Kalibrierung eines Härteprüfers: Schritt-für-Schritt-Industrielle Anleitung

Vorbereitung des Härteprüfers für die Kalibrierung

Geräteeinrichtung, Stabilität der Unterlage und Überprüfung der Ausrichtung

Montieren Sie den Härteprüfer auf einer festen, vibrationsfreien Oberfläche, um genaue Messungen zu gewährleisten. Die Prüfplattform muss waagerecht und fest befestigt sein, da jegliches Wackeln die Eindruckergebnisse verfälscht. Prüfen Sie mit einem hochwertigen Wasserwaagegerät, ob der Eindringkörper senkrecht ausgerichtet ist. Selbst geringfügige Abweichungen von der Senkrechten (mehr als 0,5 Grad) können die Rockwell-Werte um bis zu 1,5 Punkte verfälschen. Bei Rockwell-Geräten speziell muss der Prüftisch senkrecht zur Kraftrichtung stehen – die zulässige Abweichung beträgt idealerweise nicht mehr als 0,1 Millimeter. Eine fehlerhafte Einstellung verstößt tatsächlich gegen die ASTM-E18-Richtlinie. Einrichtungsfehler sind für rund ein Drittel aller in der Praxis auftretenden Probleme verantwortlich, weshalb eine sorgfältige Vorbereitung für zuverlässige Ergebnisse unbedingt erforderlich ist.

Inspektion des Eindringkörpers, Prüfung der Integrität des Prüftisches und Validierung der Senkrechtheit

Überprüfen Sie die Eindruckspitze mithilfe einer 10-fachen Lupe. Diamantkegel für HRC-Prüfungen müssen einwandfrei aussehen – keine Abplatzungen, Risse oder abgerundeten Kanten sind zulässig. Falls an der Eindruckspitze etwas auffällig ist, tauschen Sie sie unverzüglich aus. Selbst kleinste Kratzer können die Eindringtiefe in Materialien verändern und sämtliche Messwerte verfälschen. Bei der Überprüfung des Auflagetisches stellen Sie mittels eines Lineals sicher, dass dessen Oberfläche eben ist. Unebenheiten oder Verformungen größer als zwei Hundertstel Millimeter beeinträchtigen die korrekte Lagerung der Proben während der Prüfung. Um zu prüfen, ob der Auflagetisch senkrecht steht, führen Sie mit einem Tastkopf-Messgerät einen Testblock an ihm entlang. Abweichungen von mehr als einem halben Millimeter bedeuten, dass die ISO-Normen nicht mehr eingehalten werden. All diese kleinen Details sind entscheidend, denn wenn Unternehmen ihre Qualifikationsprüfungen nicht bestehen, kostet es Luft- und Raumfahrtunternehmen pro Vorfall rund zwölftausend US-Dollar, um die Probleme zu beheben.

Durchführung der Kalibrierungsprozedur für den Härteprüfgerät

Schrittweise Bedienung: Nullpunktabgleich, Lastaufbringung und Eindringtiefenmessung

Beginnen Sie damit, sicherzustellen, dass das Messgerät korrekt auf Null gestellt ist, um einen guten Ausgangspunkt für unsere Messungen zu haben. Als nächster Schritt wird die sogenannte Vorbelastungskraft aufgebracht, die bei Rockwell-Skalen B oder C üblicherweise etwa 10 kgf beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Eindruckkörper plan auf dem zu prüfenden Material aufliegt. Anschließend erfolgt die Aufbringung der Hauptlast, deren Größe je nach verwendeter Skala zwischen 60 und 150 kgf variiert. Gemäß der Norm ASTM E18 muss dieser Druck etwa 10 bis 15 Sekunden lang konstant gehalten werden. Sobald die gesamte Last vollständig entfernt wurde, werden die Messwerte entweder anhand der Eindringtiefe (bei Rockwell-Prüfungen) oder des Durchmessers der Eindringstelle (bei Brinell- und Vickers-Verfahren) mit geeigneten Kalibriermitteln ermittelt. Für jeden zertifizierten Prüfkörper sind mindestens drei separate Messungen durchzuführen, um die Konsistenz der Ergebnisse zu überprüfen. Unterscheiden sich die Werte um mehr als 0,3 HR voneinander, deutet dies wahrscheinlich darauf hin, dass entweder die durchführende Person oder möglicherweise sogar die Prüfmaschine selbst einer erneuten Überprüfung bedarf.

Auswahl des Kalibrierungsstandards und Einhaltung der Toleranzen (±0,5 HR, ±0,05 mm)

Bei der Auswahl von Referenzblocken für Härteprüfungen ist es wichtig, solche zu wählen, die rückverfolgbar auf NIST sind und sowohl den zu prüfenden Härtebereich als auch das Prüfmaterial regelmäßig abdecken. So eignen sich beispielsweise Stahlblöcke am besten für HRC-Prüfungen, während Messing üblicherweise für HRB-Messwerte verwendet wird. Prüfen Sie stets, ob die Zertifizierung noch gültig ist, da die meisten akkreditierten Blöcke ihre Gültigkeit zwischen einem und zwei Jahren nach Kauf verlieren. Die tatsächlichen Härtezahlen sollten innerhalb einer Abweichung von ±0,5 HR-Punkten gegenüber den auf dem Zertifikat angegebenen Werten liegen. Auch die mittels eines Objektmikrometers gemessenen Eindringtiefen dürfen nicht um mehr als 0,05 mm variieren. Die strikte Einhaltung dieser Standards hilft, eine schleichende Messabweichung im Zeitverlauf zu vermeiden. Und ehrlich gesagt möchte niemand jährlich mehr als 58.000 USD ausgeben, nur weil die Geräte häufig neu kalibriert werden müssen. Eine solche Kostenbelastung wurde kürzlich in einem Artikel des Fachmagazins „Quality Digest“ aus dem Jahr 2023 hervorgehoben.

Führen Sie Kalibrierungsprotokolle, die Seriennummern der Referenzblöcke, Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit), festgestellte Abweichungen und die Verifikation durch den Techniker enthalten – um eine vollständige Rückverfolgbarkeit für interne Audits und die Einhaltung der Norm ISO/IEC 17025 sicherzustellen.

Sicherstellung der Langzeitgenauigkeit des Härteprüfers

Ursachen für Felddrift jenseits des Eindringkörperverschleißes

Der Verschleiß des Indenters wird häufig erwähnt, doch langfristige Drift resultiert tatsächlich aus mehreren Faktoren, die sich im Laufe der Zeit gemeinsam auswirken. Wenn hydraulische Systeme beginnen, auszufallen, können sie laut ASTM-Normen Lastmessungen um mehr als ±1,5 Prozent verfälschen. Auch Temperaturschwankungen spielen eine Rolle: Weichen die Bedingungen nur um fünf Grad von der Standardtemperatur von 23 Grad Celsius nach oben oder unten ab, so beeinträchtigt dies das Ausdehnungs- und Kontraktionsverhalten der Materialien. Dabei entstehen Fehler von etwa 0,07 HRC pro Grad Temperaturänderung, was sowohl die Geometrie des Prüfrahmens als auch die korrekte Ausrichtung der Kräfte beeinträchtigt. Hinzu kommen Vibrationen während des Transports oder des regulären Betriebs, die die Belastungselemente aus der Ausrichtung bringen. Und vergessen Sie nicht den Staub, der in die optischen Encoders eindringt. Untersuchungen zeigen, dass fast 25 % industrieller Anlagen aufgrund dieses Staubproblems Messfehler von rund 0,04 mm aufweisen. All diese zusammenwirkenden Faktoren führen letztlich dazu, dass die Geräte außerhalb des zulässigen Bereichs gemäß der ISO 6508-Norm arbeiten – es sei denn, jemand überwacht sie aktiv und ergreift korrigierende Maßnahmen.

Umweltkontrollen, Frequenzrichtlinien und Rückverfolgbarkeitsprotokolle

Gemäß der Norm ASTM E18-22 ist es äußerst wichtig, die Umgebungstemperatur bei etwa 23 Grad Celsius mit einer Toleranz von ±2 Grad sowie die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 45 % und 55 % zu halten. Die meisten Probleme treten auf, wenn diese Parameter außerhalb dieses Bereichs liegen. Labore sollten sich daran erinnern, die täglich verwendeten Messgeräte etwa einmal pro Quartal zu kalibrieren. Geräte, die seltener eingesetzt werden, müssen dennoch zweimal jährlich überprüft werden. Bezüglich der Referenzblocke ist eine Rückverfolgbarkeit zu den NIST-Standards mit einer Unsicherheit von maximal 0,3 HR zwingend erforderlich. Automobil-Prüfeinrichtungen, die beispielsweise Komponenten wie Getriebewellen testen, unterliegen den Anforderungen der Norm ISO/IEC 17025, die detaillierte betriebliche Spezifikationen für Zwecke der Qualitätssicherung umfasst.

• Feuchtigkeitskontrollierte Lagerung von Kalibrierblöcken
• Digitale Audit-Trails, die jede Wartungs-, Kalibrierungs- und Umgebungsabnahme erfassen
• Automatisierte Driftüberwachung mit konfigurierbaren Alarmgrenzwerten

Dokumentation von Temperatur und Luftfeuchtigkeit während jeder Kalibrierung ermöglicht die statistische Isolierung thermischer Variablen – nachgewiesen, dass dadurch Feldausfälle im Vergleich zur alleinigen reaktiven Wartung um 74 % reduziert werden.

Erfüllung der branchenüblichen Standards für die Kalibrierung von Härteprüfgeräten

ASTM E18- und ISO 6508-Anforderungen für die Rockwell-Härteprüfung

Die ASTM E18- und ISO 6508-Normen setzen den weltweiten Standard für die Rockwell-Härteprüfung und legen strenge Anforderungen an Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit dieser Prüfungen fest. Bei der Kalibrierung verlangen beide Normen recht enge Toleranzen: etwa ±0,5 HR-Einheiten bei den Härteangaben sowie lediglich eine zulässige Abweichung von 0,05 mm bei den Eindringtiefe-Messungen. Labore müssen zur Erfüllung dieser Spezifikationen mit zertifizierten Referenzblocken arbeiten. Auch die Temperatur spielt eine Rolle: Die meisten Einrichtungen halten die Umgebungstemperatur stabil bei etwa 23 °C, mit einer zulässigen Abweichung von ±5 °C, um Messfehler durch thermische Einflüsse zu vermeiden. Die Dokumentation ist hier ebenfalls von großer Bedeutung, da jede Kalibrierung durch entsprechende Aufzeichnungen nachweislich auf offizielle nationale Metrologiestandards zurückgeführt werden muss. Die regelmäßige Überprüfung der Geräte anhand standardisierter Prüfblöcke ist nicht nur eine bewährte Praxis, sondern unerlässlich, um die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit der Messsysteme sicherzustellen. Andernfalls können Fehler auftreten, die Materialzertifizierungen insgesamt ungültig machen. Praxisbeispiele verdeutlichen die Folgen, wenn Unternehmen diese Schritte vernachlässigen: So wiesen einige Fertigungsstätten bei Nichteinhaltung des vorgeschriebenen Verfahrens Härteabweichungen von über 4,3 % auf – mit erheblichen Problemen in Branchen, in denen Präzision besonders entscheidend ist, wie etwa bei Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteilen und metallverarbeitenden Betrieben.