DE102018002701A1

DE102018002701A1 - Zeitstandprüfmaschine zur Messung des Kriechens von Elastomeren

Info

Publication number: DE102018002701A1
Application number: DE102018002701.6A
Authority: DE
Inventors: Mark Lipskiy; Harald Wittmaier; Robert Geiger; Vladimir Kartsovnik
Original assignee: Kultur- Ingenieur- und Wissenschafts-Gesellschaft EV (kiw-Gesellschaft EV); Kultur Ingenieur und Wss Gesellschaft E V Kiw Gesellschaft E V
Current assignee: Kultur- Ingenieur- und Wissenschafts-Gesellschaft EV (kiw-Gesellschaft EV); Kultur Ingenieur und Wss Gesellschaft E V Kiw Gesellschaft E V
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Zeitstandprüfmaschine zur Messung des Kriechens von Elastomerstoffen, umfassend einen Tragkörper, in dem eine obere Spannklemme und eine untere Spannklemme zur Befestigung der zu prüfenden Elastomerprobe sowie Vorrichtungen zur Messung der Deformation und Vorrichtungen zur Befestigung und Verschiebung von Lasten installiert sind, die sich dadurch gekennzeichnet dass:
1.1. an die untere Spannklemme zur Zugbeanspruchung von Testprobe eine Zugvorrichtung zur Lastaufhängung befestigt ist, ausgeführt als flacher metallischer Streifen mit einer Länge, welche beim Bruch die Länge der Ausgangsprobe übersteigt, und eingebaut in die Führungsbahnen, wodurch sie in einer Ebene befestigt wird und mechanisch mit dem Messgeber der Streifenverschiebungen kontaktiert,
1.2. der Messgeber der Streifenverschiebungen in Form eines Zahnrädchens ausgeführt und ein Bestandteil des Messsystems der Deformation ist, zu dem eine optische Vorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Fotozelle gehören, welche die elektrischen Signalimpulse im Moment der Durchquerung des Lichtstrahls mit Zähnen des rotierendes Rädchens registriert,

Description

Es existieren moderne Geräte und Anlagen, beispielsweise universelle Bruchprüfungsmaschinen der Firmen Zwick, Instron und anderer Firmen, die zur Messung des Kriechens geeignet sind. In der Regel sind Geräte aus der Serienproduktion für standardisierte Proben des zu prüfenden Materials konzipiert, für welche hohe Belastungen erforderlich sind, dabei sind sie zur Messung geringer Werte der Deformationsänderungen (maximal bis 200 mm) bestimmt.
Jedoch sind für viele Materialien, speziell für Elastomere, deren typischer Repräsentant das Gummi ist, geringere Belastungen und bedeutend höhere Werte der Deformationsänderung der Probe erforderlich.
Bekannt ist die Anlage zur Deformationsmessung, teilweise geeignet zur Erforschung des Kriechens von Polymeren: 40-300ff Zeitstandanlage / Kriechprüfmaschine Coesfeld Materialtest (Coesfeld GmbH & Co. KG).
Deren Einsatz ist dadurch eingeschränkt, dass

- minimale Belastungen die erforderlichen mindestens um das 10-fache übersteigen,
- die Verfahrgeschwindigkeit zu gering ist,
- die Dehnungslänge der Probe, d.h. Verfahrsweg der Prüfvorrichtung auf 200 mm begrenzt ist, (die erforderliche Streckung kann aufgrund der Konstruktionsbesonderheiten solch einer Maschine nicht ausgeführt werden).

Die Erfindung ist auf die Lösung der technischen Aufgabe zur Schaffung einer Zeitstandprüfmaschine gerichtet, wodurch Messungen des Kriechens von Elasomerstoffen möglich sind, wobei

- minimale Belastungen gewährleistet sind,
- ausreichend hohe Belastungsgeschwindigkeiten gewährleistet sind,
- eine zehnfache Dehnung der Probe gewährleistet ist.

Die Lösung der genannten technischen Aufgabe wird erreicht, indem angeboten wird:

1. Zeitstandprüfmaschine zur Messung des Kriechens von Elastomerstoffen, umfassend einen Tragkörper , in dem eine obere Spannklemme und eine untere Spannklemm zur Befestigung der zu prüfenden Elastomerprobe sowie Vorrichtungen zur Messung der Deformation und Vorrichtungen zur Befestigung und Verschiebung von Lasten installiert sind, die sich dadurch gekennzeichnet, dass:
- 1.1 an die untere Spannklemme zur Zugbeanspruchung von Testprobe eine Zugvorrichtung zur Lastaufhängung befestigt ist, ausgeführt als flacher metallischer Streifen mit einer Länge, welche beim Bruch die Länge der Ausgangsprobe übersteigt, und eingebaut in die Führungsbahnen, wodurch sie in einer Ebene befestigt wird und mechanisch mit dem Messgeber der Streifenverschiebungen kontaktiert,
- 1.2. der Messgeber der Streifenverschiebungen in Form eines Zahnrädchens ausgeführt ist und ein Bestandteil des Messsystems der Deformation ist, zu dem eine optische Vorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Fotozelle gehören, welche die elektrische Signalimpulse im Moment der Durchquerung des Lichtstrahls mit Zähnen des rotierendes Rädchens registriert,
2. die Vorrichtung für sanfte Laststeigerung umfasst einen Elektromotor mit einem Reduzierer und eine bewegliche Stützfläche, die durch zwei Stränge mit der Ausgangswelle des Reduzierers verbunden ist,
- 2.1 auf der Stützfläche und an der Last sind mit gegenüberliegenden Konsolen ein Reed-Schalter und ein Betätigungsmagnet so eingebaut, dass bei Annäherung der Last an die Stützfläche der Reed-Schalter einschließt,
- 2.2 auf dem Tragkörper, an Ende des Lastbahnsteigs ist eine Taste installiert, die sich bei Annäherung der Stützfläche einschaltet,
3. darin ist eine Thermokammer für Prüfkörper in Form einer Sektion des Tragkörpers mit einer Tür eingebaut.

Die in der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, dass beim Einsatz der Merkmale, vorgeschlagen in den Punkten 1 bis 3 der Patentansprüchen,

- das Problem der Gewährleistung einer großen Deformationslänge (bis 1000%) der zu prüfenden Probe bis hin zum Bruch gelöst wird,
- die Anwendung der Stützfläche mit elektrischer Steuerung ihrer Bewegung fließende Belastung der Probe in der Zeit bis zum Erreichen eines konstanten Gewichts sichert,
- der Einsatz des Messgebers der Streifenverschiebungen mit einem elektronen-optischen Wandlers es ermöglicht, die Deformationsmessung bei hohen Verstreckungsgraden mit einer hohen Präzision (bis zu 0,15%) und einer fließenden Registrierung der Kriechkurven bei hoher Anzahl von Messpunkten zu realisieren. Das bei grafischer Differenzierung von Kriechkurven, ist wichtig.
- die Datenausgabe über Deformation und Zeit mittels Mikrocontrollers zum Computer die Bearbeitung dieser Daten mit dem üblichen Excel-Programm am PC ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist von den Erfindern aufgebauter Anlage mit Funktionen der Zeitstandprüfmaschine dargestellt.
Die Anlage ist für Bestimmung der Abhängigkeit der Deformation einer Elastomerprobe (Gummi) von der angreifenden Last in einem Temperaturbereich zwischen der Zimmertemperatur und 110°C vorgesehen.
Nachstehend sind das Anlagenschema und die Beschreibung dessen Bestandteile aufgeführt:

1. Tragkörper der Anlage
2. Thermokammer
3. obere Spannklemme der Probe
4. untere Spannklemme der Probe
5. Zugvorrichtung für Last, welche die Messgeber der Probenverschiebung D1 und D2 zur Rotation bringt
6. Deformationsgeber D1
7. Grafikzeichner-Geber D2
8. Baueinheit zur Bildung der Signale für Grafikaufbau vom Messgeber D1
9. Baueinheit zur Bildung der Signale für Grafikaufbau vom Messgeber D2
10. Triebwerk zur Senkung und Hebung der Last
11. Vorrichtung zur Überwachung des Auffangens der Last
12. Last
13. Mobile Stützplatte zur Verschiebung der Last
14. Sicherheitssensor für den Laststurz
15. Elastomerprobe

Das Gerät funktioniert auf folgende Art und Weise.
Während des Vorgangs der Vorbereitung des Versuchs (Messung des Kriechens einer Elastomerprobe) werden die Endstücke der ausgewählten Probe in den oberen (3) und unteren (4) Spannklemmen befestigt
Die mobile Stützplatte (13) mit der darauf befestigten Last (12) steigt auf Kommando vom Schaltpult aus (10) nach oben, um die Nullstellung der Zugspannung der in den Spannklemmen (3) und (4) befestigten Probe zu gewährleisten. Die Hebung erfolgt mittels einer Welle, die mit dem Triebwerk und dem Reduktionsgerät (10) verbunden ist. Auf die Welle wickeln sich die Stränge auf, die auf der Stützplatte mit der Last befestigt sind.
Mit dem Regler vom Pult der Temperaturregelung (auf dem Schema nicht gezeigt) wird die ausgewählte Temperatur in der Thermokammer eingestellt, die mit der Tür mit einer gläsernen Vorderwand verschlossen ist. Die Temperatur vom Heizgerät mit einem Ventilator wird durch ein Thermoelement kontrolliert.
Mittels des Personalcomputers (PC) und der Baueinheit zur Bildung der Signale vom Messgeber D1 wird die Auflösung der Informationsaufnahme über die Längenausdehnung der Probe definiert.
Genau so wird die Auflösung vom D2 des Aufbaus der grafischen Darstellung der Deformation im Zeitverlauf definiert.
Es wird die notwendige Geschwindigkeit der Belastung der Probe gewählt.
Auf Kommando vom Schaltpult aus beginnt der Belastungsvorgang der Probe (Senkung der mobilen Stützplatte).
In dem Moment, wenn sich die Spannkraft der Probe durch das Seil und die Zugvorrichtung (5) dem Lastgewicht (12) angleichen, kommt es zum Losreißen der Last von der Stützplatte (13), die sich kontinuierlich senkt.
Dieser Zeitpunkt wird registriert und von da ab beginnt die Ablesung des Dehnungswertes der Probe mittels der Messgeber (6) und (7).
Die Stützplatte senkt sich immer noch und kommt, nachdem sie das Ende der Last um 1 cm überholt hat, mittels Magnets, und Reed-Kontakts (11) zum Stehen. Des Weiteren erfolgt je nach dem Senkungsgrad der Last automatische Überwachung dieses Spaltes. Beim Probebruch wird die stürzende Last mit der Stützplatte mittels Sicherheitstaste (14) gestoppt, um der Anlage beim Laststurz keinen Schaden zuzufügen.
Die Streckung der Elastomerprobe und die entsprechende Verschiebung der Zugvorrichtung (5) führen zur Rotation des Zahnrädchens am Messgeber D, der mit der Zugvorrichtung kontaktiert. Durch den elektronen-optischen Messgeber D 1 wird das Signal von der Verschiebung der Zugvorrichtung zum PC weitergeleitet. Diese Signale und die entsprechenden Zeitabstände werden auf dem PC-Monitor dargestellt und als zwei getrennte Daten-Pools gespeichert. Außerdem wird auf dem Monitor dargestellt und in der Datenbank des PC gespeichert die Grafik des Deformationsvorgangs der Probe in Echtzeit. Die zeitliche Auflösung der Grafik kann im Bereich zwischen 16 msec und 1 sec gewählt werden. Die Geschwindigkeit der Probenbeanspruchung kann zwischen 1 und 20 cm/sec vorgegeben werden.
Die Auflösung der Abnahme von Zahlenwerten der Probendeformation kann im Bereich zwischen 0,001 und 1 sec definiert werden.
Bei Ablesung der Probendeformation im Bereich bis 350 mm wurde der Skalenwert von 0,36 mm gewählt, aber er kann bis auf 0,1 MM verringert werden.
Die maximale Größe der angreifenden Belastung wurde in Abhängigkeit des zu prüfenden Materials gewählt. Für organisches Silikongummi in der Form einer zweiseitigen Schaufel standardisierter Abmessung mit einer Dicke und Breite des Arbeitsteils von je 2 und 3 mm betrug sie zum Beispiel 6 kg.
Die Versuchsdauer ist nicht eingeschränkt.
Ferner werden die Kriechdaten mittels entsprechender theoretischer Gleichungen in die Kriechkurven und deren Approximation zwecks Kriechprognose umwandelt.
Bezugszeichenliste

1.: Tragkörper der Anlage
2.: Thermokammer
3.: obere Spannklemme der Probe
4.: untere Spannklemme der Probe
5.: Zugvorrichtung für Last, welche die Messgeber der Probenverschiebung D1 und D2 zur Rotation bringt
6.: Deformationsgeber D1
7.: Grafikzeichner-Geber D2
8.: Baueinheit zur Bildung der Signale für Grafikaufbau vom Messgeber D1
9.: Baueinheit zur Bildung der Signale für Grafikaufbau vom Messgeber D2
10.: Triebwerk zur Senkung und Hebung der Last
11.: Vorrichtung zur Überwachung des Auffangens der Last
12.: Last
13.: Mobile Stützplatte zur Verschiebung der Last
14.: Sicherheitssensor für den Laststurz
15.: Elastomerprobe

Claims

Zeitstandprüfmaschine zur Messung des Kriechens von Elastomerstoffen, umfassend einen Tragkörper, in dem eine obere Spannklemme und eine untere Spannklemme zur Befestigung der zu prüfenden Elastomerprobe sowie Vorrichtungen zur Messung der Deformation und Vorrichtungen zur Befestigung und Verschiebung von Lasten installiert sind, die sich dadurch gekennzeichnet dass: 1.1. an die untere Spannklemme zur Zugbeanspruchung von Testprobe eine Zugvorrichtung zur Lastaufhängung befestigt ist, ausgeführt als flacher metallischer Streifen mit einer Länge, welche beim Bruch die Länge der Ausgangsprobe übersteigt, und eingebaut in die Führungsbahnen, wodurch sie in einer Ebene befestigt wird und mechanisch mit dem Messgeber der Streifenverschiebungen kontaktiert, 1.2. der Messgeber der Streifenverschiebungen in Form eines Zahnrädchens ausgeführt und ein Bestandteil des Messsystems der Deformation ist, zu dem eine optische Vorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Fotozelle gehören, welche die elektrischen Signalimpulse im Moment der Durchquerung des Lichtstrahls mit Zähnen des rotierendes Rädchens registriert,
die Vorrichtung für sanfte Laststeigerung umfasst einen Elektromotor mit einem Reduzierer und eine bewegliche Stützfläche, die durch zwei Stränge mit der Ausgangswelle des Reduzierers verbunden ist, 2.1 auf der Stützfläche und an der Last sind mit gegenüberliegenden Konsolen ein Reed-Schalter und ein Betätigungsmagnet so eingebaut, dass bei Annäherung der Last an die Stützfläche der Reed-Schalter sich einschaltet, 2.2 auf dem Tragkörper, an Ende des Lastbahnstegs ist eine Taste installiert, die sich bei Annäherung der Stützfläche einschaltet,
darin ist eine Thermokammer für Prüfkörper in Form einer Sektion des Tragkörpers mit einer Tür eingebaut.