DE2031792B2 - Vorrichtung zum Aufzeichnen des dynamischen Verlustwinkels von Kautschuk- oder Kunststoffmaterialien - Google Patents

Description

50 das Drehmoment ± 0 ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat unter anderem den Vorteil, daß weder die Trommel noch dei

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- Schreibstift ruckartig angetrieben oder hin und hei teichaen des dynamischen Verlustwinke!- von Kau- bewegt werden, so daß der Fehler auf Grund eines Ischuk- oder Kunststoffmaterialien für eine Einrich- 55 im allgemeinen unvermeidlichen Spiels vermiedet] lung, durch die einerseits durch eine Exzentervor- werden. Vielmehr wird die Trommel kontinuierlich richtung eine in einer Probenkammer eingeschlossene gedreht, und der Schreibstift wird kontinuierlich ent-Md durch eine Probcnkammcrhcizung erhitzbare lang der Trommel geführt. Das Aufzeichnungsergeb-Kautschuk- oder Kunststoffmaterialprobe während nis wird lediglich durch Steuerung der Hubeinrichder Vernetzung periodischen Schwingungen ausgesetzt 60 tung bewirkt. Das am Punkt »Verformung-± 0« und andererseits durch eine Meßeinrichtung das bei erfolgende Aufsetzen des Schreibstiftes laßt sich seh. periodischen Schwingungen über die Probe übertra- genau mit Hilfe des die Verformung bewirkender gene Drehmoment gemessen wird, mit einer eine Auf- Antriebs steuern. Der Wert »Drehmoment - ± U« Zeichnungsmantelfläche aufweisenden und mittels der das Abheben des Schreibstiftes steuert, kam einer ersten Antriebsvorrichtung drehbaren Trommel 65 ebenfalls sehr genau durch die mit der Probe ver und mit einem Schreibstift, der mittels einer von der bundene Drehmomentmeßeinnchtung ermittelt wer Meßeinrichtung elektromechanisch gesteuerten Hub- den. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnacl einrichtung zum Aufsetzen und Abheben auf die bzw. auch bei vorhandenem Spiel in den Antrieben de:

Trommel und des Schreibstiftes äußerst genau, da <jje Genauigkeit von diesem Spiel unabhängig ist, und die für die Steuerung der Hubeinrichtung des Schreibitiftes zuständigen Zeitpunkte lassen sich ebenfalls lußerst genau ermitteln.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig, 1 zeiet die Ergebnisse einer Messung mit Hilfe einer bekanmen Vorrichtung der beschriebenen Art und gibt ein Beispiel für Kurven der Verformung und des Drehmoments in Abhängigkeit von der Zeit;

F i g. 2 zeigt im senkrechter. Schnitt eine entsprechende Vorrichtung mit wesentlichen Elementen der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung;

Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Aufzeichnungsvorrichtungen;

F i g. 4 zeigt in einem Diagramm das Drehmoment in Abhängigkeit von der Vulkanisationszeit von Kautschuk;

Fig. 5 zeigt die Drehmoment- unu die 'erlustwinkelkurve in Abhängigkeit von der Zeit.

In F i g. 2 ist auf der rechten Seite ein Schwingungs-Meßgerät der oben beschriebenen bekannten Art dargestellt, dem die erfindungsgemäße Vorrichtung hinzugefügt ist. Zunächst sollen die wesentlichen Elemente und Funktionen des Schwingungs-Meßgerätes unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden.

Die Stempel 11 und 12, die die Probenkammer bilden, sind an den Enden einer oberen Welle 16 und einer unteren Welle 17 befestigt. Beide Wellen sind frei drehbar. Zwischen den beiden Stirnseiten der Stempel 11 und 12 besteht ein Zwischenraum, der als eigentliche Probenkammer 13 dient. Nichtvulkanisierter, gemischter Kautschuk wird in die Probenkammer 13 eingebracht, und der untere Stempel 12 wird unter vorgegebenem Druck in Drehschwingungen versetzt. Daraufhin wird über den Kautschuk ein Drehmoment auf den oberen Stempel 11 übertragen. Zur Bestimmung des Drehmoments ist ein Arm 5 am oberen Ende der oberen Welle 16 angebracht. Das andere Ende des Armes 5 befindet sich in einer Drehmomentmeßeinrichtuug 8. Die Stempel 11 und 12 sind mit Probenkammer-Heizeinrichtungen 10, 10' versehen. Ein Antriebsarm 18 ist am unteren Ende der Welle 17 befestigt und versetzt den unteren Stempel 12 über die untere. Welle 17 in Drehschwingungen. Eine Exzentervorrichtung 19 ist mit dem anderen Ende des Antriebsarms 19 über eine Verbindungsstange 18' verbunden. Die Exzentervorrichtung 19 kann auf Grund der Drehung des Motors 22 beispielsweise sechs Schwingungen pro Minute über einen Winkel von ± 3° ausführen. Zweckmäßig ist dieser Schwingungsantrieb einstellbar zwischen 3 bis 600 Schwingungen pro Minute und einem Schwingungswinkel von ± 0 bis 15°.

Wenn ein pneumatischer Druck in der Druckkammer 1 auf den oberen Stempel 11 über den Stößel 2 und einen Rahmen 4 übertragen wird und wenn eine Schwingung vorbestimmter Amplitude an den unteren Stempel 12 bei geeignetem Druck gelangt, verursacht die Schwingung des unteren Stempels die Drehung des oberen Stempels über die mit beiden in Berührung stehende Kautschukprobe 12'. Das übertragene Drehmoment wird mit Hilfe der Drehmomentmeßeinrichtueg 8 bestimmt und durch

die Aufzeichnungsvorrichtung festgehalten.

In F i g, 3 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 32 zum Aufzeichnen des Drehmoments erläutert. Die Vorrichtung 32 besteht aus einem Servomotor 33 mit einer daran angebrachten Riemenscheibe, einem Potentiometer 34 mit einer daran angebrachten Riemenscheibe, einem Antriebsriemen 35, einem Schreibstifthalter 36, der mit einem Kontakt 46 versehen ist, einem Schreibstift 37, einem festen Kontakt 47 und einem Anzeiger 38, der einen Schreibstift 39 aufweist. Mit 40 ist eine Aufzeichnungsmantelfläche bezeichnet.

Die Vorrichtung 32 ist als solche bekannt, außer daß sie mit den Kontakten 46,47, dem Anzeiger 38 und dem Schreibstift 39 versehen ist. Die Vo.xhtung 32 zeichnet das Drehmoment auf, das entsprechend einem Signal der Drehmomentmeßeinrichrung bestimmt wird.

Beispielsweise wird bei einem Vulkfcnisationstest ein Aufzeichnungspapier gemäß F i g. 4 mit sechs Schwingungen pro Minute und emer Laufgeschwindigkeit des Papiers von 1 cm pro Mi-. ute beschrieben. Die verschiedenen Zustände der Proben können an Hand der Drehmomentkurve beurteilt werden. Die Abszisse in F i g. 4 stellt die Härtezeit in Minuten und die Ordinate das Drehmoment in kg · cm dar. Das Drehmoment ändert sich mit der Härtezeit. Mit 1' ist der anfängliche Zustand des unvulkanisierten gemischten Kautschuks bezeichnet, mit 2' der Zustand der geringsten Viskosität während der Vulkanisation, mit 3' die Induktionszeit ''Erwärmungszeit), mit 4' die optimale Härtungszeit und mit S' der Zeitraum der eigentlichen Härtung. Bei Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit, beispielsweise auf 60 cm pro Minute, wird die Drehmomentkurve gestreckt, und es ergibt sich eine Sinuskurve, wie sie in F i g. 1 und 3 dargestellt ist.

In F i g. 1 und 3 ist gestrichelt die gleichzeitig ermittelte Verformungs-Zeit-Kurve aufgezeichnet. Zwischen der Drehmoment- und der Verformungs-Kurve besteht eine Phasenverschiebung. Die Verformung eilt voraus, kann jedoch auch je nach den Versuchsbedingungen nacheilen. Die Abweichung ändert sich in Abhängigkeit von der Art und dem Vernetzungsgrad der Proben.

Entsprechend Fig. 1 und 3 ergibt sich der dynamische Verlustwinkel ό aus der folgenden Gleichung

Zur Bestimmung der Werte J Z und / ist es erforderlich, die Punkte D₁, D₂, D_s .. . zu kennen, die die Stelkn angeben, an denen die Verformung ± ist, sowie die Pvnkte F₁, F₂, F₃. . ., die diejenigen Stellen angeben, an denen das Drehmoment ± 0 ist. Weitere Kenntnisse über die Kurve sind nicht erforderlich. Zur Aufzeichnung der erwähnten Punkte D, F sind Kontakte 44 und 45 an der in F i p. 2 gezeigten Exzentervorrichtung vorgesehen, durch die ein Mikroschalter in dem Moment eingeschaltet wird, in dem die Verformung ± 0 beträgt (D-System). Dieser Punkt ist ohne Schwierigkeiten und nahezu fehlerfrei zu ermitteln. Sodann sii.d die Kontakte 46 und 47 vorgesehen, die in dem Moment geschlossen werden, wenn das von der Vorrichtung 32 zur Aufzeichnung des Drehmoments ermittelte Drehmoment ± 0 ist. Diese beiden Schaltkreise sind mit einem Anzeiger 38 verbunden. Der Anzeiger 38 zeichnet die InIpUlSeD₁F₁, D₂F₂ auf der Aufzeichnungsmantelfläche 40 auf. Da

die Länge F₁-F₂ dem Wert / und die Länge D₁-F, dem Wert ΛI entspricht, kann die Gleichung für den dynamischen Verlustwinkel wie folgt umgeschrieben werden:

ί = 360° —= 360°·^^F

F₁F₂

Bei diesem Verfahren wird ein sehr langes Aufzeichnungspapier gebraucht. Das bedeutet einen hohen Papierverbrauch. Weiterhin kann der Verlustwinkel nicht direkt abgelesen werden, so daß eine Umrechnung mit Hilfe der oben angegebenen Formel notwendig ist. Weiterhin ist die zeitliche Änderung des Verlustwinkels nicht direkt zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im »5 wesentlichen links in F i g. 2 dargestellt ist, kämmt ein Kegelrad 20, das zusammen mit der Exzenter» vorrichtung 19 durch den Motor 22 über Kupplungen 23 und 24 und das Getriebe 25 kontinuierlich angetrieben wird, mit einem Keeelrad 21 desselben Durrhmessers, das im rechten Winkel zu dem Kegelrad 20 angeordnet ist und die Trommel 26 während des Testvorgangs kontinuierlich dreht. Das bedeutet, daß bei jeder Umdrehung des Kegelrades 20 der Antriebsarm 18 schwingt und die Trommel 26 eine Umdrehung ausführt. Um die Trommel ist eine Aufzeichnungsmantelfläche, im allgemeinen Aufzeichnungspapier, gewickelt, mit der ein Schreibstift 27 in Berührung treten kann. Der mittels einer Hubeinrichtung zum Kontakt mit der Aufzeichnungsmantelfläche steuerbare Schreibstift 27 wird durch einen Motor 31 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, z. B. mit 1 cm/Min., kontinuierlich in Axialrichtung der Trommel 26 mit Hilfe einer Spindel 29 entlang von Führungsstangen 30 bewegt. In diesem Fall zeichnet der Schreibstift 27 Schraubenlinien auf die Aufzeichnungsmantelfläche der Trommel 26.

Der Schreibstift 27 wird durch die Kontakte 44,45, die bei einer Verformung ± 0 geschlossen sind, und die Kontakte 46, 47, die bei einem Drehmoment ± 0 geschlossen sind, gesteuert.

Die Aufzeichnungspunkte D₁.. .D_n (Verformung + 0) beginnen mit einem Punkt auf der Oberfläche der Trommel 26, d. h. mit D₁. Der nächste Punkt D₂ liegt auf derselben Mantellinie der Trommel. Dies gilt auch für die weiteren Punkte D. Die Aufzeichnungsputikte F₁.. .F_n entsprechen den jeweiligen Punkten D₁... D_n. Wenn die Aufzeichnungsmantelfläche in Winkelgrade unterteilt ist, bei denen die Länge des Umfanges 360° beträgt, geben die Punkte F₁ ... F_n direkt den dynamischen Verlustwinkel δ an. Die Verhistwinkel-Zeit-Kurve wird durch das Verbinden der Punkte F₁... F_n erhalten.

Bei den vorstehenden Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die Durchmesser der Kegelräder 20,21 gleich sind, so daß die Drehzahl des Kegelrades 20 derjenigen der Trommel 26 entspricht. Die Drehzahl der Trommel 26 kann durch Veränderung des Durchmessers des Kegelrades 21 erhöht werden, wobei ein ganzzahliges Vielfaches zu wählen ist. Dadurch vergrößert sich die Genauigkeit der Aufzeichnung.

Die Steuerung der Hubeinrichtung über die Kontaktpaare 44, 45 und 46, 47 erfolgt derart, daß der Schreibstift 27 am Punkt D aufgesetzt und am Punkt F abhebt.

Wie F i g. 5 zeigt, ist es möglich, genaue Informationen über die optimale Härtung des Kautschuks zu erhalten, wenn die Drehmomentkurve und die Verlustwinkelkurve gleichzeitig aufgezeichnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. von der AufeeichnungsmantelflSche veranlaßt wird

   _{o t} . und mit einer zweiten Antriebsvorrichtung für eine

   Patentanspruch: SSeSpfii* der Trommel und dem

   Verlustwinkels von Kautschuk oder Kutst S ^^An

   watenden für eine Einrichtung, durch die einer- nen «^?^b_eJ^_Bt wrdcn

   Kits durch eine Exzentervomchtung eine in emer zugleich in Be neb S^ese^ . _{der DT}._OS

   Probenkammer eingeschlossene und durch eme ^me denwü^ Vorn cn S Vorrichtung

   Probenkammerheizung erhitzbare Kautschuk-oder ^lf¹³⁴f Schreibstift entlang der Aufzeichnungs-

   Kunststoffmaterialprobe während der Vernetzung u» wird der ScbreilHtitt emi««S « β

   idih Shi tt d ande ™g%**£*^^ VTt^

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   periodischen Schwingungen ausgesetzt und ande g%£^^ unVhTbet^

   ierseits durch eine Meßeinrichtung das bei den croren cue rawcm»» « β

   periodischen Schwingungen über die Probe über- und dtoTJommd ¹^dAum eiS? Stufe wdttragene Drehmoment gemessen wird, mit einer des Schreibstiftes ™.™^T"f _Herbe
   eine Aufzeichnungsmantelfläche aufweisenden und »s gedreht. Derartige Hm- und_n™
   mittels einer ersten Antriebsvorrichtung dreh- ruckarüge B^TO^ÄlÄ
   baren Trommel und mit einem Schreibstift, der Grund eines sich bildenden SpieIs und
   Kittels einer von der Meßeinrichtung elektro- von Totpunkten zur^lge Die;
   mechanisch gesteuerten Hubeinrichtung zum Auf- Schreibstiftes wird bei .^d" ^
   setzen und Abheben auf die bzw. von der Auf- «. dadurch gesteuert, daß eine^f^rV^f £₀2* zeichnungsmantelfiäche veranlaßt wird und mit folgender Kontaktstift abwech^se'"Verfo_rmuno d r einer zweiten Antriebsvorrichtung für eine ReIa- betätigt, so daß sich die bei der yerformun der tivbewegung zwischen der Trommel und d«:m Probe ergebende ^^Tung^^m\^xch Schreibstift, die Meßwertfolgen gleicher Art als mit denjemgen ^^P^^SÄeiegerade Strichmarkierungen nebeneinander aufzu- *5 beim Fehlen einer Probe gelten^Die se Art der Mcue leichnen ermöglicht, wobei beide Antriebsvor- rung der Hubeinrichtung ermog cht nur emc ungc richtungen zugleich in Betrieb gesetzt werden, naue und nicht absolut eindeutige Em- und Ausdadurch gekennzeichnet, daß die erste schaltung des Schreibstiftes. _7Usrunde eine

   Antriebsvorrichtung (20, 21) die Trommel (26) in Der Erfindung hegt die Autgab^ «gründe eine

   eine Anzahl von kontinuierlichen Umdrehungen 30 Vorrichtung zu schaffen, d.e auf ^c»J^{fache und} ^ versetzt, die gleich oder ein ganzes Vielfaches der naue Art eine unmittelbare Au «^hnung des _d> na Zahl der der Probe (I?') auff-izwungenen Schwin- mischen Verlustwinkels von Kautschuk- oder Kunstgungsperioden ist, daß die zweite Antriebsvor- stoffmatenalien gestattet.

   richtung (28 bis 31) den Sch^ibstift (27) konti- Diese Aufgabe wird erfindung -emaß durch eme

   nuierlich parallel zur Achse der Trommel (26) 35 Vorrichtung der eingangs ^bcsch"^enen An ge lost, bewegt und daß die Hubeinrichtung durch von die dadurch gekennzeichnet .^ daß d,_e erste Ander Exzentervorrichtung (19) gesteuerte Kontakte triebsvorrichtung die Trommel in einer Anzahl von (44, 45) das Aufsetzen des Schreibstiftes (27) auf kontinuierlichen Umdrehungen versetzt die gleich die Trommel (26) zu einem Zeitpunkt veranlaßt, oder ein ganzes Vielfaches de. ^l der der Probe zu dem die Verformung der Probe (12') ± 0 ist, 40 aufgezwungenen Schwingungspenoden g. daß d« und durch von der Drehmomentmeßeinrichtung zweite Antriebsvorrichtung den Schreibstift konti-(8) gesteuerte Kontakte (46,47) das Abheben des nuierlich parallel zur Achse der Trommel bewegt Schreibstiftes (27) von der Trommel (26) zu dem und daß die Hubeinrichtung durchson de '***«£- Zeitpunkt veranlaßt, zu dem das Drehmoment vorrichtung gesteuerte Kontakte das Aufsetzen des ₊ ο j_{st 45} Schreibstiftes auf die Trommel zu einem Zeitpunkt

   veranlaßt, zu dem die Verformung der Probe ± 0 ist, und durch von der Drehmomentmeßeinrichtung gesteuerte Kontakte das Abheben des Schreibstiftes von

   der Trommel zu dem Zeitpunkt veranlaßt, zu dem