DE2615174A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen viskoelastischer festkoerper - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus SeifFert PATENTANWÄLTE

D-62 WIESBADEN _V/J?ostfadi 6145

' ' Gustav-Freytag-Straße β (06121) 37Ϊ720

Telegrammadresse: WILLPATENT Telex: 4-186247

6. April 1976

File 7O00-1107

Allied Chemical Corporation, Columbia Road and Park Avenue, Morris Township, Morris County, New Jersey /USA

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen viskoelastischer Festkörper

Priorität: 10. Anril 197 5 in USA, Serial-No. 567

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen und Messen viskoelastischer Feststoffe einschließlich ihrer Fähigkeit, Spannung und Beanspruchung zu widerstehen. Ein Beispiel einer Benutzung für die Erfindung ist die Prüfung von Reifen-Kordeln, die zur Verstärkung von Luftreifen verwendet werden.

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ORIGINAL IMSPECTED

Eine frühere Form einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der US-Patentschrift 3 54 566, angemeldet am 26. April 1973 in den Vereinigten Staaten von Amerika mit den Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung 'ler S aitemvand temperatur in laufenden Reifen" beschrieben. Die am 2. Drzember 1974 in den Vereinigten Staaten von Amerika angemeldete Anmeldung mit dem Aktenzeichen 528 61O und dem Titel "Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Beanspruchung in zusammengesetzten Aufbauten" beschreibt, daß viskoelastische Eigenschaften, Moduli E' und Ξ" und Tangens (tan) während der periodischen Beanspruchung von Kordeln sich periodisch verändern. Die in Tokio ansässige japanische Firma Toyo Measuring Instruments Co., Ltd. stellt eine Vorrichtung her, die als ein ''dynamisches Viskoelastometer zum direkten Lesen" bekannt ist und den Namen "VIBRON" trägt, welches sich im Aufbau und Betrieb von dieser Erfindung unterscheidet. Die herkömmliche lineare viskoelastische Theorie ist in der Literatur beschrieben von John D. Ferry in "Viscoelastic Properties of Polymers" veröffentlicht von John Wiley & Sons Inc., 1970, insbesondere Seiten 12 und 606-609. Andere Testvorrichtungen sind beschrieben in der US-Patentschrift 1 558 (Coffin) und in Journal of Applied Physics, Band 18, Juni 19 47, Seite 586; Band 17, August 1946, Seite 699: und Band 16, Juli 1945, Seite 398.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind zum Prüfen eines viskoelastisehen Materials geeignet. Die Vorrichtung weist auf:

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Eine Halteeinrichtung, eine Vorspanneinrichtung, einen Verschiebungsgenerator und eine mechanisch-elektrische übertragungs- bzw. Transformiereinrichtung. Die Halteeinrichtung ist an dem Material zum Halten desselben in einer vorbestimmten Stellung während des Versuches angebracht. Die Vorspanneinrichtung ist an dem Material angekuppelt, um Spannung während des Versuches auf das Material aufzubringen. Der Verschiebegenerator hat eine exzentrische Einrichtung, die an dem Material angekoppelt ist, um periodische Verschiebung auf das Material aufzubringen. Die mechanisch-elektrische Transformiereinrichtung ist zur Transformation oder Übertragung mechanischer Bewegung in elektrische Signale an das Material angekoppelt.

Die mechanisch-elektrische Transformiereinrichtung weist auf: Eine erste Krafttransformiereinrichtung, vorzugsweise eine zweite Krafttransformiereinrichtung und vorzugsweise eine dritte Krafttransformiereinrichtung. Die erste Krafttransformiereinrichtung transformiert mechanische, in dem Material entwickelte Spannung unter Beanspruchung in ein elektrisches Beanspruchungssignal. Die zweite Krafttransformiereinrichtung transformiert auf das Material aufgebrachte mechanische Beanspruchung in ein elektrisches Beanspruchungssignal. Die dritte Krafttransformiereinrichtung ist unter einem Winkel von 90 ° zu der ersten Krafttransformiereinrichtung und bezüglich der zweiten Krafttransformiereinrichtung angeordnet.

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Die dritte Krafttransformiereinrichtung ist eine mechanische Differenziereinrichtung, die eine von mechanischer Beanspruchung, welche auf das Material aufgebracht ist, abgeleitete Zeit in ein elektrisches Kosinussignal transformiert. Das Beanspruchungssignal hat mindestens eine im wesentlichen sinusförmige Wellenform. Das Spannungssignal kann eine nicht sinusförmige oder eine sinusförmige Wellenform haben.

Zwischen dem Spannungssignal und dem Beanspruchungssignal besteht eine Phasenverschiebung, die sich im Betrag und Richtung als Funktion der Zeit verändern kann. Wenn sich die Phasenverschiebung in Betrag und Richtung verändert, bleibt das Spannungssignal zeitlich hinter dem Beanspruchungssignal während der Ausdehnung des Materials zurück, und das Beanspruchungssignal bleibt zeitlich hinter dem Spannungssignal während der Kontraktion des Materials zurück. Die Vorrichtung weist auch auf: Eine Integriereinrichtung zum Integrieren der Spannungs- Beanspruchungs-Hystereseschleife; und eine Darstellungsvorrichtung zum Aufzeigen eines Ausgangs der Integriereinrichtung zur Messung des Bereichs der Hystereseschleife und dadurch Bestimmung des Energieverlustes.

Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Aufbringen einer Beanspruchung auf das Material, wobei die sich ergebende Spannung auch auf das Material aufgebracht wird, wenn eine

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solche Beanspruchung sich in dem Material entwickelt; Transformieren der auf das Material aufgebrachten Beanspruchung in ein elektrisches Beanspruchungssignal mit einer Beanspruchungs-Wellenforn und einer Amplitude; Transformieren der -ich ergebenden Spannung in ein elektrisches Spannung.=!signal mit einer Spannungswellenform und einer ^Amplitude; steuern der auf das ^Material aufgebrachten Beanspruchung zur Erzeugung mindestens einer im wesentlichen sinusförmigen Beanspruchungs-Wellanforn, welche die Bean spruchung und vorzugsweise eine Bsanspruchungs-Wellenform darstellt, die so genau wie möglich sinusförmig ist; und Ermöglichen der auf das Material aufgebrachten Spannung zur Erzeugung einer Spannungs-VJellenform, welche Spannung darstellt, die nicht sinusförmig oder sinusförmig sein kann. Das Verfahren weist ferner die Beobachtung auf, daß zwischen der Beanspruchungs-Wellenform und der Spannungs-Wellenform eine Phasenverzögerung vorliegt, die sich im Betrag und manchmal in Richtung je nach den Materialeigenschaften verändert.

Das Beobachten der Tatsache, daß die Phasenverschiebung sich im Betrag und manchmal in der Richtung verändert, weist auf: Anzeigen oder Darstellen der 3eanspruchungs-^t-7ellenform und der Spannungs-Wellenform als Funktion der Zeit auf demselben Maßstab; und Anordnung der Amplituden der Beanspruchungs-Wellenform und der Spannungs-Wellenform so, daß sie gleich sind. Das Verfahren weist ferner auf: Darstellen der Spannungs-Wellenform entlang einer vertikalen Achse; Darstellen der Bean-

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spruchungs-Wellenform entlang einer horizontalen Achse; Betrachten einer Bildung einer Hystereseschleife; und Bestimmung des Bereiches innerhalb der Hystereseschleife. Der Bereich bzw. die Fläche innerhalb der Hystereseschleife gibt den Energieverlust in dem Material 4 v/i ed er. Das Messen des Bereiches innerhalb der Hystereseschleife kann aufweisen: Verwenden einer Integriereinrichtung zur Messung dieses Bereiches. Das Verwenden einer Integriereinrichtung weist auf: Transformieren der auf das Material aufgebrachten Beanspruchung in ein differenziertes Beanspruchungssignal; und Integrieren des differenzierten Beanspruchungssignals und des Spannungssignals. Das Transformieren der auf das Material aufgebrachten Beanspruchung in ein differenziertes Beanspruchungssignal weist auf: Differenzieren der Beanspruchung mechanisch durch eine Anordnung einer differenzierenden Gestell- oder Montageeinrichtung unter einem Winkel von 90 °zu einer Beanspruchungsgestelloder Montageeinrichtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmoglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in x-/elchen bevorzugte Ausführu-ngsformen dargestellt sind, unter anderem auch einer Vorrichtung zur Verwendung. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht von Hauptteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer ersten Ausführungs-

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form einer Halteeinrichtung,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht eines Teils der Figur 1 unter Darstellung der Vorspanneinrichtung,

Fig. 3 eine Frontansicht eines Teils der Figur 1 unter Darstellung einer exzentrischen mechanischen Einrichtung und einpr erster Ausführungsform einer Spannungs- Montageeinrichtung ,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer elektronischen Schaltung für die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung,

Fig. 5 die Darstellung einer Anzeige der Spannungs- Beanspruchungsveränderung, die unter Bezugnahme auf Zeit und Winkel aufgetragen ist,

Fig. 6 die Darstellung einer Anzeige von Spannung, aufgetragen gegen Beanspruchung (die oben erwähnte "Beanspruchung" {strain! ist auch die bleibende Verformung, eventuell bis zum Bruch, die im folgenden mit Dehnung bezeichnet wird; xtfährend die oben erwähnte "Spannung" [stress j die Spannung unterhalb der Elastizitätsgrenze ist,die zwar auch als Beanspruchung bezeichnet werden kan^im folgenden aber weiterhin"Spannung" genannt wird),

Fig. 7 eine Vorderansicht eines Teils der Figur 3 unter Darstellung eines exzentrischen Kopfes und einer Gleit-

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oder Spannschiene,
Fig. 8 Pinen Vertikalschnitt entlang den Linien 8-8 der Figur 7,

Fig. 9 eine isometrische Ansicht eines Teils der Figur 1 unter Darstellung einer Tenperaturkammer,

Fig.10 vereinfacht einen Teil der Figur 1 unter Darstellung der exzentrischen Verschiebeeinrichtung,

Fig.11 eine isometrische Ansicht eines Teils der Figur 1 unter Darstellung einer Befestigungs- oder Hontageeinrichtung für eine dritte Krafttransformiervorrichtung,

Fig.12 vereinfacht eine zweite Ausführungsform einer Halteeinrichtung, die zum Prüfen und Hessen der Fähigkeit eines ?4aterials verwendet wird, Ermüdung zu widerstehen,

Fig.13 vereinfacht eine dritte Ausführungsform einer Halteeinrichtung, die zum Prüfen und Messen der Fähigkeit eines Materials verwendet wird, Scherkräften zu widerstehen,

Fig.14 eine vereinfachte Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Halteeinrichtung, die zum Prüfen und Messen der Fähigkeit eines Materials verwendet wird, der Kompression zn widerstehen, und

Fig. 15 eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Spannungsmontageeinrichtung.

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Als allgemeine Orientierung wird vorausgeschickt:

Figur 1 zeigt die allgemein mit 2 bezeichnete Vorrichtung gemäß der Erfindung, di=> zum Prüfen eines viskoelastischen, festen Materials geeignet ist. Ein viskoelastisches Material besitzt viskose Eigenschaften und elastische Eigenschaften. Z. 13. kann das Material ein Strang aus monofilem oder multifilem Material sein. Das multifile oder polyfile Material

oder -fadens

kann z. B. eine Probe einer Reifenkordel/sein, die aus einer polymeren Faser hergestellt ist und zur Verstärkung von Luftreifen verwendet wird. Das zu prüfende Material kann auch ein Garn, Film, Stab oder solider Materialblock sein. In der in den Figuren 1-11 gezeigten primären Ausführungsform ist das Material 4 eine multifile Reifenkordel, die unter Bedingungen zu prüfen ist, welche die Bedingungen simulieren, die beim Laufen eines Reifens bestehen, welcher einen solchai Reifenfaden enthält, und zwar auf einem Fahrzeug, wie z. B. einem Kraftfahrzeug oder einem Lastwagen. Das Material 4 wird getestet, um ausgewählte Eigenschaften des physikalischen oder körperlichen Aufhaus des Materials 4 zu bestimmen und zu messen, einschließlich seiner Fähigkeit, in der Gegenwart von Hitze Spannungen, Dehnungen und Ermüdungen im körperlichen Aufbau zu widerstehen. Die Vorrichtung 2 ist speziell dafür geeignet , den Effekt einer Phasenverzögerung zwischen auf das Material 4 aufgebrachter Spannung und auf das Material 4 aufgebrachter Dehnung wiederzugeben .

Die Vorrichtung 2 weist die folgenden Hauptbestandteile auf:

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Eine Halteeinrichtung 6, eine Vorspanneinrichtung 8, einen Generator 10 für sinusförmige Wiedergabe und eine mechanischelektrische Transformiereinrichtung. Letztere ist indirekt an das Material 4 angekoppelt und geeignet, eine mechanische Bewegung im Material 4 in elektrische Signale umzuformen. Die mechanisch-elektrische TransEormiereinrichtung weist auf: Eine erste Krafttransformiereinrichtung 14 und eine zweite Krafttransformiereinrichtung 16. Vorzugsweise weist die mechanisch-elektrische Transforraiereinrichtung auch auf: Eine dritte Krafttransformiereinrich^ung 13 und eine Stellungstransformiereinrichtung 20. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 2 auch auf: Eine Tempsraturkammer 22, eine Dauerlängungseinrichtuna 24 und eine Integriereinrichtung 28.

Vor dem Prüfen wird das viskoelastische Material 4 in eine Gssta—It geformt, die für die Befestigung in der Halteeinrichtung 6 qeeignet ist. Beispielsweise kann das Material 4 zu einer geschlossenen Schleife geformt werden. Die geschlossene Schleife kann man dadurnh erhalten, daß man eine Länge des Materials 4 verwendet, die vorzugsweise 10,16 cm bis 40,64 cm (4 Inch bis 16 Inch) lang ist. Das Material hat zwei lose Enden, die durch einen Knoten miteinander verschnürt werden. Die geschlossene Schleife hat eine Länge, die ettja die Hälfte der Länge des Materials 4 ist, bevor der Knoten im Material 4 verschnürt ist. Vorzugsweise hat die geschlossene Schleife eine Länge zwischen 5,08 cm und 20,32 cm (2 Inch und 8 Inch). Die Halteeinrichtung 6 ist mit der geschlossenen Schleife des Materials

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4 verbunden und in der Lage, das Material 4 in einer vorbestimmten Stellung während des Versuchs, vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, zu halten.

Die Halteeinrichtung:

Zu Zwecken des Prüfens auf Spannung und Dehnung weist die Halteeinrichtung 6 gemäß Figur 1 zwei im wesentlichen feste Aufbauteile, vorzugsweise zwei Längen steifen Drahtes, einen aktiven Draht 30 und einen passiven Draht 32 auf. Sowohl der aktive als auch der passive Draht 30 bzw. 32 haben zwei Enden. Ein Ende des aktiven Drahtes 30, das Ende neben dem Material 4, weist eine Eingreifeinrichtung auf, wie z. B. einen Haken 34, für den Eingriff mit dem Material 4. Ähnlich veist ein Ende des passiven Drahtes 32, das Ende neben dem Material 4_fauch eine Eingreifeinrichtung, wie z. B. einen Haken 36, für den Eingriff und das Halten des Materials 4 auf. Das andere Ende des aktiven Drahtes 30 ist mit dem Darstellungsgenerator 10 verbunden. Das andere Ende des passiven Drahtes 32 ist mit der Vorspanneinrichtung 8 verbunden. Der Knoten in der Schlaufe des viskoelastischen Materials 4 ist vorzugsweise entweder an dem Haken 34 des aktiven Drahtes 30 oder an dem Haken 36 des passiven Drahtes 32 angeordnet, um ein Losewerden, Losschnüren oder Verlängern im Knoten während des Versuches zu verhindern oder mindestens minimal zu halten und um eine Versuchsveränderung zwischen der Länge der Schleife, welche den Knoten hat, und der Länge der Schleife, welche den Knoten nicht aufweist, zu verhindern. Der aktive

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Draht 30 und der passive Draht 32 sollten vernachlässigbares Gewicht haben. Der aktive Draht 30 und der passive Draht 32 sollten auch einen vernachlässigbaren Verdrillungsbetrag haben , um während des Versuchs Längenveränderungen zu vermeiden. Vorzugsweise wird für den aktiven und den passiven Draht 30 bzw. 32 ein fester, monofiler Metalldraht, wie z. B. ein Klavierdraht, benutzt. Somit ist ein Ende des Materials 4 indirekt an der Vorspannein richtung 3 mittels des passiven Drahtes 3 2 angekoppelt. Das gegenüberliegende Ende des Materials 4 ist indirekt an den ^arschiebegenerator 10 mittels des aktiven Drahtes 30 angekoppelt. Keine Sensoren, wie z. B. Übertrager oder Wandler, nüssen in das zu prüfende Material 4 implantiert werden.

Die Vorspanneinrichtung:

Die Vorspanneinrichtung 3 gemäß Figur 2 ist in der Lage, Spannung auf den passiven Draht 32 und indirekt auf das Material 4 während des Versuchs aufzubringen. Die Vorspanneinrichtung 8 weist auf: Ein stationäres Teil 33, ein bewegliches Teil 40, eine Verstellscharaubenspindel 42 und einen Servomotor 44. Das Ende des passiven Drahtes 32, welches dem Material 4 gegenüber angeordnet ist, steht mit der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 in Verbindung, die mittels eines L-förmigen Armes 46 an dem beweglichen Teil 40 angebracht ist. Gemäß Figur 1 ist das stationäre Teil 38 auf einer Plattform 48 befestigt. Das bewegliche Teil 40 ist auf dem stationären Teil 38 befestigt. Die Verstellschraubenspindel 42 ist zwischen dem beweglichen

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Teil 40 und dsm stationären Teil 3 3 angeordnet. Ein Ende der Verstpllscliraubenspin^el 42 ist rait dem beweglichen Teil 40, und das andere finde dar Verstellschraubenspindel 42 mit dem Servomotor 44 verbunden. Die Verstellschraubenspindel 42 hat ein Schraubengewinde, welches mit den Gewinde auf einem Kanal oben im stationären Teil 3 8 und mit dem Gewinde in einen Kanal auf dem Hoden des beweglichen Teils 40 in Eingriff tritt. Die Vorspanneinrichtung 8 bringt einen ausgewählten Betrag an Snannung, vorzugsweise eine konstante Spannung, auf das Material 4 nittels der Verstellschraubenspindel 42 und des Servomotors 44 auf. Allmählich dreht der Servomotor 44 die Verstellschraubenspindel in einer solchen Richtung, daß der bewegliche Teil 40 gegen den Servomotor 44 gezogen wird. Als Folge bewegt sich das bewegliche Teil 40 bezüglich des stationären Teils 3 8 während der Prüfung des Materials 4 auf den Servomotor 44 zu. Eine solche Bewegung des beweglichen Teils 40 gleicht eine vorübergehende oder dauernde Verlängerung oder Kontraktion in dem Material 4 während der Prüfung aus und sorgt für eine konstante Spannung auf das Material 4.

Die permanente Verlängerungseinrichtung 2 4 bestimmt die dauernde Verlängerung, die während des Versuchs in dem Material 4 auftritt. Di?? permanente Verlängerung wird man-~chmal als "Kriechdehnung¹¹ bezeichnet. Die permanente Verlängerungseinrichtung 24 weist einen Zeiger 52 und eine Skala 54 auf, die eine näherungsweise Messung von Längenänderungen des Materials 4 vorsehen. Der Zeiger 52 ist auf den beweglichen Teil 40 der

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Vorspanneinrichtung 3 angebracht. Dia Skala ist auf der Plattform 48 nehsn dem stationären Teil 33 der Vorspanneinrichtung 8 befestigt. Beim Betrieb zeigt der Zeiger 52 die Längen des Materials 4 vor und nach dar Prüfung an. Der Längenunterschied ist die permanente Längung oder Verlängerung, die xtfährend des Versuchs in dem Material 4 auftritt.

Die Vorspanneinrichtung 3 weist auch eine Wählscheibe 41 mit Skalaneinteilung an einem Ende der Versteilsehraubanspindel 42 neben dem Servomotor 44 auf. Die Wählscheibe 41 mit Skaleneinteilung zeigt den Drehbetrag der Verstellschraubenspindel 42 und den Bew^gungsbetrag des beweglichen Teils 40 während des Versuchs an. Die Stellungstransformiereinrichtung 20 kann eine elektronische Zelle, wie z. B. ein linearer Spannungsdifferenzialtransformator bzw. \7andler sein. Die Stellungstransformiereinrichtung 20 und die Wählscheibe 41 mit Skaleneinteilung sorgen für eine genauere Messung von Längenveränderungen im Material 4 als die permanente Längungseinrichtung 24, insbesondere hinsichtlich vorübergehender Veränderungen.

Der Verschiebegenerator:

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 weist der Verschiebegenerator 10 eine exzentrische Einrichtung 50 auf, die indirekt durch den aktiven Draht 30 mit dam Material 4 gekoppelt ist.

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Der Verschiebegenerator 10 ist in der Lage, eine wiederholbare und periodische, sinusförmige Verschiebung als sinusförmige Dehnung auf das Material 4 aufzubringen. Der Verschiebegenerator 10 steuert die auf das Material 4 aufgebrachte Dehnung und gestattet die Veränderung der Spannung. Als Ergebnis wird das viskoelastische Material 4 mindestens einer im wesentlichen sinusförmigen Dehnung und vorzugsweise einer Dehnung unterworfen, die so genau wie möglich sinusförmig ist. Das .Material 4 wird auch entweder einer nicht sinusförmigen oder einer sinusförmigen Spannung unterworfen sowie einer Spannung und körperlichstrukturellen Ermüdung. Die exzentrische Einrichtung 50 kann vorzugsweise mechanisch, kann aber auch elektromechanisch sein. Die exzentrische Einrichtung 50 des Verschiehegenerators 10 weist auf: Einen konzentrischen Kopf 46, eine exzentrische Spannschiene 58, ein Zentrier «stück 60 und eine Antriebseinrichtung 61 .

Die Antriebseinrichtung 61 sieht eine Quelle für eine Drehkraft auf dieexzentrische mechanische Einrichtung 50 vor. Die Antriebseinrichtung 61 weist eine Antriebswelle 63, einen Antriebsmotor 65, ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe und eine nicht dargestellte Geschwindigkeitssteuerung auf. Der konzentrische Kopf 56 ist auf der Welle 63 drehbar und wird vom Motor 65 angetrieben. Die Geschwindigkeitssteuerung gestattet die Steuerung und Veränderung der Drehgeschwin-

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digkeit des Antriebsmotors 65, der Antriebsv/elle 63 und des konzentrischen Kopfes 56, um verschiedene Drehgeschwindigkeiten eines Reifens an einem Fahrzeug zu simulieren. Der konzentrische Kopf 56 hat ein Zentrum, welches zur Antriebswelle 63 konzentrisch ist.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 ist vorzugsweise der konzentrische Kopf 56 eine schwere Metallscheibe mit einer Büchse 57 und einer Einstellschraube für die Einbringung des konzentrischen Kopfes 56 an einem Enda der Antriebswelle 63 neben dem konzentrischen Kopf 56. Die exzentrische Spannschiene 58 ist rechteckig und in der Lage, in einen Schlitz 59 des konzentrischen Kopfes 56 zu passen. Der Schlitz 59 ist auf der äußeren Fläche des konzentrischen Kopfes 56 gegenüber derjenigen Fläche des konzentrischen Kopfes 56 angeordnet, auf welcher die Büchse 57 angeordnet ist. Die Länge des Schlitzes 59 beträgt etwa 1 bis 20 % mehr als die Länge der exzentrischen Spannschiene 58. Die Breite des Schlitzes 59 ist etwas größer als die Breite der exzentrischen Spannschiene 58, um genügend Toleranz vorzusehen, so daß die Spannschiene 58 in eine Richtung parallel zur Längsachse der Spannschiene 58 und des Schlitzes 59 bewegt werden kann. Die exzentrische Spannschiene 58 hat eine exzentrische Welle 67, die bezüglich des konzentrischen Kopfes 56 für eine exzentrische Verschiebung der exzentrischen Welle 67 bezüglich dem Mittelpunkt des konzentrischen Kopfes 56 bewegbar ist.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 8 ist das kreisförmige

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Zentrierstück 60 auf der exzentrischen Welle 67 der exzentrischen Spannschiene 53 angebracht, Die exzentrische i/alle 67 erstreckt sich in ein Loch im Zentrum des Zentrierstückes 60 und ist diesbezüglich drehbar.Die exzentrische Welle 67 überträgt eine zyklische Verschiebung auf das Material 4. Das Zantrierstück 60 hat einen Mittelpunkt, der konzentrisch zur Viella 67 der Spannschiena 53 und exzentrisch angeordnet;!st von dein Mittelpunkt des konzentrischen Kopfes 56.

Das Zantrierstück 60 weist eine Spanmangsmontagaainrichtung 75, eine Dehnungsmontageeinrichtung 64 und eine Diffarenziermontageeinrichtung 73 auf, deren jede indirekt am Material 4 angekoppelt ist. Ein Ende eines Spannungsarmes 69 ist durch die Spannungsmontageeinrichtung 75, z. B. eine Schwingstelle, drehbar auf den äußeren Umfang des Zentrierstückes 60 angebracht. Das gegenüberliegende Ende des Spannungsarmes 69 ist indirekt an dem aktiven Draht 30 und dem Material 4 mittels einpr Spannungsstange 77 angekoppelt, die gleitbar durch ein erstes lineares Lager 68 hindurchgeht. Die Dahnungsraontageeinrichtung 64, z. B. eine Schwenkstelle, ist drehbar am äußeren Umfang des ZentrierStückes 60 befestigt. Die Dehnungsmontage^einrichtung 6 4 ist an einem Dehnungsdraht 72 angebracht, der seinerseits reit einer Dehnungsfeder 70 verbunden ist, die ihrerseits mit der zweiten Krafttransformiereinrichtung 60 verbunden, ist. Di« Diffarenzierraontageeinrichtung 73, z. B. eine Schwpnkstalle, ist auch drehbar auf dem äußeren Umfang des

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ZentrierStückes 60 angebracht. Die Differenziermontageeinrichtung 73 ist an einem Differenzierdraht 73 angeschlossen, der seinerseits rait einer Diffarenzierfeder 76 verbunden ist, dio ihrerseits nit der dritten Krafttransformiereinrichtung 13 verbunden ist. Die Dehnungsraontageeinrichtung 64 und die Differenziarraontageeinrichtung 73 sind beide indirekt an das Material 4 mittels des Spannung sarras s 69, der Snannungs stange 77 und des aktiven Drahtes 30 gekoppelt.

Die Spannungsmontageeinrichtung 75 ist unter einem Winkel von 90 ° bezüglich der Differenziermontageeinrichtung 73 angeordnet. Der Spannungsarn 69 ist colinear zu dam Dehnungsdraht 72 dadurch angeordnet, daß dia Spannungsmontageeinrichtung 75 unter einem Winkel von etwa und vorzugsv/eise genau 180 bezüglich der Dehnungsmontageeinrichtung 64 angeordnet ist. Die Differenziarmontageeinrichtung 71 ist unter einem ^r.7inkel von 90 ° bezüglich Spannungsmontageeinrichtung 75 und bezüglich der Dehnungsmontageeinrichtung 64 angeordnet. Es ist wichtig, daß die erste Krafttransforraiereinrichtung 14, eine verlängerte ilittelpunktsstelie des exzentrischen Kopfes 56 und der Antriebswelle 63 und die zweite Krafttransformiereinrichtung 16 colinear sind. Ebenso ist es wichtig, daß die dritte Krafttransformiereinrichtung 18 senkrecht zu einer Linie liegt, die von der ersten Krafttransformiereinrichtung 14, der verlängerten Mittelpunktslinie des konzentrischen Kopfes 56 und der zweiten Krafttransformierainrichtung 16 gebildet ist.

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Diese colineare Anordnung schafft Vorteile der Gestaltungsvereinfachung und macht Biega- oder Ablenkungsfehler zwischen der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 und der zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 minimal.

Dig Krafttransformiereinrichtung;

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 weist die erste Krafttransformiereinrichtung 14 eine erste Belastungszelle 80 und eine erst-^e elektronische Zelle 31, wie z. B. einen mechanisch-elektrischen Übertragen auf. Die erste Krafttransformiereinrichtung 14 ist auf dem Arm 46 der Vorspanneinrichtung 3 angebracht. Die erste Krafttransformiereinrichtung 14 ist indirekt an dem Material 4 über den passiven Draht 32 angekoppelt und transformiert die mechanische, im Material 4 entwickelte Spannung in ein elektrisches Spannungssignal um. Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 v/eist die zweite Krafttransformiereinrichtung 16 eine zweite Belastungszelle 82 und eine zweite elektronische Zelle 83 auf, wie z. B. einen mechanischelektrischen übertrager. Die zweite Kraftübertragungseinrichtung 16 ist indirekt an den Verschiebegenerator 10 mittels der Dehnungsfeder 70, des Dehnungsdrahtes 62 und der Dehnungsmontageeinrichtung 64 angekoppelt. Die zweite Krafttransformiereinrichtung 16 ist auch indirekt an dem Material 4 über den aktiven Draht 30 angekoppelt, um mechanische Dehnung, die auf das Material 4 aufgebrac ht ist, in ein elektrisches Dehnungssignal zu transformieren. Der aktive Draht 30 gibt die Dehnung wieder. Der passive Draht 32 reflektiert bzw. gibt die Spannung

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X^ led er.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 weist die dritte Krafttransformiereinrichtung 18 eine dritte Belastungszelle 84 und eine dritte elektronische Zelle 85 auf, z. B. einen mechanisch-elektrischen übertrager. Die dritte Krafttransformiereinrichtung 18 ist indirekt an den Verschiebegenerator 10 mittels der Differenzierfeder 76 und des Differenzierdrahtes 78 angekoppelt. Die dritte Krafttransformiereinrichtung 18 erzeugt ein elektrisches, differenziertes Dehnungssignal, welches ein Kosinuswpllensignal ist entsprechend einer mathematischen Differentiation des Dehnungssignals aus der zweiten Krafttransformiereinrichtung 16. Die mathematische Differentiation erfolgt bezüglich der Winkelstellung der exzentrischen Welle 67 um die Antriebswelle 63 herum. Somit stellt die mechanische Anordnung der Differenziermontageeinrichtung 73 auf dem Mittelstück 60 des Verschiebegenerators 10 unter einem Winkel von 90 ° bezüglich der Dehnungsmontageeinrichtung 64 in Kombination mit der dritten Krafttransformiereinrichtung 18 eine mechanische Differenziereinrichtung dar, welche das Differenzieren der Dehnung mechanisch statt elektronisch vornimmt. Eine solche mechanische Differenziereinrichtung schaltet das Geräusch aus, welches durch eine elektronische Differenziereinrichtung erzeugt würde.

Das Verarbeiten elektronischer Signale;

Gemäß Figur 4 werden das Spannungssignal (O-) 90 von der ersten

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Krafttransformiereinrichtung 14; das Dehnungssignal (#) 92 von de.r zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 und das dritte differenzierte Dehnungssignal (^) 94 aus der dritten Krafttransformiereinrichtung 18 auf die folgenden Arten verarbeitet. Das "pannungssignal 90 wird zu einer ersten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 96 geführt. Diese erste Signalvorbehandlungseinrichtung 96 weist einen Verstärker und eine Leistungsversorgung auf. Die Leistungsversorgung führt Energie zu der ersten elektronischen Zelle 81 der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 für die Erzeugung des Spannungssignals 90. Dieses wird wie ein Ausgang von der ersten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 96 zu einem ersten Verstärker 97 einer elektronisch ;n Integriereinrichtung 28 geführt.

Das Dehnungssignal 92 wird zu einer zweiten Signal-Vorbehandlungsainrichtung 93 geführt. Diese weist einen Verstärker und eine Leistungszufuhr auf. Die Leistungszufuhr liefert Energie zu der zweiten elektronischen Zelle 83 der zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 zur Erzeugung eines Dehnungssignals 92. Dieses wird wie ein Ausgang aus der zweiten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 93 zu einer Darstsllungseinrichtung geführt, wie z. B. einem Oszilloskop 86.

Das differenzierte Dehnungssignal 94 wird zu einer dritten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 98 geführt. Diese weist einen Verstärker und eine Leistungszufuhr bzw. Stromversorgung auf. Die Stromversorgung schafft Energie zu der dritten elektronischen

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Zelle 85 der dritten Krafttransformiereinrichtung 13. Als ein Ausgang von der dritten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 98 wird das differenzierte Dehnungssignal 94 zu einem zweiten Verstärker 99 der Integriereinrichtung 28 geführt. Das Spannungssignal von dem ersten Verstärker 97 und das differenzierte Dehnungssignal 94 von dem zweiten Verstärker 99 werden zu einem Vervielfacher 100 der Integriereinrichtung 23 geleitet. Der Ausgang von dem Vervielfacher 100 wird durch einen integrierenden Verstärker 102 und dann zu einem Voltmeter 104 geführt, wie z. B. ein digitales Voltmeter.

Das Spannungssignal 90 und/oder das differenzierte Dehnungssignal 94 werden auch zu einer Spitzenwert-Sucheinrichtung 106 geführt, welche die Spannung Spitze zu Spitze des Spannungssignals 90 oder des differenzierten Dahnungssignals 9 mißt. Das Spannungssignal 90 wird als =in Ausgang von der ersten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 96 auch zu einer Vorspannsteuerung 103 geführt, z. B. dem Servomotor 44 der Vorspanneinrichtung 8 (Figur 1), um eine konstante Spannung auf dem Material 4 vorzusehen. Erwünschtenfalls kann dieselbe Signal-Vorbehandlungseinrichtung für das Dehnungssignal und das differenzierte Dehnungssignal 94 unter Verwendung eines Schalters benutzt werden.

Darstellung von Spannung und Dehnung;

Gemäß den Figuren 4 und 5 können das Spannungssignal (O-)

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90 als ein Ausgang von der ersten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 96 ' (Figur 4) und das Dehnungssignal (tf) 92 als ein Ausgang von der zweiten Signal-Vorbehandlungseinrichtung 93 (Figur 4) auf einer Darstellungseinrichtung, wie z. B. dam Oszilloskop 86, dargestellt werden. Sowohl das Spannungssignal (o— ) 90 als auch das üehnungssignal (^) 92 werden entlang einer vertikalen Achse, welche der Spannung proportional ist, dargestellt. Die Zeit (t), die den Winkel (Θ) zyklischer Dehnung proportional ist, wird entlang der horizontalen Achse dargestellt.

Die Spannung des Spannungssignals 90 und die Spannung des Dehnungssignals 92 sind zu Darstellungszwecken auf dem Oszilloskop 86 auf dieselbe elektrische Spannung durch Maßstabsveränderungen ins Maß gebracht, so daß die Höchstwerte des Spannungssignals 90 und des Dehnungssignals 92 in der Amplitude zusammenfallen, ein Verfahren, das manchmal als "Normalisieren" bezeichnet wird. Die herkömmliche lineare viskoelastische Theorie hat angenommen, daß die Phasenverschiebung zwischen dem Spannungssignal und dem Dehnungssignal immer konstant ist und daß das Dehnungssignal immer hinter dem Spannungssignal herhinkt, wie auf Seite 12 der Literaturstelle "Viscoelastic Properties of Polymers" gezeigt, von John D. Ferry, veröffentlicht von John Wiley & Sons, Ine, 1970. Im Gegensatz zu der konventionellen linearen viskoelastischen Theorie ist die vorliegende Erfindung teilweise auf der Entdeckung basiert, daß unter tatsächlichen Bedingungen die Phasenverschiebung zwischen dem Spannungssignal (σ-) go und dem Deh-

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nungssignal ($) 92 nicht immer konstant ist und das Dehnungssignal (6) 92 nicht immer verzögert hinter dem Spannungssignal (C") 90 herläuft. Je nach den Bedingungen in dem zu prüfenden f^aterial 4 kann dia Phasenverzogerung in Betrag und Richtung sich veüäidern. Wenn beispielsweise das Material 4 eine polymere Reifenkordel ist, die unter Bedingungen geprüft werden soll', welche die Bedingungen in einem auf einen Fahrzeug laufenden Reifen simulieren, verändert sich die Phasenverschiebung immer in Betrag und Richtung. Das auf das Signal 4 von dem Verschiebegenerator 100 eingedrückte Dshmings signal 92 wird gesteuert, urn so genau wie möglich eine Sinuswellenform zu erzeugen, und das Spannungssignal läßt man sich verändern. In den meisten Fällen hat man unter diesen Bedingungen festgestellt, daß das Spannungssignal 90 nicht eine Sinuswellenform erzeugt. Die Phasenverzogerung verändert sich als Funktion der Zeit.

Unter Bezugnahme auf Figur 5 stellt zwecks Erläuterung dieser Entdeckung im einzelnen das Zeitintervall 110 von den positiven Spitzen 112 des Spannungssignals 9o und des Dehnungssignals zu den benachbarten negativen Spitzen 114 des Spannungssignals 90 und des Dehnungssignals 92 die Kontraktion des Materials 4 dar. Das Zeitintervall 116 von den negativen Höchstwerten 114 zu den benachbarten positiven Höchstwerten des Spannungssingäls 90 und des Dehnungssignals 92 stellen die Ausdehnung des Materials 4 dar. Während der Kontrakfcionszeitintervalle 110 läuft das Dehnungssignal 92 in der Zeit verzögert hinter dem Spannungssignal 90 her, welches als eine positive Phasenverzogerung

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) 113 angesehen wird. Während der Expansionszeit 116 des Materials 4 läuft das Spannungssignal ( C") 90 in der Zeit hinter dem Dehnungssignal (&) 92 her, welches als negative Phasenverzögerung (-<S) 120 angesehen wird. Somit ist die Phasenverzögerung ( ö) nicht konstant, sondern verändert sich in Betrag und Richtung als Funktion der Zeit. Die Phasenverzögerung nähert sich einem Minimalwert etwa bsi den positiven Höchstwerten 112 und etwa den negativen Höchstwerten 114 des Dahnungssignals 92 und des Spannungssignals 90. Die Phasenverzögerung nähert sich einem Maximalwert etwa an der Mittelstelle des Dehnungssignals 92 und des Spannungssignals 90 zwischen ihren Höchstwerten 112 und 114. Somit ändert sich die Phasenverzögerung vom positiven zum negati ven und dann zurück zun positiven. Die negative Amplitude 121a und die positive Amplitude 122a des Spannungssignals 90 und dp Dahnuncjssignals 92 sind als Hälfte des Abstandes Spitze ^u Spitze 123c dargestellt. Ein Voltmeter, wie z. 3. ein Diaitalvoltmcter 104 gemäß Figur 4, ist vorgesehen, um die Sr>*nnungsniveaus entsprechend den Amplituden 121a und 122b und des Abstandes Spitze zu Spitze 123a zu lesen.

Bezüglich Figur 6 können das Spannungssignal 90 von der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 und das Dehnungssignal 92 von der zweiten Krafttransformiareinrichtung 16 auch gegeneinander auf dem Oszilloskop 86 dargestellt werden, statt daß sie im Hinblick auf die Zeit dargestellt werden. Die bekannte, herkömmliche lineare viskoelastische Theorie hatte angenommen,

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^^aß bei dar Darstellung eine" Spannungssignals entlang der vertikalen Achse nnd eines Dehnungssignals entlang der horizontalen Achs» immer eine Ellipse gebildet würde, wie dargestellt ist auf Seite 607, Figur 19-1 der Literaturstelle "Viscoelastic Properties of Polymers" von John D. Ferry, veröffentlicht von John Wiley & Sons, Inc., 1970. Im Gegensatz zu dar herkömmlichen viskoelastischen Theorie basiert die Erfindung teilweise auf dar Entdeckung, daß bai Darstellung einer Spannung proportional zum Spannungssignal 90 entlang der vertikalen Achse und einer Spannung proportional zum Dehnungssignal 92 entlang der horizontalen Achse das Ergebnis eine Hystereseschleife 126 ist. Der Bereich bzw. die Fläche innerhalb der Hystereseschleife 126 stellt die von dem Material 4 während eines Prüfzyklus verzehrte Energie dar, d. h. die Differenz zwischen derjenigen Energie, welche auf das Material 4 während der Ausdehnung desselben aufgebracht ist, und der Energie, die von dem Material 4 während der Kontraktion freigegeben ist. Die Fläche kann bestimmt werden durch fotografieren der Hystereseschleife 126 auf dem Oszilloskop 86. Dann kann die Fläche innerhalb der Schleife auf der Fotografie durch verschiedene Techniken bestimmt werden, wie z. B. polynominale Regression oder durch ein Planimeter oder Wiegen der ausgeschnittenen Schleifen. Eine Ordnungs-Mockenschalteinrichtung 101 (Figur 1) ist vorgesehen, die in Verbindung nit dem Untersetzungsgetriebe der Antriebseinrichtung 61 arbeitet. Die Nockenschalteinrichtung 101 steuert die Ansammlung von elektrischer Spannung in einem Kondensator 105 (Figur 4) und friert

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sie zur Darstellung ein, und zwar entsprechend der Fläche der Hystereseschleife 126. Wach einer bestimmten Anzahl Rotationszyklen der exzentrischen Welle 67 betätigt die Nockenschalteinrichtung 101 einen Ilullschalter 103 (Figur 4) , um das digitale Voltmeter 104 (Figur 4) zurückzusetzen. Ss sind Einrichtung, wie z. B. die Spitzenwert-Sucheinrichtung 106 und das digitale Voltmeter 104, vorgesehen, um die Spannungen zu massen, die proportional dem Verhältnis der Veränderung in dem Spannungssignal (er-) 90 zur Veränderung in dem Dehnungssignal [£) 92 sind.Dieses Verhältnis ist komplexer Modul (Ξ) genannt:

Wenn die Phasenverzögerung winkelabhängig ist, ergibt sich der dynamische Modul (E¹) wie folgt:

E¹ = E mal Kosinus S (Θ)

und der Verlustmodul (E") wird definiert als:

E" = E mal Sinus 8 (Θ)

Temperaturkammer:

Wenn es erwünscht ist, das Material 4 in der Gegenwart von Wärme zu prüfen, ist vorzugsweise eine Temperaturkammer vor-

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gesehen. Unter Bezugnahme auf Figur 9 ist die Temperaturkammer (di° allgemein mit 150 bezeichnet ist) ein abgeschlossener länglicher Aufbau mit zwei Seiten 152, einem nicht dargestellten Boden und zwei gegenüberliegenden Enden 154. Jedes Ende 154 weist einen Schlitz 156 auf. Ein Teil des aktiven Drahtes 30 erstreckt sich durch einen der Schlitze 156 in die Temperaturkammer 15O hinein. Ein Teil des passiven Drahtes 32 erstreckt sich durch einen anderen Schlitz 156 an dem gegenüberliegenden Ende in die Temperaturkammer 150 hinein. Die Temperaturkammer 150 weist auch eine nicht dargestellte Abdeckung auf, die geeignet ausgebildet ist, um auf die Oberseite der Temperaturkammer 150 zu passen. Das zu prüfende viskoelastische Material 4 wird in die Temperaturkammer 150 gegeben, und das Oberteil wird danach auf der Temperaturkammer 150 angeordnet. Das Material 4 wird in der Temperaturkammer 150 von dem Materialende des aktiven Drahtes 30 und dem Materialende des passiven Drahtes 32 gehalten. Die Temperaturkammer 150 weist auch mindestens ein Thermoelement auf. Dieses fühlt die Temperatur ab. Vorzugsweise wird Wärme mittels elektrischer Widerstände, welche im Inneren der Seiten 152 der Temperatur, 150 eingebettet sind, zu der Temperaturkammer 150 zugeführt. Eine automatische Temperatursteuereinrichtung ist vorgesehen, um die Temperatur in der Temperaturkammer 150 bei einem gewünschten Niveau zu halten. Somit ist die Temperaturkammer 150 ein Einschluß, in welchem das Material 4 in herkömmlicher Weise eingegeben und herausgenommen werden kann, und die geeignet ausgebildet ist, um eine Umgebung vorzusehen, in welcher die Temperatur in herkömmlicher Weise gesteuert und er-

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wünschtenfalls verändert warden kann.

Ein allgemein mit 153 bezeichneter Sätzaufbau ist an jedem Ende der Temperaturkammer 150 für deren Befestigung auf einer Plattform vorgesehen, wie z. B. der in Figur 1 gezeigten Plattform 43. Der Stützaufbau 158 v/eist einen L-förmigen Arm 162 an jedem Ende der Tepiperaturkammer 150 auf. Jeder L-förmige Arm 162 kann aus zwei Teilen bestehen, welche Schlitze 164 und Flügelmuttern 166 haben, um eine Höheneinstellung der Temperaturkammer 150 zu ermöglichen.

Die Stellungs-Transformiereinrichtung

In den Figuren 1 und 2 ist eine Stellungs-Tranformiereinrichtung 20 gezeigt, die ein linearer, veränderlicher Differenzialtransformator sein kann. Die Stellung der Transformiereinrichtung 20 steht in Verbindung mit dem beweglichen Teil 40 der Vorspannungseinrichtung 3. Die Funktion der Stellungs-Transformiereinrichtung 20 besteht darin, augenblickliche Längenveränderungen des Materials 4 in ein elektronisches Verlängerungssignal zu transformieren.

Exzentrische mechanische Einrichtung

Unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 3 weist die exzentrische Einrichtung 50 auf: Eine exzentrische Einstelleinrichtung 130; eine exzentrische Fluchteinrichtung 131; und eine ebene Einstellsinrichtung 132. Die exzentrische Einstelleinrichtung

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130 ist für die Einstellung der Verschiebung der exzentrischen Welle 67 bezüglich das Mittelpunkts 66 (Figur 3) des konzentrischen Kopfes 56 ausgebildet. Dar, konzentrische Kopf 56 hat eine eber.e Frontflache 141 und eine ebene rückwärtige Obaflache 153. Der Schlitz 59 ist in derebenen Frontfläche angeordnet und hat eine längliche Mittellinie. Die exzentrische Spannschiene 58 hat eine ebene Vorderfläche 128, eine ebene rückwärtige Oberfläche 129 und eine längliche Mittellinie 133. Die exzentrische Spannschiene 58 ist in dem Schlitz 59 des konzentrischen Kopfes 56 angeordnet. Die exzentrishe. Fluchteinrichtung 131 ist geeignet ausgebildet, um die Längsmittellinie 133 der exzentrischen Spannschiene 53 parallel, zur Längsmittellinie des Schlitzes 59 in dem konzentrischen Kopf 56 in Flucht zu bringen. Die ebene Einstelleinrichtung 132 ist geeignet ausgebildet, um die ebene Vorderfläche 128 und die ebene rückwärtige Oberfläche 129 der exzentrischen Spannschiene 58 in parallele Stellung bezüglich der ebenen Frontobsrflache 140 und der ebenen rückwärtigen Oberfläche 143 des konzentrischen Kopfes 56 einzustellen.

Die e"zentrische Einstelleinrichtung 130 wpjst eine exzentrische Einstellschraube 134 und eine Einstellbohrung 135 auf, die in dem konzentrischen Kopf 56 und in der exzentrischen Spannschiene 48 parallel zu der Längsachse 133 der spannschiene 58 und des Schlitzes 59 angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Längsachse der Einstellbohrung 135 colinear zu der Längsachse 133 der Spannschiene 58. Die e^vzentrische Einstellschrau-

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be 134 und die Einshellbohrung 135 erstrecken sich von einer äußeren Umfanqskante des konzentrischen Kopfes 56 zu der benachbarten Querseite des Schlitzes 59 und erstrecken sich weiter zu der benachbarten Ouerseite der Spannschiene 58 im Schlitz 59. Die Einstellschraube 134 ist in der Einstellbohrung 135 angeordnet. Ein Drehen der Schraube 134 läßt die exzentrische Spannschiene 58 sich im Schlitz 59 parallel zur Längsmittellinie des Schlitzes 59 in dem konzentrischen Kopf 56 bewegen. Als Folge beweqt die exzentrische Einstellschraube 134 die exzentrische Welle 67 bezüglich des Mittelpunkts 66 des konzentrischen Kopfes 56. Somit stellt die exzentrische Einstellschraube 134 die Verschiebung der exzentrischen Welle 67 bezüglich des Mittelpunkts 6 6 des konzentrischen Kopfes 56 ein. Deshalb stellt die exzentrische Einstellschraube 134 den Betrag der exzentrischen Bewegung der exzentrischen mechanischen Einrichtung 50 und den Betrag der Verschiebung ein, der von dem Verschiebegenerator 10 auf das Material 4 während der Prüfung aufgebracht ist.

Die exzentrische Fluchteinrichtung 131 weist mehrere, jeweils in einer Fluchtbohrung angeordnete Fluchtschrauben auf. Die Flucht- oder Ausrichtschrauben und die Ausrichtbohrungen sind quer zur Längsmittellinie .133 der Spannschiene 58 mit der Längsmittellinie des Schlitzes 59 angeordnet. Vorzugsweise weist die exzentrische Ausrichteinrichtung 131 eine erste Ausrichtschraube 136 in einer ersten Ausrichtbohrung und eine zweite Ausrichtschraube 137 in einer zweiten Ausrichtbohrung sowie eine dritte

Ausrichtschraube 138 in einer dritten Ausrichtbohrung auf. Diese zweite Ausrichtschraube 137 ist zwischen der ersten Ausrichtschraube 136 und der dritten Ausrichtschraube 138 angeordnet. Vorzugsweise sind die zweite Ausrichtschraube

137 und die zweite Ausrichtbohrung auf einer Mittellinie des konzentrischen Kopfes 56 angeordnet, die quer zur Längsmittellinie 133 der Spannschiene 58 verläuft. Vorzugsweise sind die erste Ausrichtschraube 136 und die erste Ausrichtbohrung neben einem Ende der exzentrischen Spannschiene 58 angeordnet. Vorzugsweise sind die dritte Ausrichtschraube

138 und die dritte Ausrichtbohrung neben dem gegenüberliegenden Ende und der exzentrischen Spannschiene 58 angeordnet. Die exzentrische Ausrichteinrichtung 131 richtet die Längsmittellinie 133 der exzentrischen Spannschiene 58 parallel zu der Längsmittellinie des Schlitzes 59, nicht aber notwendigerweise mit dieser zusammenfallend aus. Die exzentrische Spannschiene 58 hat eine erste Längsseite 140 und eine zweite Längsseite 142. Die Ausrichtschrauben 136, 137 und 138 drücken gegen die erste Längsseite 140 der exzentrischen Spannschiene 58. Als Folge davon wird die exzentrische Spannschiene 58 gegen die Seite des Schlitzes 59 neben der zweiten Längsseite 142 der exzentrischen Spannschiene 58 gedrückt.

Gemäß den Figuren 7 und 8 weist die ebene Einstelleinrichtung 132 mehrere ebene Schrauben auf, welche durch die ebene Frontoberfläche 128 und ebene rückwärtige Oberfläche 129 der exzentrischen Spannschiene 58 hindurchgehend angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform werden vier derartiger ebener Einstell-

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schrauben verwendet, eine erste ebene Ausrichtschraube 144 und eine zweite ebene Ausrichtschraube 145 an einem Ende der exzentrischen .Spannschiene 53 und eine dritte ebene Ausrichtschraube 146 und eine vierte ebene Ausrichtschraube 147 am gegenüberliegenden Ende der exzentrischen Spannschiene 58. Die erste und vierte ebene Einstellschraube 144 und 147 sind neben der ersten Längsseite 140 der exzentrischen Spannschiene 58 angeordnet. Die zweite und dritte ebene Ausrichtschraube 145 und 146 befinden sich neben der zv/eiten Längsseite 142 der exzentrischen Spannschiene 58. Die Bewegung der ebenen Einstellschrauben 144, 145, 146 und 147 stellen die ebene Frontobarflache 128 und die ebene rückwärtige Oberfläche 129 der exzentrischen Spannschiene 58 in parallele Stellung bezüglich der ebenen Frontoberflächs 141 und der ebenen rückwärtigen Oberfläche 143 des konzentrischen Kopfes 56 ein.

Da die exzentrische mechanische Einrichtung 50 und viele ihrer Bestandteile sich während des Betriebes der Vorrichtung 2 in Drehung befinden, ist as wichtig, daß die Bestandteile der exzentrischen mechanischen Einrichtung 50 fest genau in der gewünschten Stellung eingestellt sind. Wenn die Bestandteile der exzentrischen mechanischen Einrichtung 50 nicht genau in der gewünschten mechanischen und geometrischen Stellung angeordnet sind und in dieser festgehalten sind, werden Fehler im Betrag der Exzentrizität und der Verschiebung, welche auf das Material 4 aufgebracht sind, während des Prüfversuchs eingeführt. Eine

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solche genaue Positionshalterung wird durch die exzentrische Einstelleinrichtung 130, die exzentrische Ausrichteinrichtung 131 und die ebene Einstelleinrichtung 132 gewährleistet.

Der konzentrische Kopf 56 weist auch eine exzentrische Meßvorrichtung 143 auf, v/ie z. 3. ein Lineal, welches den näherungsweis?>n Betrag der Exzentrizität mißt, und zwar durch Hessen der Verschiebung des Mittelpunkts der exzentrischen Welle 67 bezüglich des Mittelpunkts 66 das exzentrischen Kopfes 56 und der Antriebswelle 63. Eine genauere Messung des Betrags der Exzentrizität wird durch die Verwendung eines herkömmlichen Wählschsibenindikators gewährleistet.

Verschiebung - exzentrische Welle

Die Verschiebung der exzentrischen Welle 67 vom Mittelpunkt des konzentrischen Kopfes 56 ist genauer in Figur 10 gezeigt. Nachdem eine solche Verschiebung angeordnet ist, wird die exzentrische Welle 67 befestigt und an dem konzentrischen Kopf 56 festgehalten, und beide drehen sich miteinander. Die Drehung kann entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn erfolgen, je nach der Drehrichtung der Antriebseinrichtung 61. Zum Zwecke der Beschreibung sei angenommen, daß sich der konzentrische Kopf 56 und die exzentrische Welle 67 in Gegenuhrzeigersinn drehen, wie durch den Pfeil A gezeigt ist. Die Bezugszahl 67 A bezeichnet die Stellung der exzentrischen Welle

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67, wenn diese genau colinear zum Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 zur ersten Krafttransformiereinrichtung 14 und zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 ist und wenn die exzentrische Welle 67 auf der Seite des Mittelpunktes 66 des konzentrischen Kopfes 56 neben der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 ist.

Wenn sich die exzentrische Welle 67 um 90 ° im Gegenuhrzeigersinn von der Stellung 67a' zu einer Stellung dreht, die mit der Bezugszahl 67b bezeichnet ist, ist die exzentrische Welle 67 direkt über dem Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 angeordnet. Wenn sich die exzentrische Welle 67 wiederum um 90 ° im Gegenuhrzeigersinn von der Stellung 67b der exzentrischen Welle 67 zu einer Stellung dreht, welche durch die Bezugszahl 67c ' bezeichnet ist, ist die exzentrische Welle 67 auf der Seite des Mittelpunktes 66 des konzentrischen Kopfes 56 neben der zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 angeordnet. Die Stellung 67c ist genau colinear zum Mittelpunkt 66 des exzentrischen Kopfes, zur ersten Krafttransformiereinrichtung 14 und zweiten KrafttransformiereinrichtunT 1*. Die Stellung 67c befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Mittelpunktes 66 des konzentrischen Kopfes 56 von einer Stellung 67a. Wenn sich die exzentrische Welle 67 um 90 im Gegenuhrzeigersinn von der Stellung 67c zu einer Stellung dreht, die mit 67d bezeichnet ist, befindet sich die exzentrische Welle 67 direkt

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unter dem Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56.

Somit dreht die exzentrische Welle 67 um den Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 und bildet einen Kreispfad um den Mittelpunkt 66 de« konzentrischen Kopfes 56. Die Verschieb"η«on 121b und 122b der exzentrischen Welle 67 vom Hittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 sind gleich einem Radius des Kreispfades, welcher durch die Bewegung der exzentrischen Welle 67 aebildet ist. Die Verschiebung 121b der exzentrischen Welle 67a vom Zentrum 66 des konzentrischen Kopfes 56 entspricht der negativen Amplitude 121a/ die in Figur 5 gezeigt ist. Die Verschiebung 122b der exzentrischen Welle 167c vom Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 entspricht der in Figur 5 gezeigten positiven Amplitude 122a. Der Abstand Spitze zu Spitze 123a, wie er in Figur 5 gezeigt ist, ist gleich der zweifachenjAmplitude 122a und entspricht der zweifachen Verschiebung 122b_f wie in Figur 10 gezeigt ist, sowie einem Durchmesser 123b des kreisförmigen Pfades, welcher durch die Bewegung der exzentrischen Welle um den Mittelpunkt 66 des konzentrischen Kopfes 56 herum gebildet ist. Die Bewegung der exzentrischen Welle 67 von der Stellung 67a über Stellung 67b zur Stellung 67c veranlaßt eine Expansion oder Ausdehnung des Materials 4 und entspricht der in Figur 5 gezeigten Zeit 116. Die Bewegung der exzentrischen Welle 67 von der Stellung 67c über Stellung 67d zur Stellung 67a erzeugt eine Kontraktion des Materials 4 und entspricht der in Figur 5 gezeigten Zeit 110. -

Der Verschiebungsgenerator 10 ist in der Lage, eine Verschiebung

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121b oder 122b in der Größenordnung von + 2,5 ram vorzusehen. Ein großer Teil dieser Verschiebung wird von dem Material 4 und der Dehnungsfeder 70 absorbiert. Folglich wird die von der ersten Krafttransforrniereinrichtung 14 und der zweiten Krafttransfomiereinrichtung 16 abgefühlte Verschiebung auf eine Verschiebung in der Größenordnung von 0,12 mm reduziert.

Mikrometer-Einrichtung

Gemäß Figur 11 ist dia dritte Krafttransformiereinrichtung 18 auf ainer ersten Mikrometer-Einrichtung 170 angeordnet. Die erste .Mikrometer-Einrichtung 170 hat eine erste Einstelleinrichtung 172 und eir.e zweite Einstelleinrichtung 174. Jade der Einqtelleinrichtungen 172 und 174 verwendet eine maschinell genau gearbeitete Schraube 176, die mit einen Gewinde in einer Hülse 178 liegt, sowie eina Spindel 179, die an dem vorderen Ende der Schraube 176 angeordnet ist. Die Schraube 176 der ersten Einstelleinrichtung 172 ist unter rechten Winkeln zur Schraube 176 der zweiten Einstelleinrichtung 174 angeordnet. Fdglich ist die erste Mikromete^ELnrichtung 170 in der Lage, die Stellung der dritten Krafttransformiereinrichtung 18 in zwei Ebenen einzustellen, eine Ebene senkrecht zur anderen. Gemäß Figur 3 ist die erste Mikrometer-Einrichtung 170 der Figur 11 in der Lage, die dritte Krafttransformiereinrichtung 18, die Differenzierfeder 76 und den Differanzierdraht 78 derart einzustellen, daß sie genau senkrecht zu der Linie liegen,

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welche von der ersten Krafttransforniereinrichtung 14, dem Mittelpunkt 66 des exzentrischen Kopfes 56 und der zweiten Krafttransforniereinrichtung 16 gebildet ist.

Die zweite Krafttransformiereinrichtung 16 ist auf ainer nicht dargestellten zweiten Mikrometer-Einrichtung befestigt, die der genHß Figur 11 ähnlich ist. Dia zv/eite Mikrometer-Einrichtung, auf welcher die zweite Krafttransformiereinrichtung 16 angebracht ist, wird zur Einstellung der Position der zweiten Krafttransfonuiereinrichtung 16 derart verwendet, daß die zweite Krafttransformiersinrichtung 16, die Dehnungsfeder 70 und der Dehnungsdraht 72 zum Mittelpunkt des exzentrischen Kopfes 56 colinear sind.

Erwünschtenfalls kann die arste Krafttransformiereinrichtung 14 auch auf einer nicht dargestellten dritten Mikrometer-Einrichtung befestigt sein, die ähnlich der in Figur 11 gezeigten ersten Mikrometer-Einrichtung ist. Die dritte Mikrometer-Einrichtung, auf welcher die erste Kraftübertragungseinrichtung 14 erwiinschtenfalls befestigt ist, kann ihrerseits auf dem beweglichen Teil 40 der Vorspanneinrichtung 8 angebracht sein. Die dritte Mikrometer-Einrichtung, auf welcher die erste Krafttransformiereinrichtung 14 erwünschtenfalls angebracht ist, wird zur Einstellung und Ausrichtung oder Ausfluchtung der ersten Krafttransformiereinrichtung 14 derart verwendet, daß sie colinear zu dem passiven Draht 32, dem aktiven Draht 30 und dem Mittelpunkt 66 des exzentrischen Kopfes 56 ist; und

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auch derart, daß die erste Krafttransformiereinrichtung 14 colinear igt zu der zweiten Krafttransformiereinrichtung

Zugspannung, Scherung , Kompression

Gemäß Figur 12 ist bei einer zweiten Ausführungsform ein Material 181, wie z. B. Kautschuk, zu prüfen, um seine Fähigkeit zu bestimmen und zu messen, Ermüdung zu widerstehen, d. h. seine Fähigkeit, periodische Zugspannung und ihre Hystereseeigenschaften auszuhalten. Die Halteeinrichtung 6 kann eine erste Klemme 130 und eine zweite Klemme 182 verwenden, um das Material 181 zu halten, anstelle der in Figur 1 gezeigten Haken 34 und 36. Die erste Klemme 180 steht mit dem aktiven Draht 30 und die zweite Klemme 182 mit dem passiven Draht 32 in Verbindung.

Gemäß Figur 3 soll bei einer dritten Ausführungsform ein Material 183 auf Scherung geprüft werden. Das Material 183 kann von einer ersten Scherplatte 184 und einer zweiten Scherplatte 186 anstelle der in Figur 1 gezeigten Haken 34 und 36 zum Halten des Materials 4 gehalten werden. Die erste Scherplatte 184 steht mit dem aktiven Draht 30 und die zweite Scherplatte 136 mit dem passiven Draht 32 in Verbindung. Je nach der Art der aufgebrachten Scherung können der aktive Draht "30 und der passive Draht 32 durch feste Stangen ersetzt werden.

Gemäß Figur 14 wird bei einer vierten Ausführungsform ein Mate-

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rial 187 auf Kompression geprüft. Das Material 187 ist zwischen einer ersten Kompressionsplatte 183 und einer zweiten Kompressionsplatte 190 angeordnet, wobei eine Platte am jeweiligen Ende des Materials 187 angeordnet ist, anstelle von Haken 3 4 und 36, wie in Figur 1 gezeigt ist. Die erste Kompressionsplatte 183 steht in Verbindung mit einem aktiven Stab 194 und die zweite Kompressionsplatte 190 mit einem passiven Stab 196. Beide Stäbe oder Stangen 194 und 196 sind starr. Solche Stäbe 194 und 196 können verwendet werden, um den aktiven Draht 30 und dan passiven Draht 32 in Figur 13 für die Scherung zu ersetzen.

Gemäß Figur 15 ist zum Prüfen und Messen der Kompression der aktive Draht 30 an dem Mittelstück 60 durch ein Teil verbunden, welches eine kreisförmige Befestigungseinrichtung 192 anstelle des Spannungsarmes 69 gemäß Figur 3 hat. Die Befestigungseinrichtung 192 ist an den Mittelstück 60 an verschiedenen Stellen um den Umfang des Mittelstückes 60 und der Befestigungseinrichtung 192 angebracht. Erwünschtenfalls kann die Befestigungseinrichtung 192 zum Prüfen und Messen des in Rede stehenden Materials 4 auf Spannung, Dehnung und auch Ermüdung verwendet werden.

Verfahren

Gemäß Figur 1 weist die Erfindung auch ein Verfahren zum Prüfen eines viskoelastischen Feststoffes auf, wie z. B. des Materials" 4, und zum Messen ausgewählter Eigenschaften des Materials 4. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Aufbringen von

Dehnung auf das Material 4, wobei sich auch Spannung ergibt, die sich in den Material 4 entwickelt, wenn eine solche Dehnung auf das Haterial 4 aufgebracht v/ird; Übertragen bzw. Transformieren der auf das Material 4 aufgebrachten Dehnung in ein elektrisches Dehnungssignal (tf) 92 mit einer Dehnungswellenform und einer Amplitude; Transformieren der sich ergebenden Spannung in ein elektrisches Spannungssignal (<r~) 90 mit einer Spannungswellenform und einer Amplitude: Steuern der auf das Material 4 aufgebrachten Dehnung zur Erzeugung mindesten" einer im. wesentlichen sinusförmigen Dehnungswellenform unter Darstellung der Dehnung, und vorzugsweise einer Dehnungswellenform, die so genau wie möglich sinusförmig ist; und für die auf das Material aufgebrachte Spannung,Ermöglichen der Erzeugung einer die Spannung darstellenden Spannungswellenform, die nicht sinusförmig oder sinusförmig sein kann.

Gertäß dem Verfahren wird ferner beobachtet, daß es eine Phasenverschiebung gibt zwischen der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform und daß die Phasenverschiebung sich in Betrag und manchmal in Richtung je nach den Eigenschaften des Materials ändert. Man fand für bestimmte ausgewählte Polymer-Reifenkordel-Materialian, daß sich die Phasenverschiebung sowohl im Betrag als auch in Richtung ändert, wie in Figur 5 gezeigt ist. Auf der anderen Seite fand man bei gewissen Arten von Kautschuk, daß die Phasenverschiebung sich nur im Betrag, möglicherweise aber nicht in der Richtung zu verändern schien.

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Gemäß Figur 5 erfolgt beim Beobachten, daß die Phasenverzögerung sich im Betrag und manchmal in der Richtung verändert, folgendes: Darstellung der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform als eine Funktion der Zeit in demselben Maßstab; und Anordnen der Amplituden der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform so, daß sie gleich sind, wie z. B.

oder

durch ein als "normalisieren"/normieren bekanntes Verfahren.

Gemäß Figur 6 wird nach dem Verfahren folgendes vorgenommen: Darstellen der Spannungswellenform entlang einer vertikalen Achse; Darstellen der Dehnungswellenform entlang einer horizontalen Achse ohne Normieren; Beobachtung der Bildung einer Hystereseschleife 26; Bestimmung der Fläche innerhalb dieser Hystereseschleife. Die Fläche innerhalb der Hystereseschleife gibt den Energiaverlust wieder, d. h. die Differenz zwischen der auf das Material 4 während der Ausdehnung aufgebrachten Energie und die während der Kontraktion von dem Material 4 freigegebene! Energie.

Gemäß Figur 4 kann das Messen der Fläche in der Hystereseschleife die Verwendung einer Integriereinrichtung 28 aufweisen. Das Verwenden einer Integriereinrichtung erfolgt folgendermaßen: Transformieren der auf das Material 4 aufgebrachten Dehnung in ein differenziertes Dehnungssignal 94; und Integrieren des differenzierten Dehnungssignals 94 und des Spannungssignals Das Transformieren der auf das Material 4 aufgebrachten Dehnung in ein differenziertes Dehnungssignal weist auf: Mechanisches

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Differenzieren der Dehnung durch die oben beschriebene Anordnung der Differenzier-Montageeinrichtung 73 unter einem Winkel von 90 ° bezüglich der Dehnungs-Montageeinrichtung 64.

Das Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung 2 gemäß der Erfindung geschieht folgendermaßen. Anfänglich wird die Vorrichtung 2 für die Verwendung durch folgende Schritte vorbereitet: Erstens notwendigenfalls Ausrichten der Vorrichtung 2 derart, daß dar Spannungsarm 69 colinear zu dem Dehnungsarm 71 angeordnet ist, und zwar durch Anordnen der Spannungsmontageeinrichtung 75 unter einem Winkel von näherungsweise und vorzugsweise genau 180 ° bezüglich der Dehnungs-Montageeinrichtung 64 und Anordnen der Differenzier-Hontageeinrichtung 71 unter einem Winkel von 90 bezüglich der Spannungsmontageeinrichtung 75 und bezüglich der Dehnungs-Montageeinrichtung 64. Zweitens notwendigenfalls kalibrieren der Spannungsniveaus der ersten Krafttransformiereinrichtung 14, der zweiten Krafttransformiereinrichtung 16 und der dritten Krafttransformiereinrichtung 18, so daß Ihre Spannungsniveaus in physikalische Einheiten umgewandelt werden können. Drittens Festsetzen des auf das Material 4 bei einem bestimmten Niveau aufgebrachten Dehnungsbetrages, und zwar durch Einstellen des Versatzes bzw. der Versetzung der exzentrischen Welle 67 der exzentrischen Spannschiene 58 bezüglich des Mittelpunktes 66 des exzentrischen Kopfes 56.

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Nach den vorhergehenden Vorbereitungen folgt gemäß den Verfahren: Viertens Anordnen einer (nicht dargestellten) Prüffeder in der Halteeinrichtung 6 in derselben Stellung, in v/elcher das Material 4 nachfolgend zum Prüfen angeordnet wird. Verwenden einer solchen Testfeder, Einstellen der Vorspanneinrichtung 8 zum Aufbringen eines gewünschten Niveaus durch Einstellen des beweglichen Teils 40. Das gewünschte Niveau der Vorspannung entspricht einem Mittelniveau an Spannung, die auf das Material 4 aufgebracht wird. Das Spannungsmittelniveau wird in Figur 5 durch die horizontale Achse dargestellt, entlang welcher Zeit und Winkel dargestellt werden. Die horizontale Achse in Figur 5 läuft in der Mitte zwischen den positiven Höchstwerten 112 und dem negativen Höchstwert 114 des Spannungssignals 90 und des Dehnungssignals 92. Fünftens Errichten einer Integral-Dehnungsstelle Null. Dies wird erreicht, während sich die Prüffeder in derjenigen Stellung befindet, wo das Material 4 nachfolgend zum Prüfen in der Halteeinrichtung 6 angeordnet wird. Das differenzierte Dehnungs-Ausgangsniveau der dritten Krafttransformiereinrichtung 18 (unter einem Winkel von 90 angeordnet}, wird derart eingestellt, daß der Integralausgang von der Integriereinrichtung Null ist. Sechstens Entfernen der Prüffeder und Ersetzen derselben durch das zu prüfende Material Siebtens, wenn das Material der Wärme zu unterwerfen ist, Einstellen der gewünschten Temperatur unter welcher das Material 4 mittels der Temperaturkammer 150 zu prüfen ist. Achtens Zurückbringen des Materials 4 auf das selbe gewünschte Vorspannungsniveau, wie zuvor eingestellt, als die Prüffeder in der Halte-

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einrichtung 6 benutzt wurde, neuntens Einstellen der Vorspannsteuerung einschließlich des Servomotors 44, um die gewünschte Vorspannung auf das Material 4 aufzubringen. Zehntens Schaffung der Möglichkeit für das ilaterial 4, eine Gleichgewichtsbedingung nach dem Aufbringen von Wärme und Vorspannung zu erreichen.

Elftens erwünschtenfalls Fotografieren der Hystereseschleife auf der Darstellungseinrichtung. Zwölftens erxvünschtenfalls Fotografieren der Wellenformen des Spannungssignals und des Dehnungssignals auf der Darstellungseinrichtung. Dreizehntens, erwünschtenfalls Lesen des integralen Energieverlustes vom Voltmeter 104 (Figur 4) oder von einer Darstellungseinrich-

tung, wie z. B. dem Oszilloskop 36. Vierzehntens, erwünschtenfalls Lesen der dem Abstand 123 Spitze zu Spitze in Figur 5 entsprechenden Spannung und des Verhältnisses Dehnung zu Spannung, wie in Figur 6 dargestallt, um den komplexen Modul E festzustellen.

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Claims (7)

Patentansprüche

1.J Verfahren zum Prüfen eines viskoelastischen Materials und zur Messung ausgewählter Eigenschaften, gekannzeichnet durch: Aufbringen einer Dehnung auf das Material mit sie¹- ergebender, ebenfalls auf das Material aufgebrachter Spannung, Transformieren der auf das Material aufgebrachten Dehnung in ein elektrisches Dehnungssignal mit einer Dehnungswellenforrn und einer Amplitude, Transformieren der sich ergebenden, auf das Material aufgebrachten Spannung in ein elektrisches Spannungssignal mit einer Spannungswellsnform und einer Amplitude, Steuern der auf das Material aufgebrachten Dehnung zur Erzeugung mindestens einer die Dehnung darstellenden, im wesentlichen sinusförmigen Dehnungswellsnform und Schaffung der Möglichkeit für die Spannung, sich Z"r Erzeugung einer dia Spannung darstellenden Spannungswellenform zu verändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Aufbringen von Dehnung auf das Material mit sich ergebender, ebenfalls auf das Material aufgebrachter Spannung, Transformieren der auf das Material aufgebrachten Dehnung in ein elektrisches Dehnunassignal mit einer Dehnungswellenform und einer Amplitude, Transformieren der sich auf das Material aufgebrachten, ergebenden Spannung in ein elektrisches Spannungssignal mit

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einer Spannungswellenforiu und einer Amplitude, Steuerung der auf das Material aufgebrachten Dehnung zur Erzeugung mindestens einer im wesentlichen sinusförmigen Dehnungswellenform unter Darstellung der Dehnung, Schaffung der Möglichkeit für die Spannung, sich zur Erzeugung einer die Spannung darstellenden Spannungswellenform zu verändern, Darstellung der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform als Funktion der Zeit in demselben Maßstab, Anordnen der Amplituden der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform, so daß sie gleich sind, Beobachtung einer Phasenverschiebung zwischen der Dehnungswellenform und der Spannungswellenform, wobei sich die Phasenverschiebung int

der

Betrag und manchmal in/Richtung ändert, je nach den Eigenschaften des Materials, Darstellung der Spannungswellenform entlang einer Vertikalachse, Darstellung der Dehnungswellenform entlang einer Horizontalachse, wobei die Spannungswellenform und die Dehnungswellenform hierdurch eine Hystereseschleife bilden, übertragen bzw. Transformieren der auf das Material aufgebrachten Dehnung in ein differenziertes Dehnungssignal durch mechanisches Differenzieren des Dehnungssignals und Integrieren des differenzierten Dehnungssignals und des Spannungssignals zur Bestimmung der Fläche der Hystereseschleife, welche den Energieverlust in dem Material darstellt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

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1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung (6) an dem Material (4) zum Halten desselben in vorbestimmter Stellung während des Versuches angebracht ist, eine Vorspanneinrichtung (3) zum Aufbringen einer Spannung auf das Material (4) während des Versuchs an diesem angekoppelt ist, ein Verschiebegenerator (10) eine an das Material (4) angekoppelte exzentrische Einrichtung zur Aufbringung einer periodischen Verschiebung auf das Material aufweist und daß eine mechanisch-elektrische Transforniereinrichtung (14-18) an dem Material (4) zum Transformieren mechanischer Bewegung in elektrische Signale angekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch-elektrische übertragungs- bzw. Transformiereinrichtung eine erste Krafttransformiereinrichtung (14) für die Transformation mechanischer, in dem Material (4) entwickelter Spannung in ein elektrisches Spannungssignal und eine zweite Krafttransformiereinrichtung (16) aufweist für die Transformierung mechanischer, auf das Material (4) aufgebrachter Dehnung in ein elektrisches Dehnungssignal.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch-elektrische Transformiereinrichtuncr eine erste Krafttransformiereinrichtung (14)aufweist für"die Transformierung mechanischer, auf das Material (4) aufgebrachter Spannung in ein elektrisches Spannungssignal und eine dritte Krafttransforraiereinrichtung (18) aufweist für das Transformieren mechanischer, auf das Material (4) aufgebrachter Dehnung in ein

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elektrisches Kosinussignal.

6. Vorrichtuna nach einem der Ansprüche 1-5, insbesondere zur Bestimmung der körperlich-strukturellen Eigenschaften des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ilalteeinrichtung (6) an dem ?4aterial (4) zum Halten desselben in einer bestimmten Stallung während des Versuches angebracht ist, eine Vorspanneinrichtung (8) an dem Material (4) zum Aufbringen einer Spannung auf das Material während des Versuches angekoppelt ist, einen Verschiebegenerator (10) einer exzentrischen Hinrichtung an den Material zum Aufbringen einer periodischen Verschiebung auf das Material angekoppelt ist, eine erste Kraf ttransfomiereinrichtung (14) zum Transformieren mechanischer, auf das Material aufgebrachter Spannung in ein elektrisches Spannungssignal vorgesehen ist, eine zweite Krafttransformiereinrichtung (15) zum Transformieren mechanischer, auf das Material aufgebrachter Dehnung in ein elektrisches Dehnungssignal vorgesehen ist und eine dritte Krafttransformiereinrichtung (18) unter einem Winkel von 90 ° bezüglich der ersten Krafttransformiereinrichtung (14) und bezüglich der zweiten Krafttransformiereinrichtung (16) für das Transformieren mechanischer, auf das Matedal aufgebrachter Dehnung in ein elektrisches differenziertes Dehnungssignal angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Transformier-

einrichtung (13) unter einem Winkel von 90 ° bezüglich der ersten Transformiereinrichtung (14) und bezüglich der zweiten Krafttransformiervorrichtung (16) für das Transformieren mechanischer, auf das Material aufgebrachter Dehnung in ein elektrisches, differenziertes Dehnungssignal angeordnet ist, eir.e Stellungs-Transformiereinrichtung mit der Vorspannungseinrichtung (8) zur Transformierung augenblicklicher Verlängerungen in dem Material in ein elektrisches Signal angeschlossen ist, eine Integriereinrichtung (23) für die Integration einer Spannungs- Dehnungs-Hystereseschleife vorgesehen ist, eine Darstellungseinrichtung (86) zur Darstellung eines Ausgangs der Integriereinrichtung (28) zur Messung der Fläche der Hystereseschleife und dadurch Bestimmung des Energieverlustes vorgesehen ist, eine Temperaturkammer (150) zur Steuerung der Umgebungstemperatur vorgesehen ist, in welchem das Material (4)während des Versuches gehalten wird, wobei das Dehnungssignal (92) mindestens eine im wesentlichen sinusförmige Wellenform hat und eine Phasenverschiebung besteht zwischen dem Spannungssignal (90) und dem Dehnungssignal (91), die sich im Betrag und Richtung als Funktion der Zeit verändern können, daß die exzentrische Einrichtung (50) aufweist: Eine Antriebseinrichtung (61), welche eine Drehkraftquelle für die exzentrische mechanische Einrichtung ist, einen drehbaren konzentrischen Kopf (56) , der von der Antriebseinrichtung (61) angetrieben ist und einen Mittelpunkt aufweist, eine exzentrische Spannschiene (53), die auf dem konzentrischen

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Kopf (56) zur Drehung mit diesem angeordnet ist und eine exzentrische Welle (67) aufweist, wobei die exzentrische Spannschiene (58) bezüglich des konzentrischen Kopfes (56) beweglich ist für eine exzentrische Verschiebung der exzentrischen Welle (67) aus dem Mittelpunkt de« konzentrischen Kopfes, daß ein Mittelstück (60) auf d^O1- exzentrischen Welle (67) befestigt und an dem riatei-i*! Ui für die übertragung einer periodischen Verschie^una des Materials angekoppelt ist, ^T'obei die exzentrische Welle (67) bezüglich des Mittelstücks (60) ^Jrehbar ist, daß eine exzentrische Ein stelleinrichtung (130) zur Einstellung der Verschiebung der exzentrischen Welle (67) bezüglich des Mittelpunktes (66) des konzentrischen Kopfes (56) vorgesehen ist, der eine ebene Frontoberfläche (141) und einen Schlitz (59) in dieser ebenen Frontoberfläche aufweist, der Schlitz (59) eine längliche Mittellinie hat, die exzentrische Spannschiene (58) eine ebene Fronto^erflache (128) und eine längliche Mittellinie (133) aufweist und die exzentrische Spannschiene (58) in dem Schlitz des konzentrischen Kopfes (56) angeordnet ist, daß eine exzentrische Ausrichteinrichtung (131) zum Ausrichten der länalichen Mittellinie der exzentrischen Spannschiene bezüglich der länglichen Mittellinie des Schlitzes (59) in dem konzentrischen Kopf (56) vorgesehen ist, und daß eine ebene Einstelleinrichtung (132) zur Einteilung der ebenen Frontoberfläche der exzentrischen Spannschiene (58) parallel zu der ebenen Frontoberfläche des konzentrischen Kopfes (56) vorgesehen ist.

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L e e r s"e i t e