UCI-Härtemessgerät

Einleitung

Das UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance) oder auch „Modifizierte Vickersverfahren“ nach Claus Kleesattel wird in der metallverarbeitenden Industrie seit über 50 Jahren mit Erfolg eingesetzt. Die bevorzugten Einsatzgebiete waren bislang große, schwere bzw. unbewegliche Teile, wo klassische Prüfmethoden nach Norm nicht oder nur unter großen Schwierigkeiten eingesetzt werden können. Durch die Zuverlässigkeit, Schnelligkeit der Anwendung, der hervorragenden Selektivität und der einfachen Handhabung moderner UCI-Härteprüfgeräte übernehmen diese heute jedoch immer mehr Aufgaben der klassischen Härteprüfung.

Die Härteprüfgeräte bestehen aus einer Messsonde (Hand-Messsonde oder Motor-Messsonde) und einem Prüfgerät zur Auswertung, Speicherung und zum Vergleich der gemessenen Werte. Die Prüfungen erfolgen in jeder Richtung, auf engem Raum und auch an schwer zugänglichen Stellen oder Materialgeometrien.

UCI Härtemessvorgang

Der Messvorgang

Die Hand-Messsonde wird in der mobilen Härteprüfung von Hand positioniert und anschließend auf das Material gedrückt. Bereits nach 1 Sekunde (typ.) werden die gemessenen Härtewerte digital angezeigt und abgespeichert. Durch die automatische Speicherung der Messreihe kann sich der Bediener auf die exakte Positionierung der Sonde konzentrieren und die Ergebnisse später bequem auswerten. Die Härtemessung der einzelnen Messpunkte erfolgt sofort bei Erreichen der Prüfkraft, was das Gerät visuell und akustisch mitteilt.

Noch präzisere Ergebnisse mit geringerer Prüfkraft lassen sich durch die Verwendung von Motor-Messsonden erzielen. Hier wird die Sonde ebenfalls frei positioniert und von Hand gehalten. Die Prüfkraft wird jedoch durch einen integrierten Motor aufgebracht.
Auch die Einbindung einer automatischen Messung innerhalb einer Produktionslinie zur Qualitätssicherung ist möglich. Hierzu wird i.d.R. eine Hand-Messsonde mit einer speziellen Halterung verwendet.


Anzeige eines mobilen UCI-Härteprüfgeräts

Vor-Ort-Auswertung mit der SonoDur-Serie

Die Messergebnisse können direkt vor Ort im Gerät analysiert werden. Das Messgerät bietet dabei die Möglichkeit der farblichen Unterscheidung und Berechnung von Toleranzabweichungen (Schwellen) und hat weiter alle Statistikfunktionen mit Einzelfehlerkorrektur bereits an Board.

Auch eine Umwertung direkt im Gerät nach EN ISO 18265, DIN 50150 bzw. ASTM E140 in gängige Härteskalen wie Vickers, Brinell, Rockwell oder Shore ist möglich.

Messungen auch automatisiert in Produktionslinie

Mit dem SonoDur-R sind Messungen auch automatisiert in einer Produktionslinie möglich. Durch ein vollisoliertes digitales I/O-Interface ist dabei die direkte Ansteuerung von Aktoren möglich. Auch ein Messwertticker mit Statistikfunktion und ein USB-Interface zur Messwert-Übertragung stehen zur Verfügung.

Die Geräte eignen sich aufgrund der umfangreichen Anpassungsmöglichkeiten insbesondere für die produktionsbegleitende Qualitätssicherung in Ergänzung zu traditionellen Härteprüfungen.

Mobile UCI-Härtemessung

Vorteile der Härteprüfung mit dem UCI-Verfahren

  • Ortsunabhängige, mobile Messung, richtungsunabhängig auch in engen Platzverhältnissen
  • Messung auch an großen Objekten oder schwierigen Prüfpositionen und Bauteilgeometrien (wie z.B. Zahnradgrund) möglich
  • schnelle, zuverlässige Messung (1 Sekunde typ.)
  • Einfache Automatisierbarkeit der Härtemessung
  • Geringe Eindruckgröße und -tiefe; das Verfahren ist daher als zerstörungsfrei anzusehen
  • Hohe Reproduzierbarkeit und geringere Anfälligkeit auch bei unsymetrischen Prüfeindrücken, da die gesamte Kontaktfläche in die Berechnung der Härte eingeht
  • einfaches Justieren und genaues Anpassen an Prüfaufgaben
Schaubild UCI-Messverfahren

Das UCI-Härteprüfverfahren im Detail

Das UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance oder modifiziertes Vickers-Verfahren) – 1965 erstmals unter dem Namen „SonoDur“ eingesetzt - wertet den Vickers-Härteprüfeindruck innert Sekundenbruchteilen elektronisch aus und zeigt ihn digital an.

Wie auch bei der klassischen Vickers-Härteprüfung erfolgt eine Belastung der Materialoberfläche mit einem Eindringkörper definierter Geometrie (= Vickers Diamant) mit bekannter Prüfkraft.
Im Gegensatz zum klassischen Verfahren wird der Härtewert jedoch über die dynamische Bestimmung der Koppelimpedanzen unter Belastung gemessen. Dazu wird ein mechanischer Resonator (=stabförmiger Schwingstab) an dessen Ende sich der Eindringkörper befindet, zu Longitudinalschwingungen bei ca. 78kHz angeregt und in das zu prüfende Material gedrückt. Durch die Materialankopplung des Vickersdiamanten entsteht ein Kontaktwiderstand, der eine Dämpfung der Schwingungsamplitude bewirkt und gleichzeitig die Schwingungsfrequenz in charakteristischer Weise ansteigt. Diese Frequenzverschiebung wird genau bei Erreichen einer vorgegebenen Prüfkraft bestimmt und daraus sofort die Vickershärte berechnet.

Grafik UCI-Härtemessverfahren

Mit zunehmender Kraft bzw. Kontaktfläche erhöht sich die Resonanzfrequenz des Schwingstabes. Bei konstanter Prüfkraft ist daher die Abweichung der Schwingfrequenz (= Differenzfrequenz Δf) von der Ruhefrequenz f0 in Luft daher eine indirekte Messgröße für die Härte eines Materials. Die Differenzfrequenz ist jedoch auch abhängig von den elastischen Eigenschaften (E-Modul, Poissonzahl) des Resonators, Eindringkörper sowie Prüfmaterials. Da diese Parameter i.d.R. nicht bekannt sind, muss eine Kalibrierung des Systems an Proben bekannter Härte (=Normal, Referenzplatten) durchgeführt werden. Aus der Differenzfrequenz, Prüfkraft und den Kalibrierwerten kann dann leicht die Härte berechnet werden.

Untergrund-Beschaffenheit

Die Oberfläche muss entsprechend der Vorgaben der Norm DIN 50159 bzw. Richtlinie MC1 der DGZfP präpariert (angeschliffen) werden. UCI-Messungen können z.B. auch auf dunklem Untergrund noch ausgeführt werden, wenn die klassische Vickers-Prüfung schon nicht mehr durchführbar ist.

Mobile UCI-Härteprüfung

Für welche Anwendungen eignet sich die Härteprüfung mit dem UCI-Verfahren?

  • Wareneingangskontrolle, Verwechslungsprüfung, Produktionskontrolle, Wartung an eingebauten Komponenten.
  • Ergänzung zur klassischen Härteprüfung im Labor
  • Gehärtete Oberflächen, komplexe Geometrie, Beschichtungen
  • Thermische Schnittkanten und Schweißnähte
  • Überall dort wo klassische Härtemessung nicht möglich bzw. sinnvoll (schwierige Oberflächenbeschaffenheit) oder zu langsam ist
Mobile UCI-Härtemessung vor Ort

Mobile Härteprüfung mit dem UCI-Verfahren einführen

Die hohe Bandbreite in den Einsatzmöglichkeiten der UCI-Methode führt dazu, dass die Benutzer sich auf jede Prüfaufgabe entsprechend vorbereiten müssen. Hierbei ist das wichtigste, neben der Funktionsfähigkeit der Prüfausrüstung sicher zu stellen, dass die Bauteilbeschaffenheit und der Oberflächenzustand für die Anwendung der UCI-Härteprüfung geeignet ist – eine Aufgabe, die häufig auch bei Verwendung anderer Oberflächen-Härte-Prüfverfahren leichtfertig vernachlässigt wird. Dann werden eventuell die Erwartungen an das Prüfergebnis nicht getroffen bzw. ist eine Vergleichbarkeit mit anderen Prüfverfahren nicht mehr gegeben.

Außerdem erfordert die Durchführung einer UCI-Härteprüfung trotz einfacher Anwendung vom Bediener eine gewisse grundlegende Fertigkeit, wenn dieser die Mess-Sonde manuell führen muss. Aufgrund dessen wird in jedem Fall empfohlen, generell mobile Härte-Prüfverfahren im Betrieb zunächst auf Eignung zu testen und das Personal entsprechend einer Schulung für richtige Härtemessung zu unterziehen. Dies ist insofern wichtig, als der Bediener stets wichtiger Teil der Mess-Apparatur ist mit dem notwendigen Verständnis für ein Präzisions-Messwerkzeug.

Neue Prüfgeräte sollten generell vor einem Kauf unbedingt am Bauteil erprobt und deren Anwendbarkeit überprüft werden. NewSonic stellt Ihnen hier gerne Messgeräte mietweise zur Verfügung und liefert auch eine kostenfreie Beratung zur bestmöglichen Lösung Ihres Messproblems.


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SonoDur2

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Mobiles UCI-Härteprüfgerät

Haupteinsatzgebiete sind Prüfaufgaben an Serienteile nach Wärmebehandlung, nach Oberflächenbearbeitung, die Schweissnahtprüfung oder zur Schichthärtemessung an Tiefdruckzylindern mit hochselektiven Kleinlast-Motorsonden.

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SonoDur-R (Rack)

SonoDur-R (Rack)

19" Tischgerät für die automatisierte UCI-Härteprüfung

SonoDur-R ist ein 19" Tischgerät für die vollautomatisierte
100%-Prüfung an Massenteilen. Das Messsystem erlaubt eine
schnelle Prozessüberwachung oder Verwechselungsprüfung im Sekundentakt.

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Hand-Messsonden

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Für eine zuverlässige, handgeführte Härteprüfung

Unsere Hand-Messsonden sind mit den Prüfkräften 10N, 50N und 100N verfügbar. Sie eignen sich für generelle, handgeführte Härteprüfungen in Produktion und Wartung.

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Gleichartige Kraftaufbringung durch integrierten Motor

Unsere Motor-Messsonden sind mit den Prüfkräften 1N, 3N und 8,6N verfügbar. Sie eigen sich für Härteprüfungen von empfindliche Oberflächen und ermöglichen eine zu jedem Zeitpunkt gleichartige Kraftaufbringung.

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