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Dokumentenidentifikation DE19614906C2 20.05.1999
Titel Werkstoff-Prüfgerät
Anmelder Hildebrand, Michael, 72644 Oberboihingen, DE;
Essig, Martin, 73240 Wendlingen, DE
Erfinder Hildebrand, Michael, 72644 Oberboihingen, DE;
Essig, Martin, 73240 Wendlingen, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 16.04.1996
DE-Aktenzeichen 19614906
Offenlegungstag 23.10.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.05.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.05.1999
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/40   G01N 33/44   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Werkstoff-Prüfgerät, insbesondere zum Prüfen der Härte von flexiblen Prüflingen, wie bspw. Gummischnüren, O-Ringen oder ähnlichen Gummi- oder Kunststoffteilen.

Die Bestimmung der Härte, insbesondere der Mikro- IRHD-Härte, hat zur Überwachung und Einstellung einer gleichbleibenden Produktqualität bei der Herstellung der genannten Kunststoffteile Bedeutung. Die wenigstens stichprobenweise Überwachung der Einhaltung von Härtewerten ist bspw. bei der Herstellung von O-Ringen erforderlich, um sicherzustellen, daß wesentliche andere Parameter, wie bspw. Dichtwirkung und/oder Lebensdauer, eingehalten werden.

Selbst bei lediglich stichprobenweiser Untersuchung von Fertigungslosen sind an den entsprechenden Meßplätzen viele Messungen in schneller Folge auszuführen. Wenn mit einem einzigen Meßplatz mehrere Fertigungslinien bedient werden sollen oder wenn Lose mit unterschiedlichen O- Ringen nacheinander zu prüfen sind, muß das betreffende Werkstoff-Prüfgerät auf einfache Weise für unterschiedliche Werkstücke einrichtbar sein. Darüber hinaus ist es zu wünschen, daß manuelle Einflußnahmemöglichkeiten, die naturgemäß eine Fehlerquelle darstellen, weitgehend reduziert werden.

Aus der DE 39 14 775 A1 ist eine Zentriereinrichtung für Werkstoff-Prüfgeräte bekannt, die insbesondere der Halterung von elastischen Dichtungsringen aus weichelastischem Werkstoff zu Meßzwecken dient. Die Zentriereinrichtung weist einen verschiebbar auf einem Drehtisch gelagerten Spanntisch auf, der zur Aufnahme des O-Ringes eine runde Auflageplatte mit ebener Auflagefläche aufweist. An einer zentralen Stelle ist in der Platte ein Schlitz vorgesehen, der von zwei sich rechtwinklig zu der Auflage erstreckenden Stiften durchgriffen ist. Die Stifte sind in unterhalb der Platte gleitend verschiebbar gelagerten Gleitschuhen gehalten, die von einer Druckfeder in einer Richtung voneinander weg vorgespannt sind. Ein außen angeordneter Nockenring steht mit seiner als Nockenfläche ausgebildeten Innenseite mit den beiden einander diametral gegenüberliegend angeordneten Gleitschuhen in Anlage. Eine Verdrehung des Nockenringes bewirkt die Verstellung der Gleitschuhe aufeinander zu bzw. voneinander weg. Die Hubweite, d. h. der Minimalabstand zwischen den Stiften, der bei Verdrehung des Nockenringes erreicht wird, ist durch eine Anschlagschraube einstellbar, die die Drehung des Nockenringes begrenzen.

Zur Messung oder Prüfung wird ein O-Ring so auf die Auflagefläche der Platte aufgelegt, daß ein Abschnitt seiner Schnur zwischen die voneinander weg bewegten Stifte zu liegen kommt. Zum Zentrieren und Spannen des O- Ringes wird der Nockenring der Vorrichtung so weit verdreht, daß die Stifte ihren Minimalabstand zueinander einnehmen. Dabei wird die Schnur des O-Ringes zwischen den Stiften geklemmt und in eine Mittellage gebracht.

Zur Vermeidung eines Festklemmens und Quetschens der Schnur des O-Ringes zwischen den Stiften ist eine präzise Einstellung der Anschlagschraube für den Nockenring erforderlich. Dies wird manuell vorgenommen. Der bspw. zu prüfende O-Ring überquert zwischen den beiden Stiften den in der Platte vorgesehenen Schlitz und ist in diesem Bereich nicht unterstützt.

Aus der US-PS 4059990 ist ein Härtemeßgerät mit einem Tisch zur Auflage eines ringförmigen Prüflings bekannt. Der Tisch weist eine plane Oberseite auf, auf der ein Prisma gehalten ist. Dieses hat zwei miteinander einen Winkel einschließende Flächen, die rechtwinklig zu der planen Tischoberseite ausgerichtet sind. Das Prisma ist parallel zu der Oberseite verschiebbar. Zur Härtemessung dient ein Prüfkopf mit einem Prüfkörper, dessen Eindringtiefe gemessen wird.

Beim Prüfen oder Messen von O-Ringen unterschiedlicher Größe kann das Prisma dem Prüfkopf im Wege sein.

Ausgehend davon ist es eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Werkstoff-Prüfgerät zu schaffen, das für O-Ringe geeignet ist, das sich auf besonders einfache Weise bedienen und insbesondere an unterschiedliche Prüflinge anpassen läßt. Eine weitere Aufgabe liegt darin, den Meßvorgang zu vereinfachen.

Diese Aufgaben werden durch ein Werkstoff-Prüfgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das Werkstoff-Prüfgerät weist einen vorzugsweise vertikal, d. h. in seiner Meßrichtung verstellbar gelagerten Meßkopf auf, der bspw. der Härtebestimmung dient.

Eine unterhalb des Meßkopfes angeordnete Zentriereinrichtung dient der Aufnahme des Prüflinges (O-Ringes) in einer solchen Weise, daß die Messung unabhängig von der Größe des Prüflinges jeweils an einer bestimmten Meßstelle vorgenommen wird. Dies kann bei einem O-Ring bspw. die Stelle seiner größten Dicke sein. Dies bedeutet, daß der O-Ring mit seinem Schnurdurchmesser mit der Meßachse übereinstimmt.

Dazu weist die Zentriereinrichtung einen Tisch mit einer im wesentlichen ebenen Auflagefläche auf, auf die der O-Ring oder der anderweitige Prüfling aufzulegen ist. Seitlich neben der Meßachse ist die Auflagefläche bei einer Öffnung von einem Anlageelement, wie bspw. einem im Querschnitt runden oder auch mehreckigen Stift, durchgriffen, der an seiner der Meßachse zugewandten Seite eine Anlagefläche aufweist. Unterhalb des Meßkopfes, d. h. an der Stelle, an der die Meßachse die Auflagefläche trifft, ist diese geschlossen. Der Prüfling ist deshalb insbesondere in seinem zu messenden Bereich von der hier durchgehend ausgebildeten Auflagefläche unterstützt, was der Meßgenauigkeit dient.

Zur Anpassung an unterschiedliche Prüflingsgrößen werden der Tisch (Auflagefläche) und das Anlageelement gemeinsam seitlich verschoben, d. h. auf die Meßachse zu bzw. von dieser weg bewegt. Damit wird es möglich, eine für das Anlageelement in dem Tisch vorgesehene Öffnung so klein auszulegen, daß das Anlageelement spielarm in dieser Öffnung sitzt. Die Auflagefläche ist deshalb weitgehend geschlossen.

Eine Verstelleinrichtung bewirkt sowohl eine Höhenverstellung des Anlageelementes als auch eine seitliche Verstellung von Auflagefläche und Anlageelement. Die Höhenverstellung des Anlageelementes gestattet eine Anpassung der Zentriereinrichtung an O-Ringe oder anderweitige Prüflinge mit rundem Querschnitt, deren Durchmesser in einem sehr weiten Bereich variieren kann. Bspw. wird das Anlageelement bei allen Schnurdurchmessern so weit ausgefahren, daß seine Höhe über der Auflagefläche ungefähr bei dem halben Schnurdurchmesser liegt. Bei großen O-Ringen kann diese Höhe deutlich größer sein als der Durchmesser von kleinen O-Ringen. Die Härteprüfung solcher kleinen O-Ringe mit einem für alle O-Ringe geeigneten Meßkopf wird möglich, wenn das Anlageelement entsprechend verstellt wird, so daß es sich weniger weit über die Auflagefläche hinaus erstreckt.

Zur Prüfung oder Messung wird das betreffende Werkstück nicht zwischen Stiften geklemmt, sondern lediglich von einer Seite her auf die Auflagefläche aufgelegt und an die Anlagefläche des Anlageelementes angelegt. Es liegt somit ungequetscht, gewissermaßen lose, so daß die Härte des Werkstoffes frei von Einflußfaktoren gemessen werden kann, die von der Zentriereinrichtung herrühren könnten. Bedarfsweise kann das Anlageelement nach Anlegen des O-Ringes oder nach Beginn der Messung eingezogen werden, so daß der O-Ring frei liegt.

Eine die Verstelleinrichtung gemäß der O-Ringgröße steuernde Steuereinrichtung stellt sicher, daß die Einstellung des Tisches und des Anlageelementes jeweils der betreffenden O-Ringgröße entsprechen, so daß die Meßachse des Meßkopfes jeweils die vorgesehene Meßstelle trifft.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Tisch zusätzlich in einer Normalenrichtung zu der Auflagefläche verstellbar, so daß diese parallel verschoben werden kann. Dadurch wird der auf die Auflagefläche aufgelegte O-Ring zum Messen auf den Meßkopf zu verstellt, was die Bedienung insbesondere dann erleichtert, wenn dazu ein vorzugsweise elektrisch steuerbarer Verstellantrieb vorgesehen ist.

Die Verstelleinrichtung der Zentriereinrichtung enthält vorzugsweise gesonderte Verstelleinheiten für das Anlageelement und für den Tisch. Dadurch wird das Prüfen von Werkstücken möglich, deren Querschnittsgestalt von der Kreisform abweicht. Insbesondere wird die Prüfung von Werkstücke möglich, deren Querschnitte einander nicht ähnlich sind.

Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Höhe der Auflagefläche während der Messung so nachgestellt, daß die Auslenkung des Prüfkörpers innerhalb eines Toleranzbereiches konstant gehalten wird. Dadurch werden Änderungen der Meßkraft während der Messung vermieden, wie sie sich ansonsten einstellen könnten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Werkstoff-Prüfgerät mit einer Zentriereinrichtung, von der ein O-Ring aufgenommen ist,

Fig. 2 die Zentriereinrichtung nach Fig. 1, in einer geschnittenen und schematisierten Ansicht,

Fig. 3 die Zentriereinrichtung nach Fig. 1 und 2, in einer teilweise geöffneten und geschnittenen schematisierten Draufsicht,

Fig. 4 den Meßkopf des Werkstoff-Prüfgerätes nach Fig. 1, in einer ausschnittsweisen, schematisierten Ansicht und in Zusammenwirken mit einem auf der Zentriereinrichtung gehaltenen Werkstück, in schematisierter Schnittdarstellung,

Fig. 5 das Zusammenwirken des Meßkopfes und der Zentriereinrichtung nach Fig. 4, in Perspektivdarstellung,

Fig. 6 einen O-Ring und einen quer geschnittenen Meßkopf in Draufsicht, in schematisierter Darstellung und

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform einer Zentriereinrichtung für ein Werkstoff-Prüfgerät nach Fig. 1, in einer schematisierten Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist ein Werkstoff-Prüfgerät 1 veranschaulicht, das von einem Rechner 2 gesteuert ist. Das Werkstoff-Prüfgerät 1 dient der Messung der Mikro-IRHD-Härte von O-Ringen oder anderen vergleichbaren, aus Kunststoff oder Gummi bestehenden Prüflingen, vorzugsweise mit rundem Querschnitt. Das Werkstoff-Prüfgerät 1 weist einen Prüfkopf 3 auf, der an zwei zueinander parallelen Säulen 4, 5 eines Statives 6 in der Höhe, d. h. in Richtung des Pfeiles 7, vertikal verstellbar, jedoch bezüglich der Säulen 4, 5 unverdrehbar gehalten ist. Zur Höheneinstellung ist die Säule 5 mit einer Zahnstange 8 versehen, mit der ein nicht weiter veranschaulichtes, mit einem Handrad 9 verbundenes Zahnrad in Eingriff steht. Dies dient der Höhenverstellung des Prüfkopfes 3.

Der über einen nicht weiter dargestellten Rahmen an den Säulen 4, 5 gelagerte Prüfkopf 3 ist weitgehend von einem Prüfkopfgehäuse 10 umschlossen, aus dessen Unterseite der Prüfkopf 3 herausragt. Zur Auswertung der von dem Prüfkopf 3 bestimmten Daten ist dieser über eine entsprechende Daten- oder Meßleitung 11 mit dem Rechner 2 verbunden.

Eine Zentriereinrichtung 12 dient der Aufnahme und lagerichtigen Ausrichtung eines Prüflinges. Im vorliegenden Beispiel ist dieser ein O-Ring 13, der auf einem höhenverstellbaren Tisch 14 liegt, der an dem Stativ 6 in Richtung des Pfeiles 15, d. h. vertikal verschiebbar gelagert ist. Zur Höhenverstellung ist ein Verstellantrieb 16 vorgesehen, der durch einen Schrittmotor mit zugehörigem Getriebe gebildet ist. Der Verstellantrieb 16 verstellt die Höhe des Tisches 14 mittels einer Gewindespindel 17, die mit einem Ende mit dem Tisch 14 verbunden ist und die von dem Verstellantrieb 16 betätigt wird. Der Verstellantrieb 16 stützt sich seinerseits an einer massiven Fußplatte 18 des Statives oder einer mit diesem verbundenen Halterung ab.

Der Verstellantrieb 16 ist von dem Rechner 2 gesteuert und zu diesem Zweck über eine Steuer- oder Signalleitung 19 mit diesem verbunden.

Der Tisch 14 zur Aufnahme des O-Ringes 13 weist an seiner Oberseite eine seitlich, d. h. in Richtung des Pfeiles 20 verschiebbar, gelagerte Platte 21 auf, deren plane Oberseite eine Auflagefläche 22 für den O-Ring 13 bildet. Seitlich gegen eine von dem Meßkopf 3 definierte Meßachse 23 versetzt, weist die Platte 21 eine Öffnung 24 auf, durch die von unten her ein als Anlageelement für den O-Ring 13 dienender Stift 25 ragt. Dieser ist durch eine bspw. aus Fig. 2 ersichtliche Verstelleinheit 56 in Richtung des Pfeiles 27, d. h. vertikal, verstellbar. Die Mantelfläche des zylindrischen Stiftes bildet insbesondere von der Meßachse 23 her gesehen eine Anlagefläche 28 für den O-Ring.

Der Aufbau des Tisches 14 ergibt sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3. Der Tisch 14 weist einen im Beispiel als Gehäuse ausgebildeten Außenrahmen 31 auf, von dessen Boden 32 zwei flächenparallel zueinander angeordnete Seitenwände 33, 34 aufragen. Die Seitenwände 33, 34 weisen, wie insbesondere auch aus Fig. 3 hervorgeht, in ihrem oberen Bereich Bohrungen auf, in denen zueinander parallel zwei Führungsstangen 36, 37 gehalten sind. Die Führungsstangen bilden mit darauf sitzenden Kugelbüchsen 38, 39, 38a, 39a Linearführungen, die die Richtung des auch aus Fig. 1 ersichtlichen Pfeiles 20 für die Verstellrichtung der Platte 21 festlegen.

Die Kugelbüchsen 38, 39 tragen einen Hilfsrahmen 41, der wie ein unterhalb der Führungsstangen 36, 37hängender Wagen innerhalb des Außenrahmens 31 verschiebbar gelagert ist. Der Hilfsrahmen 41 ist in Seitenansicht im wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei seine Schenkel 42, 43 jeweils ein Kugelbüchsenpaar 38, 38a, 39, 39a halten. An ihren nach oben hin über die Kugelbüchsen 38, 38a, 39, 39a hinausragenden Abschnitten sind die Schenkel 42, 43 des Hilfsrahmens 41 fest mit der Platte 21 verbunden und tragen diese. Nachdem die Platte 21 mit den Seitenwänden 33, 34 des Außenrahmens 31 einen Spalt begrenzt, ist sie mit dem Hilfsrahmen 41 in Seitenrichtung (Pfeil 20) frei bewegbar.

Zur Einstellung des Abstandes des Stiftes 25 von der Meßachse 23 ist an dem Schenkel 42 des Hilfsrahmens 41 eine Verstelleinheit 46 vorgesehen. Die Verstelleinheit 46 wird durch einen mit einem Spindeltrieb versehenen Schrittmotor gebildet. Die Verstelleinheit 46 weist einen den Schenkel 42 durchgreifenden Abtrieb 47 auf, der an der Seitenwand 33 des Außenrahmens verankert ist. Die mit dem Rechner 2 verbundene Verstelleinheit 46 schiebt, wenn sie angesteuert wird, den Abtrieb 47 weiter heraus oder zieht diesen in sich hinein. Ist die Verstelleinheit 46 nicht angesteuert, ist der Abtrieb in der jeweiligen Stellung blockiert.

Zur Festlegung eines Referenzpunktes für die ansonsten schrittweise arbeitende Verstelleinheit 46 ist an dem gleichen Schenkel 42, an dem auch die Verstelleinheit 46 sitzt, ein Mikroschalter 48 angeordnet, der, wenn der Hilfsrahmen 41 in seiner in Fig. 2 äußersten linken Position befindlich ist (größte Annährung des Schenkels 42 an die Seitenwand 33), ein Signal an den Rechner 2 gibt.

Zur Einstellung der Vertikalposition des Stiftes 25 ist dieser von einer Verstelleinheit 56 getragen, die ihrerseits auf dem Hilfsrahmen 41 sitzt. Die mit dem Rechner 2 verbundene Verstelleinheit 56 ist eine Schrittmotor-Getriebeeinheit, die, ohne den Abstand des Stiftes 25 von der Meßachse 23 zu beeinflussen, den Stift 25 in Fig. 2 nach oben oder nach unten verstellen kann. In jeder Zwischenposition, d. h. bei nicht angesteuerter Verstelleinheit 56, ist der Stift 25 in der jeweiligen Lage, die er gerade einnimmt, fixiert.

Zur Einstellung eines Referenzpunktes ist der Stift starr mit einem Schaltfinger 57 verbunden, der unterhalb der Platte 21 angeordnet ist. Der zur Betätigung eines Mikroschalters 58 vorgesehene Schaltfinger 57 ist unterhalb der Platte 21 von einem Sockel 59 getragen, der in Seitenrichtung biegesteif ist und es somit ermöglicht, den Stift 25 relativ kurz auszulegen. Dies ermöglicht eine hohe Einstellgenauigkeit bei geringem Stiftdurchmesser. Der Referenzpunkt ist erreicht, wenn der Stift 25 ganz eingezogen ist.

Zur Veranschaulichung der grundlegenden Funktion ist der Meßkopf 3 in Fig. 4 im Ausschnitt und schematisiert veranschaulicht. Zu dem Meßkopf 3 gehört eine Kugelführung 61, die starr mit dem den Meßkopf 3 tragenden Rahmen verbunden ist und die eine zylindrische, koaxial zu der Meßachse 23 angeordnete Bohrung 62 aufweist. In dieser ist über Kugeln 63 ein im wesentlichen hohlzylindrischer Gewichtskörper 64 entlang der Meßachse 23 reibungsarm verschiebbar gelagert, der an seiner Oberseite mit einem Radialflansch 65 versehen ist. Mit diesem liegt der Gewichtskörper 64 im Ruhezustand an einer an der Kugelführung 61 vorgesehenen Planfläche 66 auf.

An seiner dem Radialflansch 65 gegenüberliegenden Seite ist der Gewichtskörper 64 mit einem nabenähnlichen Fortsatz 67 versehen, der ebenfalls koaxial zu der Meßachse 23 angeordnet ist. Durch den Fortsatz 67 und den übrigen Gewichtskörper 64 führt ein zentraler Kanal 68, der im Bereich des Fortsatzes 67 einen geringeren Durchmesser aufweist als oberhalb desselben. An der dem Prüfling oder der Auflagefläche 22 zugewandten Seite weist der Fortsatz 67 eine die Mündung des Kanals 68 umgebende Ringfläche 69 auf, die als Druckfläche für den Prüfling, d. h. den O-Ring 13, dient.

Der Gewichtskörper 64 ist mit einem Meßsystem 71 verbunden, das die Position des Gewichtskörpers 64 in Vertikalrichtung erfaßt und als Digital- oder Analogdaten an den Rechner 2 liefert.

In dem Kanal 68 ist ein sich endseitig verjüngender Stift 72 vertikal verschiebbar angeordnet. Der Stift 72 trägt an seinem in dem Kanal 68 innerhalb des Fortsatzes 67 befindlichen zugespitzten Ende eine Kugel 73, die als Prüfkörper dient (Durchmesser 0,4 mm).

Der Stift 72 ist mit einem nicht weiter dargestellten Meßkrafterzeugungssystem 74 gekoppelt, das bedarfsweise und von dem Rechner 2 gesteuert unterschiedliche Meßkräfte erzeugen kann. Dies sind wenigstens zwei unterschiedliche Meßkräfte, wobei eine bspw. 8,3 mN und die zweite eigentliche Meßkraft 145 mN beträgt. Daneben ist der Stift 72 außer mit dem vorzugsweise elektrisch und von dem Rechner 2 steuerbaren Meßkrafterzeugungssystem 74 mit einem Meßsystem 75 verbunden, das die Vertikalauslenkung des Stiftes 72 bzw. der Kugel 73 bestimmt.

Das soweit beschriebene Werkstoff-Prüfgerät 1 arbeitet wie folgt:

Nach dem Einschalten des Werkstoff-Prüfgerätes 1 veranlaßt der Rechner 2 über eine entsprechende Steuerleitung 77 zunächst den Verstellantrieb 46, in einer vorgegebenen Richtung so lange zu laufen, bis der Mikroschalter 48 anspricht und ein Null- oder Referenzsignal gibt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Tisch 14 ist dies die äußerst linke Position der Platte 21 und des Hilfsrahmens 41, in der der Stift 25 in dem größtmöglichen Abstand links neben der Meßachse 23 steht. Im zweiten Schritt veranlaßt der Rechner 2 die Verstelleinheit 56, so lange in Richtung des Zurückziehens des Stiftes 25 zu laufen, bis der Mikroschalter 58 anspricht und ein entsprechendes Signal an den Rechner 2 übermittelt. Die Referenzsignale der Mikroschalter 48, 58 sind die Nullpunkte, von denen ausgehend der Rechner 2 die an die Schrittmotoren der Verstelleinheiten 46, 56 abgegebenen Impulse zur Bestimmung der tatsächlichen Lage des Stiftes 25 in Höhen- und Seitenrichtung (Pfeil 27, 20) bestimmt.

Soll nun ein bestimmter O-Ringtyp einer Härteprüfung unterzogen werden, wird der O-Ringtyp über eine nicht weiter dargestellte Tastatur oder mit Hilfe einer Maus und entsprechender, auf einem Bildschirm des Rechners dargestellter Menüs in den Rechner eingegeben. Aus der O-Ringbezeichnung oder anderweitiger, diesen identifizierenden Daten bestimmt der Rechner über den Schnurdurchmesser des O-Ringes die erforderliche Einstellung des Stiftes 25. Im einzelnen wird dazu, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, bestimmt, welchen Radius der Schnurquerschnitt des O-Ringes aufweist. Um den Stift 25 und dessen Anlagefläche 28 nun so einzustellen, daß der Kreismittelpunkt des Schnurquerschnittes des O-Ringes 13 auf der von der Längsmittelachse des Stiftes 72 sowie der Kugel 73 bestimmten Meßachse 23 liegt, muß der Abstand der Anlagefläche 28 von der Meßachse 23 dem Radius entsprechen. Außerdem soll die Höhe des Stiftes 25 über der Auflagefläche 22 dem Radius entsprechen.

Der Rechner 2 bestimmt nun die ausgehend von den Nullpunkten der Verstelleinheiten 46, 56 erforderliche Schrittzahl und liefert entsprechende Impulse an die Schrittmotoren, die die erforderliche Einstellung vornehmen. Der Verstellantrieb 16 ist dabei in seiner untersten oder wenigstens in einer solchen Position, in der der Tisch 14 weit abgesenkt ist.

Nach Erscheinen einer entsprechenden Nachricht auf dem Bildschirm des Rechners 2 legt der Bediener einen O-Ring von der Seite her auf die Auflagefläche 22 auf, wie es aus Fig. 1 oder detaillierter aus Fig. 5 ersichtlich ist. (Der O-Ring 13 ist in Fig. 5 lediglich zu Veranschaulichungszwecken geschnitten dargestellt.) Nachfolgend gibt der Bediener über eine entsprechende Eingabe an dem Rechner das Signal für den Beginn der Härteprüfung. Der Rechner reagiert darauf, indem der Verstellantrieb 16 so angesteuert wird, daß der Tisch 14 insgesamt angehoben wird, bis der O-Ring 13 mit der Druckfläche 69 des Gewichtskörpers 64 in Anlage kommt und den Gewichtskörper 64 anhebt. Dabei löst sich der lose auf der Planfläche 66 aufliegende Radialflansch 65 von dieser. Der Rechner 2 stoppt den Verstellantrieb 16, sobald der O-Ring 13 die Kugel 73 berührt und diese geringfügig nach oben auslenkt. Dies wird von dem Meßsystem 75 erfaßt und an den Rechner gemeldet. In diesem Zustand ist, wie aus Fig. 6 hervorgeht, der O-Ring 13 zwischen der Auflagefläche 22 und der Druckfläche 69 gehalten, die wenigstens in den schraffierten Bereichen an dem O-Ring 13 anliegt, wobei sich das Gewicht des Gewichtskörpers 64 auf dem O-Ring abstützt. Bei einem O-Ring 13 mit einem Schnurdurchmesser, der größer als der des in Fig. 6 veranschaulichten O-Ringes ist, sind die Berührungsbereiche entsprechend größer.

Der somit von oben her gespannte und vorbelastete O-Ring 13 liegt jedoch lediglich lose an der Anlagefläche 28 an, ohne gegen diese gepreßt oder sonstwie gequetscht zu werden.

Es wirkt von oben her eine Vorkraft von 0,3 mN auf die Kugel 73, wobei nach einer gewissen Zeitspanne von bspw. fünf Sekunden eine Nullung des von dem Meßsystem 75 gelieferten Meßwertes vorgenommen wird. Der Rechner 2 veranlaßt dann den Meßkraftgenerator 74, auf die eigentliche Meßkraft von bspw. 145 mN umzuschalten und beginnt gleichzeitig eine Zeitmessung. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne von bspw. dreißig Sekunden wird die Eindringtiefe der Kugel 73 in den O-Ring 13 anhand der von dem Meßsystem 75 gelieferten Daten bestimmt. Über eine in dem Rechner abgelegte Tabelle oder über entsprechende Formeln wird aus der Eindringtiefe die Mikro-IRHD-Härte berechnet und ausgegeben, wonach der Verstellantrieb 16 von dem Rechner 2 gesteuert, den Tisch 14 in seine tiefste Position zur Entnahme des O-Ringes 13 verstellt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird der Tisch 14, d. h. die Vertikalposition der Auflagefläche 22, während der Beaufschlagung der Kugel 73 mit der Meßkraft so nachgestellt, daß die Position der Kugel 73 während der Messung in Richtung der Meßachse 23 im wesentlichen unverändert, d. h. innerhalb eines Toleranzbereiches, bleibt. Dazu wird bspw. im festgelegten Zeittakt der von dem Meßsystem 75 erzeugten Meßwert abgefragt und mit dem bei der Nullung erhaltenen Meßwert verglichen. Ist die Abweichung größer als ein vorbestimmter Toleranzwert, wird der Verstellantrieb 16 so angesteuert, daß die Kugel 73 auf ihre Nullungsposition zurückgeführt wird. Alternativ kann die Überprüfung der Position der Kugel 73 permanent erfolgen, wobei ein Nachstellen der Höhe der Auflagefläche 22 durch Ansteuern des Verstellantriebes 16 veranlaßt wird, sobald ein vorgegebener Toleranzbereich überschritten, d. h. die Sollposition der Kugel 73 verlassen worden ist.

Wie sich aus Fig. 6 ergibt, spielt die genaue Ausrichtung des O-Ringes 13 keine Rolle für die Genauigkeit der Härtemessung. Eine Verschiebung seines Mittelpunktes M auf einen Punkt M' ist eine ausreichende Ausrichtung des O-Ringes 13 zu dem Meßkopf 3. In jedem Fall trifft die Meßachse 23 den aus Fig. 4 ersichtlichen Scheitelpunkt der Schnur des O-Ringes 13, d. h. den Punkt größter Dicke, bei dem die Messung vorzunehmen ist. Dazu genügt es, wenn der Rechner über die Verstelleinheiten 46, 56 die seitliche Position der Anlagefläche 28 und die Höhe des Stiftes 25 eingestellt hat.

Die Bedienung ist, wie ersichtlich, besonders einfach und sicher. Es ist kein Ausrichten der Zentriereinrichtung 12 in der Vertikalachse beim Aufspannen des O-Ringes 13 erforderlich. Die Meßdaten sind infolge der Rechnersteuerung, der Auflagefläche 22 und der Anlagefläche 28 gut reproduzierbar. Weil als Anlagefläche lediglich ein Stift dient, sind die zu vermessenden O-Ringe sehr einfach anzulegen, wobei große O-Ringe bedarfsweise mit Knet auf dem Meßtisch fixierbar sind.

Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform wird der Stift 25 nach Anlegen des O-Ringes wieder eingefahren, wodurch der O-Ring ganz frei ist und sich während der Messung ausweiten kann. Dadurch werden Verfälschungseinflüsse weitgehend ausgeschaltet.

Eine zusätzlich abgewandelte Ausführungsform des Meßtisches 14 ist aus Fig. 7 ersichtlich. Soweit der Tisch 14 nach Fig. 7 mit dem Tisch 14 nach Fig. 2 übereinstimmt, sind gleiche Bezugszeichen verwendet und die obige Beschreibung gilt entsprechend. Der Tisch 14 ist bezüglich der Meßachse 23 auf einer Drehplatte 81 verdrehbar gelagert, wobei er in beliebigen Drehpositionen mittels einer Klemmschraube 82 feststellbar ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Tisch 14 so gedreht werden, daß die betreffenden O-Ringe 13 aus einer subjektiv bevorzugten Richtung an den Stift 25 anlegbar sind.

Bei einem Werkstoff-Prüfgerät 1 ist ein Tisch 14 vorgesehen, der von einem Rechner 2 gesteuert, seitlich verstellbar ist. An dem Tisch 14 ist ein vertikal verstellbarer Anlagestift 25 gehalten, dessen Vertikalposition ebenfalls von dem Rechner eingestellt ist. Der Rechner verfügt über Vorgaben, die in Abhängigkeit von einem ausgewählten O-Ringtyp oder anderweitig vorgegebenen Prüflingsabmessungen die Position des Anlagestiftes 25 in Bezug auf eine Meßachse 23 eines Meßkopfes 3 vorgeben und einstellen.


Anspruch[de]
  1. 1. Werkstoff-Prüfgerät (1), insbesondere zum Prüfen von O-Ringen (13) unterschiedlicher Größen,

    mit einem Meßkopf (3), der zur Bestimmung vorgegebener Parameter eines Prüflinges (13) eingerichtet ist,

    mit einer Zentriereinrichtung (12) zur Aufnahme und Lagerung von Prüflingen (13) während des Meß- oder Prüfvorganges, wobei die Zentriereinrichtung (12) aufweist:

    einen Tisch (14), der ein Plattenmittel (21) mit einer im wesentlichen ebenen Auflagefläche (22) aufweist, zur Auflage des Prüflings (13) in einer Position, bei der eine definierte Stelle des Prüflings (13) in einer auf den Meßkopf (3) bezogenen Sollposition befindlich ist,

    ein die Auflagefläche (22) des Tisches (14) bei einer Öffnung (24) durchragendes Anlageelement (25), das eine sich rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) erstreckende Anlagefläche (28) aufweist, und

    eine Verstelleinrichtung (46, 56), die eine Verstelleinheit (56) aufweist, mit der die Position des Anlageelementes (25) in einer ersten Richtung (27) rechtwinklig zu der Auflagefläche (22) des Tischs (14) verstellbar ist, und eine weitere Verstelleinheit (46) aufweist, mit der das Plattenmittel (21) und das Anlagemittel (25) in einer Richtung (20) rechtwinklig zu der Anlagefläche (28) verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet,

    daß lediglich ein einziger, das Plattenmittel (21) durchragender Stift (25) als Anlageelement (25) vorgesehen ist, und

    daß die Öffnung (24) derart bemessen ist, daß sie der Stift (25) mit lediglich geringem Spiel durchgreift.
  2. 2. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (14) entlang einer mit der ersten Richtung (27) übereinstimmenden Achse normal zu der Auflagefläche (22) verstellbar gelagert ist.
  3. 3. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (14) zur Verstellung entlang der Achse mit einem Verstellantrieb (16) verbunden ist.
  4. 4. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb (16) elektrisch steuerbar ist.
  5. 5. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriereinrichtung (12) eine Steuereinrichtung (2) zugeordnet ist, mittels derer die Verstelleinrichtung (46, 56) steuerbar ist.
  6. 6. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (2) eine elektrische Verarbeitungseinheit enthält und dazu eingerichtet ist, elektrische Steuersignale an die Verstelleinrichtungen (46, 56) abzugeben.
  7. 7. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (2) von einem Computer gebildet ist, der ein Programm zur Einstellung der Positionen der Auflagefläche (22) und der Anlagefläche (28) anhand von vorzugebenden Prüflingen (13) aufweist.
  8. 8. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (14) einen Grundrahmen (31) mit einer Linearführungseinrichtung (36, 37, 38, 38a, 39, 39a) enthält, über die eine Trägereinrichtung (41) in der zu der Anlagefläche (28) des Stifts (25) rechtwinkligen Richtung (20) verschiebbar gelagert ist, daß das die Auflagefläche (22) definierende Plattenmittel (21) an der Trägereinrichtung (41) mit seiner Auflagefläche (22) parallel zu der Führungsrichtung (20) der Linearführungseinrichtung (36, 37, 38, 38a, 39, 39a) gehalten ist und daß die Verstelleinrichtung (46, 56) an der Trägereinrichtung (41) vorgesehen ist.
  9. 9. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinheit (56) an der Trägereinrichtung (41) gehalten ist und dazu dient, den Stift (25) in gewünschte Positionen bezüglich seines Überstandes über die Auflagefläche (22) zu überführen.
  10. 10. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verstelleinheit (46) an der Trägereinrichtung (41) gehalten ist und sich an dem Grundrahmen (31) abstützt.
  11. 11. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (14) bezüglich einer Drehachse (23) verdrehbar gelagert ist, die normal zu der Auflagefläche (22) gerichtet ist und die von der Anlagefläche (28) beabstandet ist.
  12. 12. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (3) ein Härtemeßkopf ist.
  13. 13. Werkstoff-Prüfgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Härtemeßkopf (3) einen Prüfkörper (73) aufweist, der in einer Richtung (27) normal zu der Auflagefläche (22) beweglich gelagert und mit einer eine konstante Eindringkraft erzeugenden Kraftbeaufschlagungseinrichtung (74) verbunden ist.






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