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Verfahren und Vorrichtung zur Härteprüfung, insbesondere von Schleifscheiben
Zur
Härteprüfung sind bisher fast ausnahmslos die bekannten Kugeleindruck- und Kugelrücksprungverfahren
angewendet worden, wobei die Einwirkung des als Kugel oder Kugelkalotte ausgebildeten
Prüfkörpers auf dien Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes durch einen anhaltenden
konstanten Druck oder durch einen einmaligen Schlag auf den Prüfköper erfolgt. Es
sind auch schon Härteprüfgeräte bekanntgeworden, die eine gewisse Zeit auf die Oberfläche
des Werkstückes einwirken, indem beispielsweise eine Art Bohrspindel verwendet wird,
die während der Einwirkungszeit einen gewissen Betrag in das Werkstück eindringt,
wobei beispielsweise die Zeit, die die Bohrspindel benötigt, um in das Werkstück
eiiizudringen, gemessen wird. Derartige Anordnungen haben sich aber in der Praxis
bis jetzt noch nicht durchsetzen können, da sie die zu ermittelnden Werte, wie Härte,
Festigkeit u. dgl., nur ungenügend weidergeben.
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Bei der Härteprüfung für Schleifscheiben verwendet man meistens noch
Handgeräte in Form eines meißelartigen Stichels, der senkrecht oder schräg auf die
Scheibenoberfläche aufgesetzt wird, um zu versuchen, einzeln Schleifkörner aus dem
Scheibenmateial herauszulösen. Um annähernd brauchbare Werte hierdurch zu erhalten,
ist eine jahrelange Erfahrung erforderlich; eine derartige
Methode,
die mehr oder weniger von subjektiven Beeinflussungen gefäischt werden kann, kann
zur exakten Bestimmung des Härtegrades für Präzisionswerkzeuge nicht verwendet werden.
Auch die bisher vorgeschlagenen Härteprüfgeräte, die die Handbedienung auszuschalten
versuchen und die insbesondere für Schleifscheiben geeignet sein sollen, konnten
sich auf Grund ihrer Unvollkommenheit bis jetzt noch nicht dùrchsetzen.
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Erst durch die neue Erfindung ist es gelungen, ein Härteprüfverfahren
und ein entsprechendes Gerät zu schaffen, das jegliche subjektiven Momente ausschaltet
und exakte Vergleichswerte beliebiger Genauigkeit liefert. Das neue Verfahren kann
zur Prüfung des Härtegrades der verschiedensten Werkstoffe angewendet werden, und
es eignet sich besonders zur Prüfung von Schleifscheiben.
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Erfindungsgemäß wird ein beweglich gelagertes Werkzeug, z. B. ein
Sichel, in periodische Schwingungen versetzt und hierbei in den Prüfkörper eine
Vertiefung eingearbeitet, wobei mindestens eine Bestimmungsgröße, wie Anpreßdruck,
Prüfdauer, gegebenenfalls mal Frequenz, Amplitude und Eindringtiefe, als Maß für
die Härte gewählt wird und die anderen Größen konstant gehalten werden.
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Eine neuartige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht
darin, daß das Werkzeug, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Federung,
mit einem Schwingungserzeuger gekuppelt ist, der mittel- oder unmittelbar gegen
ein festes Widerlager abgestützt ist und wobei eine einen der Härte des Prüfkörpers
proportionalen Wert, wie Eindringtiefe, Belastung od. dgl., messende Einrichtung
angeordnet ist.
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Die Vorrichtung kann schräg oder senkrecht auf die Oberfläche des
zu prüfenden Werkstückes aufgesetzt werden, worauf eine für jeden Prüfvorgang gleichartige
Schwingungsbewegung, z. B. gleicher Dauer, erzeugt wird und dabei die anderen Bestimmungsgrößen,
wie Anpreßdruck, Frequenz und Amplitude, konstant gehalten werden. Hierbei kann
nun entweder die Eindringtiefe oder, wobei eine Konstanthaltung der Belastung nicht
vorgesehen ist. die zu dem Eindringen des Stichels in das Werkstück erforderliche
Belastung gemessen werden, und man erhält einen genauen Vergleichswert bei verschiedenen,
zu prüfenden Materialien.
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In besonderer Ausbildung der Erfindung können die normalerweise konstant
zu haltenden Bestimmungsgrößen auch stufenweise veränder- und ein stellbar sein.
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Der Schwingungserzeuger, mit dem der Stichel mittel- oder unmittelbar
gekuppelt ist, kann entweder aus einem hydraulischen, elektrischen, elektromagnetischen,
mechanischen oder auch pneumatischen Gerät, z. B. einem Preßlufthammer, bestehen.
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Um die erforderliche Vorspannung zum Nachfolgen des gesamten Gerätes
beim Eindringen des Stichels in die Werkstückoberfläche aufzubringen, ist, wie oben
schon angedeutet, eine mechanische, pneumatische od. dgl. Feder, die sich gegen
ein festes Widerlager abstützen kann, anzubringen; andererseits kann auch bei senkrechter
oder nahezu senkrechter Anordnung des Werkzeuges ein Belastungsgewicht verwendet
werden.
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Außer einer federnden Abstützung oder der Anordnung eines Gewichtes
können auch Anordnungen getroffen sein, um dem Stichel bzw. dem damit gekuppelten
Schwingungserzeuger die nachfolgende Bewegung zu ermöglichen, was beispielsweise
durch einseitig wirkende Gesperre, selbsthemmende Keile od. dgl. durchgeführt werden
kann.
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Eine andere Ausführung der Erfindung sieht vor, zwischen dem Werkzeung
und dem Schwingungserzeuger ein federndes Zwischenglied, wie Stahlfeder, Luftpolster
od. dgl., einzuschalten.
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Um den Prüfvorgang zu überwachen, sind außerdem gemäß Erfindung Meßvorrichtungen
entweder zur Feststellung der Eindringtiefe des Werkzeuges oder zur Messung der
Dehnung bzw.
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Zusammendrückung des erwähnten Zwischengliedes oder auch zur Messung
des Druckes des als Luftpolster ausgebildeten ZwischengLiedes vorgesehen.
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Die erwähnten Längen und Druckmeßeinrichtungen sind ferner zweckmäßig
auf die zur dringung des Prüfkörpers in das Werkstück erforderliche Belastung geeicht.
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Bei der Anordnung der erwähnten Federungsmittel, wodurch beispielsweise.
zwei gekoppelte Schwingungssysteme, wie Werkzeugmeßfeder und Anpreßfederschwingungserzeunger,
entstehen, ist gemäß besonderer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden
Schwingungssysteme eine voneinander abweichende Eigenfrequenz aufweisen, um den
Resonanzfall auszuschließen und einen einwandfreien Betrieb des Gerätes zu gewährleisten.
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Diese Maßnahme kann auch gleichzeitig mit der Anordnung von Dämpfungsmitteln
an den entsprechenden Federungsmitteln kombiniert werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfind<ung
dargesteHt, und zwar zeigt Fig. I eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei eine federnde Abstützung gegen ein festes Widerlager vorgesehen
ist, Fig. 2 eine ähnliche Ausführungsform, wobei ein federndes Zwischenglied und
ein festes, sich selbst nachstellendes Widerlager vorgesehen ist, Fig. 3 eine ähnliche
Ausführungsform, wobei lediglich ein sich selbst nachstellendes festes Widerlager
vorgesehen list, Fig.4ein Anwendungsbeispiel der Erfindung, wobei der Schwingungserzeuger
in der Art eines Preßlufthammers ausgebildet ist.
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Der me<ißelartige Stichel 1 einer Härteprüfvorrichtung, die insbesondere
zur Prüfung von Schleifscheiben geeignet ist, ist in einer Führung 2 längs verschieblich
gelagert und steht mit einem Schwingungserzeuger 3 in Verbindung, der entweder mit
tels Preßluft, 01 oder elektromagnetisch, gegebenenfalls auch mechanisch angetrieben
wird. Den vor-I, iegenden Beispielen ist ein mittels Preßluft wirkender Schwingungserzeuger
zugrunde gelegt; so wird beispielsweise den Schwingungserzeuger 3 durch die Zul'eitung4
die erforderhche Druckluft
zugeführt. Die ganze Vorrichtung ist
gegen ein festes Widerlager 5 unter Zwischenschaltung einer Feder 6, die auch als
Luftpolster ausgebildet sein kann, abgestützt.
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Wird der Schwingungserzeuger in Tätigkeit gesetzt, so dningt der
Stichel 1 je nach Härte des zu prüfenden Werkstückes in dessen Oberfläche mehr oder
weniger ein, und die ganze Vorrichtung folgt dementsprechend um den gleichen Betrag
nach, wodurch sich die Abstützfeder 6 entsprechend ausdehnt. Das hlaß der Ausdehnung
kann an einem Meßgerät 7 abgelesen werden, das vorzugsweise auf die Gräße der Belastung
des Stichels pro .chwingung bzw. auf Härtewerte geeicht ist.
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Die Vorrichtung kann entweder senkrecht wie in ljig. I dargestellt
oder auch gemäß Fig. 2 oder unter beliebigem Winkel je nach den vorliegenden Gegebenheiten
auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt werden. In dem Beispiel der Fig. 2 ist zwischer
dem Stichel 1 und dem Schwingungserzeuger ein Luftpolster 8 eingeschaltet, das bei
jedem Schwingungsausschlag entsprechend der Belastung zusammengedrückt wird. Das
Maß der Zusammendrückung oder im Fall eines Luftpolsters der Innendruck kann durch
ein Meßgerät 7'abgelesen werden, das ebenfalls zweckmäßig auf Stichelbelastung pro
Schwingungsausschlag bzw. auf Härtewerte geeicht ist.
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Die Al) stützung erfolgt in diesem Fall ohne Zwischenschalten eines
federnden Elementes, jedoch muß dafür Sorge getragen werden, daß die Vorrichtung
entsprechend dem Eindringen des Stichels in das Werkstück nachfolgen kann, was selbsttätig,
beispiels weise durch ein einseitig wirkeiles Gesperre oder durch selbsthemmende
Keile od. dgl. bewirkt werden kann. In dem Beispiel der Fig. 2 sind lediglich zur
Veranschaulichung beidseitig eines mit der Vorrichtung verbundenen Domes g zwei
schwenkbare Hebel 10 angeordnet, deren freie Enden 1 1 walzenförmig ausgebildet
und an der Oberseite mit Anschlagnasen 12 versehen sind. Die Hemmung erfolgt in
diesem Fall einseitig, lediglich durch Reibung. Bewegt sich bei spielsweise die
Vorrichtung in Pfeilrichtung 13, so übft die abrollende Wirkung der Walzen 1 1 auf
der Innenwand der festen Führung 14 eine abhebende Wirkung auf die Anschlagnasen
12 aus.
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Eine Bewegung der Vorrichtung entgegengesetzt der Pfeilrichtung 13
bewirkt dagegen ein Anpressen der Anschlagnasen, die gegebenenfalls mit Flächen
erhöhter Reibung oder Spitzen versehen sind, gegen die Innenwand der Führung I4,
so daß eine absolute Hemmung entgegengesetzt der Pfeilrichtung 13 und damit eine
stufenlose feste Abstützung an jeder Stelle, an der sich die Vorrichtung befindet.
entsteht.
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In dem Beispiel gemäß Fig. 3 ist sowohl auf eine federnde Abstützung
als auch auf eine Einschaltung eines federnden Zwischengliedes zwischen Prüfkörper
und Schwingungserzeuger verzichtet, während die sich selbst nachstellende feste
Abstützung entsprechend dem Beispiel gemäß Fig. 2 ausgebildet ist, In diesem Fall
wird das Maß der Härte durch Messung der Wegänderungen des Domes g gegenüber der
festen Führung 14 mittels des Meßgerätes 7 festgestellt.
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Gemäß Beispiel 4 wird eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung
derart verwendet, daß sie zwischen ein festes Widerlager 5 und die durch eine Spannvorrichtung
15 gehaltene Schleifscheibe 16 eingesetzt wird, und zwar in einem Winkell, der jeweils
zum Prüfen des Materials geeignet ist. Der in der Art eines Preßlufthammers ausgebildete
Schwingungserzeuger 3 ist durch die Leitung I7 beispielsweise mit einer Druckflasche
I8 oder auch mit einer Druckluftpumpe verbunden, Als federnde Abstützung des Teiles
3 gegenüber dem festen Widerlager 5 dient eine spiralförmig gewundene Blattfeder
I9, die bewirkt, daß die ganze Vorrichtung beim Eindringen des Stichels I in die
Oberfläche der Scheibe I6 unter annähernder Beibehaltung der anfänglichen Vorspannung
nachfolgen kann. Die Belastung des Stichels bzw. die erreichten Härtewerte können
auf dem Meßgerät 17, das mit dem Luftpolster 8' in Verbindung steht, abgelesen werden.
Das Meßgerält wird zweckmäßig so ausgebildet, daß das Anzeigeelement, beispielsweise
ein schwenkbarer Weniger, bei EinF setzen der Vorrichtung in der beschriebenen Art
auf Null gestellt wird und wobei im Betrieb der Vorrichtung ein Schleppzeiger bis
zu dem erreichten Wert mitgenommen wird, der nach Ausschalten der Anordnung den
erreichten Härtewert zeigt.
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In der Zeichnung nicht dargestellte Regeleinrichtungen, wei Zeitschalter
u. dg., bewirken, daß die Vorrichtung in jeweils gleichen, aber an sich beliebigen
Zeitstufen arbeiten kann, so daß man beispielsweise mehrere Scheiben immer unter
den gleichen Bedingungen, was Frequenz, Belastung, Schwingungsamplitude und Dauer
der Belastung betrifft, prüfen kann und dadurch einen von subjektiven Beeinflussungen
freien genauen Vergleichswert erhält.