DE2117256A1

DE2117256A1 - Verfahren zum Auswerten von Versuchen, die nach dem Marshall Verfahren durchge fuhrt wurden, sowie Vorrichtung zur Durch fürhung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2117256A1
Application number: DE19712117256
Authority: DE
Inventors: Virgiho San Donato Milanese Gaetani Bruno Mailand Verga Cesare Dr San Donato Milanese Arngom, (Italien) P
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1971-11-04
Also published as: GB1347271A; DE2117256C3; CH565367A5; BE765342A; NL7104728A; SU490300A3; FR2089214A5; DE2117256B2; LU62963A1

Description

Verfahren zum Auswerten von Versuchen* die nach dem Marshall-Verfahren durchgeführt wurden, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Daten in Versuchen, die nach dem Marshall-Verfahren (ASTM D 1559-65) durchgeführt werden.

Bin einfaches und schnelles Verfahren, welches in~der Ia£e ist, indikative Baten hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von BitumensfeiBischen zu #eben, ist dem nach dem Marshall-Verfahren durchgeführten zu sehen.

Der Versuch besteht darin, in diametraler Richtung eine zylindrische zwischen zwei halbkreisförmigen Backen angeordnete Probe zusammenzudrücken*

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Belastung und Verformungen werden auf mechanischen Indikatoren abgelesen; insbesondere wird ein TÖ-krometer für die Verformung verwendet, sowie ein Dynamomet erring für die Laat, deasen Ablesung auf einem zweiten Mikrometer vorgenommen wird.

Das Überwaehunfissyatem besteht darin, auf der Seite des Bedl enun^s personals die Maxiinallast und die entsprechende Verformung abzulesen; die Ablesungen werden so der Sor£fälti£?fceit unä Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals

Zur kontinuierlichen tJberwachunß: wird auch eine Kinematofficiphiekamer^ v.-rwendet.-Das mechanische tjberwachun^ssjstem bietet eine beerenate Möglichkeit, die Skalen zu verändern und hat eine irewisae Instrumententrä£heit; dies bedeutet, daß bisher Fehler nicht vermieden werden konnten.

Dgs"mechanische Messen der Last mittels des dynamometrisehen Rin£s macht es erforderlich» daß der Rm^ dtne beachtliche Verformung erleidet, die die Lastaufbrin^unfcs^eaehwindiiikeit auf die Probe ändern kann*

Weiterhin ist es unmöglich, die VeiisTachs^eschwindiekeit unter Last zu überwachen? diese $&sehwladigköit-ist wichtig, vena man das reolo^ische Verhalten der Bitumen^emische berücksichtigt.

In einer hiermit zusammenhängenden Anmeldung: wurde bereits ein Verfahren zum Überwachen und Aufzeichnen von Last- und Verf orraunsswerten von-Bitumenffemischen vorgeschlagen, die dem Marshall-iest ausgesetzt waren«

Nach diesem Verfahren ist die Verwendung eines elektronisehen Meßeystema vor*Tfeae,hen, welches es ermöglicht, kontinuierlisli Las,t- und Verformung werte zu überwachen und auf zuseishaea und Gleichzeitig die Test^euehwindisrkeit zu überwachen.

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Bei dieses Verfahren werden Kraft- und Verformungwandler sowie Anordnungen zum Verstärken der aus den Wandlern kommenden Signale. , sowie .ein Syetem sur kontinuierlichen Aufzeichnung dieser verstärkten Signale benutzt.

Abgesehen von den beachtlichen Kosten der AufzeiehmanSsanordnunfCen, die zur Durchführen« eines solchen Verfahrens erforderlich sind, ist es uiiiBö*ii.ieh, hiermit einen der Hauptnachte:} Ie, der während des Harshall-Vorsuchs auftritt, zu vermeiden, dap ist die Inkonstanz der DeformatiönseesehwindiiCkeit; diese wäre aber zu "einer Genauen Berechnung der während des Versuches berücksichtigten Phänomene erforderlieh, da das nieht-newtonsche Verhalten der Biturnensemi sehe berücksichtigt werden

Die FehlerurSachen während der Versuche mit einer Diametralkompression der Proben (AS2?M D 1559-65) hängen hauptsächlich ron zwei unterschiedlichen "Faktoren ab.

Der erste muß dem verwendeten Meßsystem zugeschrieben werden, d.h. der unzureichenden Verläßlichkeit der Gemachten Ablesungen iileiehzeitii? für Verforeune: und Maximallast durch das Bedienungspersonal.

Es «.enü^t in diesem Zusammenhang darauf hin2uweieen_s daß die Veraö^erun^sEeit in der Ablesung aufgrund der Reaktionszeit des Bedienungspersonals im Mittel etwa 0,5 Sek. beträft _} während die Versuchsdauer nur wenige Sekunden ausmacht» Dieser Nachteil wurde nach de« zweiten benannten Verfahren überwunden, welches die kontinuierliche Aufzeichnung der Daten ermöglicht.

Die zweite Pehlerursache hän^t mit der Anordnung zua Komprimieren der Probe zusammen.

Vorgesehen ist im allgemeinen ein Elektromotor »it praktisch konstanter ^eschwindiÄkeit, welcher über ein

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System die Drehbewegung in eine Geradlinige umformt und sie auf die Probe überträft. Ein Dynamometerring zum Messen der Last ist auch vorgesehen.

Es wird angenommen, daß der Motor eine vollkommen konstante Geschwindigkeit hat; ait S soll die ^esamtverforraunS bzw» Deformation des Systems Vorrichtung-Probe antfezei^t werden als Summe von:

— der elastischen Verformung äquivalent zum gesamten Kompressionssystem (Steifiekeit l/K, konstant),

- der elastischen Verformung des Dynamometerrin£s (Steifigkeit 1/K₂» konstant),

™ - der mit S* bezeichneten Deformation der Probe; (Steifigkeit 1/K, der Probe ist nicht "konstant, hän£t vielmehr von der Last P, der Deformationsffeschviindi^keit eben dieser Probe ds*/dt raid der Versuchszeit t ab? dann ergibt sich das Verhalten, vfie bereits erwähnt, insgesamt aus der ^

1)3 =

während sich für die Probendeformation ergibt?

2) S* = ₅

Löst man #leichun^ß 1) nach Έ auf und substituiert in 2), so ergibt sich

3) S* ~ S _m _1

1 +

(K₁₊K₂)

was den Wert der Deformation der Probe als Punktion der Verschiebung S, die linear mit der Zeit, steigt, ergibt, die dem Motor «enteisen v/ird. Betrachtet man diese Beziehung, so erkeant man, daß, da K, nicht konstant ist, ,vielmehr während des ,Versuchs von P, ds* nach dt und t abhängt, das Deformations<?eset£ äer Probe S* über die Zeit nicht-linear ist.

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Wie vorher erwähnt, ist es vielmehr notwendig, daß für eine exakte Berechnung der während eines Versuchs nach dem Marshall-Verfahren erhaltenen Daten,, ■ S* eine lineare Punktion der Zeit wird; cUlu die Deforoüationa^eschwindi^keit der Probe muß konstant sein.

Selbst bei einem Motor, der in der La^e ist, eine konstante Geschwindigkeit aufrecht zn erhalten, kann diee doch nicht zur Deformations^eschv/indi^keitder Probe führen, wenn man die elastische Deformation einiger Teile der Presse berücksichtigt.

Selbst wenn eine beachtliche Verbesserung unter Verwendung eines besonders steifen Systems aura Komprimieren und Messen der Last erreicht werden könnte, bleibt die Suche nach einer ^esamtlösun^ des Problems, d«h» der Wünsch, eine richtige Steueranordnung der beschlossenen Rin^bauart zu schaffen, die weiter unten Genauer speKifiziert werden wird.

Erfinduntfs^emäß wird nun ein verbessertes Verfahren zum Beatimmen der Daten bei Versuchen, diö nach dem Marshall-Verfah-" ren durchgeführt wurden, vorgeschlagen, welches die Überwachung dieser Daten ^enau ermöglicht und so dazu führt, äußerst Genaue Ergebnisse, frei von fehlern de? Bedienungspersonals mittels einer wirtschaftliehen Vorrichtxin£ zu erhalten.

"a^enstand der Erfindung ist auch ein Verfahren» welches es ermöglicht, Versuche vom Märshall-iyp durchzuführen, bei denen die 75eformations«.eschwindi^feeit der Probe konstant bleibt und der des Versuchs entspricht, wodurch die oben benannten Nachteile vermieden werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die es ermöglicht, das ober ^©nannte Verfahren durchzuführen, d.h. die die exakte Überwachung der Daten bei Versuchen vom Marshall-Typ . zum ^V^enstand hat, derart, daß bei diesen Versuchen die Deformationsßeschwindi^keit der Probe konstant und bleich dem Wert

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äquivalent zu dem des Versucb.es bleibt *

Das"Verfahren nach der Erfindung umfaßt im wesentlichen die folgenden Sehritte:

- Überwachung und Speicherung der folgenden ^Größen:

a) Maximallast,

b) ^esamtdeformation der Probe zwischen der Zeit T_Q, wobei die Probe Stat auf zunehmen beginnt, und der Zeit T,- entsprechend der Maximallast,

c) Zeitint ervall %-T_Qf

W - Überwachung des Deformationssa^nals'an den Probeäenden und Vergleich miij einem vorher festklebten Beau^ssißnal entapreehend der Gewünschten Versuchs^eschwindi^keit_s

- Übertragung des Signals» welches die Verschiebung von der Realdeformations^eschwindiSiceit bezüglich der für den Versueh ^ewünschtefi darstellt, an einen Reeler, der auf die Motor^eschwindi^keit einwirkt und diese Verschiebung zu Null macht.

Verfahren nach der Erfindung"wird mittels einer Vorrichtung durchgeführt, die in der La^e ist_r die benannten Arbeite« Charakteristiken zu realisieren.

> ■' ■ Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt ein§ normale Presse, die es ^räö^licht^ zunehmende Lasten auf die Geprüfte Probe aufzubringen und an dieser Probe Deformationen hervorzurufen; die Vorrichtung ist ausgestattet mit:

- Kraft- oder last wandlern für die Überwachung der Aü*enblickswerte der Beanspruchung wobei diese Wandler vorzugsweise von piezoelektrischer oder extensometrischer Bauart sind?

- Schiebewandler, vorzugsweise der extensometrißclien oder differenzialen (Strom) Wandlerbauart|

- Anordnung zur Überwachung d©r Baten» insbesondere zum Speichern der Last- und Deformations wert β, die zun Zeit-

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_ η „

punkt der Maximallast erreicht wurden; der Wert des Zeitintervalle bi.y sum Erreichen dieses Zeitpunkts wird ebenfalls gespeichert;

Anordnung aur seibetätigen Steuerung dee Antriebsootors, derart, daß die Deformation der Probe bei konstanter SesehwincUgkeit erhalten wird.

JJ^;ne beispielsweise AusführunSaförm der Erfindung soll nun ijihaud der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, ohne daß die B5?findiin^e hierauf beschräakt ist.

Lastwand] er P und Versehiebun^awandler . sind auf der zur Durchführung des Kompressionsversuehs der Proben verwendeten Presse gelagert, Tat? Signal entsprechend dem Wert der aufgebrachten Last ^eht kontinuierlich durch den Verstärker -8 und erreicht etinen Ableitua-skreis 3, wobei eine nach^esehaltete Schmitt-Trigger schaltung 4- leitend wird, sobald die Ableitung nach der 55eJt sich von Nu31 unterscheidet, d.lu zur Zeit T , wenn die Probe beginnt Last aufzunehmen und wird wieder auf

bestellt, wenn die Ableitung z\x KuIl wird, d.h. wenn die Probe bricht (Zeitpunkt ϊ^)«

ff-

Hierdurch wird ea möglich, ein Eechteei signal von der Dauer T,.-T zu erhalten, welches, wenn es an cien Ableitun^skreis und den Polaritätsdiskriminator S gBSijndt wird, zwei Scheriapuls« (öhor pulses) zu den Zeitpunkten T und T^ erzeugt„

Sin Signal proportional zur Last wird'kontinuierlich an den elektronischen Lastspexeherkreia 8 ^e^eben laid z\m Zeitpunkt T„ ^cerpeichert; das entsprechende Re^elsi^nal erreicht den Speicher 8 von 5 aus; der Gespeicherte Lästwert, entsprechend dem Bruch der Probe wird aui" dea Anzeigegerät 12

Das Defortaationssi^nal aus 1 wird, nach Verstärkung in 17, an zwei Speicher 6 und 7 ^e^eDen, die jeweils

durch die von 5 kommenden und den ^i a it punk ten I^s land Ϊ« ent-

oM

sprechenden Impulsen besteuert werden* Auf diese Weise

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speichert der Speicher 6 den Versehiebungswert zum Zeitpunkt T , während der «weite Speicher 7 den Wert entsprechend dem Steltpuokt 3L, speichert? eine ScMebeanzeigpelnrtehtmi^ 13 , ermöglicht es₉ die'Differenz* zwischen den "beiden Yerschiebun^s vrerten abzulesen,, die am' Ansang der Veriden genannte« Speicher auftreten, das ist die Deformation,

Me Anzeige ist daher UuIl Ms zu Beginn der Lastauf br in gunfe' und ateigfc. dann um aur Deformation proportionale Vierte, die beginnend von diesem Zeitpunkt an gemessen v/erden·

Das Signal mit .Bonsbanter Amplitude und Dauer IV-^₀» das durch die Schmitt-Triggerschaltung gegeben ist,, wird über die Zeit in einem elektronischen Integrator 9 integriert. Der resultierende Bndwert» proportional zur Dauer Τ_τ/Γ-ΐ , vd-rd mittels eines Speicherkreises 10 Gespeichert und im .Anzeigegerät Ii abgelesen» ■

Werte der Maximal- oder Bruchlast der Deformation entsprechend solely eis.er Last und Yersuohszeitdauerii werde» so Gespeichert ?inö abgelesen« Der- Schalter 19 dient daisu, die Speicher 6» T, imd 10 aas Ende $ede® Yersuchs auf Null zu stellen.

Ks Aaoröaiang .aum Steuern der Tersiiehsgesc^windi^keit wird ßebiMst äiireb. eiaea elektronischen Sägezahngenerator M₅ der ein B'ss^ssi^aal anssendet*_s _ welches linear mit der Zeit zuaimffit laiiii als Besu^s^runöla^e für äen Werfdea Deformationssignals äisatg ifel-c'lias aus üem TerscMebun^swandler 1 durch &sn TarstäsireE¹ 17 kommt _o

Γ'β^ ^raöisat des Bezugs si Saals über die Ze%t wird vorher fest %le^t νεη,ύ. eatsprieM, water Berücksichti^'un⁰' der ProportίonaiitätslK-astsntss,. äer ^eifHnscliten ¥ersuelis^eschvd.ndi^lreitQ

Ber Y©r^ie3c&" siiisenen fle® ί/srt der Gewünschten Geschwindigkeit aas .*4 iSiä-a-SB! -^ataacliliehei?^ aus 17 kemmendens, wird hat 21 ·ίΓ0Σ?*=ΘΚ03ΐ"ώ·:52·ί₉ wobei liier ier Ursprung für ein für einen

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elektronischen Regler 16 der Steuerdiodenbauart "bestimmtes Signal ist,

Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Motors 20 derart gesteuert, daß das aus 21 kommende Fehlersignal zu einem Minimum wird.

Die Deformationsgeschwindigkeit wird so praktisch entsprechend der gewünschten und durch 14 gelieferten Geschwindigkeit.

Ein Regelsystem 15 normaler Bauart ermöglicht es dann, von Hand die Häherungs- Stillsetz- und Umsteuervorgänge vor- · zunehmen. Das Stillsetzen kann selbstätig zum Zeitpunkt T« erfolgen, indem man als Regelsignal den 5 verlassenden und diesem Zeitpunkt entsprechenden Impuls "benutzt, falls solch ein selbstätiges Stillsetzen gewünscht sein sollte.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum .Bestimmen von Baten, die in nach dem Marshall-Verfahren durchgeführten Versuchen ^ev/onnen wurden, jrekennzeichnet durch. Überwachung Speicherung und Ablesun^ der physikalischen Daten aufgrund der an den Proben vorgenommenen Versuche,

[2·) Verfahren nach Anspruch i, dadurch Gekennzeichnet, daß der Wert der Maxima Hast bei Bru.cn der Probe überwacht und Gespeichert wird und d/aß dieser Wert an einer ^eei^neten Anzeigeeinrichtung abgelesen wird.

3«) Verfahrennach Anspruch 1, dadurch Gekennzeichnet, daß die Probendeforma/fcion entsprechend der Maximallast bei Bruch überwacht und Gespeichert wird; und .daß dieser Wert an einer Geeigneten AnzeiGeeinrichtunG abGelesen wird.

4.) Verfahren nach Anspruch i), dadurch Gekennzeichnet, daß die Versuchszeit der Proben überwacht und Gespeichert wird· und daß ein en^spreehender Wert an einer Geeigneten Anzeigeeinrichtung abgelesen wird.

5.-}. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Gekennzeichnet _r daß die Geschwindigkeit des die Versucheeinrichtung antreibende^"Motors G^reSelt wird, derart, . daß die Probenv.erformunSaSeschwindiGkeit konstant und Gleich einem vorGeSebenen Wert wird.

6·) Verfahren nach einem der vorherGenenden Ansprüche, Gekennzeichnet durch die folGenden Schritte:

- Überwachung der AuGenblickadeformation \mä ö@r Laatwerte mittels Wandlern;

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e dieser abgeleiteten Werte an eine Schmitt-Triggerschaltung ;

■ Le^en des die Schmfitt-iriggBrscb.altun^ verlassenden Signals, dessen Dauer bleich der Yersuehszeit (beat time) ist, an einen Polaritätsdiskriminatorderivator;

Abgabe von zwei Impulsen aus einem aolchen Polarjjtätsdiskriminatorderivator enteprechend den Versuchsbe^inn- und Endzeitpunkten;

Speichern mittels eines Speiefo/erkreises des Werte/a d,er Proberid'-iximalbruchlast durch Regeln des SpeicherauSenblickes mittels des den Polaritätsdiskriminator-Deriva-{;or verlassenden Impulses entsprechend dem. Versuchs— endZeitpunkt;

Le^&n diösea Gespeicherten Signals an eine Anja^i^e*. einrichtun^, die die Ablesung dieses Wertes ermöglicht}

Le^en dieses die 8chmitt-iDri^^gerechaltun^g Terl&asenden Si Saales auch an qfinen elektronischen dieses Signal integrierenden Integrators;

liefen dieses integrierten Signals, welches proportional zur Versuehszeit ist, an einen dieses Vert speichernden Speicherkreis?

Legen dieses gespeicherten Wertes m eine A»eei^#- einrichijung, die eine direkte Ablestm^ der Yerauchezeit ermöglicht;

kontinuierliche Abgabe der TeretSrlctea an zwei Speioherj

(iben de,r den eenauüten Polaritätsdie^rimiaatcr senden Si^gna3e an. dd^e beiäen Speicher, 4as de» ?sitpunkt zum Yersuchsbe^inn eatsprecb«aäs Si%.*l a» einen Speicher und das dem YersueliB-snGr.eJtpuisit g an den ander»n Speicher;

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.- 12 -

- Speichern der "beiden genannten Zeitpunkte der relevanten Deformationswerte;

- Geben dieser gespeicherten Werte an eine Deformationsanzeigeeinrichtung, die es ermöglicht, die gesamte ProbeÄefonnation bei Versuchsende abzulesen;

- Emission mittels eines elektronischen Sägezahngeneratore eines Bezugssignals, welches linear mit der Zeit entnimmt und das einen Gradienten Über die Zeit entsprechend dem Wert der für den Versuch gewünschten Deformationsgeschwindigkeit aufweist;

- Vergleich dieses Signals mit dem Deformationssignal aus dem Deformationswandler;

- Übertragen eines Signals an einen elektronischen Regler_β welches proportional zur Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeitswerten ist;

- Regelung mittels dieses elektronischen Reglers des die Presse betreibenden Motors, derart, daß eine Geschwindigkeitsdifferenz auf ein Minimum gebracht wird,

- gegebenenfalls Legen des aus dem Polaritätsdiskriminator-Derivator kommenden Versuchsendsignals an ein den Motor stillsetzendes Regelsystem üblicher Bauart und

- Stellung sämtlicher genannter Speicherkreise bei Versuchsenäö mittels eines einzigen Schalters auf NuIl₀

7«} Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

- eine an sich bekannte Anordnung zum Verformen der Proben, gegebenenfalls bis zum Bruch, durch Aufbringung stei~ gender üsstenj

- einen Kraftwandler;

- einea D@for??ationswandler;

- zwei Inoräiiüiigen sum Verstärken der durch die Wandler

Signale;

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- vier Speicherkreise;

- eine Schmitt-Triggerschaltung;

- einen Polaritätsdiskriminator-Derivator;

- einen elektronischen Integrator;

- drei Anzeigeeinrichtungen für die Werte von Maximallast, Maximaldeformation bzw. Versuchszeit;

- einen elektronischen Sägezahngenerator;

- einen elektronischen Regler für die Hotorgeschwindigkeit;

- eine Anordnung zur Regelung der Presse von Hand, gegebenenfalls mit selbstätigen Antrieb, zum Stillsetzen bei Versuchsende;

- und durch einen Schalter zur Null-Rückstellung der Speicher bei Versuchsende.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler bevorzugt von piezoelektrischer, extensometrischer oder Differenzialwandlerbauart sind.

9o) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnungen von elektronischer Bauart, vorzugsweise Operationsverstärker sind.

10.) Verfahren und Vorrichtung im wesentlichen wie dargestellt und beschriebene

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L e e r s e i t e