Durometer

Die Vorsilbe Duro stammt aus dem Lateinischen und wird meist in der Bedeutung hart verwendet. Ein Durometer ist also ein Messgerät mit dem die Härte von Materialien bestimmt werden kann. Im Allgemeinen werden aber nur die Geräte zur Härtemessung als Durometer bezeichnet, die einen speziell geformten Eindringkörper mit kontrolliertem Kraftaufwand auf die Prüffläche drücken. In vielen Normen zur Härteprüfung bei Kunststoffen und Elastomeren wird für die Härteprüfgeräte fast durchgängig der Begriff Durometer verwendet.

Prüfverfahren zur Bestimmung der Härte
Die Härte eines Materials gibt allgemein den Widerstand gegen das Eindringen eines härteren Körpers an. Im Gegensatz zur Härte beschreibt die Festigkeit die Beständigkeit gegen Verformung und Trennung. Während einige Werkstoffe wie Glas zwar hart, aber leicht zu brechen sind, kann bei anderen z. B. bestimmten Baustählen von der Härte auf die Festigkeit geschlossen werden. Je härter ein Material ist, desto mehr Kraftaufwand ist erforderlich, um es zu verformen. Da sich der Eindringwiderstand und die zeitliche Reaktion bei verschiedenen Werkstoffen aufgrund ihrer Struktur sehr stark unterscheiden, wurden verschiedene Härteprüfverfahren entwickelt. Für einige der Prüfverfahren genügt zur Härtemessung ein Durometer, bei anderen Verfahren werden mehrere Geräte benötigt. Zum Beispiel bei den Verfahren, bei denen nach dem Eindrücken des Prüfkörpers die Fläche des entstandenen Abdrucks durch Messung unter dem Mikroskop ermittelt wird. Eines dieser Verfahren ist die Härteprüfung nach Brinell, die in den Normen EN ISO 6506-1 und ASTM E10-08 beschrieben wird und die speziell für Metalle und Metalllegierungen entwickelt wurde.

Neben Prüfungen mit hochpräzisen Prüfvorrichtungen unter Laborbedingungen haben sich auch Testverfahren etabliert, mit denen in der Produktentwicklung, in Wareneingang, Fertigung und bei Wiederholungsprüfungen schnell und unkompliziert wichtige Kennwerte auch an fest eingebauten oder sehr großen Teilen geprüft werden können. Die vielen Verfahren unterscheiden sich vor allem in der Größe und Form des Eindringkörpers, in der Höhe der aufgebrachten Kraft und darin, wie die Wirkung der aufgebrachten Kraft gemessen wird. Die Härteangaben werden, um sie richtig einordnen zu können, mit dem Kürzel des Prüfverfahrens und gegebenenfalls weitern Angaben zu den Prüfbedingungen gekennzeichnet:

Messen der Eindringtiefe
HS Shore Härte, wird unterschieden in A, A0 bzw. E, AM bzw. M, B, C, D, D0 und 0
HR Härte nach Rockwell, wird unterschieden in A, B, C, D, E, F, G , H, K, L, M, P, R, S, V, N. T, W, X, Y
HBa Barcol
HM Martenshärte, kontinuierliches Messen von Kraft, Tiefe und Zeit während der Prüfung
HW Härte nach Webster, für dünne und weiche Materialien

Messen der Fläche des vom Eindringkörper hinterlassenen Abdrucks
HV Härte nach Vickers
HB Härte nach Brinell
HK Knoophärte

Messen der Rückprallhöhe
HL Härte nach Leeb, wird unterschieden in D, S, E, DL, D+15, C und G Schmidthammer zum Prüfen von Baustoffen wie Beton, gibt den Wert der für Baustoffe wichtigen Druckfestigkeit aus

Vergleichbarkeit der Härteangaben aus verschiedenen Prüfverfahren
Da es so viele Verfahren zur Prüfung der Härte gibt, muss bei Härteangaben unbedingt darauf geachtet werden, das Verfahren mit dem der Wert ermittelt wurde korrekt anzugeben. Für einige Werkstoffe können die Messwerte bestimmter häufig eingesetzter Verfahren aufgrund ausreichend vorhandener Vergleichsmessungen auch als Härtewert nach anderen Verfahren oder als Zugfestigkeit angegeben werden. Die Werte werden dazu aus werkstoffspezifischen Tabellen abgelesen oder können bei einem digitalen Durometer direkt über hinterlegte Vergleichswerte ausgegeben werden.

Die EN ISO 18265 enthält Umwertungstabellen zwischen Vickershärte, Brinellhärte. Rockwellhärte und Zugfestigkeit für sechs verschiedene metallische Werkstoffe:
Anhang A unlegierte und niedriglegierte Stähle und Stahlguss
Anhang B Vergütungsstähle
Anhang C Kaltarbeitsstähle
Anhang D Schnellarbeitsstähle
Anhang E Hartmetalle
Anhang F Nichteisenmetalle und -legierungen

Auch zwischen den Messwerten der häufig angewandten Prüfmethoden Shore A und Shore D besteht ein Zusammenhang, so dass diese unter bestimmten Bedingungen auch als Wert der jeweils anderen Größe angegeben werden können.

Auswahlkriterien für ein Durometer
Viele Durometer ermöglichen schnelle und unkomplizierte Messungen der Härte. Grundvoraussetzung ist aber, dass das gewählte Modell für die Werkstoffe und Bauteile, die geprüft werden sollen, geeignet ist. Um verwertbare Daten zu erhalten, müssen aber sowohl die Anforderungen an die zu prüfenden Materialien eingehalten werden, als auch die Vorgaben zum Ablauf der jeweiligen Messung und zur Handhabung des Gerätes.

Durometer zum mobilen oder stationären Einsatz
Für die Prüfung von großen oder bereits verbauten Teilen eignen sich vor allen mobile Durometer. Stichproben und Teile mit geeigneten Abmessungen können auch mit stationären Geräten oder mit einem an einem Stativ oder Teststand fixierten Durometer geprüft werden. Die stationäre Prüfung vereinfacht vor allem das Einhalten des Aufsetzwinkels und der Abstände der Prüfstellen.

Vorteile digitaler Durometer
Analoge Durometer sind einfach zu bedienen und benötigen keine Batterien. Sie eignen sich vor allem für Messungen bei denen keine Werte gespeichert werden müssen. Modelle mit Schleppzeiger ermöglichen das einfache Ablesen des Maximalwerts nach der Messung. Digitale Durometer zeigen generell den Höchstwert der Messung. Bei vielen Gerätetypen können aber auch das Maximum, das Minimum und den Durchschnittswert von Messreihen abgerufen werden. Modelle mit Speicher und Datenschnittstelle erleichtern außerdem die Dokumentation und weitere Bearbeitung am Computer. Je mehr Proben geprüft und dokumentiert werden müssen, desto stärker wirken sich die Vorteile der einfachen Speicherung und Datenübertragung aus. Auch die Möglichkeit, gemessene Werte als Härtewerte nach anderen Methoden anzuzeigen erleichtert die Auswertung der Messergebnisse erheblich. Dabei muss aber unbedingt darauf geachtet werden, dass im Durometer die für das geprüfte Material passenden Härteskalen hinterlegt sind.

Auswahl nach dem Prüfverfahren
Grundsätzlich ist es wichtig, bei einem Durometer auf das Prüfverfahren zu achten. Die VDI/VDE Richtlinie 2616 gibt Hinweise auf die Anwendungsbereiche und die Vor und Nachteile der gebräuchlichsten Methoden zur Härteprüfung. Durometer, bei denen der Messwert direkt nach der Messung angezeigt wird, unterscheiden sich vor allem in Bezug auf die eingesetzte Energie und die Ausführung des Eindringkörpers. Je härter der Werkstoff, desto stärker kann er durch die Prüfung belastet werden. Viele digitale Durometer können die Härte zwar als Wert nach verschiedenen Methoden angeben, prüfen aber nur nach einer. Bei den nicht direkt gemessenen Werten ist darauf zu achten, ob sie für den geprüften Werkstoff verwendet werden dürfen. Bei einigen Modellen mit externem Schlaggerät, die nach der Leeb Methode arbeiten, können aber durch Verwendung mehrerer Schlaggeräte verschiedene Leebprüfungen, z.B. nach Leeb C, Leeb D und Leeb G, durchgeführt werden.

Zubehör für Durometer
Häufig gehören zum Lieferumfang bereits passende Kalibrierplatten, damit der Anwender das Durometer selbst auf dessen Messgenauigkeit überprüfen kann. Gerätevarianten mit Speicher werden oft mit Datenkabel oder Speichermedium geliefert. Bei einigen Modellen gibt es auch eine PC-Software zum Auswerten der Messdaten gratis dazu. Als optionales Zubehör sind beispielsweise Stative, Teststände oder verschiedene Adapter zum Aufsetzen auf konvexe oder konkave Flächen verfügbar. Diese erleichtern das Zentrieren und Ausrichten und helfen dadurch, Messfehler zu vermeiden.

Kalibrierung und Justierung beim Durometer
Beim Kalibrieren wird die Genauigkeit eines Messgerätes überprüft. In Abhängigkeit von der Messgröße gibt es dazu verschiedene Verfahren. Ein Durometer kann mit Probekörpern bekannter Härte kalibriert werden. Mit passenden Prüfblöcken kann der Anwender also jederzeit die Genauigkeit seines Gerätes überprüfen. In einigen Betrieben besteht die Anforderung, dass extern kalibriert wird. Viele Kalibrierlabore bieten Kalibrierungen nach ISO oder DAkkS für Durometer an und erstellen darüber Kalibrierzertifikate. Geben Sie bei der Kalibrieranfrage unbedingt an, nach welchem Verfahren, z.B. Leeb, Rockwell, Barcol und bei welchen Zahlenwerten Ihr Gerät kalibriert werden soll. Falls die Testwerte außerhalb der gerätespezifischen Genauigkeit liegen, können die meisten Durometer justiert, also wieder auf die angegebene Genauigkeit eingestellt werden.