Härteprüfung. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

Lexikon Pharmatechnologie

Härteprüfung

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Siehe auch: Härte.

Prüfung der Härte von Bauteilen bzw. deren Oberfläche.

Da die Härte teilweise andere technische Eigenschaften widerspiegelt und die Prüfung nahezu zerstörungsfrei ist, gehört die Härteprüfung zu den meistangewendeten Verfahren zur Eigenschaftsermittlung von technischen Werkstoffen. In der Regel wird die Eindringtiefe eines Prüfkörpers unter speziellen Bedingungen gemessen.

Härteprüfverfahren für Metalle und Legierungen

  • Härteprüfung nach Brinell (DIN EN ISO 6506)

    Härtewert: Brinellhärte HB (HBS: Prüfkugel aus Stahl [nicht mehr zulässig]; HBW: Prüfkugel aus Hartmetall).

    Prinzip: statisches Eindringprüfungsverfahren. Eine Kugel aus Hartmetall oder gehärtetem Stahl wird mit einer Kraft F in die Oberfläche des Bauteils gedrückt und eine gewisse Zeit t gehalten. Dann wird der Durchmesser d (Kalottendurchmesser) des Eindrucks unter Last in die Oberfläche Sk berechnet. Die Brinellhärte ergibt sich aus dem Quotienten von F und Sk multipliziert mit 0,102.

    Beispiel für eine Härteangabe: 240 HBW 5/750/30 (240: Brinellhärte; 5: Kugeldurchmesser in mm: 750 Prüfkraft in kp; 30: Belastungsdauer in s).

    Anwendung: weiche bis mittelharte Metalle.

  • Prüfung mit dem Poldihammer (Abwandlung der Brinellprüfung, die den Vorteil hat, dass sie vor Ort eingesetzt werden kann).

    Härtewert: Brinellhärte HBP, stimmt nicht exakt mit den statisch ermittelten Werten überein.

    Prinzip: dynamisches Eindringprüfungsverfahren. Ein Hammer mit Kugel wird mit undefinierter Kraft von Hand auf das Bauteil geschlagen; dabei dringt die Kugel gleichzeitig auch rückseitig in einen Metallstab mit definierter Härte ein. Die Härte des Prüflings wird aus dem Verhältnis der beiden Eindruckdurchmesser berechnet.

    Beispiel für eine Härteangabe: 1,3 X.

    Anwendung: harte Werkstoffe.

  • Härteprüfung nach Rockwell (DIN EN ISO 6508, es gibt mehrere Prüfverfahren nach Rockwell, deren Anwendung vom Einsatzbereich abhängt).

    Härtewert: Rockwellhärte HR, je nach Verfahren mit anschließendem Kennbuchstaben. z. B.: HRA, HRB, HRC, HR15N.

    Prinzip: statisches Eindringprüfungsverfahren. Der Prüfkörper (Diamantkegel oder Hartmetallkugel) dringt mit einer Prüfvorkraft F0 in das Bauteil ein. Dann wird der Eindringkörper mit der Hauptlast F1 belastet und diese eine gewisse Zeit t gehalten. Nach Rücknahme der Hautplast ist nur noch die Vorlast wirksam. Die Rockwellhärte ist die Differenz der Tiefen vor und nach Auflegen der Hauptlast. Diese wird direkt mit einer mit der Prüfspitze verbundenen Messuhr gemessen.

    Beispiel für eine Härteangabe: 62 HRC (Rockwellhärte 62, Härteskala C nach DIN EN 10109-1).

    Anwendung: sehr harte Werkstoffe.

  • Härteprüfung nach Vickers (DIN EN ISO 6507).

    Härtewert: Vickershärte HV.

    Prinzip: statisches Eindringprüfungsverfahren. Eine gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° wird mit der Prüfkraft F in das Werkstück eingedrückt. Mit einem Messmikroskop wird die Länge der Diagonalen des Eindrucks gemessen und daraus die Eindruckoberfläche errechnet. Die Vickershärte wird über den Quotienten aus Prüfkraft F und Oberfläche des Eindrucks multipliziert mit 0,189 errechnet.

    Beispiel für eine Härteangabe: 640 HV 30/20 (640: Vickershärte; 30: Prüfkraft in kp; 20: Einwirkdauer in s).

    Anwendung: weiche und harte Werkstoffe.

  • Härteprüfung nach Shore (daneben gibt es ein anderes Verfahren nach Shore zur Härteprüfung von Kunststoffen, siehe unten).

    Härtewert: Shorehärte SH.

    Prinzip: dynamisches Rücksprungverfahren. Ein Kopfbolzen fällt aus 250 mm Höhe auf die Probenoberfläche. Zur Ermittlung des Shorewertes wird die Rücksprunghöhe gemessen, 177 mm Rücksprunghöhe entsprechen 100 Shore-Einheiten.

    Beispiel für eine Härteangabe: SH 81.

    Anwendung: harte und weiche Werkstoffe.

  • Härteprüfung nach Martens (DIN EN ISO 14577-1, auch: instrumentierter Eindringversuch).

    Härtewert: Martenshärte HM in N/mm2.

    Prinzip: statisches Eindringprüfungsverfahren. Ein Eindringkörper (Vickerspyramide, Hartmetallkugel, Diamantkugel oder Diamantpyramide mit gleichseitiger, dreieckiger Grundfläche und einem Öffnungswinkel von 65° [Berkovich-Eindringkörper] dringt in das Bauteil ein und wird dann wieder entlastet. Während der Belastung- und Entlastungsphase wird kontinuierlich die Kraft und die Eindringtiefe gemessen. Die Martenshärte ist das Verhältnis der Maximalkraft zu der dazugehörigen Kontaktfläche, wobei die Kontaktfläche für jede Eindringkörperform bestimmt werden muss.

    Aus der Messkurve können auch weitere Werkstoffparameter wie zum Beispiel der Eindringmodul, das Eindringkriechen sowie plastische und elastische Verformungsarbeiten bestimmt werden.

    Beispiel für eine Härteangabe: HM 0,5/20 = 8.700 N/mm2 (0,5: Prüfkraft in N; 20: Belastungszeit in s; 8.700: Härtewert).

    Anwendung: Lack-, Kunststoff- oder Hartstoffschichten (PVD, CVD), galvanische Schichten, Werkstoffe speziell für die Medizintechnik, elektronische Bauelemente, Bond-Drähte usw.

  • Härteprüfung nach Mohs (ähnlich Härteprüfung nach Erikson).

    Härtewert: einheitslose Zahlenwerte in der Mohsschen Härteskala.

    Prinzip: Vergleichsprüfung durch Ritzung.

    Beispiele für eine Härteangabe: 1 (Talk, mit dem Finger schabbar), 4 (mit Messer leicht ritzbar), 10 (Diamant, nur von sich selber ritzbar).

    Anwendung: Minerale.

Die Härtemessungen nach den genannten Verfahren sind technologische Messverfahren für metallische Werkstoffe und meist nicht eindeutig untereinander vergleichbar.

Klassische Unterschiede der Härtemessung bei Metallen sind etwa, dass Brinell den Abdruck nach Entlastung misst und Rockwell den Abdruck unter Belastung. Das bedeutet, dass Brinell den elastischen Anteil der Eindruckverformung nicht erfasst – wohl aber Rockwell.

Die Auswahl des geeigneten Härteprüfverfahrens richtet sich dementsprechend nach dem zu prüfenden Material.

Härteprüfverfahren für Kunststoffe bzw. Polymerwerkstoffe

  • Messung der Kugeldruckhärte (DIN 53505).

    Härtewert: Kugeldruckhärte H (Eindringtiefenmessung einer Stahlkugel).

    Prinzip: statisches Eindringprüfungsverfahren. Eine gehärtete und polierte Stahlkugel mit 5 mm Durchmesser wird in den Prüfkörper eingedrückt. Die Kugeldruckhärte ergibt sich aus dem Verhältnis der Prüfkraft zur Eindruckoberfläche.

    Beispiele für eine Härteangabe: H358/30 (358: Eindrückkraft in N; 30: Prüfdauer in s).

    Anwendung: Duroplaste.

  • Härteprüfung nach Shore.

    Härtewert: Shorehärte SH.

    Prinzip: dynamisches Eindringprüfungsverfahren. Ein federbelasteter Stift dringt mit einer Prüfkraft F in das Bauteil ein. Die Shore-Härte wird über die Eindringtiefe ermittelt und kann direkt auf einer Skala abgelesen werden (von 0 Shore (2,5 Millimeter Eindringtiefe) bis 100 Shore (0 Millimeter Eindringtiefe), d. h., je höher die Zahl, desto härter das Prüfmaterial).

    Es gibt 2 Härteskalen: A-Skala für weiche (gummiartige) Werkstoffe, die mit einem Kegelstumpf gemessen werden; D-Skala für härtere Werkstoffe, die mit einem Kegel gemessen werden.

    Beispiel für eine Härteangabe: D81 (81: Shorehärte; D: gemessen mit der D-Skala).

    Anwendung: Elastomere, Thermoplaste.

  • Rücksprunghärteprüfung mittels Skleroskop (ähnlich Shorehärteprüfung für Metalle).

  • Durometer für Gummi und Elastomere (ähnlich Shorehärteprüfung).

  • Pendelhärteprüfung (ähnlich Shorehärteprüfung).

  • Ritzhärteprüfung nach Wolff-Wilborn.

    Härtewert: Wolff-Wilborn-Härte.

    Prinzip: Ritzhärteprüfung. Bleistifte unterschiedlicher Härte werden in einem Winkel von 45° und einer Kraft von 7,5 N über die Prüfoberfläche geschoben. Die Wolff-Wilborn-Härte ist die niedrigste Bleistifthärte, mit der die Oberfläche verletzt wird.

    Beispiele für eine Härteangabe: 8H (sehr hart), 6B (sehr weich).

    Anwendung: Prüfung von Anstrichen.

  • Defo-Prüfung (DIN 53514).

    Härtewert: Defo-Härte DH in g.

    Prinzip: Ein zylindrischer Probenkörper von 30 mm Durchmesser und 13 mm Höhe wird mit einer konstanten Kraft belastet und anschließend wieder entlastet. Die Defo-Härte DH30 ist das Belastungsgewicht, das nötig ist, um die Probe in 30 Sekunden auf eine Höhe von 7 mm zusammenzudrücken. Die Defo-Härte ist ein technologischer Mischkennwert von Härte und mechanischer Druckfestigkeit eines Werkstoffs.

    Beispiel für eine Härteangabe: DH30 = 1.200 g.

    Anwendung: gummielastische Stoffe.

In der pharmazeutischen Produktion werden Tabletten auf eine ausreichende Härte geprüft, da diese eine grundlegende Voraussetzung für die Eignung zum maschinellen Verpacken ist und auch die mechanische Stabilität während des Transportes garantiert. Die Härte einer Tablette kann außerdem Einfluss auf ihren mechanischen Zerfall und damit auf die Freisetzung des Arzneistoffes haben. I. Allg. sinkt die Freisetzungsgeschwindigkeit mit zunehmender Tablettenhärte.

Abb. H 1: Schematische Darstellung der verschiedenen Härteprüfverfahren. (Quelle: G. Henkel)

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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