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Vorrichtung zum Bestimmen der Härte kleiner Körper
Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Bestimmen der Härte kleiner Körper, z. B. von Gefügebestandteilen,
nach dem Eindringverfahren, Bei diesem Verfahren wird ein federbelasteter Eindringkörper,
z. B. eine Diamantspitze, in den. zu prüfenden Körper eingedrückt und die angewendete
Kraft, sofern sie nicht von vornherein bekannt ist, gemessen. Ferner wird die Größe
des Eindruckes gemessen, und zwar wegen seiner Kleinheit mittels eines Mikroskops.
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Bei bekannten, auch als Mikrohärteprüfer bezeichneten Vorrichtungen
dieser Art sind, soweit bei ihnen Eindringkörper und Mikroskopobjektive wechselweise
vor das zu prüfende Objekt geschaltet werden, bisher kaum zu überwindende Schwierigkeiten
dadurch entstanden, daß der notwendige Wechsel zwischen diesen beiden Teilen nicht
mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden konnte Härteprüfungen an
Gefügebestandteilen erfordern aber eine hohe Genauigkeit, unter Umständen von weniger
als I , wenn der mit dem Mikroskop eingestellte Teil nach dem Umschalten vom Eindringkörper
(z. B. einer Diamantspitze nach V.ickers) genau getroffen werden soll. Die Ungenauigkeit
der üblichen Wechselvorrichtungen, z. B. von Wechselschlitten oder Revolvern, ist
vermutlich bedingt durch die bisher für nötig gehaltene gute Passung der beweglichen
Teile, wobei sich aber eine verhältnismäßig hohe Reibung ergibt, die durch Schmiermittel
herabgesetzt werden
muß Reibung und Schmiermittel verhindern aber
augenscheinlich die hier geforderte Genauigkeit der Einstellung. Die Anwendung von
Kugelführungen vermindert den Fehler, beseitigt ihn aber nicht in ausreichendem
Grade. Die auf dem angedeuteten Prinzip beruhenden Mikrohärteprüfer konnten deshalb
für kleinste Gefügebestan'dteile bisher nicht angewendet werden. Diese Schwierigkeiten
haben dazu geführt, daß bei einer anderen bekannten Ausführung der Eindringkörper
in der Mitte der Frontlinse des Mikroskopobjektivs angebracht wurde, um das Umschalten
überhaupt zu vermeiden.
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Diese Anordnung vermeidet alle Schwierigkeiten, die sich aus der Ungenauigkeit
der Schaltbewegung ergeben. Dafür treten aber, abgesehen von den hohen Herstellungskosten,
Nachteile optischer Natur ein. Die Anordnung des Eindringkörpers in der optischen
Achse des Systems verhindert die Mitwirkung des zentralen Aperturbereichs. Daraus
ergeben sich störende Abbildungs'mängel, so daß bei dieser Ausführungsart das Ausmessen
des Eindrucks unter Umständen mit normalen Objektiven erfolgen muß, wenn eine Höchstgenauigkeit
verlangt wird. Das erfordert aber wieder einen sehr umständlichen Wechselvorgang.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführung liegt darin. daß wegen des Ausfalls
des inneren Aperturbereichs die Gesamtapertur des Objektivs entsprechend erhöht
werden muß. Das führt zu einer kompliiierten Optik. Bei sehr kleinen Objekten ist
aus dem erwähnten Grunde bei der genannten -Ausführung ein Imtnersionsobjektiv erforderlicht
obwohl die entsprechende Auflösung in vielen Fällen auch mit einem Trockensystem
erreicht werden könnte, wenn der innere Aperturbereich nicht a'usgeblendet würde.
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Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung ist ein Ersatz des eingebauten
Objektivs durch ein anderes überflüssig, weil seine theoretische Leistung nicht
durch Ausblenden eines inneren Aperturbereichs beeinträchtigt wird. Es können somit
ganz normale optische Systeme Anwendung finden. Auch die Anwendung von Immersionssystemen
ist nicht nötig. Bei' der hier beschriebenen Ausführung findet wohl, wie bei älteren
Konstruktionen, eine Verschiebung zwecks wechselweiser Einschaltung von Eindringkörper
und Objektiv in die Gebrauchsstellung statt, doch sind durch die Ausbildung der
Wechselelemente. gemäß der Erfindung alle Fehlerquellen weitgehend vermieden, die
früher die Treffsicherheit beeinträchtigt haben.
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Eindringkörper und- Objektiv werden in einen Schlitten. eingebaut,
der erfindungsgenäß in seiner Führung merkliches Spiel hat, Die genaue Einstellung
des Schlittens erfolgt nur durch die an den Enden der Verschiebungsstrecke vorgesehenen
festen oder einstellbaren Anschläge. Schmiermittel werden deshalb nicht benötigt,
weil die Reibung i 'olge des vorgesehenen Spiels auf einen Mindestwert herabgesetzt
ist Einer der Anschläge kann erfindungsgemäß in eine am Schlitten vorzusehende.
Nut od. dgl. eingreifen, - wodurch der Schlitten seitlich gesichert wird und zugleich
ein Drehungszentrum für eine kreisförmige Einstellung des Schlittens mittels des
zweiten einstellbaren Anschlags zu Justierzwecken gegeben ist. Die Ans'chlaggegenstücke
am Schlitten können schräg ausgeführt sein, so daß durch den auf den Schlitten in
der Verschiebungsrichtung wirkenden Anpreßdruck ein resultierender Druck nach unten
erzeugt und dadurch der Schlitten gegen die GleitfläEhe gepreßt wird. Der Schlitten
wird weiter erfindungsgemäß mittels einer möglichst zentral angreifenden' Vorrichtung
verschoben, die in beiden Endstellungen den Schlitten federnd gegen die Anschläge
drückt. Auch hier wird durch entsprechende Ausbildung der Schaltvorrichtung ein
resultierender Druck nach unten und dadurch eine sichere Auflage auf der Führungsfläche
erreicht.
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Da die Verscniebevorrichtung des Schlittens vorzugsweise in der Mitte
desselben angreift, wird bei Anordnung von zwei Anschlägen in den Endstellungen
erfindungsgemäß praktisch eine Dreipunkteinstellung erreicht.
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Nach einem weiteren, dem letzten Merkmal der Erfindung ist' der Eindringkörper
unmittelbar in die Fassung des Meßobjektivs außerhalb des Strahlengangs derart eingebaut,
daß - ausschließlich die Objektivfassung den Träger des Eindringkörpers bildet.
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In den Abbildungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstatides
dargestellt. Es zeigt Abb. I einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung
mit dem Objektiv in Arbeitsstellung, Abb. 2 einen Schnitt gemäß Abb. 1 mit dem Druckdiamanten
in Arbeitsstellung, Abb. 3 einen Schnitt gemäß Linie A-B der Abb. 1, Abb. 4 einen
Schnitt gemäß Linie C-D der Abb. I, Abb. 5 und 6 eine Darstellung der Gegenstücke
der Anschläge und Abb. 7 einen Schnitt gemäß Linie E-Fder Abb. 3 mit Darstellung
des Betrachtungsmikroskops.
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Die Abb. I und 2 zeigen das zu prüfende Ob-Objekt I, das auf demTisch
2 angeordnet ist. Vor dem zu- prüfenden Objekt befindet sich die Vorrichtung nach
der Erfindung mit dem Druckdiamanten 3 und dem Objektiv 4, welch letztere nebeneinander
angeordnet sind.
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Die erwähnte Vorrichtung besteht aus zwei hauptsächlichen Teilen,
die gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, und zwar einem festen Unterteil
und einem verschieblichen Oberteil. Der feste Unterteil besteht aus dem schwalbenschwanzförmigen
Befestigungsstück 5i mit dem der Härteprüfen auf das Betrachtungsmikroskop aufgeschoben
wird. An dem Stück 5 ist das Gehäuse 6 des festen Unterteils befestigt, an welch
letzterem die Abdeckkappen 7 für die Anschläge 8, 9, 10 und II (Abb. 4) angeordnet
sind. An der einen Gehäuseseite ist der Umschaltknopf 12 mit dem Betätigungshebel
I3 (Abb 3 und 4) und der Rückholfeder 14 angeordnet. Beim Betätigen des Knopfes
I2 wird die Welle I5 gedreht. An dem Ende der
Welle 15 ist die Gabel
I6 angeordnet. Der bewegliche Oberteil der Vorrichtung besteht aus einem Schlitten
I7, an dem der Stift I8 befestigt ist, der in das offene Ende der Gabel I6 eingreift
und so bei Betätigung des Knopfes I2 verschoben wird. An dem Schlitten I7 sind die
beiden Torsionsstäbe I8 und 19 befestigt. Jeder dieser Stäbe trägt eine Gabel 20
bzw. 2I. An den Gabeln ist unter- Zwischenschaltung zweier Blattfedern 22 und 23
(Abb. I und 4) der Druckkörper 24 befestigt, der den Druckdiamanten 3 und das Objektiv
4 trägt.
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Der bewegliche Oberteil wird durch das Gehäuse 25 abgedeckt. Weiterhin
ist eine feststehende Meßteilung 26 und ein mit dem Druckkörper bewegliches Umlenkprisma
27 und ein Ableseobjektiv vorgesehen.
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Die Funktion der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich aus den
Abb. I und 2. Steht der Schlitten I7 in der Stellung gemäß Ahb. 1, sg ist das Ojektiv
4 eingeschaltet, und der beleuchtende wie der abbildende Strahlenverlauf geht durch
den Mikrohärteprufer und dessen Objektiv 4 zum Präparat I und auf dem gleichen Wege
zurück. Wird dagegen der Schlitten in die Stellung gemäß Abb. 2 gebracht, so tritt
der Druckdiamant 3 an die Stelle des Objektivs 4. Wird jetzt der Mikrohärteprüfer
durch Betätigen des Feintriebes des Mikroskops gehoben, so wird damit der Druckdiamant
3 gegen das zu prüfende Objekt I gepreßt, wobei die Spitze des Diamanten 3 gerade
dort in die Oberfläche des Objektes I eindringt, wo vorher die optische Achse des
Objektivs 4 die Schliffebene des Präparates 1 durchsetzte. Die Kraft, mit der der
Diamant 3 gegen das Objekt I gedrückt wird, wird dadurch gemessen, daß der Druckkörper
24, die beiden Gabeln 20 und 21 und die Torsionsstäbe I8 und 19 zusammen eine Torsionswaage
bilden. Die Ablesung des Druckgewichtes, mit der der Diamant 3 gegen das Objekt
I gedrückt wird, erfolgt an der Ablesevorrichtung, die bei eingeschaltetem Diamant
im Meßokular sichtbar ist. Diese Vorrichtung besteht aus der Meßteilung 26, dem
Umlenkprisma 27 und dem Ableseobjektiv 28. Die Teilung 26 ist feststehend, während
das Prisma 27 und das Objektiv 28 jede Bewegung des Druckkörpers 24 mitmachen. Wird
der Druckkörper 24 beim Anpressen des Diamanten 3 an das Objekt I nach unten verschoben,
so verschiebt sich auch das Ableseobjektiv 28 mit dem Umlenkprisma 27 gegenüber
der Meßteilung 26. Diese Bewegung wird im Meßokular sichtbar und kann bei entsprechender
Eichung der Meßteilung 26 unmittelbar in Gramm abgelesen werden. Der Wechsel zwischen
dem Druckdiamanten-3 und dem Objektiv4 wird durch eine Verschiebung des die Teile
3 und 4 tragenden Schlittens 17 bewirkt. Dieser Schlitten hat erfindungsgemäß seitlich
reichliches Spiel. Die Verstellung des Schlittens erfolgt mittels des Knopfes 12
mit Betätigungshebel I3 über die Welle I5 und die Gabel6, welch letztere an dem
Stift 28 des Schlittens 17 angreift. An dem Knopf 12 ist eine Feder 14 angeordnet,
die von einer Mittelstellung aus nach beiden Seiten wirkt, also den Schlitten in
seinen beiden Endstellungen gegen eines der Anschlagpaare 8, 9 oder In, 11 drückt.
Die am Schlitten befindlichen Gegenanschläge 29, 30, 3I und 32 sind nach Abb. 5
und 6 so geformt, daß in den Anschlagstellungen stets ein resultierender Druck nach
unten entsteht, wobei außerdem durch die mit Nuten versehenen Gegenanschläge 29
und 3I eine bestimmte seitliche Lage des Schlittens gewährleistet wird. Die Anschläge
8.
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9, io, ii sind einstellbar. Die Anschlagpaare 8, 29 und IO,3I ergeben
Drehungsmittelpunkte für eine gegebenenfalls notwendige seitliche Verstellung des
Schlittens und damit der an ihm befestigten optischen Teile und des Eindringkörpers.
Mittels des schwalbenschwanzförmigen Stückes 5 wird die Vorrichtung auf einen Opak-Illuminator
aufgeschoben. Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes gemäß Abb. 7 ist
ein Mikroskop vom Le Chatelier-Typus zugrunde gelegt.
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PATENTANSPROCHE: I. Vorrichtung zum Bestimmen der Härte kleiner Körper
mit einem federbelasteten Eindringkörper, mit welcher außer der Größe des Eindruck
auch die Belastung mit optischen Mitteln gemessen wird und bei der die Achse des
Eindringkörpers gegenüber der optischen Achse des für die Eindruckgrößenmessung
bestimmten Objektivs merklich versetzt ist und der Eindringkörper sowie das Objektiv
auf einem Schlitten angeordne sind, der um den XTersetzungsbetrag verschiebbar ist,.
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlittenführung derart ausgebildet ist, daß der
in ihr gleitende Schlitten merkliches Spiel hat und daß zwecks Einstellung des Eindringkörpers
und des Objektivs an den Enden der Verschiebungsstrecke feste oder einstellbare
Anschläge vorgesehen sind.