Der Erfinder des nach ihm benannten Ritzhärteprüfverfahrens
Christopher H. Bierbaum erfand als
Vorsitzender des Lagermetall-Forschungskomitees (Bearing Metal Research Committee) der American Society of Mechanical Engineers das nach ihm benannte
„Bierbaum-Microcharacter-Härteprüfgerät“.[1][2][3]
Bierbaum-Microcharacter-Härteprüfgerät
Das von C. H. Bierbaum entworfenen Microcharacter-Härteprüfgerät bestand aus einem Mikroskop, einem feinmechanisch verstellbaren Tisch und einem Saphir- oder Zirconiumnitrid-Werkzeug auf einem ausbalancierten Arm. Auf dem Objekttisch eines Lichtmikroskops wurde ein geschliffener Saphir, der meist mit einem Gewicht von 3 Gramm belastet wurde, über die leicht eingeölte Oberfläche des Prüfkörpers gezogen. Die Breite des entstehendes Ritzes (oder Kratzers) wurde vermessen und zur Berechnung des Härtegrades verwendet.
Der Saphir hatte die Form einer auf der Spitze stehenden dreiseitigen Pyramide (Tetreder). Er wurde in einer Präzisions-Lagerung elastisch gelagert, für die wie in einem mechanisches Uhrwerk drei weitere Edelsteine als Lagermaterial dienten.
Der polierte Prüfkörper wurde mit Zedernöl[1] oder Uhrenöl[4] eingeölt. Die vordere Kante des Tetraeders war um 35,26° gegenüber der horizontalen Oberfläche des Prüfstücks geneigt. Die Standardbelastung betrug 3 Gramm. Bei härteren Werkstoffen wurde der Saphir auch mit 6 oder 9 Gramm belastet. Dadurch war der vertikale Druck erfindungsgemäß immer größer als der horizontale Zug, so dass selbst kleinste Kristalle nicht gezerrt wurde.[4] Die geschmierte Probe wurde über ein feingängiges Getriebe langsam unter der Spitze entlang bewegt, und Die Ritzbreite b in Mikrometer wurde gemäß den Empfehlungen des Erfinders unter einem Mikroskop gemessen. Es wurden mehrere Messwerte gemittelt, um einen Mittelwert zu erhalten.[5]
Die Bierbaum-Ritzhärte (HRitz) ist das Verhältnis der Belastung des Saphirs in Kilogramm zum Quadrat der Kratzerbreite (b) in Millimetern.[5] In der Praxis wurde die Breite des Ritzes mit einer Messvorrichtung in Millimetern gemessen und die Härtezahl bei der Standardbelastung mit 3 Gramm mit folgender Formel berechnet:[2][4]
HRitz (Bierbaum) = 10000 / b²
Das Prüfgerät wurde in den Vereinigten Staaten von der American Optical Company in erster Linie zur Prüfung der Härte von Metallen vermarktet. Es wurde auf Kunststoffen verwendet, fand aber keine allgemeine Akzeptanz für die Verwendung auf organischen Oberflächen. Im Jahr 1958 verabschiedete der ASTM-Ausschuss D-20 für Kunststoffe den STM-Standard D 1526-58T, Tentative Method of Test for Bierbaum Scratch Hardness of Plastic Materials. In ihrer veröffentlichten Erklärung hieß es: „Diese Methode erfüllt den Bedarf für einem Test zur Bestimmung des Widerstandes einer Kunststoffoberfläche gegen Beeinträchtigungen durch scharfe Schleifpartikel, wie sie bei Geschirr, optischen Elementen und ähnlichen Anwendungen auftreten.“[5]
Als der Bierbaum-Microcharakter-Härteprüfgerät für ASTM-Zwecke nicht mehr nützlich war, wurde der ASTM-Standard zurückgezogen.[5]
Bierbaum-Microcharacter-Testgerät, Fig. 2, 8, 12, 13 u. 14 und auszugsweise Legende: [6]
• 20 Mikroskop
• 21 Mikroskoptisch
• 22 Vertikale Beleuchtung
• 23 Okularmikrometer
• 24 Stationärer horizontaler L-Rahmen
• 25 Von Klemmen gebildete obere Backe
• 26 Untere Backe
• 27 Spannschrauben
• 28 Primärschlitten
• 29 Tragestange am Primärschlittens
• 30 Schwalbenschwanznut
• 31 Zapfen passt in 30
• 32 Ritzelbetätigungsschieber
• 33 Gestell an der Rahmen-Außenseite
• 34 Spindel
• 35 Knopf zur Bedienung von Ritzel 32
• 36 Skala auf dem Schieberegler
• 37 Nonius am Außenrahmen
• 38 Sekundärschlitten auf Primärschlitten
• 39 Schwalbenschwanznut in 38
• 40 Schwalbenschwanzzapfen
• 41 horizontale Eilgang-Spindel mit Ritzel
• 42 Ritzel für horizontale Bewegung
• 43 Zahnstange
• 44 Knopf für Ritzel 42
• 45 Welle der langsamen Führung
• 46 vorderes Lager der Welle
• 47 Hinteres Lager mit länglicher Öffnung
• 48 Schnecke für Schneckenrad 49
• 49 Schneckenrad auf Spindel 41
• 50 Horizontale längliche Öffnung
• 51 Stift
• 52 Stift
• 53 Feder
• 54 Bügel-Tragfeder
• 55 Verstellhebel
• 56 Drehpunkt des Hebels
• 57 Drehknopf
• 58 Verriegelungsstift oder -bolzen
• 59 Skala für Sekundärschieber
• 60 Nonius für Sekundärschieber
• 61 Backe des Objektträgerhalters.[6]
• 62 Backe des Objektträgerhalters
• 63 Folie des zu untersuchenden Objekts
• 64 Probe auf Objektträger
• 65 schwenkbarer gefederter Finger
• 66 Griff für 65
• 67 Schlitz für Backen
• 68 Spannschraube für Backen
• 69 Taststift-Spitzenfräser
• 70 Standard, mit vertikalem Schieber
• 71 Vertikal verstellbarer Schlitten
• 72 Ritzel für Vertikalschlitten
• 73 Vertikales Gestell
• 74 Welle für Ritzel
• 75 senkrechte Pinole
• 76 Spindel für T-förmigen Kopf
• 77 T-förmiger Kopf
• 78 Anschlagfläche
• 79 Verriegelungsaussparung
• 80 Stehbolzen
• 81 Horizontal verstellbarer Bügel, der die Halterung für die Schneidspitze trägt
• 82 Joch für T-förmigen Kopf
• 84 Einstellknopf für seitliche Einstellung
• 85 Joch am Ende der Konsole 81
• 88 Seitlich ausfahrbarer Arm
• 89 Bügel mit Stellschraube
• 90 Einstellschraube und Feder
• 91 Vertikal schwingender Träger, der mit Saphiren etwas oberhalb seines Schwerpunkts im Joch 85 aufgehängt ist
• 92 Saphir-Stein-Lager
für Träger 91
• 93 Zarte Feder, an deren freiem Ende die Schneidspitze montiert ist
• 94 kleine Gewichte, die auf den Bolzen gesetzt werden
• 95 Bolzen für Gewichte am vorderen Ende von Balken 91 direkt über Schneide
• 96 Spannungseinstellung für Feder 93
• 97 Wasserwaage am Arm des Trägers 91 zum Einstellen der Edelsteinfeder 93
• 98 Schutzvorrichtung für Juwelenspitze
• 99 drei Facetten der Schneidspitze.[6]
© Christopher H. Bierbaum, 1920/1926
Weißbronze
Am 7. Mai 1904 meldete er ein Patent für eine Weißbronze-Legierung an, die aus Zink, Kupfer, Aluminium und Magnesium besteht, bei der das Zink die anderen Metalle übertrifft und das Kupfer das Aluminium übertrifft und das Aluminium das Magnesium übertrifft. Die Legierung bestand zum Beispiel aus folgenden Bestanteilen:[7]
- 86 % Zink
- 9,9 % Kupfer
- 4 % Aluminium
- 0,1 % Magnesium
Stromabnehmerrolle für Straßenbahnen
Am 4. April 1911 erhielt er ein Patent für einen Trolley, d.h. eine Stromabnehmerrolle für Straßenbahnen und Trolley-Busse. Die Strombnehmerrolle bestand aus einer Nabe, einem Lagerring, zwei Scheiben, die auf der Nabe angeordnet waren und mit entgegengesetzten Seiten des Rings in Eingriff standen, sowie versetzt angeordneten Abschnitten auf der Nabe, die mit den Scheiben in Eingriff standen, um diese an Ort und Stelle zu halten, wobei die Nabe an entgegengesetzten Enden mit Zapfen versehen war, die einstückig mit diesen ausgebildet waren.[8]
Postverteilungsmaschine
Am 1. Februar 1916 erhielt er als Abtretungsempfänger ein Patent für eine Postverteilungsmaschine, die Barton S. Molyneux 1898 erstmals zum Patent angemeldet hatte.[9]
Einzelnachweise
- Christopher H. Bierbaum: Attachment for microscopes. US Patent Nr. US1585278A.
- Microcharacter, American Optical Co, Buffalo 15, N.Y., Made in U.S.A.
- American Optical Co, Buffalo 15, N.Y.: The Spencer Bierbaum Microcharacter. Um 1945. S. 145-146.
- Deutsche Chemische Gesellschaft: Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie: Eisen. Teil C, Lieferung 1, 8. Auflage. Springer-Verlag, 1937. S. 59.
- Joseph V. Koleske (Hrsg.): Paint and Coating Testing Manual. Fouteenth Edition of the Gardner-Sward Handbook. ASTM, 1972. S. 556.
- Hinweise zu fehlerhaften Beschriftungen in der Patentschrift und weitere Erläuterungen: Images of the Microcharacter device from the patent papers along with a simple key list to the numbers.
- Christopher H. Bierbaum: Alloy. US-Patent Nr. US778398.
- Christoper H. Bierbaum: Trolley. US-Patent-Nr. US988754A.
-
Barton S. Molyneux: Mail Distribution Machine. US Patent Nr. US1170091A.
- Weitere Patente