DE3424514C2

DE3424514C2 - Vorrichtung zur Härteprüfung

Info

Publication number: DE3424514C2
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: 1987-04-09
Also published as: GB8516601D0; DE3424514A1; GB2161279A; JPS6125039A; GB2161279B; JPH0446373B2

Abstract

Die Vorrichtung besitzt einen auf die Werkstoffprobe (10) aufsetzbaren und dabei mit der Werkstoffprobe (10) zuerst in einem Aufsetzpunkt in Berührung kommenden harten Eindringkörper (2), dessen Eindringen in die Werkstoffprobe (10) unter einer Prüfkraft meßbar ist. Dazu ist ein mit der Prüfkraft beaufschlagbarer, am einen Ende den Eindringkörper (2) tragender Eindringkörperstempel (1) axial verschiebbar in einem Tastfußrohr (5) und dieses axial verschiebbar in einem relativ zur Werkstoffprobe (10) heb- und senkbaren Lagerkörper (6) geführt. Ein Tiefentaster (12) mißt die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörperstempel (1) und dem Tastfußrohr (5). Das Tastfußrohr (5) trägt am probenseitigen Ende einen Tastfuß (30), der mindestens zwei an der Oberfläche der Werkstoffprobe (10) beidseits des Aufsetzpunktes des Eindringkörpers (2) zur Auflage kommende und mit dem Aufsetzpunkt in einer gemeinsamen Geraden liegende Auflagepunkte besitzt sowie um eine diese Gerade im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers (2) senkrecht schneidende horizontale Achse drehbar am Tastfußrohr (5) gelagert ist. Der Tastfuß (30) kann sich daher ohne Meßfehler in der Eindringtiefe Neigungsveränderungen der Werkstoffprobe (10) anpassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Härteprüfung an Werkstoffproben aus Metall, Kunststoff, Elastomer und dergl. mit einem auf die Werkstoffprobe aufsetzbaren und mit der Werkstoffprobe in einem Aufsetzpunkt in Berührung kommenden harten Eindringkörper, dessen Eindringen in die Werkstoffprobe unter einer den aufgesetzten Eindringkörper belastenden Prüfkraft meßbar ist, wozu ein mit der Prüfkraft beaufschlagbarer, am einen Ende den Eindringkörper tragender Eindringkörperstempel axial verschiebbar in einem Tastfußrohr geführt ist und ein die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörperstempel und dem Tastfußrohr messender Tiefentaster vorgesehen ist, wobei das Tastfußrohr am probenseitigen Ende einen vom Eindringkörperstempel durchdrungenen, an der Oberfläche der Werkstoffprobe zur Auflage kommenden Tastfuß trägt.
Aus der US-PS 31 82 491 ist eine derartige, in der Form eines tragbaren Rockwell-Härteprüfgerätes ausgebildete Vorrichtung bekannt, die so eingerichtet ist, daß Beschädigungen des bei der Messung aus dem Tastfuß hervorstehenden Eindringkörpers vermieden werden. Im einzelnen erfolgt die Härteprüfung in zwei Schritten, indem der Eindringkörper zunächst mit einer Vorkraft und anschließend mit der Hauptkraft gegen die Werkstoffprobe drückt. Dazu ist eine zum Eindringkörperstempel koaxial angeordnete Vorkraftfeder vorgesehen, die an diesem über einen radialen Vorsprung angreift. Die ebenfalls koaxial angeordnete Hauptkraftfeder stützt sich mit ihrem einen Ende an einer axial verstellbaren Federplatte ab, die während des ersten Prüfschrittes einer Exzenterwelle anliegt und nach Verstellen der Exzenterwelle im zweiten Prüfschritt die Federkraft über einen Ringfalz auf eine Ringschulter des Eindringkörperstempels überträgt. Zum Schutz des Eindringkörpers ist eine ebenfalls von der Exzenterwelle betätigte Rückhaltevorrichtung vorgesehen, die den Eindringkörper gegen die Vorkraftfeder nach innen verstellt und während der beiden Prüfschritte außer Funktion gesetzt wird.
Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß im Verlauf der Messung auftretende Verankerungen des Tastfußes zu unter Umständen erheblichen Meßfehlern führen können. Da die Eindringtiefe des Eindringkörpers jedenfalls bei harten Materialien sehr gering ist, verursachen schon minimale, in der Regel unbemerkt bleibende Verkantungen deutliche Abweichungen von dem korrekten Meßwert. Weitere Meßfehler können durch seitliche Versetzungen und Neigungsänderungen der Werkstoffprobe insbesondere unter der Wirkung der Hauptprüfkraft in Folge der dann zwischen dem Eindringkörper und der Probe angreifenden Querkräfte auftreten. Zur Vermeidung solcher Querkräfte, die im übrigen auch durch geringfügiges Verschieben des Tastfußes bei aufgesetztem Eindringkörper auftreten können, muß der Eindringkörperstempel in seinem probennahen Bereich Bewegungen in der Ebene der Probenoberfläche ausführen können. Ein solches Bewegungsspiel ist aber bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich, da mit einsetzender Wirkung der Hauptkraft, also sich absenkender Federplatte, die beiden korrespondierenden Kegelmantelflächen des Eindringkörperstempels einerseits und der Federplatte andererseits für eine probenseitige Zentrierung des Eindringkörperstempels sorgen, und ferner die beiden senkrecht zur Längsachse verlaufenden und gegenseitig zur Anlage kommenden Flächen des Ringfalzes an der Federplatte und der Ringschulter an dem Eindringkörperstempel nur gegen hohe Reibungskräfte gegenseitig verschoben werden könnten. Die Federplatte selbst läßt Verstellungen in der gewünschten Richtung nicht zu, da diese umfangsseitig durch Abstandskugeln zentriert ist. Somit muß bei der bekannten Vorrichtung mit stark fehlerbehafteten Meßergebnissen gerechnet werden.
Auch die DE-OS 26 09 627 beschreibt ein tragbares und manuell betätigbares Härteprüfgerät, bei dem die Meßkraft von den beiden Händen der Bedienungsperson aufgebracht werden muß. Daher ist in der Regel mit einer ungleichmäßigen Kraftübertragung zu rechnen, so daß auch der Prüfdruck nicht koaxial zum Eindringkörperstempel verläuft. Dadurch können ebenfalls Kippbewegungen auftreten und quer verlaufende Kräfte entstehen, die einen verfälschenden Einfluß auf das Meßergebnis haben. Um diese Fehlerquellen einzuschränken, besitzt das bekannte Härteprüfgerät ein zur Achse taumelnd angeordnetes Bauteil, das Abweichungen des Prüfdrucks von der axialen Richtung erkennbar macht und somit eine Korrektur der Prüfkraft durch eine Verlagerung der angreifenden Kräfte ermöglicht. Jedoch kann dadurch das Entstehen von zur Längsachse schräg verlaufenden Kräften nicht verhindert werden, so daß durch zunächst unachtsames Bedienen des Gerätes ein Prüfeindruck mit verfälschter räumlicher Geometrie in der Werkstoffprobe gebildet werden kann, wodurch das weitere Meßergebnis ebenfalls verfälscht wird. Wegen der zur korrekten Messung notwendigen Beobachtung des taumelnd angeordneten Bauteils lassen sich insbesondere automatisiert ablaufende Reihenuntersuchungen nicht mit der geforderten Genauigkeit durchführen.
Das aus der DE-OS 32 45 447 bekannte Härteprüfgerät beschreibt schließlich eine Möglichkeit, aus einer Vielzahl von Gewichten mittels eines Prüfkraftwählers lediglich eine bestimmte Anzahl an Gewichten für den Meßvorgang auszuwählen. Dazu sind die Gewichte auf einer Gewichtsstange angeordnet, längs der ein Schlitten einstellbar verfahrbar ist, der mit einer Haltevorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe eine vorgegebene Anzahl der Gewichtsstücke festgesetzt werden kann. Dadurch wird die Gewichtskraft dieser festgesetzten Gewichte bei dem Prüfvorgang nicht wirksam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Neigungsänderungen der Probenoberfläche sowie seitliche Versetzungen der Probe sich bei der Härteprüfung über den gesamten Härtebereich nicht als Fehlerquelle auswirken können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Tastfußrohr axial verschiebbar in einem relativ zur Werkstoffprobe heb- und senkbaren Lagerkörper geführt ist und der Tastfuß mindestens zwei beidseits des Aufsetzpunktes des die Werkstoffprobe zur Anlage kommenden und mit dem Aufsetzpunkt in einer gemeinsamen Geraden liegende Auflagepunkte besitzt und um eine diese Achse im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers senkrecht schneidende horizontale Achse drehbar am Tastfußrohr gelagert ist und daß der Eindringkörperstempel im von der Werkstoffprobe 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.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß sich der Tastfuß nur in einer durch seine Aufsetzpunkte gehenden Geraden der Oberfläche der Werkstoffprobe auflegt, so daß Neigungsänderungen dieser Oberfläche um diese Gerade als Achse das Tiefenmeßergebnis nicht beeinflussen können. 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. Der Zentriersitz sorgt dabei zunächst für eine zentrale Ausrichtung des Eindringkörperstempels, so daß er anschließend im aufgesetzten Zustand seitlichen Versetzungen der Werkstoffprobe in allen Richtungen folgen kann, ohne mit dem ihn umgebenden Tastfußrohr in Berührung zu kommen. Die geradlinige Anordnung der Aufsetzpunkte und des Eindringkörperstempels erlaubt im übrigen auch eine Messung an nur sehr schmalen Werkstoffproben.
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. Der Zentriersitz kann von einem hohlkegeligen Ring gebildet sein, in dessen Konus der Eindringkörperstempel mit einem 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.
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 Auflagepunkten 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 der 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.
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.
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 Werkstoffprobe zuzustellen, die weitere Zustellgeschwindigkeit aber drastisch zu senken, sobald der Eindringkörper sich auf der Werkstoffprobe aufgesetzt und der Sensor angesprochen hat.
Weiter empfiehlt es sich, daß der Tiefentaster auf 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.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung zur Härteprüfung, wobei nur die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind,
Fig. 2 eine Teilansicht des Gegenstandes der Fig. 1 in Richtung des dort eingetragenen Pfeiles X,
Fig. 3 die Seitenansicht eines vollständigen Prüfsystems mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Härteprüfung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3.
In Fig. 1 ist die auf einer Unterlage 32 liegende Werkstoffprobe mit 10, der auf die Werkstoffprobe 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 verschiebbar 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 Relativverschiebung 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 30 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 Wälzkörper 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 Eindringkörperstempel 1 koaxial zum Tastfußrohr 5 ausrichtenden Zentriersatz 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. Solange 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 Werkstoffprobe 10 heb- und senkbaren Tragplatte 13. Diese Tragplatte 13 trägt im Ausführungsbeispiel drei lose aufgesetzte Gewichte 19, 19&min;, 19&min;&min; 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 Aufleger 18absetzt und dadurch das Gewicht 19 von der Tragplatte 13 abhebt und die Gewichtskraft auf den Eindringkörperstempel 1 überträgt. Die anderen beiden Gewichtsringe 19&min;, 19&min;&min; 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 angeordnet und weist einen zum Eindringkörperstempel 1 koaxialen und dessen stirnseitiger Endfläche anliegenden Führer 12&min; auf.
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 Eindringkörpers 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 Werkstoffprobe 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 15 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 10 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 Tastfußrohr 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 19 einen Härteeindruck in der Werkstoffprobe 10 erzeugt. Je nach gewünschter Prüfkraft kann die Absenkbewegung fortgesetzt werden, bis auch die weiteren Gewichtsringe 19&min;, 19&min;&min; am Eindringkörperstempel 1 wirksam geworden sind.
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.
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. 1 und 2 und andererseits ein Meßmikroskop 40, mit dessen 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.

Claims

1. Vorrichtung zur Härteprüfung an Werkstoffproben (10) aus Metall, Kunststoff, Elastomer oder dergl. mit einem auf die Werkstoffprobe (10) aufsetzbaren und mit der Werkstoffprobe (10) in einem Aufsetzpunkt in Berührung kommenden harten Eindringkörper (2), dessen Eindringen in die Werkstoffprobe (10) unter einer den aufgesetzten Eindringkörper (2) belastenden Prüfkraft meßbar ist, wozu ein mit der Prüfkraft beaufschlagbarer, am einen Ende den Eindringkörper (2) tragender Eindringkörperstempel (1 ) axial verschiebbar in einem Tastfußrohr (5) geführt ist und ein die Relativverschiebung zwischen dem Eindringkörperstempel (1) und dem Tastfußrohr (5) messender Tiefentaster (12) vorgesehen ist, wobei das Tastfußrohr (5) am probenseitigen Ende einen vom Eindringkörperstempel (1) durchdrungenen, an der Oberfläche der Werkstoffprobe (10) zur Auflage kommenden Tastfuß (30) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastfußrohr (5) axial verschiebbar in einem relativ zur Werkstoffprobe (10) heb- und senkbaren Lagerkörper (6) geführt ist und der Tastfuß mindestens zwei beidseits des Aufsetzpunktes des die Werkstoffprobe (10) zuerst berührenden Eindringkörpers (2) an der Werkstoffprobe (10) zur Auflage kommende und mit dem Aufsetzpunkt in einer gemeinsamen Geraden liegende Auflagepunkte (11) besitzt und um eine diese Gerade im Aufsetzpunkt des Eindringkörpers ( 2) senkrecht schneidende horizontale Achse drehbar am Tastfußrohr (5) gelagert ist und daß der Eindringkörperstempel (1) im von der Werkstoffprobe (10) abgehobenen Zustand auf einem im Tastfußrohr (5) dicht über dem Tastfuß (30) vorgesehenen, den Eindringkörperstempel (1) koaxial zum Tastfußrohr (5) ausrichtenden Zentriersitz (4) ruht und im übrigen nur im Bereich des von der Werkstoffprobe (10) abgewandten oberen Endes im Tastfußrohr (5) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindringkörperstempel (1) im Tastfußrohr (5) und das Tastfußrohr (5) im Lagerkörper (6) gegen Verdrehungen gesichert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriersitz (4) von einem hohlkegeligen Ring gebildet ist, in dessen Konus der Eindringkörperstempel (1) mit einem Ring eingreift.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei im Zentriersitz (4) ruhendem Eindringkörperstempel (1) der Eindringkörper (2) mit seinem der Werkstoffprobe (10) zugewandten vordersten Eindringpunkt in Eindringrichtung etwas über die Auflagepunkte (11) des Tastfußes (30) vorsteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastfuß (30) beidseits der Achse (33) des Tastfußrohres (5) Lagerflächen (34) aufweist, die um die die Gerade zwischen den Auflagepunkten (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 am Tastfußrohr (5) gelagerte Wälzkörper (9) abgestützt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (6) fest an einer relativ zur Werkstoffprobe (10) heb- und senkbaren Tragplatte (13) sitzt, die mindestens ein lose aufgesetztes Gewicht (19) zur Erzeugung der Prüfkraft trägt, das einen Aufleger (18) aufweist, der einen unter ihm liegenden Anschlag (36) des Eindringkörperstempels (1) übergreift, auf dem sich beim Absenken der Tragplatte (13) relativ zum Eindringkörperstempel (1) der Aufleger (18) absetzt und das Gewicht (19) von der Tragplatte (13) abhebt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (19) als zur Achse des Eindringkörperstempels (1) koaxialer Gewichtsring ausgebildet ist, dessen längs eines Ringdurchmessers verlaufender Aufleger (18) das Tastfußrohr (5) und den Eindringkörperstempel (1) in einer fensterartigen Aussparung (20) durchgreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Tragplatte (13) mehrere konzentrisch angeordnete Gewichtsringe (19, 19&min;, 19&min;&min;) vorgesehen sind, von welchen der innerste Gewichtsring (19) mit dem Aufleger (18) versehen ist und jeder andere Gewichtsring (19&min;, 19&min;&min;) einen Anschlag (37) aufweist, mit dem er durch den jeweils nächstinneren Gewichtsring von der Tragplatte (13) abhebbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindringkörperstempel (1) über ein Auflager (38) an einem Entlastungsträger (15) hängt, der mittels mindestens einer Entlastungsfeder (14) am Aufleger (18) gehalten ist, wobei die Kraft der Entlastungsfeder (14) dem Gewicht des Eindringkörperstempels (1) entgegengerichtet und der Verstellweg des Entlastungsträgers (15) in Richtung der Federkraft durch einen am Aufleger (18) festen Anschlag (17) für den Entlastungsträger (15) begrenzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsträger (15) als am Aufleger (18) gelagerter einarmiger Hebel ausgebildet ist, an dessen freiem Ende die Entlastungsfeder (14) und der Anschlag (17) angreifen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Stellung des Entlastungsträgers (15) relativ zum Aufleger (18) ansprechender Sensor (16) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ein für die Tragplatte (13) vorgesehener Verstellantrieb steuerbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefentaster (12) auf dem Tastfußrohr (5) über dem Ende des Eindringkörperstempels (1) angeordnet ist und einen zum Eindringkörperstempel (1) koaxialen Schaft (12&min;) mit einem der stirnseitigen Endfläche des Eindringkörperstempels (1) anliegenden Fühler aufweist.