichere Oberfläche des Prüfmusters macht. Derartige Prüfungen sind aber schwierig oder sogar ganz unmöglich, wenn es sich um sehr harte und spröde Stoffe handelt und um sehr kleine Probekörper, wie z. B. Hartmetall und. Diamant. Mikrohärteprüfungen mit Hilfe von Diamantspitzen verschiedenartiger Form haben gewisse· Probleme, die bei zerstörungsfreier Härteprüfung auftreten, gelöst, aber ergeben unbefriedigende Ergebnisse, z. B. bei der Prüfung von Diamanten. Bekannte Methoden für die Abnutzungsprüfung mittels rotierender Scheiben unter einer bestimmten Belastung kommen gleichfalls nicht für die Prüfung sehr harter Werkstoffe in Frage. Man hat diese Verfahren benutzt, z. B. für die Prüfung von Baustoffen, indem man rotierende Hartmetallscheiben gegen den festgehaltenen Probekörper an-

drückte. Die Tiefe des Einschnittes, der sich nach mehreren Minuten bildet, wird mit einer Meßuhr gemessen. Das Ergebnis der Ablesung der Tiefenmessung mit der Meßuhr kann nachgeprüft werden, indem man die Länge und die Breite des rechteckigen Abschliffs unter dem Mikroskop nachmißt. Für solche Prüfungen sind ganz bestimmte Bedingungen aufgestellt worden, die u. a. besagen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe nicht zu ίο groß sein darf, unter Berücksichtigung der auftretenden Schwingungen, und daß die Prüfungszeit nicht zu kurz sein darf, andererseits auch nicht länger als io Minuten. Die verhältnismäßig hohen Drücke und geringen Geschwindigkeiten in Verbindung mit der ziemlich langen Dauer der Schleifwirkung haben eine Kalthärtung der Metalloberflächen zur Folge, während die Oberflächen von Mineralien splittern, so daß dies Verfahren nicht benutzt werden kann, um z. B. kleine Hartmetallproben zu prüfen, und es ist vollkommen unbrauchbar für eine zerstörungsfreie Prüfung sehr kleiner Proben, wie z. B. synthetischer Korund oder Diamant. Im allgemeinen werden ziemlich große Schleifstellen hervorgerufen, und deshalb sind diese Veras fahren für kleine Stücke, die dabei zerstört werden, nicht anwendbar. Des weiteren beeinflussen die ziemlich langen Prüfungszeiten die Schleiffähigkeit des Rades und machen daher Vergleichsprüfungen unmöglich.

Die Erfindung hat den Zweck, ganz kleine Schleifmarken auf harten und spröden Stoffen zu erzeugen, wobei die Härte dieser Stoffe sogar der Härte des Schleifmaterials gleichkommen kann. Die kleinen Schleifmarken sollen innerhalb verhältnismäßig kurzer Prüfungszeiten bei kleiner Belastung hervorgerufen werden, so daß die kleinen und spröden Proben dabei nicht zerstört werden.

Erfindungsgemäß werden außerordentlich kleine Schleifmarken bestimmter Form mit einer Scheibe erzeugt, die mit sehr hoher Geschwindigkeit umläuft. Durch nur kleine Belastung mit geringem Druck zwischen Probe und Scheibe für eine verhältnismäßig kurze Zeit wird die Schleiffähigkeit der Scheibe während einer großen Zahl von Prüfungen unverändert gehalten. Die Drehzahl der Scheibe liegt zweckmäßig zwischen 6000 und 20000 Umdrehungen je Minute bei einem Scheibendurchmesser von 25 bis 50 mm. Die Belastung im Berührungspunkte zwischen Scheibe und Probe liegt zweckmäßig zwischen 20 und 500 g, die Prüfungsdauer ist 3 bis 30 Sekunden, zweckmäßig etwa 10 bis 20 Sekunden. Die entstehenden kleinen Schleifmarken erscheinen hochpoliert. Länge und Breite der Marken können unter dem Mikroskop ausgemessen werden, während man die Tiefe durch Interferenzverfahren feststellen kann. Das Umfangsprofil der Schleifscheibe ist zweckmäßig doppelkegelig, so daß linsenförmige Schleifmarken entstehen. Die Scheibe kann aus Metall bestehen, bei der die Schleifkante mit einem¹ Schleifmittel imprägniert ist, oder sie wird mit losem Schleifpulver bestrichen, z. B. mit Diamantpulver bei der Schleifprüfung von Diamanten und ähnlichen Hartstoffen.

Man kann auch Versuche mit einem Einzahnfräser vornehmen, um Mikroabfräsungen hervorzurufen.

Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht in einer Scheibe, die auswechselbar in einem Block auf einer Grundplatte montiert ist und die mit dem Kraftantrieb durch eine Vorrichtung verbunden ist, die auftretende Schwingungen absorbiert. Der in der Höhe einstellbare Prüfmusterhalter ist an dem einen Ende eines Waagebalkens befestigt, der in reibungsarmen Lagern schwingt und an dessen anderem Ende ein einstellbares Gegengewicht zum Ausgleich des Gewichtes des Prüfmusterhalters angeordnet ist. Die Gegengewichtsanordnung wird ergänzt durch einen Schlitten, auf welchem auswechselbare Gewichte angeordnet werden, um die Prüfbelastung zu erzeugen. Zur genauen Einstellung der Probe unter der Schleifscheibe sind die Lager für den Waagebalken an einem im Räume, d. h. in drei Koordinaten einstellbaren Schlittensupport, der auf der Grundplatte ruht, angebracht.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in (Lt Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι die Einrichtung im Aufriß von der Seite; Fig. 2 die Einrichtung im Grundriß; Fig. 3 ist die Vorderansicht eines Teils der Einrichtung;

Fig. 4, 5 sind schematische Darstellungen der Entwicklung und der Form der Schleifstelle;

Fig. 6, 7 sind Seitenansicht und Grundriß eines Teils des Waagebalkens;

Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch einen Teil der Schleifscheibe und der Schleifspindelanordnung, und Fig. 9 ist eine Abwandlung der Vorrichtung, um die Belastung direkt durch einen mechanischen Vorschub zu erzeugen.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, sind auf der Grundplatte 1 die drei Hauptteile der Einrichtung montiert, die Schleifscheibe mit Spindel und Lagerbock A, der Waagebalken mit Prüfmusterhalter, Gegengewichten und Belastungsschlitten, die auf einem räumlich einstellbaren Ausleger B angeordnet j sind, und der Elektromotorenantrieb mit Umdrehungszählwerk und Dtvhmnmentenmeßvorrichtung C.

Die Schleifscheibe 2 (Fig. S_), die auswechselbar zwischen Klemmstücken 3 gehalten wird, ist zweckmäßig mit einer doppelkegeligen Schleifkante versehen. Der Werkstoff der Scheibe kann der Art des Probestückes und dem Zweck der Prüfung angepaßt werden, z. B. mit Schleifmittel imprägnierte Scheiben, Weichmetallscheiben mit losem Schleifstaub oder auch Metallscheiben ohne Schleifmittel. Die Spindel 4 der Scheibe ist mit gehärteten und geschliffenen Kegelspitzen 5, () versehen, die in hohlkegeligen Fibereinsätzen 7, 8 im Lagerbock 9 laufen. Einsatz 7 hat eine zentrale Bohrung für den S-förmig gebogenen Klaviersaitendraht 10. der die Drehung übermittelt und in der Kegelspitze 5 mit einem Gewindestift befestigt ist. Schmierung erfolgt durch Fettbüchsen 11. Anstatt der S-förmigen Drahtverbindung zwischen Motorwelle und Spinde! 4 kanu auch eine andere schwingungsdämpfende oder

absorbierende Vorrichtung verwendet werden. Die hohlkegeligen Fibereinsätze 7, 8 können durch Kleinstkugellager ersetzt werden, in denen die Spitzen der Spindel 4 unmittelbar laufen. Der Waagebalken 12 ist mit geschliffenen und polierten Hartmetallspitzen 13, 14 versehen, die in geschliffenen und polierten Hartmetalleinsätzen 15, 16 im Ausleger 17 nahezu reibungslos laufen. Auch hier können an Stelle der Spitzenlagerung Kleinstkugellager verwendet werden. Einsatz 15 ist einstellbar im Ausleger 17 montiert, um die zeitweise Entfernung oder Auswechslung des Waagebalkens 12 etwa zum Auswechseln des Probestückes zu erleichtern. Die Stellung des Balkens 12 im Verhältnis zur Schleifscheibe 2 ist dadurch genau einstellbar gemacht, daß der Ausleger 17 auf einem Schlittensystem 18, dessen Einzelheiten nicht gezeigt sind, montiert ist, welches Einstellung der Achse des Waagebalkens im Winkel und in der Höhe gestattet, Einstellung des Abstandes zwischen der Achse der Schleifscheibe und der Achse des Waagebalkens und schließlich Einstellung in der Richtung parallel zur Achse der Schleifscheibe.

Der rohrartige Prüfungsmusterhalter 19 ist in der Höhe einstellbar an dem einen Ende des Waagebalkens 12 montiert und wird in der eingestellten Lage durch Ringmuttern 20, 21 gesichert. Das Prüfmuster sitzt auf einem Blöckchen 22, das in dem rohrförmigen Halter eingeführt und gegen einen nach innen vorstehenden Rand 23 an dessen oberem Ende geklemmt wird. Eine Gradeinteilung an diesem Ende erleichtert die Winkeleinstellung des Blöckchens 22 mit dem Prüfmuster, um in der Richtung orientierte Schleifprüfungen vorzunehmen. Obwohl die Schwingbewegungen des Waagebalkens meist nur sehr klein sind, ist es zweckmäßig, das Prüfmuster so einzustellen, daß die Prüffläche und die Fläche des Schlittens 24, auf welchem die Prüflast angebracht wird, mit der das Prüfmuster gegen die Schleifscheibe unter einem bestimmten Drucke gepreßt wird, in einer horizontalen Ebene durch die Schwingungsachse des Waagebalkens 12 liegen. Eine Wasserwaage 25 auf dem Waagebalken 12 erleichtert die genaue Einstellung in Verbindung mit dem verschiebbaren Gegengewicht 26 für Grobeinstellung und der Ringmutter 27 für Feineinstellung, um das Gewicht des Prüfmusters auszugleichen. Der Schlitten 24 ist auf dem Gegengewichtsarm 28 verstellbar. Zur Verstellung dienen horizontale Gummischeibchen 29 und 30, die an der Unterseite des Schlittens sitzen und mit leichter Reibung in Rillen 31 des Armes 28 rollen. Diese Gummischeibchen ermöglichen geringste Verstellungen des Mittelpunktes des Schlittens längs des Armes 28 ohne jede Schwierigkeit und sichern gleichzeitig durch ihre Federung den Schlitten 24 in der eingestellten Lage, die zweckmäßig dem veränderlichen Abstand des Berührungspunktes zwischen Prüfmuster und Schleifscheibe 2 und der Schwingungsachse angepaßt wird. Somit ist der Bedienende nicht gezwungen, mit Teilen von Gewichtseinheiten oder Belastungen zu rechnen. Der zum Antrieb dienende Motor 32 ist mit der Spindel 4 der Schleifscheibe 2 durch den S-förmig gebogenen Klaviersaitendraht 10 verbunden, dessen eines Ende in einer zentralen Bohrung der Motorwelle eingesetzt und dort mit einem Gewindestift befestigt ist. Das andere Ende der Motorwelle ist mit einem Umdrehungszählwerk 33 verbunden. An Stelle des Zählwerks kann auch ein Tachometer angewandt werden, das den Vorteil geringerer Reibungsverluste hat. Das Motorgehäuse (Stator) 34 ist drehbar in Kugellagern 35 gelagert. Ein Joch 36 ist in das Motorgehäuse 34 angeschraubt, und an dem Joch sitzen nach beiden Seiten herausragende Auslegerarme 2>7, 38, die Ausgleichgewichte 39, 40 tragen. Die Gewichte werden so eingestellt, daß das Motorgehäuse bei einer bestimmten Geschwindigkeit des unbelasteten Motors in der Gleichgewichtslage ist und sich nicht dreht. Das zusätzliche Drehmoment, das auf das Motorgehäuse ausgeübt ist, wenn der Motor unter Last läuft, und welches die Tendenz hat, das Gehäuse in Drehung zu versetzen, sobald zwischen Schleifscheibe und Prüfmuster Reibungskontakt besteht, wird durch Verschiebung des Gewichtes 40 ausbalanciert. Der erforderliche zusätzliche Hebelarm kann von einer Gradeinteilung

41 auf dem Auslegerarm 38 abgelesen werden und gestattet die Berechnung der ungefähren Größe des Drehmomentes.

In einigen Fällen kann direkter, mechanischer Vorschub des Probestückes gegen die Schleifscheibe zweckmäßig sein. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines solchen Vorschubes. Ein federbelasteter Hebel

42 ist drehbar auf dem Zapfen 43 in einem Bock 44 auf der Grundplatte 45 angeordnet, Hebel 42 und Prüfungsmusterhalter 19 sind durch eine Lasche 46 miteinander verbunden. Die Grundplatte 45 kann vorübergehend auf dem Bock9 in der Schlitzführung 45' befestigt werden, ihre Lage kann durch Klemmschraube 45" eingestellt werden. Das Prüfmuster wird gegen die Schleifscheibe 2 vorgeschoben, indem man die Mikrometerschraube 48, 49 auf der Grundplatte 45 gegen den Druck der Feder 47 verstellt. Bedienung: Die ausgewählte Schleifscheibe 2 wird xos auf der Spindel befestigt und das Prüfmuster im Halter 19 festgeklemmt, nachdem man die Richtung eingestellt hat, in der die Schleifwirkung vor sich gehen soll. Hierzu dient die Gradeinteilung auf der Oberseite des rohrförmigen Halters. Dann wird die no Berührungsstelle zwischen Prüfmuster und Schleifscheibe 2 bestimmt und durch entsprechende Bewegungen des Schlittensystems eingestellt. Der Mittelpunkt des Schlittens 28 wird entsprechend' eingestellt, entweder näher zu oder weiter entfernt von der Schwingungsachse des Waagebalkens, womit eine entsprechende Korrektur der Stellung der Gegengewichte verbunden wird. Es folgt die Höheninstellung des Prüfmusters durch Drehung der Ringmuttern 20, 21, bis in die Oberfläche des Prüfmusters und die des Schlittens in einer horizontalen Ebene durch die Schwingungsachse liegen. Dann wird der Waagebalken hochgekurbelt, bis das Prüfmuster die Schleifscheibe berührt. Zum Schluß werden die Belastungsgewichte auf den Schlitten 28 ia$ estellt und der Motor eingeschaltet, dessen Ge-

schwindigkeit durch eitlen elektrischen Gleitwiderstand kontrolliert wird (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Prüf zeit wird durch eine Stoppuhr überwacht und die Drehzahl des Motors durch Beobachtung des Zählwerks kontrolliert. Man kann natürlich auch automatische Schalter für den Motor verwenden, um ihn einzuschalten und nach einer vorher eingestellten Zeit wieder abzuschalten. Prüfzeiten von 15 Sekunden haben sich als ausreichend herausgestellt, um selbst bei härtesten Stoffen zuverlässige Eindrücke oder Schleifmarken zu bekommen. Fig. 4 zeigt schematisch, wie die Scheibe sich in das nach oben bewegende Prüfmuster einarbeitet, um eine Schleifmarke zu erzeugen, deren ungefähre Form in der Fig. 5 gezeigt ist. Die Länge des Eindrucks wird später unter dem Mikroskop ausgemessen. Sie ist kennzeichnend sowohl für die Härte als auch für gewisse andere Eigenschaften des Werkstoffes. Die Tiefe der sehr kleinen Schleifmarke, wie man sie z. B. bei Diamanten erhält, kann mit Interferenzmethoden ausgemessen werden, und daraus kann dann genau die Form sowie die Größe der Schleifmarken bestimmt werden.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß das neue Verfahren und die neue Einrichtung es ermöglichen, z. B. die Vergleichshärte von Diamanten zu bestimmen, wobei man feines Diamantpulver in Olivenöl benutzt hat, das auf eine gußeiserne Scheibe mit doppelt kegelig ausgeführtem Schleifrand aufgebracht war. Die Härte des Diamanten konnte weiterhin in bezug auf seine Kristallorientierung bestimmt werden.

Claims (11)

Patentansprüche: 35

1. Verfahren und Einrichtung zur Prüfung der Härte oder des Widerstandes gegen Abnutzung und Abschleifen von insbesondere harten und spröden Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß das der Prüfung zu unterziehende Prüfmuster mit geringer Kraft gegen eine rasch umlaufende Schleifscheibe während einer verhältnismäßig kurzen Prüfungszeit gedrückt wird, so daß eine Mikroschleifmarke von linsenförmiger Gestalt entsteht.

2. Verfahren zur Prüfung der Härte oder des Abnutzungswiderstandes von Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfmuster unter einem Druck von etwa 20 bis 500 g gegen eine Schleifscheibe gepreßt wird, die mit 6000 bis 20000 Umdrehungen je Minute umläuft, und daß die Prüfungszeit zwischen 3 und 30 Sekunden liegt.

3. Einrichtung zur Prüfung der Härte oder des Widerstandes gegen Abnutzung und Abschleifen von Werkstoffen nach Anspruch 1, insbesondere zur Prüfung harter und spröder Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Grundplatte ein Lagerbock mit einer Schleifscheibe befestigt ist, die durch eine schwingungsdämpfende Kupplung mit einem Kraftantrieb

verbunden ist, und gegen welche ein in bezug , auf die Schleifscheibe fein einstellbarer Prüfmusterhalter gepreßt wird, wobei eine Vorrichtung die Ausübung eines genau bestimmten Druckes des Prüfmusters auf die Schleifscheibe gestattet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskante der Schleifscheibe eine doppelkegelige Gestalt aufweist, so daß durch die Scheibe auf dem Probestück eine Schleifmarke von linsenförmiger Gestalt erzeugt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter des Prüfmusters fein einstellbar an dem einen Ende eines Waagebalkens angeordnet ist, an dessen anderem Ende einstellbare Gegengewichte und ein Schlitten angeordnet sind, der zur Aufnahme der Prüflast dient.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter für das Prüfmuster in der Höhe einstellbar so angebracht ist, daß die Oberfläche des Prüfmusters und die Oberfläche des Schlittens, auf der die Gewichte als Prüfungslast aufgesetzt werden, in einer Horizontalebene, die durch die Schwingungsachse des Waagebalkens gelegt ist, liegen.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des zur Aufnahme der Prüf last dienenden Schlittens Gummischeiben sitzen, die von beiden Seiten in Rillen eingreifen, welche längs des Waagebalkens laufen, so daß durch Drehung der Gummischeiben der Schlitten in der Längsrichtung eingestellt wird, wobei gleichzeitig die Federung der Gummischeiben den Schlitten in der eingestellten Position festklemmt.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Waagebalken mit Spitzen aus Hartmetall versehen ist, die in Einsätzen aus Hartmetall gelagert sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Waagebalken in einem Block gelagert ist, welcher an einem Verbundschlittensupport angeordnet ist, der Einstellbarkeit des Lagerbocks in der Höhe, in der Längsrichtung des Waagebalkens und quer zum Waagebalken gestattet und ferner auch Drehung des Waagebalkens um eine senkrechte Achse ermöglicht.

10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibenspindel an beiden Enden mit gehärteten und geschliffenen Spitzen versehen ist, die an Fiberbuchsen oder in Kleinstkugellagern laufen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spitzen der Spindel und die eine der Fiberbuchsen eine zentrale Bohrung aufweisen, durch welche ein Draht hindurchgeht, der die Motorwelle mit der Schleifspindel verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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