Härtetest mit Automatik

Qualitätssicherung - Die Härteprüfung an metallischen Werkstoffen mit standardisierten Testverfahren erfordert oft viel Zeit: Zu den vorgeschriebenen Eindringzeiten kommen meist auch Rüstzeiten für den Wechsel von Werkstück und Werkzeug. Automatisierte Prüfeinrichtungen sparen Zeit und gewährleisten zudem stets normgerechte Ergebnisse.

24. August 2005

Zur regelmäßigen Härteprüfung an Metallen dienen hauptsächlich Verfahren mit statischer Krafteinwirkung. Dabei drückt ein kugel-, kegel- oder pyramidenförmiger Eindringkörper aus Stahl, Hartmetall oder Diamant senkrecht in die Oberfläche des auf fester Unterlage ruhenden Prüflings und bringt dabei die Prüfkraft stoßfrei mit definierter Aufbring- und Einwirkzeit auf. Bei vielen Prüfverfahren wird der Eindruck nach der Entlastung vermessen. Zur Berechnung des Härtewertes dienen die Eindringtiefe, Diagonale und der Durchmesser sowie die Prüfkraft. Der Ulmer Prüftechnikspezialist Zwick hat deshalb ein System für hundertprozentig normgerechte Prüfungen entwickelt, das diese Prüfungen automatisiert, um die Prüfzeiten zu verkürzen. Im Einsatz befinden sich solche Systeme zum Beispiel bei Stahlherstellern, deren Produktionsanlagen rund um die Uhr in Betrieb sind und die deshalb einen Zwei- oder Dreischichtbetrieb auch in der Prüftechnik benötigen.

In der Praxis verwendet das robuste System mit kugelgelagerter Spindel die Härteprüfverfahren nach Rockwell und nach Vickers (Knoop) und ist ausgelegt für die Prüfung von Streifenproben bis zu einer Dicke von acht Millimeter. Dabei arbeiten beide Härteprüfer parallel. Das Probenmagazin besitzt eine Kapazität von 100 Rockwell-Proben und 160 Vickers-Proben. Zwei Zwischenmagazine gleichen die Taktzeitunterschiede zwischen dem Vickers- und Rockwell- Härteprüfer aus und ermöglichen so einen hohen Probendurchsatz. Sind mehrere Prüfungen pro Probe notwendig, gewährleistet eine Verschiebestation am Härteprüfer, daß die Probe um die entsprechende Distanz versetzt wird. Dabei erkennt das System automatisch, welcher Härteprüfer frei wird und legt die nächsten Proben sofort ein. Zum Probentransport dient ein Sechsachs-Industrieroboter.

Weitere Stationen sind der Barcode-Leser, der anhand der Labels das Prüfverfahren für die jeweilige Probe erkennt, sowie eine Dickenmeß-Station mit zwei Tastern, in der die Probendicke ermittelt wird. Die Steuerung der Anlage erfolgt komplett über die Zwick-Prüfsoftware TestXpert autoEdition.

Für den Automatikbetrieb der beiden Härteprüfer genügt es, in der zentralen Bedienoberfläche das Belastungsgewicht auszuwählen: Be- und Entlastung sowie Auswertung erfolgen danach automatisch. Ergebnisse und Auswertung werden am Display visualisiert sowie über die serienmäßige RS 232-Schnittstelle an das zentrale Modul gemeldet. Zudem lassen sich die Messergebnisse über ODBC oder ASCII-Transfer automatisch an einen übergeordneten Host-Rechner übergeben. Die Export-Schnittstelle läßt sich dabei frei konfigurieren und somit leicht an vorhandene Datenbank-Systeme anpassen. Nach der Prüfung entsorgt das System die Proben entsprechend definierter Kriterien - etwa ob der Härte-Meßwert innerhalb oder außerhalb der Toleranz liegt - in verschiedene Behälter.

Eine flexible Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Bauteilen oder Komponenten in Prüfständen oder Produktionslinien ermöglichen neu entwickelte Elektro-Prüfzylinder. Die Lineareinheiten geben eine exakt steuerbare Kraft in Bereichen bis zu 5 Kilonewton über definierte Wege in Zug- oder Druckrichtung mit definierter Geschwindigkeit auf einen definierten Punkt und ermöglichen damit eine Vielzahl von Prüfverfahren für die produktionsintegrierte Prüfung wie auch für den Dauertest von Bauteilen - egal ob Matratze, Kopfstütze, Schalthebel oder Bremspedal.

Alle Funktionen einer Standard-Prüfmaschine erhalten die modular aufgebauten Zylinder durch die zugehörige Steuerungseinheit TestControl und die Eingabe der Parameter über die Prüfsoftware TestXpert, so etwa das definierte Anfahren von Positionen mit höchster Genauigkeit, eine einstellbare Kraftregelung oder eine stoßfreie Umschaltung zwischen den Betriebsarten innerhalb einer Prüfung. Spezielle Werk zeuge ermöglichen zudem zusätzliche Aufgaben des Prüfzylinders, wie z. B. Füge-, Einpreß- oder Montage-Prozesse. Dabei lassen sich die kompakten Elektro-Prüfzylinder in beliebigen Positionen in die individuelle Prüfvorrichtung und eine Produktionslinie einbauen oder ergänzen eine Materialprüfmaschine als zweite Prüfachse. Die Elektronik benötigt in einem separaten IP54-Schaltschrank nur wenig Platz.

Robert Kaifler, Zwick

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2005