DE19709989C2 - Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechani­ schen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben, mit zwei paarweise an einer ela­ stisch auslenkbaren Haltevorrichtung angeordneten, antreibbaren Abzugswalzen, denen ein extrudierter Meßprobenstrang zugeführt wird, wobei die Haltevorrichtung als Wiegebalkenanordnung ausgebildet ist.

Derartige Vorrichtungen, sogenannte Dehnungstester, finden in der Kunststoffverar­ beitung Anwendung, wo die maximale Dehnbarkeit und die Zugfestigkeit der ver­ wendeten Kunststoffschmelzen ermittelt wird, um die größtmögliche Verarbeitungs­ geschwindigkeit zu bestimmen. Dazu wird ein extrudierter Meßprobenstrang einer Abzugsvorrichtung mit einem Abzugswalzenpaar zugeführt und fortlaufend mit konti­ nuierlich ansteigender Abzugsgeschwindigkeit gedehnt. Die dabei auf das Abzugs­ walzenpaar ausgeübte Lagerkraft wird gemessen und zur Beurteilung der Zugfestig­ keit beim Abriß des Meßprobenstranges herangezogen.

Aus der DE-OS 16 48 394 ist ein Zugfestigkeitsprüfgerät zur Prüfung der Dehnungs­ eigenschaften von Nominalproben mit einheitlichem Querschnitt, wie z. B. Stoffstrei­ fen, Spangen, Drähte und Textilgarne, Fäden und Fasern bekannt. Eine streifenför­ mige, stangenartige oder fadenförmige Probe wird zwischen zwei ersten Klemmen eingespannt. Zusätzlich zu diesem ersten inneren Klemmenpaar ist ein zweites äußeres Klemmenpaar vorgesehen zum Einspannen der Probe außerhalb des ersten inneren Klemmenpaares. Zur Prüfung der Zugfestigkeit der Probe werden dann die Abstände zwischen den Klemmen des ersten Klemmenpaares und den Klemmen des zweiten Klemmenpaares vergrößert, wodurch die fest eingespannte Probe gedehnt wird.

In der DE-PS 19 04 079 wird eine Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsme­ chanischen Verhaltens von extrudierten Meßproben beschrieben. Sie umfaßt ein mit veränderbarer Drehzahl antreibbares Abzugswalzenpaar, das in der Transportrich­ tung der Meßprobe nachgiebig gelagert ist. Die Abzugswalzen sind dazu an einem elastisch gestützten Träger befestigt. Zur Bestimmung des deformationsmechani­ schen Verhaltens einer Meßprobe wird die bei vorgegebener Drehzahl der Abzugs­ walzen auf die Abzugswalzen bzw. den Träger wirkende auslenkende Kraft fortlau­ fend gemessen.

Die Abzugswalzen haben oftmals eine geriffelte oder gezahnte Oberfläche, um ein Durchrutschen des Meßprobenstranges beim Ausziehen zu verhindern. Der Meßprobenstrang weist in der Regel einen Querschnitt zwischen 2 mm und 3 mm auf und wird beim Ausziehen zwischen den Abzugswalzen auf ca. 1 mm ausgewalzt.

Der Einsatz der bekannten Dehnungstester erweist sich in der Praxis häufig als pro­ blematisch, da es bei einem Großteil der gängigen Polymere, wie z. B. Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und Polyamid (PA), zu einem Anhaften des Polymerstran­ ges an den Abzugswalzen kommt, was auf den ausgeprägten "Klebeeffekt" dieser Polymere im Schmelzezustand zurückzuführen ist. Dieser Klebeeffekt tritt nicht nur dann auf, wenn der Polymerstrang zwischen den Abzugswalzen geführt wird, son­ dern auch wenn der Polymerstrang vor den rotierenden Abzugswalzen, also über die Stirnflächen der Abzugswalzen, geführt wird, wobei der extrudierte Meßprobenstrang über den Berührungskontakt an den rotierenden Stirnflächen gedehnt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass ein Anhaften des Meßprobenstranges an den Abzugswalzen möglichst vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist die eingangs genannte Vorrichtung so ausgestaltet, dass in Abzugsrichtung hinter den Abzugswalzen eine antreibbare Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich die hier interessierenden Schmelzen beim Passieren der Abzugswalzenanordnung aufgrund des Kontaktes mit den Ab­ zugswalzen sofort verfestigen. Der quasi verpreßte Meßprobenstrang kann deshalb zu Beginn der Messungen problemlos, beispielsweise manuell, einer Führungsvor­ richtung zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist ferner erkannt worden, dass ein Verkleben der Abzugswalzen einfach vermieden werden kann, wenn die Führungsvorrichtung antreibbar ist, wenn der Meßprobenstrang also aktiv von den Abzugswal­ zen weggeführt wird, so dass er sich nicht um die Abzugswalzen wickeln kann. Auf­ grund der fortgeschrittenen Verfestigung des Meßprobenstranges ist ein Verkleben der Führungsvorrichtung nicht zu befürchten.

In einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zum Synchronisieren des Antriebs der Führungsvorrichtung mit dem Antrieb der Abzugswalzen vorgesehen. In jedem Falle sollte der Meßprobenstrang von der Führungsvorrichtung mindestens so schnell abgeführt werden, wie er von den Ab­ zugswalzen abgezogen wird. Um ein Auflaufen des Meßprobenstranges nach dem Passieren der Abzugswalzen sicher zu verhindern, könnte die Führungsvorrichtung auch unmerklich schneller laufen als die Abzugswalzen.

Die Führungsvorrichtung ist besonders effektiv, wenn sie in unmittelbarer Nähe der Abzugswalzen angeordnet ist. Es wird daher vorgeschlagen, die Führungsvorrich­ tung unmittelbar oder mittelbar an der Haltevorrichtung für die Abzugswalzen anzu­ ordnen. In diesem Zusammenhang erweist es sich außerdem als vorteilhaft, wenn die Führungsvorrichtung wahlweise montierbar ist, so dass sie nur im Falle des tat­ sächlichen Gebrauchs eingesetzt werden kann. Außerdem können dann auch her­ kömmliche Dehnungstester mit einer Führungsvorrichtung nachgerüstet werden.

Es gibt nun grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten der Realisierung der Füh­ rungsvorrichtung. In einer unter konstruktiven Gesichtspunkten besonders vorteil­ haften, weil einfachen Variante umfaßt die Führungsvorrichtung mindestens zwei paarweise angeordnete, antreibbare Führungswalzen. Die Führungswalzen können im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des deformations­ mechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben nun entweder so angeord­ net sein, dass der Meßprobenstrang zwischen den Laufflächen der Führungswalzen geführt wird, oder so, dass der Meßprobenstrang auf den Stirnflächen der Füh­ rungswalzen geführt wird.

Wie bereits voranstehend erläutert, ist es vorteilhaft den Antrieb der Führungswalzen mit dem Antrieb der Abzugswalzen zu synchronisieren, was einfach durch eine Kopplung, beispielsweise in Form eines Getriebes, erreicht werden kann. So könnte die Antriebswelle der Abzugswalzen in einer vorteilhaften Variante der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung über ein Umlenkgetriebe mit der Antriebswelle der Führungs­ walzen verbunden sein. Die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen sollte kei­ nesfalls geringer sein als die Fördergeschwindigkeit der Abzugswalzen. Von Vorteil ist es vielmehr, die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen geringfügig höher zu wählen als die Fördergeschwindigkeit der Abzugswalzen, um einem Auflaufen des Meßprobenstranges vorzubeugen.

Das unerwünschte Ankleben des Meßprobenstranges an den Abzugswalzen ist dar­ auf zurückzuführen, dass die Klebekraft F_K an den Abzugswalzen größer ist als die Ablösekraft F_A der Schmelze von den Abzugswalzen. Für den Fall des Klebens gilt also: F_K < F_A. Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen antreibbaren Füh­ rungsvorrichtung läßt sich dieses Verhältnis umkehren, so dass F_K < F_A gilt.

In einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßpro­ ben wird nicht nur die Ablösekraft F_A mit Hilfe einer antreibbaren Führungsvorrich­ tung erhöht, sondern auch die Klebekraft F_K verringert. Dazu sind Mittel zum Benet­ zen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen der Abzugswal­ zen vorgesehen. Bei Wahl eines geeigneten Benetzungsmittels bildet sich ein Dampffilm auf der Oberfläche der Abzugswalzen, der mit einer Verdunstungskühlung einhergeht. Sowohl der Dampffilm als auch die Kühlung wirken einem Anhaften der Schmelze an den Abzugswalzen entgegen.

In bestimmten Fällen, d. h. bei gewissen Meßprobenmaterialien, kann es außerdem von Vorteil sein, auch an den Führungswalzen entsprechende Mittel zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen vorzusehen.

Die Mittel zum Benetzen sollten möglichst einfach zu warten sein. Es wird daher vor­ geschlagen, jeder Abzugswalze bzw. jeder Führungswalze ein Reservoir für ein Be­ netzungsmittel zuzuordnen, wobei jedes Reservoir mit der jeweiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt stehen muß. Dies könnte in einfacher Weise mit Hilfe eines entsprechend angeordneten, saugfähigen textilen Gebildes oder eines Schwämmchens erreicht werden.

Das Benetzungsmittel muß in jedem Falle mit dem Meßprobenmaterial verträglich sein. Im Hinblick auf die schnelle und zuverlässige Ausbildung eines Dampffilms wird vorgeschlagen, eine leicht flüchtige Flüssigkeit, beispielsweise einen Alkohol, als Be­ netzungsmittel zu verwenden.

Da die Mittel zum Benetzen der Oberflächen der Abzugswalzen und insbesondere das Reservoir für das Benetzungsmittel in der Regel ebenfalls direkt oder indirekt an der Haltevorrichtung für die Abzugswalzen angeordnet sein werden, ist das Ver­ dampfen des Benetzungsmittels mit einer Verminderung des Gewichts der gesamten an der Haltevorrichtung montierten Anordnung verbunden. Dieser Gewichtsverlust geht daher mit einer Verfälschung des Meßergebnisses einher. Zur Kompensation dieser Meßwertverfälschung wird vorgeschlagen, Mittel zum Erfassen des durch das Verdampfen des Benetzungsmittels bedingten Gewichtsverlustes der an der Halte­ vorrichtung montierten Anordnung vorzusehen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbei­ spiels werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Seitenansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsme­ chanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben.

Die in der einzigen Figur dargestellte Vorrichtung 1 zum Bestimmen des deforma­ tionsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben umfaßt zwei paar­ weise angeordnete Abzugswalzen 2, die an einer elastisch auslenkbaren Haltevor­ richtung angeordnet sind. Als Haltevorrichtung dient hier eine Wiegebalkenanord­ nung 3. Den Abzugswalzen 2 wird ein extrudierter Meßprobenstrang zugeführt, was durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Die Abzugswalzen 2 sind geregelt antreibbar, so dass der Meßprobenstrang beispielsweise mit kontinuierlich ansteigender Abzugsge­ schwindigkeit gedehnt werden kann.

Erfindungsgemäß ist in Abzugsrichtung hinter den Abzugswalzen 2 eine antreibbare Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgesehen.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt diese Führungsvorrichtung zwei paarweise angeordnete, antreibbare Führungswalzen 5.

Die Führungswalzen 5 sind ebenfalls an der Wiegebalkenanordnung 3 montiert.

Mit Hilfe der Schraube 6 läßt sich der Abstand zwischen den beiden Abzugswalzen 2 verändern, so dass der Meßprobenstrang je nach Anordnung der Abzugswalzen 2 entweder zwischen den Laufflächen 7 oder über die Stirnflächen 8 der Abzugswalzen 2 geführt werden kann. Entsprechend läßt sich mit der Schraube 9 der Abstand zwi­ schen den beiden Führungswalzen 5 variieren. Der Meßprobenstrang kann also ent­ weder zwischen den Laufflächen 10 oder über die Stirnflächen 11 der Führungswal­ zen 5 geführt werden. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist lediglich, dass der Meßprobenstrang sowohl mit den Abzugswalzen 2 als auch mit den Führungswalzen 5 in Kontakt tritt.

Der Antrieb der Abzugswalzen 2 und der Antrieb der Führungswalzen 5 sind syn­ chronisiert, was hier durch eine Kopplung in Form eines nicht näher bezeichneten Getriebes realisiert ist. Um ein Auflaufen des Meßprobenstranges nach dem Passie­ ren der Abzugswalzen 2 zu verhindern, wird die Fördergeschwindigkeit der Füh­ rungswalzen 5 geringfügig höher gewählt als die Fördergeschwindigkeit der Abzugs­ walzen 2.

Die in der einzigen Figur dargestellte Vorrichtung 1 ist außerdem noch mit Mitteln zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen, hier der Laufflächen 7 der Abzugswalzen 2 und der Laufflächen 10 der Führungswalzen 5 versehen. Die Mittel zum Benetzen umfassen für jede Abzugswalze 2 bzw. jede Füh­ rungswalze 5 ein Reservoir 12 für ein Benetzungsmittel. Jedes Reservoir 12 steht über ein Schwämmchen 13 mit der jeweiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt.

Als Benetzungsmittel wird hier ein leicht flüchtiger Alkohol, wie z. B. Ethanol, verwen­ det.

Zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens einer Meßprobe wird die während der Dehnung der Meßprobe auf die Wiegebalkenanordnung 3 ausge­ übte Kraft erfaßt. Außerdem wird noch der durch das sukzessive Verdampfen des Benetzungsmittels bedingte Gewichtsverlust der an der Wiegebalkenanordnung 3 montierten Gesamtanordnung erfaßt. Im Rahmen einer Meßwertauswertung kann dann die auf den Gewichtsverlust zurückzuführende Meßwertverfälschung kompensiert werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist und sich beispiels­ weise auch ohne Mittel zum Benetzen realisieren läßt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von ex­ trudierbaren Meßproben, mit zwei paarweise an einer elastisch auslenkbaren Halte­ vorrichtung angeordneten, antreibbaren Abzugswalzen (2), denen ein extrudierter Meßprobenstrang zugeführt wird, wobei die Haltevorrichtung als Wiegebalkenanord­ nung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abzugsrichtung hinter den Abzugs­ walzen (2) eine antreibbare Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgese­ hen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Syn­ chronisieren des Antriebs der Führungsvorrichtung mit dem Antrieb der Abzugswal­ zen (2) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung unmittelbar oder mittelbar an der Haltevorrichtung montier­ bar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung mindestens zwei paarweise angeordnete, antreibbare Füh­ rungswalzen (5) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungswal­ zen (5) so angeordnet sind, dass der Meßprobenstrang zwischen den Laufflächen (10) der Führungswalzen (5) geführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungswal­ zen (5) so angeordnet sind, dass der Meßprobenstrang auf den Stirnflächen (11) der Führungswalzen (5) geführt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Führungswalzen (5) mit dem Antrieb der Abzugswalzen (2) gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung durch ein Getriebe realisiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen (5) geringfügig höher ist als die För­ dergeschwindigkeit der Abzugswalzen (2).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen der Abzugswalzen (2) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen der Führungswalzen (5) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Benetzen mindestens ein jeder Abzugswalze (2) bzw. jeder Füh­ rungswalze (5) zugeordnetes Reservoir (12) für ein Benetzungsmittel umfassen und dass jedes Reservoir (12) mit der jeweiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt steht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Reservoir (12) über ein saugfähiges textiles Gebilde oder ein Schwämmchen (13) mit der je­ weiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt steht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine leicht flüchtige Flüssigkeit, vorzugsweise ein Alkohol, als Benetzungsmittel dient.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erfassen des durch das Verdampfen des Benetzungsmittels bedingten Gewichtsverlustes der an der Haltevorrichtung montierten Anordnung vorgesehen sind.