DE2059174B2

DE2059174B2 -

Info

Publication number: DE2059174B2
Application number: DE2059174A
Authority: DE
Inventors: Beat Bern Hoechli; Kurt Dr. Freiburg Moser
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1979-03-22
Also published as: CH512067A; DE2059174C3; NL166790C; NL7018201A; SE360926B; DE2059174A1; CH522217A; JPS5144427B1; FR2073876A5; NL166790B; US3696664A; BE760487A; GB1273896A

Description

Die Erfindung betrifft eine Torsionsschwingungseinrichtung zur Kunststoffprüfung, mit einer ersten Einspannklemme zum Festhalten eines Endes eines Kunststoffprobekörpers und einer zweiten Einspannklemme für das andere Ende des Probekörpers, die starr mit einem Schwungkörper verbunden ist, der an einer Zugeinrichtung hängt, die eine den eingespannten Probekörper gestreckt haltende Kraft ausübt, mit einer Temperierkammer für den eingespannten Probekörper und eine Vorrichtung zur Messung der Schwingungsdauer der Drehschwingungen des durch den Probekörper und den Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme gebildeten Torsionspendels.

Einrichtungen dieser Art dienen zur Bestimmung des Schubmoduls des Kunststoffs. Das Torsionspendel wird zu Schwingungen angeregt. Aus der Schwingungsdauer,

dem Trägheitsmoment des Schwungkörpers mit der zweiten Einspannklemme und den Abmessungen des zwischen den Einspannklemmen eingespannten Probekörpers wird der Schubmodul des Kunststoffs berechnet. Aus einer Anzahl bei verschiedenen Temperaturen vorgenommenen Messungen ergibt sich dann die Temperaturabhängigkeit des Schubmoduls.

Bei höheren Temperaturen erweicht der Kunststoff und der Probekörper verlängert sich. Um dies uiöglichst to zu vermeiden, hat man bei einer bekannten Schwingungseinrichtung, bei welcher eine den Schwungkörper bildende Schwungscheibe abweichend von Vorrichtungen der eingangs genannten Art an der Kunststoffprobe hängt (DIN 55 445, No/ember 1965) eine Arretiervorii richtung vorgesehen, mit welcher der Probekörper während der Aufheizperioden (zwischen den Schwingungsversuchen) entlastet werden kann. Außerdem hat man einen vertikalen Maßstab neben der Schwungscheibe angeordnet, um Längenänderungen des Probekörpers messen zu können. Eine Entlastung des Probekörpers ist nicht unbedingt erwünscht, da auch das bei höherer Temperatur eintretende Fließen des Kunststoffs von Interesse sein kann. Die Messung mit dem Vertikalmaßstab ist umständlich, da man zum Ablesen genau über die Oberfläche der Schwungscheibe visieren muß. Die Messung wird ungenau, wenn die Scheibe, z. B. info'ge ungleichmäßiger Dehnung des Probekörpers von der horizontalen Lage abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.

Dies wird erfinoungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß ein Meßumformer zur Umformung von Längsverschiebungen in proportionale elektrische Größen mit der Zugeinrichtung zu einer Wirkungseinheit vereinigt ist.

Diese Lösung der Aufgabe ermöglicht es dann auch, bei einer automatisch arbeitenden Einrichtung, die nach dem Einspannen des Probekörpers sämtliche Meßvorgänge, nämlich Temperatursteuerung, Schwingungsanregung und Aufzeichnung· der Schwingung bzw. der Schwingungsdauer oder des Schubmoduls (Zeitschrift »Kunststoffe«, Band 57, Heft 4, Seite 259, bzw. Zeitschrift Plastics and Polymers«, vol. 37, 1969, Nr. 131, Seiten 469 bis 474) selbsttätig durchführt, auch die Dehnung der Kunststoffprobe in Funktion der Temperatur aufzuzeichnen, bzw. bei einer automatischen Berechnung des Schubmoduls zu berücksichtigen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße;! Torsionsschwingungseinrichtung zur Kunststoffprüfung anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher beschrieben. In der einzigen Figur sind oben das Torsionspendel und die mit diesem zusammengebauten Vorrichtungen .und darunter das Blockschaltbild der Einrichtung dargestellt.

Am oberen Ende der Säule 2 eines Stativs 1, 2 ist ein zweiarmiger Hebel 3, 4 um eine horizontale Achse 5 schwenkbar gelagert. Am freien Ende des einen Hebelarms 3 ist ein Schwungkörper 6... 10 an einem praktisch richtkraftfrei tordierbaren Faden 11 aufgehängt. Der Schwungkörper besteht aus einem in Stirnansicht dargestellten horizontalen Stab 6, der in gleichen Abständen von seiner Mitte je einen zylindrischen Körper 7 aus magnetisch leitfähigem Material trägt.

In der Mitte des Stabes 6 ist an dessen Unterseite eine Einspannklemme 8 für das obere Ende eines streifenförmigen (in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten) Kunststoffprobekörpers 12 angebracht. Eine Einspann-

klemme 13 für das untere Ende des Probekörpers 12 ist fest mit der Grundplatte 1 des Stativs verbunden.

Vor einem der Körper 7 ist ein am Stativ 1,2 (in nicht dargestellter Weise) befestigter Elektromagnet 14 angeordnet, der von einem Impulsgeber 15 mit ϊ einstellbarem Impulsabstand von z. B. 0,5 bis 15 Minuten kurzzeitig erregt wird, um bei jedem elektrischen Impuls einen Drehimpuls auf das durch den Schwungkörper 6... 10 und den Probekörper 12 gebildete Torsionspendel auszuüben und dasselbe dadurch perio- \u disch zu gedämpften Schwingungen anzuregen.

In der Mitte des Stabes 6 ist eine sich nach oben erstreckende Achse 9 befestigt, die mit seitlichem Spiel frei durch eine Bohrung iiner Traverse 16 des Stativs 1, 2 hindurchgeht und an deren oberem Ende der Faden 11 befestigt ist. Die Achse 9 trägt einen Spiegel 10.

Mit 17 ist eine Lichtquelle bezeichnet, deren Lichtstrahl auf den Spiegel 10 gerichtet ist. In der Ruhestellung des Spiegels, d. h. bei nicht tordiertem Probekörper 12, trifft der vom Spiegel 10 reflektierte Lichtstrahl auf ein lichtelektrisches Organ 18. das an einen Frequenzmesser 19 angeschlossen kt, der auf jeden zweiten Lichtstromimpuls anspricht. Die der Frequenz entsprechende Ausgangsgröße des Frequenzmessers 19 ist an einen Eingang 20 eines Analogrech- _·ί ners 21 geführt, der Einstellvorrichtungen 22, 23, 24 für die Abmessungen des Probekörpers hat und aus diesen Abmessungen, der Frequenz und vorbestimmter Konstanten den Schubmodul des Kunststoffs des Probekörpers 12 berechnet. Die den Schubmodul (G)darstellende «1 Ausgangsgröße des Analogrechners ist einem Eingang 25 eines Koordinatenschreibers 26 zugeführt.

Am freien Ende des anderen Hebelarms 4 ist ein Gegengewicht 27 aufgehängt, das etwas schwerer als zum Kompensieren der Schwerkraft des Schwungkör- j5 pers 6 ... 10 erforderlich ist, um sicherzustellen, daß die obere Einspannklemme 8 Längenänderungen des Probekörpers 12 zuverlässig folgt. Außerdem ist am Hebelarm 4 ein Graukeil 28 befestigt, der zwischen einer Lichtquelle 29 und einem lichtelektrischen Organ 30 angeordnet ist. Wenn die Länge des Probekörpers 12 ändert, führt der zweiarmige Hebel 3, 4 eine entsprechende Bewegung aus, wodurch der Graukeil 28 die Beleuchtung des lichtelektrischen Organs 30 verändert, so daß dessen Photostromänderung ein Maß 4ί der Längenänderung des Probekörpers 12 ist. Der Photostrom des lichtelektrischen Organs 30 ist einer Schaltung 31 zugeführt, die einen der Längenänderung proportionalen Strom an einen Schreiber 32 für die Längenänderung und an einen Eingang 33 des ίο Analogrechners 21 abgibt. Der Analogrechner addiert die Längenänderung zu der an ihm eingestellten Länge des Probekörpers, berechnet aus der eingestellten Länge und Dicke und der Längenänderung die zugehörige Dickenänderung und addiert diese zur r> eingestellten Dicke, um den Schubmodul aus der jeweiligen Länge und Dicke sowie den übrigen Daten zu berechnen. Selbstverständlich kann auch die Änderung der Breite des Probekörpers ebenso wie diejenige der Dicke berücksichtigt werden. An Stelle des Graukeils 28 e>o können zwei Blenden, z. B. mil parallelen Sehlitzen, verwendet werden, von denen eine mit dem Hebelarm 4 verbunden und die andere feststehend ist.

An Stelle der Vorrichtung 28, 29, 30 kann auch ein anderer Wandler zur Umwandlung der bei einer μ Längenänderung des Probekörpers 12 auftretenden Längsbewegung des FaHens 11 in eine entsprechende elektrische Größe verwendet werden. Z. B. kann der Faden über eine drehbar gelagerte Rolle laufen die mit dem Schleifkontakt eines Potentiometers verbunden ist. Dieses und ein zweites von Hand einstellbares Potentiometer liegen parallel an einer Stromquelle. Zwischen den Schleifkontakten beider Potentiometer tritt dann eine der Längenänderung des Probekörpers entsprechende Spannung auf, wenn das zweite Potentiometer vor der Messung so eingestellt wurde, daß die Spannung zwischen den beiden Schleifkontakten Null war.

Zwischen den beiden Einspannklemmen 8 und 13 erstreckt sich eine Temperierkammer 34 mit einem doppelwandigen Mantel 35, dessen Hohlraum mit einer Zuleitung 36 und einer Ableitung 37 für eine Wärmeträgerflüssigkeit versehen ist, die mittels eines regelbaren Thermostates 38 auf einer wählbaren, konstanten oder durch eine Programmsteuervorrichtung 39 nach einem wählbaren Programm (z. B. mit einer stündlichen Temperaturänderung im Bereich von 3 bis 180³C), gesteuerten Temperatur gehalten wird. In die Kammer 34 führt eine Zuleitung 40 für ein inertes Gas. Der Mani.el 35 hat eine radiale Bonrung für einen zur Messung der Temperatur (T) in der Kammer dienenden elektrischen Temperaturfühler 41, der ^n den anderen Eingang 42 des Koordinatenschreibers 26 angesuilossen ist.

Die Einspannklemmen 8 und 13 können abweichend von der schematisch dargestellten Anordnung in die Kammer 34 hineinragen oder garn in dieser untergebracht sein. Sie schließen die Kammer 34 möglichst gasdicht ab, wobei jedoch die obere Einspannklemme 8 frei drehbar und axial verschiebbar ist.

Der Mantel 35 der Kammer 34 hat zwei einander diametral gegenüberliegende Fenster 43, 44 für eine lichtelektrische· Einrichtung 45, 46, 47 zur Messung der Transparenz des Probekörpers 12. Diese Einrichtung hat eine Lichtquelle 45. deren Lichtbündel durch das Fenster 44 in die Kammer 34 eintritt, nach einer der Transparenz des Probekörpers 12 entsprechenden Schwächung durch das andere Fenster 43 aus der K?mmer austritt und auf ein lichtelektrisches Organ 46 fällt, dessen Photostrom ein Maß der Transparenz des Kunststoffprobekörpers 12 ist. Das lichtelektrische Organ 46 ist an eine Schaltung 47 angeschlossen, die einen der Transparenz entsprechenden Strom en einen Schreiber 48 liefert, der die Transparenz fortlaufend registriert.

Die optischen Elemente (z. B. Linsen und Blenden) der lichtelektrischen Vorrichtungen 10, 17, 18 und 28, 29, 30 sowie 45, 46 sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die lichtelektrischer! Organe 18, 30 und 46 können lichtelektrische Zeilen oder PhotowiderstänJe sein.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann die bei Torsionsschwingungsversuchen auftretende Dehnung des Kunststoffprobekörpers vollautomatisch gemessen, registriert und ausgewertet werden. Es ist lediglich erforderlich, den Kunststoffprobekörper in die Einspannklemmen e^;nzuspannen, die Abmessungen des Probekörpers iam Analogrechner einzustellen und das Temperaturpreigramm zu wählen. Dann schreibt der Koordinatenschreiber das Diagramm des unier Berücksichtigung der Dehnung des Probekörpers ermittelten Schubmoduls in Funktion der Temperatur, und gleichzeitig registrieren Jie beiden anderen Schreiber die Längenänderung und die Transparenz des Probekörpers während des Temperaturprogramms. Wenn die Temperatur konstant Behalten wird, kann die .Stabilität

des Kunststoffs bei der betreffenden Temperatur geprüft werden.

Der Schwungkörper kann so ausgeführt sein, daß sein Massenträgheitsmoment veränderbar ist. In diesem F^:alle ist der Analogrechner mit einer zusätzlichen Einstellvorrichtung auszurüsten, an der das jeweilige Massenträgheitsmoment einzustellen ist.

An Stelle der Frequenz der Torsionsschwingung kann auch die zu dieser reziproke Schwingungsdauer gemessen und eine entsprechende elektrische Größe dem Analogrechner zugeführt werden.

Um die Transparen/ des Probekörpers 12 nicht nur, wie in der Figur gezeigt, an einem Teil desselben, sondern über die gesamte Fläche integriert /u messen, kann das lichtelektrische Organ 46, dessen lichtempfindliche Flache in der Regel kleiner als der Probekörper ist.

durch einen Lichtleiter mit dem (in diesem Fallt größeren) Fenster 43 verbunden sein, wobei die Glasfaserenden des Lichtleiters am lichtelektrischer Organ gebündelt und am zugeordneten Fenstei

τ gleichmäßig über dessen Öffnung verteilt sind. Eir entsprechend angeordneter Lichtleiter kann aucr zwischen der Lichtquelle 45 und dem (in diesem Falle größeren) Fenster 44 angeordnet werden. Die Verwen dung eines Lichtleiters ist auch im Falle kleiner Fenster

ίο deren Öffnung leicht gleichmäDig ausgeleuchtet bzw von einem lichtelektrischen Organ erfaßt werden kann zweckmäßig sein, uni iriSueswiuioiL· uns Lt;i/.ic'iu
einem größeren Abstand von der Tcmpcricrkammcr anzuordnen und dadurch Wärmccinflüssen derselben zi

r. entziehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Torsionsschwingungseinrichtung zur Kunststoffprüfung, mit einer ersten Einspannklemme zum Festhalten eines Endes eines Kunststoffprobekörpers und einer zweiten Einspannklemme für das andere Ende des Probekörpers, die starr mit einem Schwungkörper verbunden ist, der an einer Zugeinrichtung hängt, die eine den eingespannten Probekörper gestreckt haltende Kraft ausübt, mit einer Temperierkammer für den eingespannten Probekörper und einer Vorrichtung zur Messung der Schwingungsdauer der Drehschwingungen des durch den Probekörper und den Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme gebildeten Torsionspendels, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßumformer zur Umformung von Längsverschiebungen in proportionale elektrische Größen mit der Zugeinrichtung zu einer Wirkungseinheit vereinigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Rechner zur Bestimmung des Schubmoduls aus der Schwingungsdauer des Torsionspendels, dem Trägheitsmoment der schwingenden Masse desselben und den Abmessungen des Probekörpers verwendet wird, dem ein Addierwerk mit einem mit dem Wandler verbundenen Eingang zugeschaltet ist, das die Längenänderung des Probekörpers zur am Rechner eingestellten Längenabmessung des Probekörpers addiert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Rechner -;ine Vorrichtung zur Berechnung der der Längenänderung entsprechenden Dickenänderung des Prr lekörpers und ein weiteres Addierwerk zur Addition dieser Dickeniinderung zur am Rechner eingestellten Dickenabmessung des Probekörpers verwendet wird.

4. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei selbsttätiger Schwingungsanregung und mit Programmsteuerung für die Temperatur in der Temperierkammer, die Verwendung einer Vorrichtung zur zeitabhängigen, gleichzeitigen Registrierung der Temperatur in der Temperierkammer und der Dehnung der Kunststoffprobe sowie der Pendelschwingungsdauer und/oder des Schubmoduls des Kunststoffs der Probe vorgesehen ist.