DE2659554C3 - Gerät für die Bestimmung von Verarbeitungseigenschaften von Werkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät für das Prüfen und Bestimmen des Verarbeitungsverhaltens von weich eingestellten und viskoelastischen Massen, wie Rohgummi, mit einem ersten Zylinder für das Beaufschlagen der Probe mit einer Anfangsdruckkraft, einem zweiten Zylinder für die anschließende Beaufschlagung der Probe mit einer zusätzlichen Druckkraft und mit einem Steuersystem für die Anzeige der Druckentspannung in dem Testmaterial.

Ein erhebliches Problem in der Gummiindusirie ist die Variabilität in dem Verarbeitungsverhalten von dem Namen nach gleichen Materialien. Die Unterschiede entstehen u. a. durch unbestimmte Änderungen in der MikroStruktur des Rohgummis, sowie durch ungewollte Änderungen in den Mischverfahren für die Gummimassen. Aus diesem Grunde ist ein Gerät erforderlich, das schnell das Verarbeitungsverhalten von jeder in einem bestimmten Verfahren eingesetzten Masse anzeigt, z. B. in einem Extrusionsverfahren, einem Walz- oder Gießverfahren oder bei der Handverarbeitung.

Es ist bereits bekannt, daß ein brauchbarer Hinweis für das Verarbeitungsverfahren von weich eingestellten Materialien dadurch erhalten werden kann, daß das Material einem vorbestimmten Druck unterworfen wird und die Zeit angezeigt wird, die der Druck in dem Testmaterial benötigt um von einem Spitzenwert zu einem im vorbestimmten Verhältnis oder einem Bruchteil dieses Wertes abzufallen (US-PS 3818752). Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird das zu testende Material jedoch gewöhnlich einer Torsionsverformung unterworfen. Aus diesem Grund ist eine relativ komplexe mechanische Anordnung erforderlich, um derartige Torsionsverformungen zu erzielen und die verbleibende Spannung in dem Probestück zu messen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Testgerät vorzugschlagen, das mechanisch einfacher im Aufbau und robuster als die bekannten Geräte ist und das keine Torsionsspannungen in dem Probestück erfordert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät, das gekennzeichnet ist durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Verschiebungsrichtungen der Kolben des ersten und zweiten Zylinders beiderseits liegen parallel;

b) der Zylinder ist auf einer Seite eines Auflagers befestigt und der Kolben des Zylinders trägt eine erste Platte;

c) ein Rahmen ist an dem Auflager verschiebbar befestigt und weist gestreckte Seitenteile auf, die verschiebbar in dem Auflager angeordnet sind, um eine relative Verschiebung zwischen dem Rahmen und dem Auflager in einer Richtung parallel zu der Richtung der Verschiebung der Kolbenstangen der Zylinder zuzulassen;

d) ein erster Querbalken ist auf der genannten einen Seite des Auflagers und ein zweiter Querbalken auf der anderen Seite des Trägers angeordnet, wobei eine zweite Platte von dem Querbalken des Rahmens getragen ist, die der ersten Platte gegenüberliegend angeordnet ist, um eine zwischenliegende Druckkammer zu bilden;

e) ein Druckübertrager ruht auf einer der Platten, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das maßgebend für die in dem in die Druckkammer eingesetzten Prüfkörper herrschende Spannung ist;

f) durch die Betätigung des Zylinders erfolgt eine relative Verschiebung des Rahmens und des Auflagers, so daß die Platten in eine erste Stellunggebracht werden, in der sie einen ersten vor-

bestimmten Abstand zueinander aufweisen, unc daß anschließend durch Betätigung des Zylinden die Platte relativ zu dem Auflager so verschoben wird, daß die Platten in eine zweite relative Stellung zueinander gelangen, in der sie durch einen zweiten, kleineren vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind.

Diese Anordnung führt zu einem sehr kompakten und robusten Gerät, bei dem alle Verschiebungen in Richtung senkrecht zum Auflager erfolgen, das als einziges Teil starr befestigt sein muß.

Vorteilhaft sind die Zylinder Rücken an Rücken auf dem Auflager montiert. Man erhält hierdurch eine vorteilhafte Anordnung, die die Montage des Gerätes erleichtert, da beide Zylinder auf demselben Teil befestigt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform eines Gerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung des zeitlichen Ablaufes der verschiedenen Schritte, die beim Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Gerätes eintreten, in Abhängigkeit des Druckübertragers,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung, teilweise in Blockform, eines Steuer- und Anzeigesystems für ein Gerät nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät weist ein Paar selektiv zueinander verschiebbare Teile 10,12 aus rostfreiem Stahl auf, von dem das obere Teil 10 eine zylindrische Ausnehmung 14 in seiner Unterseite aufweist, die mit einer ebenen oberen Fläche 16 des Teiles 12 zusammenwirkt, um so eine Druckkammer 18 zu bilden.

Der Teil 12 hat eine Platte oder einen Tisch 20, die die Oberfläche 16 bildet und vorzugsweise einen kreisförmigen Umriß aufweist. Die Platte 20 hat einen zentral angeordneten Vorsprung 22 an ihrer Unterseite, der von einer elektrischen Heizwicklung 24 umgeben ist, für die Einregulierung der Temperatur der Platte 20 und damit der Temperatur der Kammer 18. Das Teil 12 ist auf dem freien Ende der Kolbenstange 26 eines pneumatischen Zylinders 28 mit Hilfe eines Isolierblockes 30 montiert, der eine zylindrische Aussparung 32 aufweist, die die Heizwicklung 24 und den Vorsprung 22 aufnimmt. Anschlußdrähte 34 für die Heizwicklung 24 sind durch eine Bohrung 36 im unteren Teil des Blockes 30 durchgeführt.

Das Teil 10 enthält eine Platte oder einen Tisch 38, die die zylindrische Ausnehmung 14 aufnimmt und gleichfalls vorteilhaft einen kreisförmigen Umriß aufweist. Die Platte 38 weist an ihrer Oberseite einen zentralen Ansatz 40 auf, der eine axiale Bohrung hat, in der ein Druckübertrager 42 eingesetzt ist, durch den ein elektrisches Ausgangssignal abgegeben wird, das den auf das sich in der Druckkammer 18 befindliche Prüfstück ausgeübten Druck wiedergibt. Der Ansatz 40 ist von einer Heizwicklung 44 umgeben, die gleichfalls dazu dient, d<" ' 'peratur in der Kammer 18 einzuregulieren. Das Teil 10 ist koaxial zu dem Teil 12auf einem Querbalken 46 mit Hilfe eines zweiten isolierenden Blockes 50 montiert, der eine zylindrische Ausnehmung 52 aufweist, die die Heizwicklung 44 und den Ansatz 40 aufnimmt. Die Verbindungsdrähte 54 zu dem Druckübertrager 42 und die Verbindungsdrähte 56 für die Heizwicklung 44

sind durch entsprechende Bohrungen 58, 60 in dem unteren Teil des Blockes 50 geführt.

Der Querbalken 46 ist starr mit den einen Enden eines Paares parallel zueinander angeordnete Führungsstangen 62«, 62f> aus hartverchromtem Stahl befestigt. Die anderen Enden der Führungsstangen sind fest mit einem unteren Querbalken 64 verbunden, wobei der Querbalken 46, der untere Querbalken 64 und die Führungsstangen 62a, 62fc einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen 65 bilden. Der Zylinder 28 ist auf einer Seite einer Platte 66 befestigt, die beim Betrieb des Gerätes an einem festen Auflager befestigbar ist. Die Platte 66 ist im übrigen relativ zu den Führungsstangen 62a, 626 mit Hilfe entsprechender Lager 68a, 68Z> verschiebbar. Ein weiterer Zylinder 70 ist auf der anderen Seite der Platte 66 befestigt, so daß die beiden Zylinder 28 und 70 Rücken an Rükken liegen. Die Kolbenstange 72 des Zylinders 70 ist in einer Ausnehmung 74 des Balkens 64 eingesetzt. Die Anordnung ist so gewählt, daß die longitudinalen Achsen der Zylinder 28 und 70, das Teil 10 und das Teil 12 co-linear zueinander liegen. Die normale Betriebsausrichtung des Gerätes mit der genannten colinearen Anordnung ist lotrecht nach oben ausgehend von dem unteren Querbalken 64.

Wenn der Zylinder 28 nicht betätigt und der Zylinder 70 voll ausgefahren ist, stellt sich ein bestimmter axialer Abstand zwischen den beiden Platten 20 und 38 ein. Dieser Abstand kann z. B. so gewählt werden, daß der Boden der Ausnehmung 14 von der Oberfläche 16 einen Abstand von 0,5 cm hat. Desweiteren bleibt beim Aneinanderstoßen der beiden Platten 20 und 38 bei der anschließenden Betätigung des anderen Zylinders 28 ein zweiter vorbestimmter axialer Abstand zwischen den beiden Flächen, zwischen denen das Prüfstück zusammengedrückt wird, und zwar entspricht dieser Abstand der Tiefe der zylindrischen Ausnehmung 14. Dies kann z. B. 0,35 cm sein.

Der Verfahrensablauf bei Benutzung des zuvor beschriebenen Gerätes ist folgender: Ein Standardprüfkörper des zu untersuchenden Materials wird zentral auf die Platte 20 aufgelegt, wenn beide Zylinder 28 und 70 unbetätigt sind. Ein gesteuerter Strom wird durch die beiden Heizwicklungen 24 und 44 für die Einstellung der gewünschten Testemperatur geschickt.

Anschließend wird der Zylinder 70 vollständig ausgefahren, um die Platten 20 und 38 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zu bringen, in der sie durch den zuerst genannten axialen Abstand voneinander getrennt sind. Der Testkörper wird dabei einer ersten Stauchung unterworfen, vergleichbar einer Vorstauchungsbeanspruchung, die während e^;ner Periode von z. B. 1 Minute aufrechterhalten wird, damit die Beanspruchung (Spannung) in dem Prüfstück weitgehend gegen Null von dem Spitzenwert abklingen kann, der unmittelbar nach der Vorstauchung auftritt.

Dann wird der Zylinder 28 schnell betätigt, bis die Platte 20 an der Platte 38 anliegt, wodurch der zweite vorbestimmte Abstand eingestellt wird. Das Prüfstück wird somit schnell einer genau vorbestimmten zusätzlichen Stauchung in der Größenordnung von 30% bei den zuvorgenannten Abständen unterworfen.

Die Beanspruchung in dem Prüfstück und der anschließende Druckabfall werden mit Hilfe des Druckübertragers 42 angezeigt, wobei die Prüfresultate von einem Steuer- und Anzeigesystem gewonnen und angezeigt werden, wie es in Blockform in Fig. 3 darge-

IO

stellt ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der Ausgang des Druckübertragers 42 über ein Verstärker 80 sowohl einer »sample and hold« Einheit 82 als auch direkt einem Eingang eines Comparators 84 eingegeben. Der Ausgang des Verstärkers wird durch ein direkt ablesbares Meßinstrument 86 angezeigt. Der andere Eingang des Comparators ist mit dem Ausgang der Einheit 82 über einen Teiler oder Dämpfungsglied (nicht gezeigt) verbunden, der den Ausgang der Einheit 82 teilt oder zu einem vorbestimmten Bruchteil davon reduziert. Der Teiler oder das Dämpfungsglied kann einstellbar sein, damit der vorbestimmte Bruchteil variiert werden kann. Der Ausgang des Comparators 84 steuert ein Tor 87, damit Impulse des Oszillators 88 selektiv einen Zähler 90 erreichen, dessen Ausgang von einer digitalen Anzeige 92 aufgeschrieben und/oder angezeigt werden kann.

Das System enthält weiter eine Zeiteinheit 94, die mit einer Startsteuereinrichtung 96 verbunden ist, mit der entsprechende elektrische Ventile 98,100 für die Zylinder 28,70 in vorbestimmten Intervallen betätigt werden können. Die Zeiteinheit 94, die Einheit 82, das Tor 87 und der Zähler 90 werden von einer Logikeinheit 102 wie folgt gesteuert. >i

In Fig. 2 ist der Ausgang des Druckübertragers 42 gegenüber der Zeit während des zuvor beschriebenen Prüfverfahrens dargestellt. Das Verfahren beginnt mit der Betätigung des ersten Zylinders 70, um die Vorbeanspruchung aufzubringen. Die letztere steigt zu einer Spitze 104 an und fällt dann allmählich zu einem im wesentlichen konstanten Wert bei 106 ab. Der zweite Zylinder 28 wird dann betätigt, um die Hauptbeanspruchung aufzubringen, die zu einer Spitze 108 führt. Der Druck in dem Prüfkörper fällt dann entlang η der Kurve 110 ab.

Damit mit dem Gerät eine Anzeige erhalten werden kann, die einen nützlichen Hinweis auf die Eigenschaften des zu prüfenden Materials gibt, die mit zuvor gewonnenen Testergebnissen verglichen werden kann, um das Material einzugruppieren, ermittelt der Logikkreis in Abhängigkeit des Ausgangs des Druckübertragers während des Abfalls 110 die Zeit die benötigt wird, um von einem Prüfniveau zu einem vorbestimmten Verhältnis oder Bruchteil dieses Niveaus -r. abzufallen. Dies wird durch das Tor 87 erreicht, das so eingestellt ist, daß von einem Punkt 110a der Kurve 110 an Impulse des Oszillators 88 zu dem Zähler 90 hindurchgelassen werden, und daß das Tor 87 dichtmacht, wenn der Comparator feststellt, daß der Druckübertragerausgang bis zu einem zweiten Punkt HQb abgefallen ist, άζτ einem vorherbestimmten Verhältnis zu dem Niveau bei 110 a entspricht, das durch den genannten Teiler oder das Dämpfungsglied (nicht gezeigt) eingestellt wird. Die digitale Anzeige « 92 gibt eine Anzeige, die direkt proportional der Zeit ist, um das Niveau im vorbestimmten Verhältnis abzusenken.

Die Reihenfolge der Vorgänge von der Betätigung des Schalters 96 an sind folgende. Bei Betätigung des Schalters 96 wird der Zylinder 70 betätigt und der zugehörige Zeitauslöser 94 gestartet. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode, die durch den zuletzt genannten Zeitauslöser bestimmt wird, wird der zweite Zylinder 28 betätigt und der zweite Zeitauslöser 94 gestartet. Nachdem eine zweite Zeitperiode verstrichen ist, die durch den genannten zweiten Zeitauslöser bestimmt wird, aktiviert das Logiksystem 102 die Einheit 82 und öffnet das Tor 87, damit der Zähler 90 zu zählen anfängt. Bei Wirksamkeit des zuvor genannten Teilers oder Dämpfungsgliedes erhält der ändere Eingang des Comparators 84 ein Signal, das dem zuvor bestimmten Verhältnis des Wertes des Prüfspannungsausganges des Druckübertragers 42 entspricht. Der Comparator gibt ein Ausgangssignal ab, wenn die Spannung des Druckübertragers 42 auf dem , genannten einen Eingang des Comparators auf den Wert des Signals auf seinem anderen Eingang fällt, d. h., wenn die Druckübertragerausgangsspannung auf ein vorbestimmtes Verhältnis der Prüfspannung gefallen ist. Das Erscheinen des Comparatorausgangssignals schließt das Tor 87 um das Zählen zu stoppen. Der Ausgang des Zählers gibt dann einen Wert an, der proportional ist zu der Zeit, die der Druckübertragerausgang benötigt, um von der Prüfspannung auf den vorbestimmten Bruchteil davon abzufallen.

Es ist vorgesehen, daß das Gerät normalerweise für das Testen von Prüfkörpern aus Elastomeren und aus ungehärteten weich eingestellten Massen, wie Rohgummi, verwendet wird. Ungehärtete, weich eingestellte Massen sind visko-elastische Materialien, d. h. diese weisen Eigenschaften auf, die zwischen denen der idealen elastischen Hookschen Körper liegen, in denen die Spannung direkt proportional der aufgewandten Belastung unabhängig von Zeiteinflüssen ist. und rein viskosen Newtonschen Flüssigkeiten, in denen die Spannung direkt proportional der aufgewandten Rate der Belastung ist. Es ist bekannt, daß Unterschiede im Bearbeitungsverhalten verbunden sind mit Änderungen im visko-elastischen Gleichgewicht. Die Art und die Rate mit der die Spannung in den Proben abnimmt, die durch das zuvor beschriebene Gerät erzeugt wurde, gibt einen empfindlichen Anhaltspunkt für das visko-elastische Verhalten des zu prüfenden Materials und gestattet es Änderungen im visko-elastisciien Verhalten ven einem vorbestimmten, geprüften Richtwert zu ermitteln und anzuzeigen. Dies ist insbesondere vorteilhaft für die Bestimmung der Konsistenz von Beständen für das Strangpressen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gerät für das Testen des Verarbeitungsverhaitens von visko-elastischem Material mit einem ersten Zylinder für die Beaufschlagung des Prüfstückes mit einer Anfangsdruckspannung, einem zweiten Zylinder, um anschließend das Prüfstück mit einer zusätzlichen Prüfspannung zu beaufschlagen, und einem Steuersystem für die Anzeige der Belastungsentspannung in dem Testmaterial, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) die Verschiebungsrichtungen der Kolben des ersten und zweiten Zylinders (70, 28) beiderseits liegen parallel;

b) der Zylinder (28) ist auf einer -Seite eines Auflagers (66) befestigt und der Kolben (26) des Zylinders (28) trägt eine erste Platte (20);

c) ein Rahmen (65) ist an dem Auflager (66) verschiebbar befestigt und weist gestreckte Seitenteile (62a, 62ft) auf, die verschiebbar in dem Auflager (60) angeordnet sind, um eine relative Verschiebung zwischen dem Rahmen (65) und dem Auflager (66) in Richtung parallel zu der Richtung der Verschiebung der Kolbenstangen (26, 72) der Zylinder (28, 70) zuzulassen.

d) ein erster Querbalken (46) ist auf der genannten einen Seite des Auflagers (66) und ein zweiter Querbalken (64) auf der anderen Seite des Trägers (66) angeordnet, wobei eine zweite Platte (38) von dem Querbalken (46) des Rahmens getragen ist, die der ersten Platte (20) gegenüberliegend angeordnet ist, um eine zwischenliegende Drukkammer (18) zu bilden;

e) ein Druckübertragei (42) ruht auf einer der Platten (20, 38), um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das maßgebend für die in dem in die Druckkammer (18) eingesetzten Prüfkörper herrschende Spannung ist;

f) durch die Betätigung des Zylinders (70) erfolgt eine relative Verschiebung des Rahmens (65) und des Auflagers (66), so daß die Platten (20,38) in eine erste Stellung gebracht werden, in der sie einen ersten vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen, und daß anschließend durch Betätigung des Zylinders (28) die Platte 20) relativ zu dem Auflager (66) so verschoben wird, daß die Platten (20, 38) in eine zweite relative Stellung zueinander gelangen, in der sie durch einen zweiten, kleineren vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (28, 70) Rücken an Rücken an dem Auflager (66) befestigt sind.