Härteprüfung Brinell

Die Tabelle nennt nur die häufigsten Verfahren. Andere Verfahren sind möglich aber wegen der schlechten Vergleichbarkeit der Ergebnisse nicht üblich.

Optische Vermessung: Die Messung des Kugeleindruck-Durchmessers (Kugelkalotte) erfolgte früher mit einem Mikroskop mit geringer Vergrößerung (14- bis 100-fach – je nach Kugeldurchmesser und Prüfkraft). In Europa setzte sich Mitte/Ende des 20. Jahrhunderts durch, dass eine in das Härteprüfgerät eingebaute Optik das Abbild der Kugelkalotte von hinten auf eine Mattscheibe projizierte. Der vergrößerte Eindruck konnte nun bequem auf der Mattscheibe (ähnlich einem Profilprojektor) vermessen werden.
Anfangs wurde dazu ein Lineal verwendet, das die Vergrößerung des verwendeten Objektivs berücksichtigte. Dieses spezielle Lineal hatte jedoch keine mm-Teilung: Wenn z. B. ein Objektiv mit 20-facher Vergrößerung montiert war, wurde die Skala des Lineals um diesen Wert geteilt. Bei einer Mattscheibendiagonale von z.B. 60 mm konnte man also direkt die wahre Größe von 3,0 mm ablesen. Um die Härte zu bestimmen, verwendete man den Mittelwert der wahren Diagonalen und konnte die Härte aus einer Tabelle ablesen, was schneller ging, als sie mit der unten gezeigten Formel zu berechnen.
Später wurden die Diagonalen mit einer recht teuren Elektronik gemessen und ein Messwert-Rechner zeigte dann den Messwert an.
Anfang der 90er Jahre entwickelte unsere Firma eine Lösung, bei der ein einfaches digitales Messgerät ähnlich einem Messschieber verwendet wurde (SHP150). Diese Erfindung wurde – da nicht patentfähig – von fast allen Mitbewerbern kopiert. Heute ist die Verwendung einer Videokamera mit automatischer Bildverarbeitung (Bildanalysesoftware) Stand der Technik.

Ursprünglich wurde die Prüfkraftaufbringung über einen Hebelarm und daran hängende Gewichte realisiert. Je nach erforderlicher Prüfkraft konnten Gewichte entfernt oder hinzugefügt werden.
Seltener wurden auch (ebenfalls veraltete) Systeme mit Blattfedern und Blattfederpaketen eingesetzt, die ausgewechselt werden mussten. In seltenen Fällen alterten die Federn – die Genauigkeit der Prüfkraftaufbringung war nicht mehr gegeben.
Auch wurden (insbesondere in den USA) Maschinen gebaut bei denen die Prüfkräfte hydraulisch aufgebracht wurden. Diese Maschinen besaßen jedoch in der Regel kein integriertes optisches Messsystem, sondern dienten ausschließlich der Kraftaufbringung. Die Messung musste extern mit einer tragbaren Mess-Lupe erfolgen.

Für Prüfstücke, die zu groß oder zu schwer sind, um sie auf dem Prüftisch (Amboss) der Härteprüfmaschine zu positionieren, werden auch heute noch tragbare Prüfzwingen ähnlich einer Schraubzwinge verwendet. Nach der Zustellung wird die Prüfkraft über eine Feder und Exzenter (kleine Prüfkräfte) oder über eine Handkurbel mit Getriebe (bis 3000 kgf Prüfkraft) aufgebracht. In diesem Fall muss der Bediener die Kraft an einem Zeigerinstrument beobachten und bei der gewünschten Prüfkraft anhalten. Für portable Prüfzwingen existiert auch ein System, bei dem die Prüfkraft hydraulisch über eine Handpumpe aufgebracht wird und ebenfalls über ein Zeigerinstrument beobachtet wird.
In der Schwerindustrie werden auch Protalsysteme oder Radialständer eingesetzt. Hier wird der zum Teil riesige, oft tonnenschwere Prüfling zunächst mit einem Kran abgelegt. Anschließend verfährt ein Portal oder schwenkt ein Radialarm mit dem angeflanschten Härteprüfgerät darüber.
Bei den heutigen stationären Härteprüfmaschinen (auch Portal- und Radialhärteprüfmaschinen) ist es Stand der Technik, dass eine Kraftmesszelle mit motorischer Zustellung in die Maschinen integriert ist. Die Gründe für den Einsatz dieser Technik sind

• Flexibilität – Härteprüfer von 1 Gramm bis 3000 kg in einer Maschine (mehrere Kraftaufnehmer)
• Geringere Herstellungskosten im Vergleich zu extremen Herstellungskosten von z.B. 50 Gewichten
• Fehlerminimierung -Elektroniken mit geschlossenem Regelkreis erkennen Kraftabweichungen und regeln die Kräfte aus
• Und nicht zuletzt der Bedienkomfort mit Revolverkopf (Werkzeugwechsler), mehreren Eindringkörpern und Objektiven – bis hin zum Härteprüfer – “Alleskönner“: Universal-Härteprüfmaschinen für Brinell, Vickers, Knoop und Rockwell und motorischem XY-Kreuztisch für mannlose Serienprüfungen.

Ein wenig Mathematik zur Berechnung der Härte Brinell: Die Brinell-Härte wird berechnet aus dem Verhältnis von Prüfkraft zu Eindruck-Oberfläche. Die Prüfkraft in Newton wird dividiert mit dem Wert 0,102 (Kehrwert von 9,81 = Faktor zur Umrechnung von Newton in kgf). Auf diese Weise entsprechen Messwerte der aktuellen Metrologie (für die allgemein eine Kraftangabe in Newton erforderlich ist) den Messwerten die mit der heute ungültigen metrologischen Einheit für Kraft (kg bzw. kgf) ermittelt wurden. Eine Umstellung auf gerade Werte Newton (Faktor 9,81) ist nicht sinnvoll das sonst alle vorhandenen Härteprüfmaschinen, Auswerte-Algorithmen, Messwerte, etc. umgestellt werden müssten.

Zur Berechnung der Brinell-Härte ist in u. g. Formel die Kraft F in N, der Kugeldurchmesser D in mm und der mittlere Eindruck-Durchmesser d in mm einzusetzen. Der Wert im Nenner ist das Ergebnis der Formel für die Oberflächenberechnung des erzeugten Kugeleindrucks (Kugelkalotte).