DE1773297C3

DE1773297C3 - Method for measuring the rheological properties of elastomeric materials and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE1773297C3
Application number: DE19681773297
Authority: DE
Inventors: Raleigh Warren Akron Ohio Wise (V.St.A.)
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1967-04-27
Filing date: 1968-04-26
Publication date: 1976-05-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung ler Theologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe, »ei dem eine Elastomerprobc einer periodischen Torionsverformung unterworfen wird und ein dem dafür ^forderlichen Drehmoment proportionales elektriiches Mclisignal erzeugt wird, nach Patent 14 73 523, iowic eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Vcr-'iihrpns. The invention relates to a method for measuring the theological properties of elastomeric materials, “One for which an elastomer sample is subjected to periodic torsional deformation and one for that ^ required torque proportional electrical Mclisignal is generated, according to patent 14 73 523, iowic a device for carrying out this Vcr-'iihrpns.

Es existieren mehrere Verfahren zur Messung undThere are several methods of measurement and

Aufzeichnung der Deformationssignale fur das m.tRecording of the deformation signals for the m.t.

Lr oszillierenden Scheibe arbeitende Rheometer.Lr oscillating disc working rheometer.

wie es ζ B Im Hauptpatent DT-PS 14 73 523 oder inas it ζ B in the main patent DT-PS 14 73 523 or in

der US-PS 30 39 297 besenrieben ist.the US-PS 30 39 297 is brushed.

Zum Beispiel können die Deformat.onss.gnale als sinusförmige Spannungssignale direkt aufgenommen werden Dies ist jedoch unerwünscht, da statt einer kontinuierlichen, glatten Kurve der gesamte Spannuigsdehnungszyklus aufgenommen w.rd Das sinusförmige Spannungssignal kann in em Gleichstromsignal umgewandelt werden, das für die Aufzeichnung gee.g-Tt ist so daß man eine glatte Kurve erhalt. Hierbei κι Jedoch nachteilig, daß eine kompilierte aufwendige elektronische Anordnung benötigt w.rd. Hierzu wird beispielsweise auf die US-PS 29 42 188 verwesen.For example, the Deformat.onss.gnale can be used as a sinusoidal Voltage signals are recorded directly, but this is undesirable because instead of a continuous, smooth curve of the entire stress-strain cycle recorded w.rd The sinusoidal voltage signal can be embed in a direct current signal be converted, the gee.g-Tt for the recording is so that you get a smooth curve. Here κι However, it is disadvantageous that a compiled electronic arrangement required w.rd. For this purpose, reference is made to US Pat. No. 2,942,188, for example.

Aus der US-PS 29 16 701 ist ein Verfahren zum Messen der Ermüdungeigenschaften von Werkstoffen bekannt bei dem ein Wechselstromsignal von einer Spanto nungsmeßbrücke abgenommen und das Signal durch e"n lampling-Relais abgefragt w.rd. Das s.ch ergebende direkte Signal hat die Form eines pulsierenden Gleichstroms, so daß es nicht zur Aufnahme und Aufzeichnung geeignet ist. Die nicht g eingerichtete Span-₂, nung wird auf einem Oszilloskop sichtbar gemachtFrom US-PS 29 16 701 a method for measuring the fatigue properties of materials is known in which an alternating current signal is removed from a Spanto voltage measuring bridge and the signal is queried by e "n lampling relay w.rd. The s.ch resulting direct signal so that it is not suitable for receiving and recording the shape of a pulsating direct current. the non g furnished particleboard _2, voltage is made visible on an oscilloscope

Weiterhin sind Spannungsverstärkungs-Glc.chnchterkreise bekannt und z. B. in der Zeitschrift »Applied Electronics«. Kapitel Vl. S. 334 bis 337 (1954). beschne-Furthermore, voltage boosting equipments are used known and z. B. in the magazine "Applied Electronics". Chapter Vl. Pp. 334 to 337 (1954). snowing

v> ^bCNach dem Ausführungsbeispiel des Hauptpatents dient beispielsweise ein mit einem Hebel verbundener Dehnungsmeßstreifen, dessen Ausgangss.gnal von einem Spannungswandler aufgenommen w.rd, zur Messung des aufgewendeten Drehmoments. Die sinusforis migen Signale der beiden Spannungswandler können verstärkt und in geeignete Aufzeichnung- und AuslcscRcrätc eingespeist werden. Diese sinusförmigen Aus gangssignale haben sich jedoch als nachteilig herausgestellt da statt einer kontinuierlichen, glatten Kurve der gesamte Zyklus der Torsionswechselbelastung aufgenommen wird. Es wird deshalb angestrebt, die sinusförmigen Ausgangssignale des Kraftumformers in möglichst einfach auszuwertende, insbesondere glatte Kurven umzuwandeln.v> ^bC According to the exemplary embodiment of the main patent, a strain gauge connected to a lever, whose output signal is recorded by a voltage converter, is used, for example, to measure the torque applied. The sinusoidal signals from the two voltage converters can be amplified and fed into suitable recording and output devices. However, these sinusoidal output signals have proven to be disadvantageous because instead of a continuous, smooth curve, the entire cycle of the alternating torsional load is recorded. The aim is therefore to convert the sinusoidal output signals of the force converter into curves that are as easy to evaluate as possible, in particular smooth curves.

4s Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ' ein Verfahren zur Messung der Theologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem für das Probenmatcrial eine glatte Aushärtekurve angezeigt wird.4s The invention is therefore based on the object 'A method for measuring the theological properties of elastomeric materials of the specified type to create a smooth for the sample material Curing curve is displayed.

so Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Meßsignal fortlaufend jeweils bei wen.g stens einer bestimmten Phase der Verformungspenode abgetastet und die so gewonnene Folge von Signaler zur Gewinnung eines im wesentlichen stetigen Anzei 5S gesignals zwischengespeichert wird.so According to the invention, this object is achieved in that the measurement signal is continuously generated at wen.g at least a certain phase of the deformation penode is scanned and the resulting sequence of signalers is buffered to obtain an essentially continuous display 5S signal.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen msbe sondere in folgender Wirkungsweise: Das übliche, si nusförmige Meßsignal für die Torsionswechselbela stung, wie es z. B. von einem Kraftumformer als Aus eangs'signal erzeugt wird, kann eine hohe Frequen; ζ B in der Größenordnung von 100 Zyklen pro Minuti besitzen. Gemäß der Erfindung wird dieses Mcßsigiii forllaufend jeweils bei einer bestimmten Phase de Verformungsperiode, d. h. bei einer bestimmten Defoi maiion der Elastomerpiobe abgL-tastet, so daß ein Folge von Meßwerten gewonnen wird. Der dadurc bestimmte Bereich der Verformungspcriodc kann fr gewählt werden. Zur Gewinnung einer kontmuierlThe advantages achieved by the invention are msbe special in the following mode of action: The usual, si nus-shaped measurement signal for the Torsionswechselbela stung, as z. B. is generated by a force transducer as from eangs'signal, a high frequency; Have ζ B on the order of 100 cycles per minute. According to the invention, this signal is continuously scanned at a specific phase of the deformation period, that is, at a specific deformation of the elastomeric object, so that a sequence of measured values is obtained. The deformation period determined by this can be selected for. To obtain a continuous

chen. glatten Aushärtekurve werden diese Meßwerte zwischengespeichert. Dadurch kann also nicht nur auf einfache Weise ein leicht auszuwertendes Gleichspannungssignal erhalten werden, sondern es besteht auch die Möglichkeit, gezielt die bei einer ganz bestimmten Verformungsphase erforderliche Krau zu bestimmen.chen. These measured values are temporarily stored with a smooth hardening curve. So this can not just go on a simple way an easy to evaluate DC voltage signal can be obtained, but it also exists the possibility of specifically determining the required force for a very specific deformation phase.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einem Antriebsmechanismus zur Ausübung einer werden. Dies ist jedoch nachteilig, da die erforderliche zusätzliche Einstellung im Spannungs- und Dehnungskreis einerseits Zeit kostet und andererseits weitere Probleme aufwirft. Werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein zweiter Kondensator am Ausgang des Kraftumformers und zwei Schalter vorgesehen, von denen der eine den zweiten Kondensator mit dem einen Anschluß und der andere den zweiten Kondensator mit dem anderen Anschluß des ersten Kondensators verFurthermore, according to the invention, there is an apparatus for carrying out the aforementioned method with a drive mechanism to exercise a be. However, this is disadvantageous because the required additional setting in the tension and strain circuit on the one hand costs time and on the other hand additional Poses problems. If a second capacitor at the output of the device according to the invention Force converter and two switches are provided, one of which is the second capacitor with the one Terminal and the other the second capacitor to the other terminal of the first capacitor ver

periodischer. Torsionsverformung auf eine Elastomer- io bindet, so wird die Gleichstromkomponente ohne wei probe und mit einem elektronen Kraftumformer zur teren Aufwand abgetrennt, da nur die dem Wechsel-Messung des dafür erforderlichen Drehmoments geschaffen, die mindesten einen vom .Antriebsmechanismus jeweils bei wenigstens einer bestimmten Phase der
Verformungsperiode betätigbaren Schalter zwischen 15
dem Kraftumformer und einem Speicherkondensator
aufweist.more periodic. Torsional deformation binds to an elastomer io, the direct current component is separated without a white sample and with an electronic force transducer for further effort, since only the alternating measurement of the torque required for this is created, the at least one of the drive mechanism in each case at least one specific phase the
Deformation period actuatable switch between 15
the power converter and a storage capacitor
having.

Diese Vorrichtung liefert ein glattes elektrisches Signal, das proportional der Scherbeanspruchung der This device delivers a smooth electrical signal that is proportional to the shear stress of the

Versuchsproben bei einer bestimmten Verformung und 20 strom, die innerhalb eines großen Frequenzbereichs arbeiten, sind jedoch relativ kompliziert. Im allgemeinen wird das Wechselstromausgangssignal eines Spannungs- und Dehnungsmessers über einen FrequenzbeTest samples at a certain deformation and 20 current, which work within a large frequency range, however, they are relatively complicated. In general, the AC output signal of a voltage and strain gauge over a frequency range

stromsignal zugeordnete Spannung gemessen wird. Damit ist die sonst übliche Ausgleichsschaltung für den Spannungs- und Dehnungsmesser nicht erforderlich.The voltage assigned to the current signal is measured. This is the usual compensation circuit for the Tension and strain gauges are not required.

Versuchsinstrumente, die zyklische und pulsierende Scherkräfte auf ein Versuchsmaterial ausüben, werden vorzugsweise innerhalb eines großen Bereichs von Oszillationsfrequenzen betrieben. Die bekannten Verfahren zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichreich von 1 Zyklus bis 900 Zyklen pro Minute gemes-Experimental instruments which apply cyclic and pulsatile shear forces to a test material are preferably operated within a wide range of oscillation frequencies. The known processes for converting alternating current into direct current from 1 cycle to 900 cycles per minute are measured

Dehnung isl.
Mit Hilfe eines Versuchsinstruments wird die EIa-Elongation isl.
With the help of an experimental instrument, the EIa-

itomerprobe Torsionswechselbelastungen unterworfen.itomerprobe subjected to alternating torsional loads.

Ein Kraftumformer erzeugt ein dem aufgewendetenA force transducer generates an amount that is expended

Drehmoment und damit der auf die Probe ausgeübten 25 sen. Auch in diesem weiten Frequenzbereich wird erfin-Torque and thus the 25 sen exerted on the specimen. In this wide frequency range, inventions are also

Torsionswechselbelastung proportionales Spannungs- dungsgemäß ein rasches Ansprechen auf ÄnderungenAlternating torsional stress proportional to stress, which means a rapid response to changes

der Größe des Spanungsausgangssignais des Spannungs- und Dehnungsmessers erreicht. Das ist bei Messungen mit bestimmten Instrumenten, wie z. B. einemthe size of the voltage output signal of the voltmeter and strain gauge. That is with measurements with certain instruments, such as B. a

tignal als Ausgangssignal. Ein Kondensator oder ein Paar Kondensatoren ist mit dem Kraftumformer verbunden, so daß der Kondensator oder das Paar auf einesignal as output signal. A capacitor or a pair of capacitors is connected to the force transducer, so that the capacitor or pair on one

Spannung entsprechend dem Ausgangssignal des 30 Oszillations-Scheibenrheometer von großer Bedeu-Kraftumformers aufgeladen wird. Ein Schalter oder ein tung, da sich das Signal während des Versuchs oft sehr Paar Schalter ist mit dem Kondensator bzw. den Kondensatoren sowie dem Umformer verbunden. Der oderVoltage corresponding to the output signal of the oscillating disc rheometer from a large Bedeu force transducer being charged. A switch or device, as the signal is often very different during the experiment Pair of switches is connected to the capacitor or capacitors and the converter. The river Oder

die Schalter werden durch das Versuchsinstrument bei rasch ändert.the switches are changed rapidly by the experimental instrument.

Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlcr messen der Regel entweder den Spitzen- oder den Durcheiner bestimmten Verformung der Probe in der Druck- 35 schnittswert des Wechselstromspannungs-Ausgangskamnier betätigt. So können z. B. der oder die Schalter signals der Spannungs- und Dehnungsmesser. Bei derAC-to-DC converters typically measure either the peak or the diameter certain deformation of the specimen in the pressure average value of the alternating current voltage output chamber actuated. So z. B. the switch or signals of the tension and strain gauges. In the

Ermittlung des dynamischen Moduls von Elastomerproben, die zyklischen Deformationen ausgesetzt werDetermination of the dynamic modulus of elastomer samples that are exposed to cyclic deformations

den, ist es oft erwünscht, die Spannung zu messen, dieden, it is often desirable to measure the voltage that

mittels eines Magneten betätigt werden, der um Umfang der Welle des Motors des Versuchsinstruments
angeordnet ist. Die Schalter sollen in jedem Fall so angebracht sein, daß sie an einem bestimmten Punkt des 40 durch den Spannungs- und Dehnungsmesser erzeugt durch die Oszillationsbewegung der Scheibe ausgeüb- wird, wenn die Probe die maximale Verformung auften Dehnungszyklus betätigt werden. Die mechanische weist, um den phasengleichen, dynamischen Modul zuoperated by means of a magnet, which is placed around the circumference of the shaft of the test instrument's motor
is arranged. In any case, the switches should be positioned so that they are applied at a certain point in the tension and strain gauge generated by the oscillating motion of the disk when the specimen is subjected to maximum deformation on the elongation cycle. The mechanical assigns to the in-phase, dynamic module

erhalten. Die andere Messung bei der Verformung Null die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls sehr einfach durchgeführt werden kann, liefert den phasenverschobenen dynamischen Modul. Um eine solche Messung mit den zur Zeit verfügbaren Vorrichtunger durchzuführen, muß ein Instrument verwendet werden das Vectorvoltmeter oder phasenempfindlicher Wech 50 receive. The other measurement at zero deformation, which can also be carried out very easily with the device according to the invention, supplies the phase-shifted dynamic module. In order to make such a measurement with currently available equipment, an instrument must be used, the vector voltmeter or phase sensitive AC 50

Spannung oder Dehnung an diesem Punkt der Scherbcanspruchung der Elastomerprobe wird gemessen, wobei sich eine glatte Kurve ergibt.Stress or strain at this point of shear stress on the elastomer sample is measured, resulting in a smooth curve.

Eine solche Vorrichtung kann gegebenenfalls noch nachträglich bei jedem mit eines oszillierenden Scheibe arbeitenden Rheometer als Zusatzeinheit eingebaut werden, so daß nur noch der oder die zusätzlichen Schalter bzw. deren Betätigungseinrichtungen an dem Gerät angebracht werden müssen, während die zusätzlichen elektrischen Einrichtungen von dem Gerät unabhängig sind. Dadurch läßt sich also auch mit älteren Rheometern eine glatte Aushärtekurve erreichen.Such a device can optionally be retrofitted to each with an oscillating disk working rheometer can be installed as an additional unit, so that only the additional Switches or their operating devices must be attached to the device, while the additional electrical facilities are independent of the device. This means that it can also be used with older Rheometers achieve a smooth curing curve.

selstrom-Gleichstrom-Umformer genannt wird. Be einem solchen Gerät ist es jedoch erforderlich, daß so wohl das Signal, das der Verformung der Probe zu geordnet ist, als auch die resultierende Spannung ge messen und verarbeitet werden. Im Gegensatz hierziselstrom-DC converter is called. In such an apparatus, however, it is necessary that so probably the signal that is assigned to the deformation of the sample, as well as the resulting stress ge measure and be processed. In contrast to this

Der wesentliche Vorteil einer glatten \ushärtekurve 55 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eiiThe essential advantage of a smooth hardness curve 55 is only eii in the method according to the invention

liegt darin, daß ihr die für die Praxis wichtigen Parameter der Elastomerprobe sofort entnommen werden können.lies in the fact that the parameters of the elastomer sample that are important for practical use are taken immediately from it be able.

Soll das Ausgangssignal eines Spannungs- und Dehnungsmessers bestimmt werden, so ergibt sich oft eine Kombination eines statischen Gleiehslromsignals und eines Wechselstromsignals, die einander überlagert sind, wobei nur das Wechselstromsignal ausgewertet werden soll. Wird das Signal direkt von dem Spaneinziges Signal benötigt, nämlich das Signal, welche: dem Modul der untersuchten Proben zugeordnet ist.Should be the output signal of a tension and strain gauge are determined, there is often a combination of a static DC signal and of an alternating current signal, which are superimposed on one another, with only the alternating current signal being evaluated shall be. If the signal is required directly from the chip only signal, namely the signal which: is assigned to the module of the samples examined.

Die Spannun an dem Speicherkondensator ist di< gleiche wie die des Ausgangssignals des Spannungs pnd Dehnungsmessers. Die Eichung des Kraftumfor mers wird erfindungsgemäß vereinfacht, da der Kraft umformer mit einer statischen Kraft belastet werdei kann. Das Gleichstrom-Ausgangssignal wird gemesser um die Empfindlichkeit des Kraftumformers in bezu|The voltage across the storage capacitor is di <the same as that of the output signal of the voltage pnd strain gauge. The calibration of the Kraftumfor mers is simplified according to the invention, since the force converter can be loaded with a static force. The DC output signal is measured to determine the sensitivity of the force converter in relation to |

nungs- und Dehnungsmesser abgenommen, so muß ⁶5 auf eine bestimmte, ausgeübte Kraft, unabhängig voi durch entsprechende Einstellung einer Ausgleichsschal- dem Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer, sicherzu tung, die mit dem Spannungs- und Dehnungsmesser
vprhimdon ist. die Gleichstromkomponente entferntvoltage and strain gauges are removed, then ⁶ 5 must safeguard against a certain, exerted force, independently of the setting of a compensation switch, the AC-DC converter, which works with the voltage and strain gauges
vprhimdon is. the DC component removed

stellen.put.

Bei der Untersuchung von Gummiproben mit einerWhen examining rubber samples with a

Oszillations-Scheibenrheometer ist sehr häufig ein unerwünscht hoher Gehalt an Harmonischen zu verzeichnen, die am Ausgang des Spannungserzeugenden Umformers auftreten. Dies stellt jedoch einen Nachteil dar, da die Harmonischen vermieden und nur die angelegten Frequenzen gemessen werden sollen. Sind nun nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die beiden Schalter mit einer Phasenverschiebung von 180° betätigbar, so werden alle geraden Harmonischen weitgehend beseitigt, so daß im wesentlichen nur die angelegten Frequenzen gemessen werden. Oscillating disc rheometer is very often an undesirable one high content of harmonics to be recorded at the output of the voltage-generating converter appear. However, this is a disadvantage since the harmonics are avoided and only the applied ones Frequencies are to be measured. Are now after a further embodiment of the invention Device, the two switches can be actuated with a phase shift of 180 °, so all are straight Harmonics largely eliminated, so that essentially only the applied frequencies are measured.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the schematic Drawings explained in more detail. It shows

Fi g. 1 eine Draufsicht auf ein Oszillations-Scheibenrheometer mit einem Magnet auf einem Flansch, der mit der Motorwelle verbunden ist, sowie mit zwei Schaltern,Fi g. 1 is a plan view of an oscillating disk rheometer with a magnet on a flange connected to the motor shaft, as well as with two Switches,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Oszillations-Scheibenrheometers mit einem Magnet auf einem Flansch, der mit der Motorwelle verbunden ist, sowie mit zwei Schaltern,Fig. 2 is a side view of an oscillating disc rheometer with a magnet on a flange connected to the motor shaft, as well as with two Switches,

F i g. 3 eine Darstellung einer Schaltanordnung nach der Erfindung,F i g. 3 an illustration of a switching arrangement according to the invention,

F i g. 4 eine Darstellung einer glatten Kurve, die sich beim Betrieb eines Oszillations-Scheibenrheometers mit 100 Zyklen pro Minute ergibt, undF i g. Figure 4 is a representation of a smooth curve that extends when operating an oscillating disc rheometer at 100 cycles per minute, and

F i g. 5 eine Darstellung der Abtastzeiten bei der Messung der mechanischen Spannung bei einer vorher bestimmten Scherbeanspruchung.F i g. 5 shows the sampling times when measuring the mechanical stress at a previous one certain shear stress.

Die Anordnung gemäß F i g. 1 weist einen Magneten 3 (F i g. 1 und 2) auf, welcher an einem Antriebsmechanismus 4. wie z. B. einem Flansch, einer Motorwelle 11 angebracht ist, die dazu dient, eine Scheibe 10 in Oszillationsbewegungen zu versetzen. Zwei benachbarte Schalter 1 und 2 sind derart angeordnet, daß der Schalterkontakt jedesmal dann geschlossen wird, wenn der Magnet an einem Schalter vorbeigeführt wird. Der Magnet kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß z. B. 5 von 360° eines durch die Oszillationsbewegung der Scheibe 10 verursachten Dehnungszyklus (s. F i g. 5) ausgewählt werden. Die optimale Größe dieses ausgewählten Aufnahme- und Abtastbereichs hängt von der Frequenz ab. Das Optimum wird durch einen Kompromiß zwischen einer gewünschten, kleinen Abtastperiode und den praktischen Einschränkungen in bezug auf die Ansprechgeschwindigkeit ermittelt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schalter so angeordnet, daß eine Betätigung jeweils an den Endpunkten der Oszillationsbewegung der Scheibe 10 (F i g. 1 und 2) erfolgt, d. h. also bei den Maxima der Torsionswechselbelastung. Statt der beiden erwähnten, magnetisch arbeitenden, benachbarten Schalter kann auch ein beliebiges anderes Schaltersystem verwendet werden.The arrangement according to FIG. 1 has a magnet 3 (FIGS. 1 and 2) which is attached to a drive mechanism 4. such as B. a flange, a motor shaft 11 is attached, which serves to set a disc 10 in oscillatory movements. Two adjacent Switches 1 and 2 are arranged in such a way that the switch contact is closed each time the magnet is moved past a switch. The magnet can, for example, be designed so that, for. B. 5 of 360 ° of an expansion cycle caused by the oscillating movement of the disk 10 (see FIG. 5) to be chosen. The optimal size of this selected recording and scanning area depends on the Frequency. The optimum is achieved by a compromise between a desired, small sampling period and the practical limitations on the speed of response. According to a preferred Embodiment, the switches are arranged so that an actuation in each case at the end points the oscillating movement of the disk 10 (Figs. 1 and 2) takes place, i.e. H. thus at the maxima of the alternating torsional load. Instead of the two magnetically operating, neighboring switches mentioned, a any other switch system can be used.

Ein sinusförmiges Ausgangssignal wird durch einen Kraftumformer 8 erzeugt, der mit einem Arm 5 in Verbindung steht. Ein durch einen Motor angetriebener Exzenter 6 ist mit dem Arm 5 durch einen Hebel 7 verbunden. Der Arm 5 ist an einer Welle 9 befestigt, die zusammen mit dem Arm 5 verschwenkt werden kann. Gegenüber dem Ende der Welle, an dem der Arm 5 an ihr befestigt ist. ist an der Welle 9 die Scheibe 10 befestigt. Die Scheibe 10 ist in eine Elastomer- wie ζ Β. Gummi-Probe eingebettet. Wird der Motor in Bewegung gesetzt, so durchläuft die Scheibe 10 auf Grund ihrer Verbindung mit dem Exzenter 6 eine Oszillationssewegung. Die Kraft die dazu erforderlich ist. um die Scheibe 10 in Oszillationsbewegungen zu vcrsetzei wird in dem Kraftumformer 8 gemessen. Der Magnet ist so am Umfang des Antriebsmechanismus angc bracht, daß er die Schalter \ und 2 betätigt, wenn di Scheibe 10 jeweils die Maxima ihrer Oszillationsbewe gungen erreicht, wobei der Schalter 1 bei dem positivci Maximum und der Schalter 2 bei dem negativen Maxi mum betätigt wird.A sinusoidal output signal is generated by a force transducer 8 which is connected to an arm 5. An eccentric 6 driven by a motor is connected to the arm 5 by a lever 7. The arm 5 is attached to a shaft 9 which can be pivoted together with the arm 5. Opposite the end of the shaft where the arm 5 is attached to it. the disk 10 is attached to the shaft 9. The disc 10 is in an elastomer such as ζ Β. Rubber sample embedded. If the motor is set in motion, the disk 10, due to its connection with the eccentric 6, runs through an oscillating movement. The strength that is required. In order to set the disk 10 into oscillatory movements, measurements are taken in the force transducer 8. The magnet is attached to the periphery of the drive mechanism so that it operates switches \ and 2 when the disk 10 reaches the maxima of its oscillation movements, with switch 1 operated at the positive maximum and switch 2 operated at the negative maximum will.

F i g. 3 zeigt eine Darstellung der Schaltung, liin herF i g. 3 shows an illustration of the circuit, liin her

ίο kömmlicher Kraftumformer eines Spannungs- um Dehnungsmessers wird mit Gleichstrom erregt. Dei Schalter 1 schließt beim positiven Maximalwert dei Verformung und Dehnung der Elastomer-Probe, wäh rend der Schalter 2 beim negativen Maximalwer schließt. Wird der Schalter 1 geschlossen, su lädt sich ein Kondensator A bis zu einer Spannung auf, dif gleich dem Ausgangssignal des Kraftumformers 8 be maximaler positiver Deformation der Elastomer-Probe ist. Wird der Schalter 2 geschlossen, so lädt sich ein Kondensator B bis zu einer Spannung auf, die gleich dem Ausgangssignal des Kraftumformers 8 bei maximaler negativer Deformation der Elastomer-Probe ist, und zwar zuzüglich der Spannung an dem Kondensator A oder der Summe sowohl der positiven als auch der negativen Signale. Dadurch wird ein herkömmlicher Halbwellen-Spannungsverdopplerkreis gebildet, bei dem die üblichen Gleichrichter (s. auch die zitiert? Stelle in »Applied Electronics«) durch die Schalter 1 und 2 ersetzt sind. Der Kondensator B lädt sich bis zu einer Spannung auf, die der maximalen Scherbeanspruchung der Elastomer-Probe bei maximaler Deformation entspricht. Ändert sich der Modul der Elastomerprobe, so ändert sich auch die Spannung an den Kondensatoren A und B mit dem nächsten Zyklus der Oszillationsbewegung der Scheibe 10. so daß man ein Gleichstromsignal erhält, das graphisch als glatte Kurve auf einem Aufnahmegerät aufgezeichnet wird. In besonderen Anwendungsfällen kann auf Wunsch auch ein Vollwellen-Spannungsverdopplerkreis benutzt werden. Obwohl ein Wellenverdopplerkreis bevorzugt wird, kann die Anordnung auch ohne einen derartigen Wellenverdopplerkreis verwendet werden. Die Widerstandswerte und die Kapazitätswerte werden so ausgewählt, daß man eine Zeitkonstante erhält, die für den Bereich der auftretenden Versuchsfrequenzen ein Optimum liefert. Solche Werte für eine optimale Betriebsweise in einem Frequenzbereich von 3 bis 900 Schwingungen pro Minute liegen bei 2μΠ0 Κω. In der Schaltung ist ein Spannungsdehnungsmesser mit vier aktiven Elementen dargestellt: es kann jedoch auch ein beliebiger anderer Umformer eingesetzt werden. Als Beispiele sollen ein Spannungsdehnungsmesser mit einem aktigen Zweig sowie ein Differentialumformer genannt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Aufzeichnungsgerät mit hochohmigem Eingang verwendet. Weiterhin kann ein hochohmiges Gleichstrom-Voltmeter oder eine andere Anzeigevorrichtung benutzt werden. ίο conventional force transducer of a voltage to strain gauge is excited with direct current. Dei switch 1 closes at the positive maximum value of the deformation and expansion of the elastomer sample, while switch 2 closes at the negative maximum value. If the switch 1 is closed, a capacitor A is charged up to a voltage dif is equal to the output signal of the force converter 8 at maximum positive deformation of the elastomer sample. If the switch 2 is closed, a capacitor B charges up to a voltage which is equal to the output signal of the force converter 8 at maximum negative deformation of the elastomer sample, plus the voltage on the capacitor A or the sum of both the positive ones as well as the negative signals. This creates a conventional half-wave voltage doubler circuit in which the usual rectifiers (see also the one quoted in "Applied Electronics") are replaced by switches 1 and 2. The capacitor B charges up to a voltage that corresponds to the maximum shear stress on the elastomer sample at maximum deformation. If the modulus of the elastomer sample changes, the voltage on the capacitors A and B also changes with the next cycle of the oscillating movement of the disk 10, so that a direct current signal is obtained which is graphically recorded as a smooth curve on a recording device. In special applications, a full-wave voltage doubler circuit can also be used on request. Although a wave doubler circuit is preferred, the arrangement can also be used without such a wave doubler circuit. The resistance values and the capacitance values are selected in such a way that a time constant is obtained which provides an optimum for the range of test frequencies that occur. Such values for optimal operation in a frequency range from 3 to 900 oscillations per minute are 2μΠ0 Κω. The circuit shows a strain gauge with four active elements: however, any other converter can be used. Examples include a stress strain gauge with an active branch and a differential converter. According to a preferred embodiment, a recording device with a high-impedance input is used. A high impedance DC voltmeter or other display device can also be used.

Die Anordnung kann auch mit einem einzelnen Schalter im Abtastkreis betrieben werden. Werden nur ein Schalter und ein Kondensator eingesetzt, so erfolgt die Spannungsmessung Null/Spitze statt Spitze/Spitze. Eine Verstimmung der Spannungsmesser-Brückenschaltung, die den Kraftumformer enthält, ergibt ein f>5 überlagertes Gleichstromsignal, das zusammen mit dem Wechselstromversuchssginal gemessen wird. Das Gleichstromsignal wird dadurch entfernt, daß die zur Messung der Probenspannung dienende Briickcnschal-The arrangement can also be operated with a single switch in the scanning circuit. Will only If a switch and a capacitor are used, the voltage measurement is zero / peak instead of peak / peak. A detuning of the voltmeter bridge circuit, which contains the force transducer, results in a f> 5 superimposed direct current signal which, together with measured by the AC test signal. The DC signal is removed by removing the for Bridge circuit used to measure the sample voltage

lung vor der Bestimmung des Wechselstrom-Versuchssignals ausgeglichen und abgestimmt wird. Dieser Ausgleich bzw. diese Abstimmung kann bei Voll- oder Halbwellen-Spannungsverdopplerkreisen, bei denen das Zweischalter-System eingesetzt wird, unterbleiben. Der Ausgleich der Spannungsmesser-Brückenschaltung zur Entfernung des Gleichstromsignals in einem Einschalter-System kann dadurch vermieden werden, daß die Gleichstromkomponente von dem Wechselstrom-Versuchssignal, das durch eine geignete Widerstands-Kapazitäts-Schaltung bestimmt werden soll, entkoppelt wird. Nur das Wechselstromsignal, das an dem Widerttand der Entkopplungsschaltung auftritt, wird dann abgetastet. Wegen der hohen Werte des Widerstands und der Kapazität verringert sich jedoch das Ansprechvermögen des Systems auf einen sich schnell ändernden Wechselstrom, da die hohen Werte von Widerstand und Kapazität zur Verhinderung einer unerwünschten Dämpfung des Wechselstrom-Versuchssignals erforderlich sind. Das Versuchssignal unterliegt einer Phasenverschiebung mit der Versuchsfrequenz, was auf den Widerstand und die Kapazität im Entkopplungskreis zurückzuführen ist. Diese Phasenverschiebung ändert den Teil des Wechselstrom-Versuchssignals, der abgetastet wird, so daß die Lage des Abtastschalters von der Versuchsfrequenz abhängig wird.
Die Betätigung des Schalters bzw. der Schalter erfolgt durch Mittel, die mit dem Teil des Versuchsgeräts verbunden sind, der die Scherbeanspruchung auf die Versuchsproben ausübt. So ist z. B. ein Magnet am Umfang der Welle des Motors des Versuchsgeräts angebracht, der dazu benutzt werden kann, um einen auf Magnetkräfte ansprechenden Schalter zu betätigen, wie dies oben beschrieben wurde. Andererseits kann dieser Schalter jedoch auch elektrisch, magnetisch oder nach einer anderen Methode durch den Teil des Ver-Suchsgeräts betätigt werden, der die Scherbeanspruchung auf die Elastomer-Probe ausübt.ment is balanced and tuned prior to the determination of the alternating current test signal. This compensation or this coordination can be omitted in full or half-wave voltage doubler circuits in which the two-switch system is used. Compensating the voltmeter bridge circuit to remove the direct current signal in a single switch system can be avoided by decoupling the direct current component from the alternating current test signal which is to be determined by a suitable resistance-capacitance circuit. Only the AC signal appearing at the resistor of the decoupling circuit is then sampled. However, because of the high values of resistance and capacitance, the response of the system to a rapidly changing alternating current will decrease because the high values of resistance and capacitance are required to prevent undesirable attenuation of the ac test signal. The test signal is subject to a phase shift with the test frequency, which is due to the resistance and capacitance in the decoupling circuit. This phase shift changes the portion of the AC test signal that is sampled so that the position of the sampling switch is dependent on the test frequency.
The switch or switches are operated by means that are connected to the part of the test device which exerts the shear stress on the test specimens. So is z. B. a magnet attached to the circumference of the shaft of the motor of the experimental unit, which can be used to operate a switch responsive to magnetic forces, as described above. On the other hand, however, this switch can also be actuated electrically, magnetically or by some other method by the part of the verifying device which exerts the shear stress on the elastomer sample.

In F i g. 4 ist eine glatte Kurve dargestellt, wie sie bei dem Betrieb eines Oszillalions-Scheibenrheometers mit 100 Schwingungen pro Minute erhalten wird. Die graphische Darstellung, bei der die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist, zeigt die Änderung der Spannung der Elastomer-Probe beim Aushärten.In Fig. 4 a smooth curve is shown, as shown at operating an oscillating ion disc rheometer at 100 cycles per minute. The graphic The diagram in which the voltage is plotted against time shows the change the tension of the elastomer sample during curing.

In F i g. 5 ist die Abtastung eines mechanischer Spannungssignals durch die Schalter 1 und 2 darge stellt. Da die Abtastschalter 1 und 2 bei den MaximE der auf die Elastomer-Probe ausgeübten Scherbean spruchung schließen, wird die Spannung bei einem Ma ximalwert der Deformation, d.h. dem gleichphasiger elastischen Teil des komplexen dynamischen Moduls in Gegensatz zu der maximalen Spannung (s. F i g. 5), ge messen.In Fig. Figure 5 shows the sampling of a mechanical tension signal by switches 1 and 2 represents. Since the sampling switches 1 and 2 are at the maximum of the shear exerted on the elastomer sample close the stress, the stress is at a maximum value of the deformation, i.e. in phase elastic part of the complex dynamic modulus in contrast to the maximum stress (see Fig. 5), ge measure up.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for measuring the rheological properties of elastomeric materials, in which an elastomer sample is subjected to a periodic torsional deformation and the one required for this Torque proportional electrical measurement signal is generated, according to patent 14 73 523, d a by characterized in that the measurement signal is continuous with at least one particular Phase of the deformation period scanned and the sequence of signals obtained in this way for extraction an essentially continuous display signal is temporarily stored.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement signal in each case at maximum Deformation of the sample scanned! will.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the measurement signal in each case scanned at maximum positive and at maximum negative deformation of the sample and the sum is formed from the signals thus obtained.

4. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 3. with a drive mechanism for exerting periodic torsional deformation on an elastomer sample and an electrical force transducer for measuring the torque required for this, characterized by at least one of the drive mechanism (11, 6, 7, 5) switches (1, 2) between the force transducer (8) and a storage capacitor (B) which can be actuated for at least one specific phase of the deformation period.

5. Apparatus according to claim 4, characterized by a second capacitor (A) at the output of the force converter (8) and by two switches (1, 2). one of which (1) connects the second capacitor (A) to one terminal and the other (2 ) connects the second capacitor (A) to the other terminal of the first capacitor (B).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the two switches (1, 2) with a Phase shift of 180 "can be actuated.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the two switches (1, 2) at each maximum positive or negative deformation of the elastomer probes can be actuated.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for actuation of the switch or the switch (1, 2) a magnet (3) is provided, which is preferably on the circumference the shaft (11, 4) of the motor of the drive mechanism (i 1,6. 7. 5) is arranged.