DE202010005855U1

DE202010005855U1 - Device for the wear test of polymer materials

Info

Publication number: DE202010005855U1
Application number: DE201020005855
Authority: DE
Original assignee: UNIVERZITA TOMASE BATI VE ZLIN; UNIVERZITA TOMASE BATI VE ZLINE
Current assignee: UNIVERZITA TOMASE BATI VE ZLIN; UNIVERZITA TOMASE BATI VE ZLINE
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: CZ19925U1

Abstract

Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen (Bestimmung des Chip-Chunk-Effekts) bestehend aus einem Rotor zum Klemmen eines Prüfscheibchens und aus einem über ihm platzierten schwenkbar gelagerten Arm, der auf seinem freien Ende eine Prüfschneide trägt, die in der unteren Position auf die Oberfläche des Prüfscheibchens einfällt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Arms (1), der mit einem Ende auf einem Zapfen (6) drehbar gelagert ist und auf dem anderen Ende die Prüfschneide (3) trägt, durch einen pneumatischen Zylinder (2) mit einer einstellbaren Hubhöhe abgeleitet wird, und der Elektromotor des Antriebs des Rotors (4) mit dem Prüfkörper (5) mit einem statischen Frequenzumsetzer zur Drehzahlsteuerung ausgerüstet ist.Device for wear testing of polymer materials (determination of the chip chunk effect) consisting of a rotor for clamping a test disk and a pivotally mounted arm placed above it, which carries on its free end a test blade which in the lower position on the surface characterized in that the stroke of the arm (1), which is rotatably mounted with one end on a pin (6) and on the other end carries the Prüfschneide (3) by a pneumatic cylinder (2) with a adjustable lifting height is derived, and the electric motor of the drive of the rotor (4) with the test body (5) is equipped with a static frequency converter for speed control.

Description

Die technische Lösung betrifft eine Vorrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen. Weil Verschleißprüfungen von Reifen (Laufflächen) zeitlich sowie auch ökonomisch sehr anspruchsvoll sind (sie werden mit fertigen Reifen in Prüfstellen oder direkt im Gelände während der Fahrprüfungen durchgeführt), gibt es hier Bestrebungen, eine Methode sowie eine Vorrichtung zu finden, mit denen es möglich ist, den Verschleiß sehr schnell (in einer Größenordnung von Minuten) und auf kleinen Mustern zu prüfen mit dem Ziel, einzelne Mischungssorten miteinander zu vergleichen.The Technical solution relates to a device for the wear test of polymer materials. Because wear tests of tires (treads) Both time and money are very demanding (They are using finished tires in testing centers or directly in the field during driving tests There are aspirations here, a method as well as to find a device with which it is possible is, wear very quickly (in an order of magnitude of minutes) and to test for small patterns with the The aim is to compare individual types of mixture.

In der Praxis der Gummiindustrie begegnet uns oft das Problem des Verschleißes von Gummikomponenten. Einige Abnutzungsformen, besonders der Verschleiß von Reifenlaufflächen, ähneln in ihrem Charakter bestimmten Bearbeitungsprozessen. Die Reifenlauffläche ist der Reifenteil, der einen Kontakt des Fahrzeugs mit der Fahrbahn sichert und sich direkt an der Übertragung der Antriebskraft beteiligt. Bei Personenkraftwagen- als auch bei Lastkraftwagenreifen, die sich auf normalen Stra ßen bewegen, ist die Laufflächenabnutzung durch ihren Abrieb charakterisiert. Die Lauffläche des jeweiligen Reifens an einem Fahrzeug ist einer Abriebswirkung der Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug gerade bewegt, ausgesetzt.In In the practice of the rubber industry we often encounter the problem of wear of rubber components. Some forms of wear, especially the wear of Tire treads are similar in their character Machining processes. The tire tread is the tire part, which secures contact of the vehicle with the roadway and itself directly involved in the transmission of the driving force. at Passenger car and truck tires which are moving on normal roads is tread wear characterized by their abrasion. The tread of the each tire on a vehicle is an abrasive effect of Lane on which the vehicle is currently moving exposed.

Bei Reifen, die sich unter schweren Terrainbedingungen bewegen, aber auch im Falle der Förderbänder für Transport von Schutt und Gestein sowie bei anderen schwer beanspruchten Gummiteilen ist der Verschleißmechanismus ganz andersartig. Scharfe Kanten der Steinchen, Steine und Terrainunebenheiten schneiden (reißen) schrittweise Laufflächenteilchen heraus, was man als einen bestimmten Bearbeitungsprozess verstehen kann. Es gibt hier eine gewisse Ähnlichkeit, z. B. mit Fräsen, wenngleich unter ganz spezifischen Bedingungen. Der Mechanismus des Laufflächenverschleißes von Reifen, die unter schweren Terrainbedingungen benützt werden, wird fachlich Chip-Chunk-Effekt genannt und kann mit einer bestimmten Vereinfachung als „Bearbeitung” der Gummioberfläche betrachtet werden.at Tires that move under severe terrain conditions, but also in the case of conveyor belts for transport of debris and rock as well as other heavy-duty rubber parts the wear mechanism very different. Sharp edges cut the stones, stones and terrain bumps (tear) Gradually tread particles out what you as one understand certain machining process. There is one here certain similarity, eg. B. with milling, although under very specific conditions. The mechanism of tread wear tires used in severe terrain conditions is technically called Chip-Chunk-Effect and can with a certain Simplification as "processing" of the rubber surface to be viewed as.

Mit Rücksicht darauf, dass die Verschleißprüfungen in der Praxis meistens mit fertigen Erzeugnissen unter Betriebsbedingungen durchgeführt werden, haben sie einen langfristigen Charakter und sind aus diesem Grund auch sehr aufwändig. Deshalb gibt es Bestrebungen, eine solche Prüfeinrichtung zu finden, mit der der Verschleiß sehr schnell (in Minuten) und auf kleinen Mustern geprüft werden kann.With Consider that the wear tests in practice mostly with finished products under operating conditions be carried out, they have a long-term character and are therefore very expensive for this reason. That's why there there are efforts to find such a testing device, with the wear very fast (in minutes) and on small patterns can be tested.

Eine solche Einrichtung ist z. B. die Einrichtung zur Prüfung des Chip-Chunk-Effekts nach dem US-Patent Nr. 4 144 740 . Sie besteht aus einem Rotor zum Klemmen eines scheibchenförmigen Prüfkörpers und aus einem über ihm platzierten schwenkbar gelagerten Arm, der auf seinem freien Ende eine Prüfschneide trägt, die in der unteren Armposition auf die Oberfläche des Prüfscheibchens aufschlägt. Die Umdrehungen des Rotorantriebs sind hier konstant, ebenso der Armhub, der durch einen sich drehenden Nocken abgeleitet wird.Such a device is z. B. the device for testing the chip chunk effect after the U.S. Patent No. 4,144,740 , It consists of a rotor for clamping a disc-shaped test specimen and a pivotally mounted arm placed above it, which carries on its free end a Prüfschneide, which strikes in the lower arm position on the surface of the Prüfscheibchens. The rotations of the rotor drive are constant here, as well as the arm lift, which is derived by a rotating cam.

Es ist klar, dass gerade diese Unveränderlichkeit der Prüfungsparameter ein offensichtlicher Mangel der bestehenden Einrichtung ist. Es fehlt hier eine Möglichkeit zur Veränderung der Prüfkörperumdrehungen (simulierend z. B. verschiedene Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs) sowie auch eine Möglichkeit der Veränderung der Prüfschneideaufschlagenergie, die durch die Einstellung der Hubhöhe des schwenkbaren Arms bzw. der damit zusammenhängenden Frequenz des Prüfschneideaufschlags auf den Prüfkörperumfang gegeben ist.It It is clear that it is precisely this immutability of the test parameters an obvious shortcoming of the existing facility. It here is a possibility to change the Test body rotations (simulating eg different Driving speeds of the motor vehicle) as well as a possibility the change in the test cutting load energy, by adjusting the lifting height of the swiveling Arms or the related frequency of Prüfschneideaufschlags is given to the Prüfkörperumfang.

Die Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen (Chip-Chunk-Effekt) nach der vorgelegten technischen Lösung besteht, in ähnlicher Weise wie die existierende Einrichtung, aus einem Rotor zum Klemmen eines scheibchenförmigen Prüfkörpers und aus einem über ihm platzierten schwenkbar gelagerten Arm, der auf seinem freien Ende eine Prüfschneide trägt, die in der unteren Armposition auf die Oberfläche des Prüfscheibchens einfällt.The Device for the wear test of Polymer materials (chip-chunk effect) according to the submitted technical Solution, in a similar way to the existing one Device comprising a rotor for clamping a disc-shaped test specimen and a pivotally mounted above it Arm carrying a test blade on its free end, in the lower arm position on the surface of the test disc incident.

Das Wesen der technischen Lösung besteht darin, dass der Hub des Arms, der mit einem Ende auf einem Zapfen drehbar gelagert ist und auf dem anderen Ende die Prüfschneide trägt, durch einen pneumatischen Zylinder mit einer einstellbaren Hubhöhe abgeleitet wird. Der Elektromotor des Rotorantriebs mit dem Prüfkörper ist mit einem statischen Frequenzumsetzer zur Drehzahlsteuerung ausgerüstet.The Essence of the technical solution is that the hub of the arm, which is rotatably mounted with one end on a pin and on the other end carries the test blade, by a pneumatic cylinder with an adjustable lift height is derived. The electric motor of the rotor drive with the test specimen is equipped with a static frequency converter for speed control equipped.

Die Prüfschneide ist vorteilhaft aus einem keramischen Schneideplättchen für Schneidwerkzeuge gefertigt.The Test cutting edge is advantageous from a ceramic cutting plate made for cutting tools.

Für eine einfachere und objektivere Auswertung der Prüfung kann der Bereich des Prüfschneideeinfalls auf den Prüfkörper eine Szene darstellen, die durch ein Paar der Kamerasysteme aufgenommen wird.For a simpler and more objective evaluation of the exam the area of the test incision can be applied to the test specimen represent a scene captured by a pair of the camera systems.

Der Rotor mit dem Prüfkörper und das Armende mit der Prüfschneide können vorteilhaft in einer engen Kammer gelagert werden, die im unteren Teil mit einem in einen Waagetrichter mündenden Sammler ausgestattet ist.Of the Rotor with the test specimen and the end of the arm with the Test cutting edge can be beneficial in a narrow Chamber to be stored, in the lower part with a in a horizontal funnel equipped collecting collector.

Der Elektromotor des Rotorantriebs kann mit einem Subsystem des Energieverbrauchsmessers ergänzt sein, der während der Prüfung auf Grund des durchlaufenden Ablesens des Elektromotoreingangsstroms den Energieverbrauch misst.The electric motor of the rotor drive can be connected to a subsystem of the energy meter which measures the energy consumption during the test due to the continuous reading of the electric motor input current.

Das Steuerventil des pneumatischen Zylinders und der statische Frequenzumsetzer des Rotorantriebselektromotors können dann mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden werden.The Control valve of the pneumatic cylinder and the static frequency converter of the rotor drive electric motor can then with an electronic Control unit to be connected.

Die Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen nach der vorgelegten technischen Lösung weist im Vergleich mit der bislang bekannten Einrichtung die folgenden Beiträge und Verbesserungen auf:

• die Möglichkeit der Veränderung der Prüfschneideaufschlagenergie durch eine Regulierung der Hubhöhe des schwenkbaren Arms (ein veränderlicher Kolbenhub, Verschiebung der Aufhebekolbenposition) bzw. mittels einer Veränderung des Armgewichts (Verwendung eines Gewichts),
• die Möglichkeit der Veränderung der Elektromotorumdrehungen des Rotors mit dem Prüfkörper durch die Verwendung eines statischen Frequenzumsetzers (er simuliert z. B. verschiedene Fahrgeschwindigkeiten des Lastkraftfahrzeugs),
• die Möglichkeit der Veränderung der Aufschlagfrequenz der keramischen Prüfschneide auf den Prüfkörperumfang,
• die Möglichkeit einer durchlaufenden Messung des Energieverbrauchs im Verlauf der Verschleißprüfung,
• die Möglichkeit der Veränderung der Prüfschneidestellung bei der Prüfung des radialen und tangentialen Aufschlags,
• die Möglichkeit einer kontinuierlichen Messung des Gewichtsverlustes (durch Verwiegung des abgenommenen Materials),
• auf Grund der elektronischen Steuerung ist der Prozess stabil und zugleich sehr flexibel in Beziehung zu erforderlichen Veränderungen der Prüfungsbedingungen. Es besteht hier auch eine Möglichkeit, die Zeit des Anfangs sowie die Zeit des Verschleißprüfungsendes einzustellen (die Prüfung beginnt, nachdem die geforderten Umdrehungen erreicht sind).

The device for the wear test of polymer materials according to the submitted technical solution has the following contributions and improvements in comparison with the device known hitherto:

The possibility of changing the test cutting load energy by regulating the lifting height of the pivotable arm (a variable piston stroke, displacement of the lifting piston position) or by means of a change in the arm weight (use of a weight),
The possibility of varying the rotor's electric motor revolutions with the test specimen through the use of a static frequency converter (for example, it simulates different driving speeds of the truck),
The possibility of changing the impact frequency of the ceramic test blade to the test piece circumference,
The possibility of a continuous measurement of the energy consumption in the course of the wear test,
The possibility of changing the test cutting position when checking the radial and tangential impact,
The possibility of continuously measuring the weight loss (by weighing the material removed),
• Due to the electronic control, the process is stable and at the same time very flexible in relation to required changes in the test conditions. There is also a possibility here of setting the time of the start and the time of the end of the wear test (the test starts after the required revolutions have been reached).

Zu einer näheren Erklärung des Wesens der technischen Lösung trägt die beigelegte Zeichnung bei, wobeiTo a closer explanation of the nature of the technical Solution contributes the enclosed drawing, whereby

1 ein Schema der grundlegenden funktionellen Bestandteile der Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen und 1 a schematic of the basic functional components of the device for the wear testing of polymeric materials and

2 ein Gesamtschema einer beispielhaften Ausführung der Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen darstellen. 2 an overall schematic of an exemplary embodiment of the device for the wear testing of polymer materials.

Die Einrichtung für die Verschleißprüfung von Polymerwerkstoffen (Chip-Chunk-Effekt) in einer beispielhaften Ausführung – siehe 1 – besteht aus einem Rotor 4 zum Klemmen eines scheibchenförmigen Prüfkörpers 5 und aus einem über ihm platzierten schwenkbar gelagerten Arm 1, der auf seinem freien Ende eine Prüfschneide 3 trägt, die in der unteren Position des Arms 1 auf die Oberfläche des Prüfscheibchens 5 einfällt.The device for the wear testing of polymer materials (chip-chunk effect) in an exemplary embodiment - see 1 - consists of a rotor 4 for clamping a disc-shaped test specimen 5 and from a swivel-mounted arm placed above it 1 , which on its free end a Prüfschneide 3 carries in the lower position of the arm 1 on the surface of the test disc 5 incident.

Der Hub des Arms 1, der mit einem Ende auf einem Zapfen 6 drehbar gelagert ist und auf dem anderen Ende die Prüfschneide 3 trägt, wird durch einen pneumatischen Zylinder 2 mit einer einstellbaren Hubhöhe abgeleitet. Der Arbeitszylinder ist in einer beispielhaften Ausführung mit einem direkt betätigten EVK 3120-Ventil der Firma SMC bestückt.The stroke of the arm 1 , with one end on a cone 6 is rotatably mounted and on the other end of the test blade 3 carries is through a pneumatic cylinder 2 derived with an adjustable lift height. The working cylinder is equipped in an exemplary embodiment with a directly operated EVK 3120 valve from SMC.

Der Elektromotor des Antriebs des Rotors 4 mit dem Prüfkörper 5 ist mit einem statischen Frequenzumsetzer zur Drehzahlsteuerung ausgerüstet. Aufgrund dieser Lösung fällt die Notwendigkeit aus, die Umdrehungen mit einem Getriebe zu reduzieren, und die Regulierung der Umdrehungen ist praktisch von 0 bis zum maximalen Wert gesichert. Für den Antrieb wurden in der beispielhaften Ausführung konkret ein Elektromotor des Typs 4AP80 – 6s und ein statischer Frequenzumsetzer des Typs Alitivar 08 verwendet.The electric motor of the drive of the rotor 4 with the test piece 5 is equipped with a static frequency converter for speed control. Because of this solution, there is a need to reduce the revolutions with a transmission, and the regulation of the revolutions is practically ensured from 0 to the maximum value. For the drive in the exemplary embodiment concretely an electric motor of the type 4AP80 - 6s and a static frequency converter of the type Alitivar 08 were used.

Die Prüfschneide 3 ist aus einem keramischen Schneideplättchen für Schneidwerkzeuge gefertigt. Konkret handelt es sich um ein Schneideplättchen für Schneidwerkzeuge des Typs TNGN 220608, in das durch eine Modifikation mittels Schleifen drei Schneiden mit einem Winkel von 60° geschaffen wurden.The test blade 3 is made of a ceramic cutting bit for cutting tools. Specifically, it is a cutting bit for cutting tools of the type TNGN 220608, in which by modification by means of grinding three cutting edges with an angle of 60 ° were created.

Der Bereich des Einfalls der Prüfschneide 3 auf den Prüfkörper 5 ist eine durch ein Paar der Kamerasysteme 7 aufgenommene Szene. Die funktionellen Bestandteile der Einrichtung, konkret der Rotor 4 mit dem Prüfkörper 5 und das Ende des Arms 1 mit der Prüfschneide 3, sind in einer engen Kammer 8 gelagert, die im unteren Teil mit einem in einen Waagetrichter mündenden Sammler 9 ausgestattet ist. Durch Verwiegung des abgenommenen Materials ist es möglich, den Gewichtsverlust des geprüften Prüfkörpers kontinuierlich zu messen.The area of incidence of the test blade 3 on the test specimen 5 is one through a pair of camera systems 7 recorded scene. The functional components of the device, specifically the rotor 4 with the test piece 5 and the end of the arm 1 with the test blade 3 , are in a narrow chamber 8th stored in the lower part with an opening into a horizontal hopper collector 9 Is provided. By weighing the removed material, it is possible to continuously measure the weight loss of the tested specimen.

Der Elektromotor des Antriebs des Rotors 4 ist mit einem Subsystem des Energieverbrauchsmessers ergänzt, der während der Prüfung auf Grund des durchlaufenden Ablesens des Elektromotoreingangsstroms den Energieverbrauch misst. In den Motor, der mit einer Welle ohne weitere Belastung (unnütz) dreht, wird bei einer konstanten Spannung von 220 V der Strom geliefert, der sich bei einer Belastung der Welle verhältnismäßig erhöht. Bei der Belastung ist es nötig, die Motorleistung zu bewahren. Weil sich die Spannung nicht ändert, erhöht sich der Strom. Durch die Messung des Motorstroms kann man bei einer konstanten Spannung den Ausschlag der Motorbelastung kontrollieren. Es ist möglich, die Messwerte aufzuschreiben und mit Hilfe einer Formel die vermeintliche Leistung des Motors zu berechnen und auf diese Weise zu sehen, wie sich die Leistung ändert. Aus den Messwerten ist es auch ersichtlich, dass verschiedene Muster des geprüften Gummiwerkstoffs bei der Bearbeitung (Einsinken der keramischen Spitze) einen unterschiedlichen Widerstand leisten, der sich bei dem gemessenen Strom bemerkbar macht. So ist es möglich, die geprüften Muster miteinander zu vergleichen.The electric motor of the drive of the rotor 4 is supplemented with a subsystem of the energy meter which measures energy consumption during testing due to the continuous reading of the electric motor input current. In the motor, which rotates with a shaft without further load (useless), the current is supplied at a constant voltage of 220 V, which increases relatively when the shaft is loaded. When loading it is necessary to preserve the engine power. Because the voltage does not change, the current increases. By measuring the motor current can to control the rash of the engine load at a constant voltage. It is possible to write down the readings and use a formula to calculate the supposed power of the engine and see how the power changes. It can also be seen from the measured values that different patterns of the tested rubber material during machining (sinking of the ceramic tip) provide a different resistance, which is noticeable in the measured current. This makes it possible to compare the tested samples.

Das Steuerventil des pneumatischen Zylinders 2 und der statische Frequenzumsetzer des Antriebselektromotors des Rotors 4 sind mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden. In der konkreten beispielhaften Ausführung wird der Prozess durch eine Einheit FESTO, Typ FEC – FC20/10W gesteuert.The control valve of the pneumatic cylinder 2 and the static frequency converter of the drive motor of the rotor 4 are connected to an electronic control unit. In the concrete exemplary embodiment, the process is controlled by a unit FESTO, type FEC-FC20 / 10W.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4144740 [0005]

Claims

Device for wear testing of polymer materials (determination of the chip chunk effect) consisting of a rotor for clamping a test disk and a pivotally mounted arm placed above it, which carries on its free end a test blade which in the lower position on the surface of the test disk, characterized in that the stroke of the arm ( 1 ), with one end on a pin ( 6 ) is rotatably mounted and on the other end the test blade ( 3 ) by a pneumatic cylinder ( 2 ) is derived with an adjustable lift height, and the electric motor of the drive of the rotor ( 4 ) with the test body ( 5 ) is equipped with a static frequency converter for speed control.

Device according to claim 1, characterized in that the test cutting edge ( 3 ) is made of a ceramic cutting plate for cutting tools.

Device according to claim 1, characterized in that the region of incidence of the test blade ( 3 ) on the test specimen ( 5 ) is a scene taken by a pair of the camera systems.

Device according to claim 1, characterized in that its basic functional components, preferably the rotor ( 4 ) with the test body ( 5 ) and the end of the arm ( 1 ) with the test cutting edge ( 3 ), in a narrow chamber ( 8th ), which in the lower part with a collector opening into a horizontal hopper ( 9 ) Is provided.

Device according to claim 1, characterized in that the electric motor of the drive of the rotor ( 4 ) is supplemented with a subsystem of the energy meter, which measures the energy consumption in the course of the test due to the continuous reading of the electric motor input current.

Device according to claim 1, characterized in that the control valve of the pneumatic cylinder ( 2 ) and the static frequency converter of the drive motor of the rotor ( 4 ) are connected to an electronic control unit.