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Härteprüfung
Härte ist eine ungewöhnliche Kenngröße in der Qualitätskontrolle, und es lohnt sich zu verstehen, warum — bevor Sie ein Gerät zu ihrer Messung anschaffen: Es gibt nicht die eine „Härte“, so wie es die eine Länge oder das eine Gewicht gibt. Was Sie erhalten, hängt vom verwendeten Prüfverfahren ab. Drücken Sie einen spitzen Eindringkörper in Gummi, lesen Sie die eine Art von Härte ab; lassen Sie einen kleinen Hammer von Stahl zurückprallen, erhalten Sie eine andere — und die beiden Werte lassen sich nicht miteinander vergleichen. Die erste Entscheidung betrifft daher nicht das Gerät, das Sie kaufen, sondern das Verfahren, das zum Werkstoff vor Ihnen passt, denn das Verfahren bestimmt den Wert.
Deshalb findet die Härteprüfung fast überall dort statt, wo der Materialzustand schnell bestätigt werden muss — bei der Wareneingangsprüfung von Gummi, Stahl oder Verbundwerkstoffen, an der laufenden Produktionslinie oder an einem bereits im Einsatz befindlichen Bauteil. Sie ist schnell, erfordert wenig Vorbereitung und lässt das Bauteil in der Regel unbeschädigt — und gerade deshalb kommt sie weit häufiger zum Einsatz als langsame Laborprüfungen. Doch kein einzelnes Gerät deckt den gesamten Bereich ab: Ein Prüfgerät für weiches Gummi sagt nichts über gehärteten Stahl aus. Klären Sie, was Sie prüfen und wo, und das passende Verfahren ergibt sich daraus.
1. Warum das Verfahren den Wert bestimmt
Härte lässt sich nicht in Basiseinheiten ausdrücken, wie es bei Kraft oder Länge möglich ist. Sie wird durch die Prüfung selbst definiert — durch die Form des Eindringkörpers, durch Höhe und Dauer der Krafteinwirkung und durch die Größe, die das Gerät als Reaktion darauf misst. Deshalb nennen sich ein Shore-Wert, ein Leeb-Rückprallwert und eine Barcol-Eindringtiefe allesamt „Härte“, lassen sich aber nicht sauber ineinander umrechnen. Dahinter stehen zwei Verfahrensfamilien. Eindringverfahren (Shore, IRHD, Barcol) drücken eine definierte Spitze in die Oberfläche und messen den zurückbleibenden Eindruck. Rückprallverfahren (Leeb) schleudern einen kleinen Schlagkörper gegen die Oberfläche und setzen die Rückprallgeschwindigkeit ins Verhältnis zur Auftreffgeschwindigkeit. Bleistift- und Kratzprüfungen an Beschichtungen sind wiederum eine andere Frage und gehören zur Beschichtungsprüfung, nicht zur Härte des Grundwerkstoffs. Das praktische Fazit ist einfach: Ein Härtewert bedeutet nur dann etwas, wenn er zusammen mit dem Verfahren und der Skala festgehalten wird, die ihn erzeugt haben.
2. Welchen Werkstoff prüfen Sie?
Ordnen Sie das Verfahren dem Werkstoff zu. Für Gummi und flexible Kunststoffe behandelt Shore-Härte die Durometerprüfung über die Skalen Shore A, D und OO — die alltägliche Härteprüfung in der Gummiproduktion. Wo ein Labor eine engere Kontrolle benötigt, als ein handgeführtes Durometer bietet, arbeitet Gummihärte (IRHD) mit einer Kugel unter Totlast an denselben Werkstoffen und nimmt so den Andruck des Bedieners aus dem Ergebnis heraus. Für starre Kunststoffe und faserverstärkte Verbundwerkstoffe bestätigt Barcol-Härte den Aushärtezustand in der Luft- und Raumfahrt, im maritimen Bereich und in der Windenergie. Für Metalle behandelt Metallhärte die tragbare Leeb-Rückprallprüfung sowie die Umrechnungen in Rockwell, Vickers und Brinell, auf die sich die Arbeit im Feld stützt. Ihnen allen zugrunde liegt Kalibrierung und Normen der Härteprüfung mit dem Bereich Überprüfung, Härtevergleichsplatten und Rückführbarkeit, der jeden Messwert vertrauenswürdig hält. Beschichtungsbezogene Härte — Bleistift- und Kratzprüfungen — steht getrennt davon unter Beschichtungshärte, einem Teil der Beschichtungsprüfung.
Ist das Verfahren dem Werkstoff zugeordnet, führt Sie die Auswahlhilfe zur Härteprüfung zur Wahl des passenden Geräts.
3. Normen für die verschiedenen Härteprüfverfahren
Da jedes Verfahren eine eigenständige Prüfung ist, gilt für jedes auch eine eigene Norm. Die Shore-Durometerprüfung richtet sich nach ASTM D2240 und ISO 868. Für die IRHD-Gummiprüfung ist ISO 48 maßgeblich. Die Barcol-Prüfung starrer Verbundwerkstoffe ist in ASTM D2583 genormt. Die tragbare Leeb-Rückprallprüfung wiederum folgt ASTM A956 und ISO 16859. Welche Überprüfung und Rückführbarkeit all diese Verfahren verlässlich halten — die Referenz-Härtevergleichsplatten, die Kalibrierintervalle, die Umrechnungstabellen —, ist vollständig unter „Kalibrierung und Normen der Härteprüfung“ dargelegt. In der Praxis kommt es vor allem auf eine Gewohnheit an: Norm und Skala stets neben dem Messwert festzuhalten. Fehlen sie, lässt sich ein Härtewert später weder überprüfen noch umrechnen noch verlässlich einordnen.
4. Häufig gestellte Fragen
1. Worin unterscheiden sich Shore- und IRHD-Härte?
2. Lassen sich Härtewerte zwischen verschiedenen Skalen umrechnen?
3. Wie wirkt sich die Temperatur auf Härtemesswerte aus?
4. Ist die Härteprüfung wirklich zerstörungsfrei?
5. Glossar
| Barcol-Härte | Eine Härteskala für starre Kunststoffe und Verbundwerkstoffe, bestimmt durch die Eindringtiefe eines spitzen, federbelasteten Eindringkörpers unter genormten Bedingungen. |
| Durometer | Ein Gerät, das die Eindringhärte von Elastomeren und Kunststoffen misst, indem es einen federbelasteten Eindringkörper in die Oberfläche drückt und die Eindringtiefe auf einer geteilten Skala abliest. |
| Eindringkörper | Die präzise geformte Spitze (Kegel, Kugel, flacher Stift), die bei einer Härteprüfung in die Werkstoffoberfläche gedrückt wird, um den Eindruck zu erzeugen, aus dem die Härte abgeleitet wird. |
| IRHD | International Rubber Hardness Degrees (internationale Gummihärtegrade); eine Härteskala für Gummi auf Basis der Kugeleindringung unter Totlast, die die durch den Bediener bedingte Streuung verringern soll. |
| Leeb-Härte | Ein Rückprall-Härteverfahren, bei dem ein federbelasteter Schlagkörper auf die Oberfläche trifft und das Verhältnis von Rückprall- zu Auftreffgeschwindigkeit gemessen wird, angegeben als HL mit einem Zusatz für das Schlaggerät. |
| Shore-Härte | Eine Eindringhärteskala für Elastomere und Kunststoffe, gemessen durch Eindrücken eines federbelasteten Eindringkörpers mit definierter Geometrie in die Werkstoffoberfläche und Ablesen der Eindringtiefe. |
| Härtevergleichsplatte | Eine zertifizierte Referenzprobe mit bekannter Härte, die zur Überprüfung und Kalibrierung von Härteprüfgeräten dient. |
| Rückführbarkeit | Eine ununterbrochene Kette dokumentierter Vergleiche, die ein Messergebnis mit einem anerkannten Referenznormal verknüpft und in der Regel von einem nationalen Metrologieinstitut aufrechterhalten wird. |
| Viskoelastizität | Die Eigenschaft von Werkstoffen, bei Verformung sowohl viskoses (zeitabhängiges) als auch elastisches (unmittelbares) Verhalten zu zeigen, wodurch sich Härtemesswerte mit der Belastungsdauer ändern. |
