DE1798121C2

DE1798121C2 - Vorrichtung zum Messen elastischer Zustandsgrößen einer Probe eines Elastomers während der Vulkanisation

Info

Publication number: DE1798121C2
Application number: DE1798121A
Authority: DE
Inventors: Arthur E. Ravenna Ohio Juve; Paul William Stow Ohio Karper
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1967-09-25
Filing date: 1968-08-24
Publication date: 1982-10-07
Also published as: US3494172A; DE1798121A1; GB1241332A

Description

a) das Andruckteil (25) weist eine kegelige Aussparung (26) auf, in die der kegelig ausgebildete Stempel (27) zur ßüdung des Probenraums in Form eines dünnwandigen Kegels hineinragt,

b) der Äempel (27) ist zum Einspannen der Probt relativ zum Andruckteil (25) verfahrbar,

c) auch der Stempel (27) ist beheizbar,

d) über dem Probenraum und in Verbindung mit diesem befindet sich eine mit Gas füllbare Druckkammer (50) mit einstellbarem Gasdruck.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Probenraum auf der einen Seite von einem Ringflansch (28) an der Basis des Stempels (27) begrenzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf öle Vorrichtung zum Messen elastischer Zustandsgrößen einer Probe eines Elastomers während der Vulkanisation, bei der die Probe in einem allseits dicht schließbaren Gehäuse zwischen einem beheizbaren Andruckteil und einem in einer einstellbar oszillierenden Drehbewegung angetriebenen Stempel angeordnet und in der Antriebsverbindung des Stempels eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung eingeschaltet ist

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 31 82494 bekannt Bei dieser ist der Stempel zwischen zwei beheizbaren, zum Einschluß zweier Materialproben ausgebildeten Andruckplatten angeordnet, wobei je eine Materialprobe oberhalb und eine unterhalb des Stempels gehalten ist Zwischen dem Stempel und den Andruckteilen besteht eine Flächenberührung auf ebenen Flächen. Die Nachteile dieser bekannten Vorrichtung bestehen im wesentlichen darin, daß der Stempel die auf die Materialproben aufgebrachte Wärme ableitet und daß das gemessene Drehmoment nur unzureichend definiert ist, weil nämlich ZW31 Proben gleichzeitig gemessen werden. Ein Schrumpfen der Materialprobe während der Vulkanisation kann mit der genannten bekannten Vorrichtung nicht kompensiert werden, so daß zwischen dem Stempel und den Materialproben einerseits und den beiden Oberflächen der Materialproben und den Andruckteilen andererseits ein Schlupf entstehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Messung der elastischen Zustandsgrößen zu bestimmten Zeitpunkten der Vulkanisation von Elastomeren mittels einer so gestalteten Vorrichtung zu erhalten, die eine nicht poröse Vulkanisation der Materialprobe ermöglicht

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung folgende Merkmale vor:

a) das Andruckteil weist eine kegelige Aussparung auf, in die der kegelig ausgebildete Stempel zur Bildung des Probenraums in Form eines dünnwandigen Kegels hineinragt,

b) der Stempel ist zum Einspannen der Probe relativ zum Andruckteil verfahrbax,

c) auch der Stempel ist beheizbar,

d) über dem Probenraum und in Verbindung mit diesem befindet sich eine mit Gas füllbare Druckkammer mit einstellbarem Gasdruck.

Bei Vorrichtungen zum Messen der Viscosität von Materialproben ist es bekannt, kegelförmige Stempel und kegelförmige Andruckteile zu verwenden. Diese Viscosimeter sind jedoch nicht zur Durchführung von Vulkanisationsvorgängen während der Messung einge richtet Die oben genannten Merkmale der Erfindung lösen jedoch die oben angeführte Aufgabenstellung und vermeiden die Nachteile der eingangs genannten, bekannten Vorrichtung. Eine weitergehende Verbesserung der Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch eine Ausgestaltung erreicht bei der der Probenraum auf der einen Seite von ejaem Ringflansch an der Basis des Stempels begrenzt wird. Hierdurch wird ein die Materialprobe aufnehmender Hohlraum mit einem verengten

Durchlaß gebildet

Die Erfindung und die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen

F i g. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung, F i g. 3 einen Grundriß der Verbindung der Antriebsscheiben für die oszillierende Bewegung des Stempels, F i g. 4 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung, teilweise im Schnitt, und

Fig.5 eine Tabelle, welche die Vulkanisierkurven verschiedener Materialproben veranschaulicht In der Zeichnung, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Abbildungen wiedergeben, zeigt F i g. 1 eine Bodenplatte 10 mit einer hinten angesetzten, aufwärts ragenden Rückenplatte 11. Die Rückenplatte 11 hat einen oberen Arm 12 und einen unteren, längeren Arm 13 an ihrem oberen bzw. Mittelteil. Der Arm 13 hat eine Bohrung 14 in seiner Mitte zur Aufnahme eines zylindrischen Teils 15, der eine zylindrische Bohrung 16 am untere Ende für einen noch zu beschreibenden Zweck hat Der zylindrische Teil 15 hat eine durch ihn hindurchge hende Leitung 17, welche die zylindrische Bohrung 16 mit einer Leitung 18 verbindet, die mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden werden kana Mit den Enden des Armes 13 sind Zylinder 20 verbunden, die Kolben 21 und sich nach unten erstreckende Kolben stangen 22 haben, die durch Bohrungen 23 in den Enden des Armes 13 zwecks Verbindung mit einem Trägerteil 25 gehen. Der Träger 25 hat eine kegelige, gezackte Aussparung 26 in seiner Mitte, welche einen kegeligen, gezackten Rotor für einen noch zu beschreibenden Zweck aufnehmen kann. Der Rotor 27 hat einen Flansch 28 an seinem Boden für ein Zusammenwirken mit dem Boden der Aussparung 26, so daß eine im wesentlichen abgeschlossene Höhlung mit einem vereng-

ten Durchlaß gebildet wird. Der Trägerteil 25 wird für eine senkrechte Auf- und Abbewegung von einem Paar Führungsstangen im Abstand voneinander geführt, die an der Bodenplatte 10 und dem Arm 13 befestigt sind. Der obere Arm 12 hat eine Mittelbohrung 30 zur drehbeweglichen Aufnahme einer Welle 31, die in eine" Hülse 32 zur Verbindung mit einer Scheibe 33 für eine Drehung mit dieser gelagert ist Wie F i g. 2 und 3 zeigen, sitzt ein Ende einer Kurbel 34 drehbar mittels eines beweglichen Stiftes 35 auf der Scheibe 33. Wie Fig.3 zeigt, hai ein Stftsibe 33 eine Anzahl Schaltlöcher 36 zur Aufnahme des Stifts, wobei jedes Loch einen unterschiedlichen radialen Abstand von der senkrechten Achse der Scheibe 33 hat Eint Exzentertreibscheibe 37 sitzt auf der Abtriebswelle 38 eines Regelmotors 40. Das andere Ende der Kurbel 34 sitzt drehbar auf der Exzenterscheibe 37, um die Drehbewegung der Welle 38 in eine Pendelbewegung der Scheibe 33 und der Welle 31 umzuwandeln. Die Amplitude der Schwingung der Scheibe 33 hängt von der besonderen Anordnung des Stifts 35 in (ten Schaltlöchern 36 der Scheibe 33 ab, während die Schwingungsfrequenz von der Abtrkbsgeschwindigkeit des Regelmotors 40 abhängt Gewünschtenfalls kann der Regelmotor mit einem geeigneten Getriebe verbunden werden, das seinerseits die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 38 steuert Zur Verdeutlichung ist jedoch der Motor 40 als unmittelbar mit der Abtriebswelle 38 verbunden dargestellt

Die Welle 31 ragt nach unten durch eine Mittelbohrung 42 im Zylinderteil 15 für eine Verbindung mit dem kegelförmigen Rotor 27, um auf diesen die Schwingung zu übertragen. Auf der Welle 31 sitzt ein das Drehmoment abfühlender Meßwertaufnehmer 43, der auf die Drehkräfte in der Welle 31 anspricht und einen Drehmomentaufzeichner 45 über die elektrischen Leitungen 46 und 47 betätigt Der Meßwertaufnehmer 43 kann einen Widerstandsdraht-Dehnungsmesser enthalten, der bekannt und deshalb weder gezeigt noch beschrieben ist und bei dem die Drahtlehren mit der Welle 31 in einer solchen Stellung vereinigt und so an einen Brükkenstromkreis angeschlossen sind, daß sie die Wirkungen der Biegungs- und Schubbeanspruchungen aufheben, während sie die Wirkungen der Drehbeanspruchungen addieren, wobei die Beziehung zwischen der Brückenasymmetrie und der Torsionsbeanspruchung Iinear ist

Die elektrische Energie für die Prüfung wird von den Leitern 60 und 61 geliefert, die an eine nicht gezeigte Stromquelle angeschlossen sind. Ein doppelpoliger Umschalter 62 verbindet die Leiter 60 und 61 mit den so Hauptsteuerleitungen 63 und 64, die zu dem Aufzeichnungsgerät 45 für die aufgenommenen Drehmomente führen. Der Motor 40 erhält seine Energie von den Leitungen 63 und 64 über die Zweigleitungen 65 und 66. Nicht gezeigte Abzweigleitungen sind vorgesehen, um den Temperaturmeßgeräten Strom zuzuleiten, die ihrerseits die Heizspulen, die in den Träger 25 eingebettet sind, und Heizspulen im Rotor 27 einstellen, um eine vorher festgelegte Temperatur in einer Probe aufrechtzuerhalten, die zwischen der kegelförmigen Aussparung in dem Träger 25 und dem kegelförmigen Rotor 27 liegt Solche Heizspulen sichern eine gensu gesteuerte Erwärmung der Materi«.!r-raben ohne WSrnu'i.ai;, Thermoelemente sind in unnuttelba;:-.: ',Sähe der Kn.nv msi" vorgesehen, die von der kegeligen Bohrung 26 und dem Kegelrotor Ti gebildet wird, um die Temperatur d% :'a-in eingeschlossenen Materials abzufühlen W3h rend eine solche Probe zwischen den kegeligen Ausspa rungen 26 des Trägers 25 und dem kegeligen Rotor Ii eingeschlossen ist, wird der Druck der Luft auf die Kammer durch eine Lufthaube unmittelbar über dem Kegelrotor 27, die durch die Aussparung 1(S begrenzt wird, und durch die Leitung 17 aufrechterhalten, die mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden ist Ein solcher Luftdruck sichert ein Vulkanisieren ohne Porosität Der Flansch 28 hilft beim Festhalten der Probe in der Höhlung.

Für das Arbeiten der beschriebenen Vorrichtung stellt die Bedienungsperson den Träger 27 auf die Aufnahme einer Probe ein, indem sie Druck auf die oberen Enden der Zylinder 20 gibt der die Kolbenstangen 22 nach unten zusammen mit dem Träger ZI- -drückt so daß eine Materialprobe in die Höhlung 26 gelegt werden kann, und durch eine geeignete Steuereinrichtung wird die im Träger 25 gewünschte Temperatur eingestellt Die Bedienungsperson gibt dann Druck auf das Stangenende dft· Zylinder 20 und läßt den Druck von dem oberen Ende der Zylinder 20 ab, was den Träger 25 aufwärts in die Stellung der F i g. 1 gehen äßt, so daß die Materialprobe zwischen dem Rotor 27 und der Wand der Aussparung 26 eingezwängt ist und von dem Flansch 28 gehalten wird. Nach Ingangsetzen des Motors 40 wird der Rotor 27 in Schwingungen mit einer eingestellten Frequenz und Schwingungsamplitude versetzt Gleichzeitig damit wird ein vorherbestimmter Druck in der Drucklufthaube 50 aufrechterhalten, der die Probe in der vom Rotor 27 und den Wänden der kegeligen Bohrung 26 des Trägers 25 begrenzten Aussparung hält, um eine nicht poröse Vulkanisation der Materialprobe durchzuführen. Die Probe nimmt die Form eines dünnwandigen Kegels an und sichert damit ein gleichmäßiges, schnelleres Erwärmen als in früheren Versuciiseinrichtungen, insbesondere wenn Wärme den beiden Seiten der Probe zugeführt wird. Das erlaubt eine Probevulkanisation der Proben bei geringeren Temperaturen von wenigstens 38° C Das Vulkanisieren bei geringeren Temperaturen verhütet ein Blasenziehen des Materials. Dabei gibt die Belastungszelle 43 ein Ausgangssignal, das aufgezeichnet werden kann, um den nominellen Druck beim Vulkanisieren anzeigen kann, wie in der Tabelle der F i g. 5 wiedergegeben ist

Die Tabelle der F i g. 5 zeigt eine Probe A, die einer Vulkanisation bei 158°C unterworfen ist, wovon eine Kurve A aufgezeichnet wird. Kurve B gibt ein Material wieder, dis eine größere Festigkeit als das Material der Kurve A hat aber langsamer vulkanisiert wird. Das Material der Kurve C zeigt größere Festigkeit als die von A und Ä Das Material der Kurve D zeigt eine kürzere Vulkanisierzeit und größere Festigkeit, während das Material der Kurve E mehr Zeit braucht, um die beste Vulkanisation zu entwickeln, doch zeigt es größere Festigkeit

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen elastischer Zustandgrößen einer Probe eines Elastomers während der Vulkanisation, bei der die Probe in einem allseits dicht schließbaren Gehäuse zwischen einem beheizbaren Andruckteil und einem in einer einstellbar oszillierenden Drehbewegung angetriebenen Stempel angeordnet und in der Antriebsverbindung des Stempels eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung eingeschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: