Härteprüfgerät / Härteprüfer

Die Härte gehört zu den wichtigen Materialeigenschaften von Feststoffen. Das gilt nicht nur für Teile die hohen Belastungen standhalten sollen. Um die Härte von Rohmaterialien oder Teilen prüfen zu können ohne den Prüfling dabei zu zerstören, wurden spezielle Verfahren und Geräte entwickelt. Einige der Härteprüfer eignen sich nur für ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Materialgruppe, andere Modelle können für unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Meist werden Härteprüfungen nach speziellen Normen durchgeführt, damit das Ergebnis der Prüfungen mit den entsprechenden Vorgaben für die Härte verglichen werden kann. In diesen Normen sind der Ablauf der Prüfung und die Spezifikationen für das zu verwendende Härteprüfgerät genau festgelegt.

Wichtige Auswahlkriterien für Härteprüfer Damit Messungen zuverlässig und genau ablaufen können, müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein. Dazu gehört, dass das gewählte Härteprüfgerät für die Materialbeschaffenheit, die Form und die Abmessungen der Teile, die geprüft werden sollen, geeignet ist. Das Gerät soll die Spezifikationen aufweisen, die in den materialspezifischen Prüfnormen vorgegeben sind und einfach bedienbar sein. Außerdem sollen die Messungen mit dem Härteprüfer möglichst zerstörungsarm, schnell und ohne großen Aufwand durchgeführt werden können.

Prüfverfahren zur Härtebestimmung
Eines der ersten Unterscheidungskriterien bei einem Härteprüfgerät ist das Messverfahren nach dem das Gerät arbeitet. Wenn klar ist, dass Härteprüfungen durchgeführt werden sollen, steht oft bereits fest, welche Norm der Prüfung zugrunde gelegt werden soll bzw. muss. Falls es sich um innerbetriebliche Prüfungen handelt oder um Werkstoffe oder Werkstücke für die es keine Vorgaben oder mehrere Möglichkeiten gibt, ist abzuwägen, welches Verfahren für die jeweilige Prüfaufgabe am geeignetsten ist.

In der VDI/VDE Richtlinie 2616 werden die wichtigsten gebräuchlichen Härteprüfverfahren beschrieben. In Blatt 1 sind die Prüfverfahren für metallische Werkstoffe gegenübergestellt und in Blatt 2 die Prüfverfahren für Kunststoffe und Elastomere. Einige der digitalen Härteprüfer können die ermittelten Messergebnisse auch in andere Härteskalen umrechnen. Da die Härte in der Regel aber nur nach einem Verfahren ermittelt wird und der hinterlegte Umrechnungsfaktor in der Regel nur für bestimmte Werkstoffe gilt, sind die anderen Werte nur eingeschränkt verwendbar.

Bauart und Funktionen bei einem Härteprüfgerät
Je härter ein Material ist, desto stärker darf es bei der Härtemessung beansprucht werden. Deshalb können Härteprüfer, die nach demselben Prinzip messen z.B. über die Eindringtiefe oder über die Stärke des Rückpralls noch einmal unterschieden werden nach der eingesetzten Energie und der Ausführung des Eindringkörpers bzw. Schlagkörpers. Einige Modelle mit externer Sonde für Prüfungen nach dem Leeb-Verfahren bieten die Möglichkeit verschiedene Sonden anzuschließen. Mit solch einem Härteprüfgerät können dadurch z.B. die Härteprüfungen nach Leeb C, Leeb D und Leeb G durchgeführt werden.

Einige Härteprüfverfahren können auch mit Hilfe analoger Härteprüfer durchgeführt werden. Die analogen Geräte sind preiswert, einfach zu bedienen und nicht auf Batterien oder andere Spannungsquellen angewiesen. Sie sind nicht so temperatur- und feuchteempfindlich wie elektronische Geräte und eignen sich hervorragend für schnelle Prüfungen. Bei analogen Modellen, die mit einem Schleppzeiger ausgestattet sind, bleibt der Höchstwert der Prüfung zudem bequem ablesbar. Bei einem digitalen Härteprüfgerät wird generell der Maximalwert des Prüfvorgangs angezeigt. Viele digitale Modelle können außerdem das Maximum, das Minimum und den Durchschnittswert von Messreihen zeigen.

Digitale Härteprüfer die über Datenspeicher verfügen, vereinfachen die spätere Dokumentation und Auswertung der Messergebnisse. Wenn viele Prüfungen durchzuführen und zu dokumentieren sind, sollte ein Härteprüfgerät mit Speicher und Datenschnittstelle gewählt werden. Die Daten lassen sich dann zur weiteren Bearbeitung sehr einfach und schnell auf einen Computer übertragen. Modelle, die das Ergebnis in mehreren Härteskalen anzeigen können, bieten weitere Möglichkeiten bei der Auswertung. Dabei sollte aber unbedingt berücksichtigt werden, ob die zusätzlichen Skalen auch für das geprüfte Material gelten.

Mobile Härteprüfer können auch für Messungen an großen oder bereits eingebauten Teilen verwendet werden. Dagegen bietet ein in einem Teststand integriertes Härteprüfgerät Vorteile beim Einhalten des korrekten Winkels und bei der genauen Positionierung der Prüfstellen. Materialproben und Teile mit geeigneten Abmessungen sollten deshalb wenn möglich, am Teststand geprüft werden.

Zubehör für das Härteprüfer
Beim Vergleich verschiedener Härteprüfer ist es sinnvoll, auf das zum Lieferumfang gehörende und auch auf das optionale Zubehör zu achten. Wenn zum Beispiel passende Kalibrierplatten mitgeliefert werden, kann der Anwender das Härteprüfgerät selbst kalibrieren. Bei Modellen mit Wechseldatenspeicher und Datenschnittstelle gehören Speichermedium und Datenkabel oft mit zum Lieferumfang. Meist ist auch eine passende PC-Software zum komfortablen Auswerten für diese Geräte verfügbar. Als optionales Zubehör werden Stative, Teststände oder Adapter zum Aufsetzen auf konvexe oder konkave Untergründe angeboten um das Zentrieren und Ausrichten bei der Messung zu erleichtern.

Härteprüfer sollten regelmäßig kalibriert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Messergebnisse die erwartete Genauigkeit aufweisen. Bei einem Härteprüfgerät wird die Kalibrierung durchgeführt indem auf passenden Prüfscheiben oder Prüfblöcken mit bekannter Härte gemessen wird. Viele Kalibrierlabore bieten Kalibrierungen nach ISO oder DAkkS für verschiedene Härteprüfer an und erstellen Kalibrierzertifikate für die durchgeführten Messungen.

Bei Anfragen an Kalibrierdienstleister muss unbedingt angegeben werden, nach welchem Verfahren, z.B. Leeb, Rockwell, Barcol und bei welchen Zahlenwerten das Härteprüfgerät kalibriert werden soll. Liegen die Messwerte der Kalibrierung außerhalb der gerätespezifischen Genauigkeit, sollte das Gerät justiert werden. Bei der Justierung wird der Härteprüfer wieder auf die angegebene Genauigkeit eingestellt.

Als Härte wird bei Materialien die Beständigkeit gegen das Eindringen von Fremdkörpern bezeichnet. Über den Begriff Festigkeit wird hingegen der Widerstand gegen Verformung und Trennung beschrieben. Bei einigen Materialien besteht über bestimmte Bereiche ein enger Zusammenhang zwischen Härte und Festigkeit. Bei vielen Metallen und bei Beton und Mauersteinen kann deshalb auch die Festigkeit mit einem Härteprüfer bestimmt werden.

Je härter die Oberfläche eines Werkstoffs ist, desto schwieriger ist es, mit einem Härteprüfer einzudringen. Deshalb wurden die Prüfmethoden und die Prüfkörper für die Härteprüfung an verschiedene Werkstoffgruppen angepasst und weiterentwickelt Für einige der Prüfverfahren genügt ein handliches Härteprüfgerät zur Messung und Anzeige aussagefähiger Werte. Aufwändigere Methoden erfordern stationäre Prüfstände und zusätzliche Geräte zur Bewertung der Prüfkörper nach der Belastung.

Ein Teil der Prüfungen finden unter Laborbedingungen an präzise einstellbaren Härteprüfmaschinen statt. Es haben sich aber auch Testverfahren durchgesetzt, bei denen kompakte Härteprüfer schnell und unkompliziert direkt im Wareneingang, bei der Produktentwicklung und bei Stichproben in der Fertigung eingesetzt werden können. Viele mobile Härteprüfer sind so konstruiert, dass die Härte auch an sehr großen oder fest eingebauten Teilen geprüft werden kann.

Die Härteprüfer für Messungen vor Ort bestimmen die Härte in der Regel über die Eindringtiefe oder die Höhe des Rückpralls. Die vielen Verfahren zur Prüfung des Eindringwiderstands variieren hauptsächlich in der Größe und Form des Eindringkörpers und in der Höhe der aufgebrachten Kraft. Bei einigen Verfahren muss der durch das Eindrücken des Prüfkörpers entstandene Abdruck unter dem Mikroskop gemessen werden. Bei anderen Prüfmethoden kann der zum Eindrücken verwendete Härteprüfer die Eindringtiefe oder die Rückprallenergie direkt auswerten und als Zahlenwert anzeigen.

Die ermittelten Härteangaben müssen mit dem Kürzel des Prüfverfahrens und gegebenenfalls weitern Angaben zu den Prüfbedingungen gekennzeichnet werden. Geschieht dies nicht, sind die Zahlenwerte nur für interne Vergleiche nutzbar bei denen stets dieselben Härteprüfer verwendet werden.

Zur maschinellen Unterscheidung gehärteter und ungehärteter Teile kann auch das Wirbelstromverfahren eingesetzt werden. Die Werkstoffoberfläche wird dabei berührungsfrei mit der Prüfsonde abgescannt, die Wirbelströme auf das zu prüfende Teil induziert. Die dabei entstehenden elektromagnetischen Felder werden dann ausgewertet. Dazu müssen die Wirbelstrom-Härteprüfanlagen mit gehärteten und ungehärteten Mustern angelernt werden.

Da es so viele Verfahren und Varianten zur Prüfung der Härte gibt, muss bei Härteangaben unbedingt darauf geachtet werden, das Verfahren mit dem der Wert ermittelt wurde, korrekt anzugeben. Außer für interne Kontrollmessungen bei denen stets derselbe Härteprüfer verwendet wird, muss immer ersichtlich sein, wie geprüft wurde. Es gibt erhebliche Unterschiede bei den Werten, wenn Shore D und nicht Shore A gemessen wurde.

Die Messwerte bestimmter häufig eingesetzter Verfahren können, da wo es ausreichend viele bestätigte Vergleichswerte gibt, auch als Härtewert nach anderen Verfahren oder als Zugfestigkeit angegeben werden. Die gilt aber nur für die Werkstoffe, für die nachgewiesene Vergleichswerte vorliegen. Die Werte werden dazu aus werkstoffspezifischen Tabellen abgelesen.

Die EN ISO 18265 enthält zum Beispiel Tabellen zur Umwertung zwischen den Härten nach Vickers, Brinell, Rockwell und der Zugfestigkeit für sechs verschiedene metallische Werkstoffe. Für unlegierte und niedriglegierte Stähle und Stahlguss, Vergütungsstähle, Kaltarbeitsstähle, Schnellarbeitsstähle, Hartmetalle und Nichteisenmetalle und Nichteisenlegierungen liegen also geprüfte Werte vor.

Auch bei den für Kunststoffe und Elastomere häufig angewandten Shore A und Shore D Prüfungen besteht ein direkter Zusammenhang. Die Messwerte können unter bestimmten Bedingungen also auch in Werte der jeweils anderen Größe übertragen werden.

Einige digitale Härteprüfer bieten für die Anzeige der Ergebnisse die Auswahl mehrerer Einheiten. Bei der Anwendung muss unbedingt darauf geachtet werden, nach welchem Prüfverfahren der Härteprüfer arbeitet und ob für das untersuchte Material korrekte Vergleichswerte hinterlegt sind.