Torsionsschwingungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Torsionsschwingungsein richtung zur Kunststoffprüfung, mit einer ersten Ein spannklemme zum Festhalten -eines Endes eines Kunst stoffprobekörpers, einer starr mit einem Schwungkörper verbundenen zweiten Einspannklemme für das andere Ende des Kunststoffprobekörpers, einer Temperier- kammer für den eingespannten Kunststoffprobekörper, einer Vorrichtung zur Anregung von Torsionsschwin gungen des aus dem Kunststoffprobekörper und dem Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme beste henden Torsionspendels und einem zur Messung der Schwingungsdauer oder Frequenz der Pendelschwingung dienenden Messwertgeber mit einem ortsfesten licht elektrischen Organ,
das von einer ortsfesten Lichtquelle in einem von der Pendelstellung abhängigen Masse beleuchtet ist.
Einrichtungen dieser Art dienen zur Bestimmung des Schubmoduls des Kunststoffs, indem die Schwingungs dauer des Torsionspendels gemessen und aus dieser Schwingungsdauer, dem Trägheitsmoment des Schwung- körpers mit der zweiten Einspannklemme und aus den Abmessungen des Kunststoffprobekörpers der Schub modul berechnet wird. Während der Messung wird die Kunststoffprobe in der Temperierkammer auf einer bestimmten Temperatur gehalten. Die Messung wird bei verschiedenen Temperaturen aus geführt, da die Tempe raturabhängigkeit des Schubmoduls von Interesse ist.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (Brit. J. Appl. Phys., 1968, Ser. 2, Vol. 1, S. 1737-1742) trägt der Schwungkörper einen Spiegel, welcher den Licht strahl der Lichtquelle auf einer Fotozelle reflektiert, wenn das Pendel in Ruhelage ist. Bei einer anderen bekannten Einrichtung dieser Art (Plastics and Polymers 37, 1969, Nr. 131, S. 469 bis 474) ist das Licht der Lichtquelle direkt auf eine Fotozelle gerichtet. Dabei wird als Schwungkörper ein Stab verwendet, der um seine Mittelsenkrechte schwingt und an beiden Enden Gewichte trägt. In der Ruhelage des Pendels befindet sich dieser Stab zwischen der Lichtquelle und der Fotozelle, so dass er diese verdunkelt.
Bei diesen bekannten Torsionsschwingungsein- richtungen wird jedes Mal dann, wenn das Pendel durch seine Ruhelage geht, ein kurzer Impuls erzeugt, indem die Fotozelle kurzzeitig beleuchtet oder die Beleuchtung der Fotozelle kurzzeitig unterbrochen wird. Die Pendel frequenz ist die Hälfte der beispielsweise mit einem elektronischen Frequenzmesser gemessenen Impuls frequenz. Die Schwingungsdauer entspricht dem doppel ten zeitlichen Abstand zweier aufeinander folgender Nulldurchgänge oder dem Zeitabstand zwischen einem und dem übernächsten Nulldurchgang. Die Dämpfung der Schwingung, welche ein Mass der inneren Reibung des Kunststoffs ist und z.
B. aus zwei aufeinander folgenden Amplituden einer gedämpften Pendel schwingung zu bestimmen ist, kann mit diesen bekann ten Einrichtungen nicht gemessen werden.
Eine Schwierigkeit bei der Durchführung von Tor sionsschwingungsversuchen mit diesen bekannten Ein richtungen besteht darin, dass der Kunststoff probekörper sich während der in einem grösseren Temperaturbereich ausgeführten Schwingungsversuche infolge elastischer Ermüdung allmählich verdreht (ver windet), so dass der Nullpunkt der Schwingungen langsam um einen Betrag wandert der gegenüber den angewandten Schwingungsamplituden nicht vernach- lässigbar ist und sogar grösser als diese sein kann.
Eie solche Wanderung des Nullpunktes fährt zu Mess- fehlern, wenn die halbe Schwingungsdauer aus zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen ermittelt wird oder wenn sie aus einem und dem übernächsten Null durchgang ermittelt wird und die Dämpfung nennens wert ist. Überschreitet die Verschiebung des Nullpunktes der Schwingungen deren Amplitude, so ist eine Messung überhaupt nicht mehr möglich, und die Versuchsreihe muss abgebrochen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Torsionsschwingungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher Nullpunktsverschiebungen in einem bestimmten Bereich keinen Einfluss auf das Messergebnis haben.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Schwungkörper mit einer ersten Blende versehen ist, der eine zweite, ortsfeste, vor dem lichtelektrischen Organ oder der Lichtquelle angeordnete Blende zuge ordnet ist.
Dabei ist unter einer Blende definitionsgemäss jedes Mittel zur Querschnittsbegrenzung des von der Licht quelle auf das lichtelektrische Organ fallenden Licht strahlenbündels zu verstehen, beispielsweise eine Blen deröffnung oder ein in das Lichtstrahlenbündel hinein ragender Blendenflügel.
Der Strom, den das lichtelektrische Organ der erfindungsgemässen Torsionsschwingungseinrichtung liefert, ist ein Wechselstrom, der einen Gleichstrom überlagert und von diesem leicht zu trennen ist, und des sen Frequenz unabhängig von Null punktsverschiebungen des Pendels der Pendelfrequenz entspricht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zei gen Fig. 1 einen Aufriss der Torsionsschwingungsein richtung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 ,in grösserem Massstab. Nach Fig. 1 und 2 ist auf einer Grundplatte 1 eine erste Einspannklemme 2 für das nicht an den Schwin gungen teilnehmende Ende einer Kunststoffprobe 3 fest angebracht. Auf der Grundplatte steht eine Säule 4 die oben zwei Umlenkrollen 5 und 6 für einen praktisch richtkraftfrei tordierbaren Draht 7 trägt. An einem Ende des Drahtes 7 ist eine Schwungscheibe 8 aufgehängt, die fest mit einer zweiten Einspannklemme 9 für das andere Ende der Kunststoffprobe 3 verbunden ist.
Am anderen Ende des Drahtes 7 hängt ein Gegengewicht 10, das nur wenig schwerer ist als das Gesamtgewicht der Schwung scheibe 8 und der zweiten Einspannklemme9. Eine strichpunktiert angedeutete Temperierkammer 11 um- schliesst die eingespannte Kunststoffprobe 3 und ist mit nicht dargestellten Heizmitteln ausgerüstet. Die Schwungscheibe 8 trägt zwei Weicheisenstücke 12 und 13, denen je ein feststehendes Solenoid 14 bzw. 15 zugeordnet ist, durch deren periodische Erregung Schwingungen des Torsionspendels 3, 8, 9 erzeugt werden können.
An einem Arm 16 der Säule 4 ist eine Hülse 17 befestigt, durch die der Draht 7 frei hindurchgeht. Die Hülse 17 ist an ihrem oberen Ende mit einem radialen Gewindeloch versehen, das eine Klemmschraube 18 aufnimmt, mittels welcher der Draht 7 in der Hülse 17 festgeklemmt werden kann, um die Höhenlage der Schwungscheibe 8 mit der Einspannklemme 9 beim Auswechseln des Kunststoffprobekörpers 3 zu fixieren. Der Arm 16 trägt ein Gehäuse 19 mit einem Schlitz 20, in den die Schwungscheibe 8 hineinragt. Im Gehäuse 19 ist unter dem Schlitz 20 eine Lumineszenzdiode 21 und über dem Schlitz 20 eine Fotodiode 22 mit einer Blende 23 angeordnet. Sowohl die Leuchtfläche der Lumines zenzdiode 21 als auch die lichtempfindliche Fläche der Fotodiode 22 entspricht mindestens der Öffnung der Blende 23.
Die Schwungscheibe 8 ist mit einer Öffnung, die eine Blende 24 bildet, versehen, vergl. Fig. 3. Die Öffnung der Blende 24 ist durch zwei kreisbogenförmi ge, zur Torsionspendelachse 25 konzentrische Randteile 26, 27 und zwei zu .dieser Achse 25 radiale Randteile 28, 29 begrenzt. Die Öffnung der Blende 23 ist derjenigen der Blende 24 kongruent, ihre den Rand teilen 26, 27, 28, 29 entsprechenden Randteile- sind mit 30, 31, 32, 33 bezeichnet. In Ruhelage des Pendels haben die Blenden 23 und 24 die in Fig. 3 dargestellte gegenseitige Lage, in welcher eine Hälfte einer Blende über der anderen Hälfte der anderen Blende liegt. Dabei ist die Fotodiode 22 zur Hälfte beleuchtet. Dieser Beleuchtung entspricht ein Gleichstrom im Stromkreis der Fotodiode.
Wenn das Pendel schwingt, tritt ein diesem Gleichstrom überlagerter Wechselstrom auf, des sen Frequenz derjenigen der Pendelschwingung ent spricht und dessen Kurvenform sowie Amplitude der Pendelschwingung unter der Voraussetzung entspricht, dass der Randteil 28 der Blende 24 den Bereich zwischen den Randteilen 32 und 33 der Blende 23 nicht überschreitet.
Um diese Voraussetzung auch dann zu erfüllen, wenn der Kunststoffprobekörper sich infolge elastischer Ermüdung während der Schwingungsversu che insbesondere bei höherer Temperatur verwindet, ist der von den radialen Randteilen 28 und 29 der Blenderöffnung 24 eingeschlossene Winkel und der ebenso grosse, von den Randteilen 32 und 33 der Blende 23 eingeschlossene Winkel nicht kleiner als die Summe aus dieser Verwindung und der grössten Schwingungs amplitude.
Die ortsfeste Blende 23 kann statt vor der Fotodiode 22 auch vor der Lumineszenzdiode 21 angeordnet sein.
Nur eine .der beiden Blenden braucht allseitig be grenzt zu sein. Diese Begrenzung kann zum Beispiel ein Rahmen sein, der die lichtempfindliche Fläche der Fotodiode oder die Leichtfläche der Lumineszenzdiode umschliesst. Die andere Blende kann ein Blendenflügel mit einem zur Schwingungsachse des Pendels radialen Randteil sein, der sich in der Ausgangslage des Pendels über der Mitte der Blenderöffnung befindet.
Die Fotodiode ist zweckmässig mit einem Transistor zu einem Fototransistor vereinigt.
Selbstverständlich kann an Stelle der Lumineszenz diode eine Glühlampe und/oder an Stelle der Fotodiode ein lichtelektrisches Organ mit kleinerer lichtempfindli cher Fläche verwendet werden, jedoch sind dann opti sche Mittel (Sammellinsen, Hohlspiegel) erforderlich, inbezug auf welche die Glühlampe bzw. das lichtelektri sche Organ justiert werden muss, um die Öffnung der Blende gleichmässig auszuleuchten bzw. das Lichtbün del, dessen Querschnitt der Blenderöffnung entspricht, vollständig zu erfassen.
Die Lumineszenzdiode hat gegenüber einer Glühlampe ausserdem folgende Vorteile: wesentliche längere Lebensdauer ohne Nachlassen der Leuchtwirkung, geringeren Stromverbrauch, einfachere Montage, praktisch keine Erwärmung, günstigere spek trale Verteilung des Lichtes, die derjenigen einer Foto diode besser angepasst ist und zu einem vernachlässigba- ren Tageslichteinfluss führt.