DE4422873A1

DE4422873A1 - Manually-operated hardness tester

Info

Publication number: DE4422873A1
Application number: DE19944422873
Authority: DE
Inventors: Murat Bajozitovic Bakirov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-11

Abstract

The hardness tester has a housing (1) with an axis of symmetry (S), a reference device (8, 9, 11, 12), supporting a reference ring (10) and a penetration device (13, 14, 15, 17) with a penetration element (16). The reference device and the penetration device are biased together via a reference ring spring (6) and are moved together in the axial direction via a test force spring (5). A force sensor (17) detects the force exerted on the penetration element and a displacement sensor provides the relative displacement between the penetration device and the reference device. A sleeve enclosing the reference device acts as an axial guide for both the reference device and the penetration device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Härteprüfer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a hardness tester according to the Preamble of claim 1.

Härteprüfer sind in einer großen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bekanntgeworden:Hardness testers are different in a large number Embodiments have become known:

(1) DE 43 27 260.6(1) DE 43 27 260.6
(2) DE 26 09 627 B2(2) DE 26 09 627 B2
(3) DE 91 07 467 U1(3) DE 91 07 467 U1
(4) WO 83/02 666 A1(4) WO 83/02 666 A1
(5) DE-GM 75 28 174.(5) DE-GM 75 28 174.

In Dokument (2) ist ein Härteprüfer beschrieben, bei dem Kraft und Weg gemessen werden. Die Nachteile dieser Ausführung sind:Document ( 2 ) describes a hardness tester in which force and displacement are measured. The disadvantages of this version are:

- Bei der Prüfung wird der Referenzring, mit der jeweiligen Druckkraft des Bedieners, in die Prüfoberfläche gedrückt. Dieses beeinflußt das Prüfergebnis in einer Art und Weise, die nicht berechenbar ist. Da der Kraft- und der Wegsensor ein Bauteil bzw. miteinander gekoppelt sind, beeinflussen sie sich gegenseitig. Das ergibt ungenaue Messungen.- During the test, the reference ring, with the respective Press force of the operator, pressed into the test surface. This affects the test result in a way that is not predictable. Because the force and the displacement sensor a component or are coupled to each other each other. This results in inaccurate measurements.
- Der Kraftaufnehmer wird schon vor der eigentlichen Prüfung mit einer Kraft beaufschlagt (Durchbiegen des elastischen Teiles zur Wegmessung).- The force transducer is already before the actual one Test applied with a force (bending of the elastic part for distance measurement).

Die Erfindung geht von Dokument (1) aus. Ein solch manuell zu betätigender Härteprüfer besteht aus einem eine Symmetrieachse aufweisenden Gehäuse, in welchem eine einen Referenzring enthaltende Referenzeinheit sowie eine einen Eindringkörper aufweisende Eindringeinheit unter dem Einfluß einer Referenzringfeder gegeneinander und unter dem Einfluß einer Prüfkraftfeder miteinander in axialer Richtung bewegbar sind, wobei beide Federn von einem gemeinsamen Deckelteil zeitlich nacheinander zusammendrückbar sind. Weiterhin enthält ein solcher Härteprüfer einerseits einen ausschließlich die auf den Eindringkörper wirkende Kraft wiedergebenden Kraftsensor, andererseits einen Wegsensor, der die Relativbewegung zwischen Eindringeinheit und Referenzeinheit registriert.The invention is based on document ( 1 ). Such a manually operated hardness tester consists of a housing having an axis of symmetry, in which a reference unit containing a reference ring and an indenter having an indentor can be moved axially with one another under the influence of a reference ring spring and under the influence of a test force spring, both springs of a common cover part can be pressed together in time. Furthermore, such a hardness tester contains, on the one hand, a force sensor that exclusively reflects the force acting on the indenter, and on the other hand, a displacement sensor that registers the relative movement between the indenter and the reference unit.

Bei einem solchen Härteprüfer ist das Gehäuse zweckmäßig so konstruiert, daß es einen Anschlag aufweist, welcher den Hub des Deckelteils begrenzt. Dieser Hub und die Steifigkeit der Prüfkraftfeder sind so aufeinander abgestimmt, daß durch sie die maximale Prüfkraft nach DIN festgelegt wird. Dabei kann die Prüfkraftfeder zur Untersuchung besonderer Werkstoffe austauschbar sein (verschiedene Prüfkräfte).With such a hardness tester, the housing is expediently so constructed that it has a stop that the Stroke of the lid part limited. This hub and the The rigidity of the test force spring is thus one on top of the other agreed that the maximum test force according to DIN is set. The test force spring can Examination of special materials must be interchangeable (different test forces).

Allen diesen bekannten Härteprüfern ist jedoch ein Nachteil eigen:However, all these known hardness testers have a disadvantage own:

Nach dem Aufsetzen des Härteprüfers auf die zu prüfende Oberfläche findet eine Relativbewegung zwischen der Referenzeinheit und der Eindringeinheit statt. Zwischen den genannten Teilen herrscht eine gewisse Reibung. Die beiden Teile führen beim Ausüben der Härteprüfung eine axiale Relativbewegung zueinander aus. Dabei wird die Reibung überwunden. Dies geschieht jedoch ruckartig, so daß ein Zittereffekt im Anfangsbereich der Kraft-Weg-Kurve auftritt. Dieser Zittereffekt stört das Prüfergebnis erheblich.After placing the hardness tester on the one to be tested There is a relative movement between the surface Reference unit and the penetration unit instead. Between parts mentioned there is a certain amount of friction. The two Parts perform an axial one when performing the hardness test Relative movement to each other. This is the friction overcome. However, this happens suddenly, so that a Shivering effect in the start area of the force-displacement curve occurs. This trembling disturbs the test result considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Härteprüfer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß der nachteilige Einfluß der Reibung zwischen Referenzeinheit und Eindringeinheit aufgehoben wird.The invention has for its object a hardness tester to design in accordance with the preamble of claim 1, that the adverse influence of friction between Reference unit and penetration unit is canceled.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. This task is characterized by the characteristics of Claim 1 solved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is in the drawing shown.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung; Fig. 1 is a schematic representation of the invention;

Fig. 2 ein nach diesem Prinzip aufgebautes Gerät in einem Längsschnitt; Figure 2 is a built according to this principle device in a longitudinal section.

Fig. 3 bis 6 verschiedene Ausführungen des Auflageringes des Härteprüfers in Schnittzeichnung, FIGS. 3 to 6 different embodiments of the support ring of the hardness tester in sectional view,

Fig. 7 eine Darstellung des Meßverlaufes bei nicht ebener Oberfläche des Prüflings. Fig. 7 is a representation of the course of measurement when the surface of the test specimen is not flat.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same parts are the same Provide reference numerals.

Im Prinzip besteht der erfindungsgemäße Härteprüfer aus insgesamt vier mechanischen Baugruppen, nämlich einem Gehäuse, bestehend aus dem zylindrischen Gehäuseteil 1, einem Auflagering 20, einem Griffring 2 und einer Anschlagscheibe 19; die zweite Baugruppe besteht aus dem Deckelteil mit dem Deckel 3 einschließlich einer zugehörigen Hülse sowie einer Knickschutzhülle 4, welche der sicheren Herausführung der Leitungsdrähte aus dem Kraft- und dem Wegsensor dient.In principle, the hardness tester according to the invention consists of a total of four mechanical assemblies, namely a housing consisting of the cylindrical housing part 1 , a support ring 20 , a grip ring 2 and a stop disk 19 ; the second assembly consists of the cover part with the cover 3 including an associated sleeve and an anti-kink sleeve 4 , which is used to safely lead the lead wires out of the force and displacement sensors.

Die dritte und vierte Baugruppe stellen die Referenzeinheit sowie die Eindringeinheit dar. Die Referenzeinheit besteht aus dem Referenzring 10, der Referenzringaufnahme 9, der Halteplatte 8 für den Wegsensor 12, dem Wegsensor 12 und Säulen 11. Schließlich besteht die Eindringeinheit aus dem Eindringkörper 16, dem Kraftsensor 17, einer unteren Führungsscheibe 15 für den Kraftsensor 17, einer oberen Führungsscheibe 13, Säulen 14 sowie einer Gewindestange 18 mit Kern für den Wegsensor 12. The third and fourth assemblies represent the reference unit and the penetration unit. The reference unit consists of the reference ring 10 , the reference ring receptacle 9 , the holding plate 8 for the displacement sensor 12 , the displacement sensor 12 and columns 11 . Finally, the penetration unit consists of the penetration body 16 , the force sensor 17 , a lower guide disk 15 for the force sensor 17 , an upper guide disk 13 , columns 14 and a threaded rod 18 with a core for the displacement sensor 12 .

Das Gehäuse 1, die Referenz- und die Eindringeinheit haben eine gemeinsame Symmetrieachse. Auf dieser Achse befinden (bewegen) sich der Eindringkörper 16, die Prüfkraftfeder 5 und der Referenzring 10 mit angebautem Wegsensor 12.The housing 1 , the reference and the penetration unit have a common axis of symmetry. The indenter 16 , the test force spring 5 and the reference ring 10 with the mounted displacement sensor 12 are located (move) on this axis.

Der Referenzring 10 hat eine kreisförmige Auflage mit dem Durchmesser d, gemäß Fig. 7, dessen Mittelpunkt auf der Symmetrieachse, gleich Prüfachse, liegt. Der Referenzring 10 ist fest mit der Referenzeinheit verbunden, die sich im Gehäuse 1 entlang der Prüfachse bewegt. Die Referenzeinheit und die Eindringeinheit sind mit der Feder 6 gegeneinander vorgespannt. Dadurch ergibt sich vor der Messung ein Abstand S zwischen der Eindringkörperspitze 16 und dem Referenzring 10. Beim Eindringen des Eindringkörpers in eine Prüfoberfläche, die nicht parallel zur Auflagefläche d ist, ergeben sich aufgrund der Winkelabweichung ungenaue Meßergebnisse (Härtewerte). Deshalb müssen in der Praxis mehrere Messungen durchgeführt werden, um durch statistische Auswertung brauchbare Ergebnisse zu erhalten. Bei der gewählten Anordnung kann durch Auswertung der Größen S und S′, die sich bei der Prüfung automatisch ergeben (bzw. abfragen lassen), der Eindringwinkel α berechnet werden. Dieser Winkel kann angezeigt werden, oder gleich zur Korrektur des Härtewertes verwendet werden. Dadurch sind nur eine oder wenige Messungen nötig, bis man das richtige Ergebnis erhält (Messen bis Eindringwinkel innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt).The reference ring 10 has a circular support with the diameter d, according to FIG. 7, the center of which lies on the axis of symmetry, equal to the test axis. The reference ring 10 is firmly connected to the reference unit, which moves in the housing 1 along the test axis. The reference unit and the penetration unit are biased against each other by the spring 6 . This results in a distance S between the indenter tip 16 and the reference ring 10 before the measurement. If the indenter penetrates a test surface that is not parallel to the contact surface d, the angle deviation results in inaccurate measurement results (hardness values). For this reason, several measurements must be carried out in practice in order to obtain useful results through statistical analysis. In the chosen arrangement, the penetration angle α can be calculated by evaluating the quantities S and S ′, which result automatically during the test (or can be queried). This angle can be displayed or used to correct the hardness value. This means that only one or a few measurements are necessary until the correct result is obtained (measurement until the penetration angle is within the specified tolerance).

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist eine Hülse 100 vorgesehen, die in radialer Richtung innerhalb der Gehäusewandung 1 angeordnet ist, und zwar derart, daß sich Hülse 100 zwischen der inneren Gehäusewandung 1 und der Referenzeinheit 10 befindet. Weiter radial nach innen folgt somit die Referenzeinheit 10. Diese wird an der Innenseite der Hülse 100 axial geführt und durch die Feder 6 gegen den Deckel 3 über einen Anschlag der Hülse 100 vorgespannt. As can be seen from FIG. 1, a sleeve 100 is provided, which is arranged in the radial direction within the housing wall 1 , in such a way that sleeve 100 is located between the inner housing wall 1 and the reference unit 10 . The reference unit 10 thus follows further radially inwards. This is guided axially on the inside of the sleeve 100 and biased by the spring 6 against the cover 3 via a stop of the sleeve 100 .

Auf dieselbe Weise wird die Eindringeinheit 16 in Hülse 100 geführt.In the same way, the penetration unit 16 is guided in the sleeve 100 .

Durch die Hülse 100 wird die Meßgenauigkeit im Anfangsstadium der Messung wesentlich verbessert, desgleichen die Meß- und Auswertungsmöglichkeiten. Hierdurch läßt sich eine Streuung der Meßergebnisse verringern.Through the sleeve 100 , the measurement accuracy in the initial stage of the measurement is significantly improved, as are the measurement and evaluation options. This can reduce the spread of the measurement results.

Durch die Hülse 100 wird eine gemeinsame Reibfläche zwischen der Referenzeinheit 10 und der Eindringeinheit 16 vermieden. Damit werden Reibeffekte im Anfangsstadium der Messung, bedingt durch direkten Kontakt von Referenzeinheit 10 und Eindringeinheit 16, ausgeschlossen.A common friction surface between the reference unit 10 and the penetration unit 16 is avoided by the sleeve 100 . Friction effects in the initial stage of the measurement due to direct contact of reference unit 10 and penetration unit 16 are thus excluded.

Dies ermöglicht eine präzisere Messung des Relativabstandes zwischen Referenzring und Eindringkörper, besonders im Augenblick der Kontaktaufnahme zwischen Eindringkörper und Prüfoberfläche.This enables a more precise measurement of the relative distance between the reference ring and indenter, especially in the Moment of contact between indenter and Test surface.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist Hülse 100 nur in Fig. 1 dargestellt.For reasons of clarity, sleeve 100 is only shown in FIG. 1.

Der anhand von Fig. 1 und 2 dargestellte Härteprüfer arbeitet wie folgt:The hardness tester shown in FIGS . 1 and 2 works as follows:

Das Prüfgerät wird mit dem Auflagering 20 auf die Probe gestellt und mit dem Griffring 2 aufgedrückt. Dann drückt man auf den Deckel 3. Dadurch wird über die Prüfkraftfeder 5 eine Kraft auf die Eindringeinheit ausgeübt, die diese Einheit nach unten bewegt. Diese Bewegung wird über die Referenzringfeder 6 auf die Referenzeinheit übertragen, bis der Referenzring 10 auf der Probe aufliegt. Danach bewegt sich nur noch die Eindringeinheit, bis der Eindringkörper 16 die Probe berührt. Unter dem weiteren Druck auf den Deckel steigt nun die Kraft, die vom Kraftsensor 17 gemessen wird, bis zur maximalen Prüfkraft an. Gleichzeitig wird die Relativbewegung zwischen der Eindringeinheit und der Referenzeinheit mit dem Wegsensor 12 gemessen. Diese Relativbewegung entspricht der Eindringtiefe des Eindringkörpers 16 in die Probe. Die Prüfkraft wird durch einen Anschlag des Deckels begrenzt. Nach Abschluß der Prüfung werden die Referenz- und die Eindringeinheit durch die Rückholfeder 7 wieder in die Ausgangslage gebracht.The test device is placed on the sample with the support ring 20 and pressed on with the grip ring 2 . Then press the lid 3 . As a result, a force is exerted on the penetration unit via the test force spring 5, which force moves this unit downward. This movement is transmitted to the reference unit via the reference ring spring 6 until the reference ring 10 rests on the sample. Thereafter, only the indenter moves until the indenter 16 contacts the sample. Under further pressure on the cover, the force measured by the force sensor 17 increases up to the maximum test force. At the same time, the relative movement between the penetration unit and the reference unit is measured with the displacement sensor 12 . This relative movement corresponds to the depth of penetration of the indenter 16 into the sample. The test force is limited by a stop on the cover. After completion of the test, the reference and the penetration unit are brought back into the starting position by the return spring 7 .

Sowohl Kraftsensor 17 als auch Wegsensor 12 sind in der Zeichnung lediglich im Prinzip dargestellt. Solche Geräte sind bekannt, so daß deren Erläuterung im Rahmen dieser Beschreibung nicht erforderlich ist. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die mit diesen Geräten gemessenen Werte über elektrische Leitungen durch die Knickschutzhülle 4 auf entsprechende Anzeigegeräte übertragen werden.Both force sensor 17 and displacement sensor 12 are only shown in principle in the drawing. Such devices are known, so that their explanation is not necessary in the context of this description. It should only be pointed out that the values measured with these devices are transmitted via electrical lines through the anti-kink sleeve 4 to corresponding display devices.

Claims

1. Manuell zu betätigender Härteprüfer mit den folgenden Merkmalen:

1.1 ein eine Symmetrieachse (S) aufweisendes Gehäuse (1);
1.2 eine einen Referenzring (10) haltende Referenzeinheit (8, 9, 10, 11, 12);
1.3 eine einen Eindringkörper (16) aufweisende Eindringeinheit (13, 14, 15, 16, 17);
1.4 Referenzeinheit (8, 9, 10, 11, 12) sowie Eindringeinheit (13, 14, 15, 16, 17) sind unter dem Einfluß einer Referenzringfeder (6) gegeneinander und unter dem Einfluß einer Prüfkraftfeder (5) in axialer miteinander bewegbar
1.5 ein Deckelteil (13) zum Zusammendrücken der beiden Federn (5, 6), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.6 es ist ein Kraftsensor (17) vorgesehen, der ausschließlich die auf den Eindringkörper (16) wirkende Kraft wiedergibt;
1.7 es ist ein Wegsensor (12) vorgesehen, der die Relativbewegung zwischen Eindringeinheit und Referenzeinheit registriert;
1.8 das Deckelteil (3) und die Federn (5, 6) sind derart gestaltet und angeordnet, daß das Zusammendrücken der Federn (5, 6) durch das Deckelteil (3) kausal aufeinander folgt;
1.9 es ist eine Hülse (100) vorgesehen, die die Referenzeinheit (10) umschließt, und die eine axiale Führung für die Referenzeinheit (10) und die Eindringeinheit (16) bildet.

1. Manually operated hardness tester with the following features:

1.1 a housing ( 1 ) having an axis of symmetry (S);
1.2 a reference unit ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) holding a reference ring ( 10 );
1.3 a penetration unit ( 13 , 14 , 15 , 16 , 17 ) having an indentor ( 16 );
1.4 Reference unit ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) and penetration unit ( 13 , 14 , 15 , 16 , 17 ) can be moved axially with each other under the influence of a reference ring spring ( 6 ) and under the influence of a test force spring ( 5 )
1.5 a cover part ( 13 ) for compressing the two springs ( 5 , 6 ), characterized by the following features:
1.6 a force sensor ( 17 ) is provided which only reflects the force acting on the indenter ( 16 );
1.7 a displacement sensor ( 12 ) is provided, which registers the relative movement between the penetration unit and the reference unit;
1.8 the cover part ( 3 ) and the springs ( 5 , 6 ) are designed and arranged such that the compression of the springs ( 5 , 6 ) by the cover part ( 3 ) follows one another causally;
1.9 a sleeve ( 100 ) is provided which surrounds the reference unit ( 10 ) and which forms an axial guide for the reference unit ( 10 ) and the penetration unit ( 16 ).

2. Härteprüfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Anschlag (19) aufweist, welcher den Hub des Deckelteils (2) begrenzt. 2. Hardness tester according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) has a stop ( 19 ) which limits the stroke of the cover part ( 2 ).

3. Härteprüfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Deckelteils (2) und die Steifigkeit der Prüfkraftfeder (5) so gewählt sind, daß durch sie die maximale Prüfkraft festgelegt ist.3. Hardness tester according to claim 1 and 2, characterized in that the stroke of the cover part ( 2 ) and the rigidity of the test force spring ( 5 ) are selected so that the maximum test force is determined by them.

4. Härteprüfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gehäuse (1) ein Auflagering (20) verbunden ist, dessen Auflageprofil gegebenenfalls der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes angepaßt ist.4. Hardness tester according to claim 1, characterized in that a support ring ( 20 ) is connected to the housing ( 1 ), the support profile of which may be adapted to the contour of the object to be tested.

5. Härteprüfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Referenzeinheit und Eindringeinheit durch die Referenzringfeder (6) gegeneinander vorgespannt sind.5. Hardness tester according to claim 1 to 4, characterized in that the reference unit and penetration unit are biased against each other by the reference ring spring ( 6 ).

6. Härteprüfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Referenzeinheit (8, 9, 10, 11, 12) eine Rückholfeder (7) eingebaut ist, welche nach Beendigung der Prüfung Referenz- und Eindringeinheit in ihre Ausgangslage zurückbringen.6. Hardness tester according to claim 1 to 5, characterized in that a return spring ( 7 ) is installed in the reference unit ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ), which return the reference and penetration unit to their initial position after the end of the test.