DE2710731B2 - Vorrichtung zur Messung der Härte von Gummi-Prüflingen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Härte von Gummi-Prüflingen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es sind verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Messung der Härte von Gummi-Prüflingen bekannt; als Beispiele sollen die Vorrichtungen nach ^ der DE-OS 23 40 610, bei der die erste Kontaktkraft durch Zusammendrücken einer Feder ausgeübt wird, die US-PS 32 00 640. wonach für die Funktionsweise der Vorrichtung eine bestimmte Reibung zwischen den gleitenden Teilen wesentlich ist, und die US-PS 29 38 377 genannt werden, bei der ein freiliegender, nicht in einem Gehäuse angeordneter Kolben verwendet wird.

Eine Vorrichtung der angegebenen Gattung ist aus der britischen Norm »Britsh Standards BS 903 Part A 26« beschrieben. Bei der Messung der Härte von Gummi-Prüflingen nach dieser Norm ist wesentlich, daß keine Restreibung auftritt Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein elektrisch betriebener Summer vorgesehen sein, der die gesamte Vorrichtung in leichte Schwingungen versetzt, so daß eine etwa vorhandene Restreibung überwunden wird. Der Anbau eines solchen Summers erfordert jedoch einen gewissen konstruktiven Aufwand, da dieser Summer an die übrige Vorrichtung angepaßt werden muß, um das Meßergebnis nicht zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, die auf konstruktiv äußerst einfache Weise den Einfluß einer etwa vorhandenen Restreibung eliminiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß zwischen die Lageroberflächen des Druckkörpers, insbesondere der Druckstange, und des Gehäuses ein Gas injiziert wird, wodurch sich zwischen diesen Lageroberflächen eine dünne Gasschicht ausbildet, die eine etwa noch vorhandene Restreibung aufhebt. Diese Lösung ist konstruktiv äußerst einfach, da hierzu nur an geeigneten Stellen der Vorrichtung Zuführ- bzw. Blasöffnungen für das Gas vorgesehen sein müssen. Es ist also kein apparativ aufwendiger Anbau einer zusätzlichen mechanischen Konstruktion, die das Meßergebnis beeinflussen könnte, erforderlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der Vorrichtung, jedoch in bezug auf F i g. 1 von der gegenüberliegenden Seite aus gesehen, wobei einige Teile in anderen Lagen gezeigt sind,

Fig.3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A von Fig. 1,

F i g. 4 ein Schaltbild des Teils der Schaltung, in dem das elektrische Ausgangssignal des Meßwertumformers in internationale Gummihärtegrade umgewandelt wird, und

Fig.5 ein Schaltbild eines anderes Teiles der Schaltung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse mit einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 auf. Am unteren Ende des Unterteils 2 ist ein ringförmiger Fuß 3 angebracht; ein Druckkörper mit einer in einem normierten, kugelförmigen Prüfkörper 5 endenden Druckstange 4 ist im Gleitsitz in dem Unterteil 2 des Gehäuses aufgenommen.

Eine Zusatzkraft wird durch eine zylindrische Manschette 6 mit Normgewicht erzeugt, die gleitend um die Außenseite des Gehäuseunterteils 2 paßt. Ein nach

oben ragender Arm, der in einem Haken 6a endet ist an dem oberen Ende der Manschette 6 angebracht Während der zweiten vorgegebenen Zeitspanne der Prüfung ruht bei der in Fig.2 gezeigten Lage die Manschette 6 auf Walzen 7, die an den Enden einer Achse 8 angebracht sind, die quer durch die Druckstange 4 verläuft und an ihr befestigt ist Die Achse 8 paßt in einen Schlitz, der diametral durch das Gehäuse verläuft und eine Abmessung hat, welche eine senkrechte Relativbewegung zwischen Gehäuse und Druckstange ermöglich*.

Das Gehäuse hat drei senkrechte Bohrungen, von denen eine mit dem Bezugszeichen 9 gezeigt ist; die Bohrungen sind an ihren unteren Enden geschlossen und weisen an ihren oberen offenen Enden Anschlüsse ι τ 10 zur Verbindung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Gas auf. Jeder Anschluß 10 ist in einem Schlitz 10a in der Wand des Gehäuses angeordnet Von den Bohrungen 9 erstrecken sich Durchgänge 11 quer sowohl zu der inneren als auch der äußeren Oberfläche des Gehäuses.

Die Lage des Druckkörpers relativ zum Fuß wird durch einen linearen Verschiebungs-Meßuniformer gemessen, dessen Kern 12 eine koaxiale senkrechte Verlängerung der Druckstange 4 bildet und dessen Körper 13 ein fester koaxialer Einsatz im Oberteil 1 des Gehäuses ist.

Das Oberteil 1 des Gehäuses ist an seiner oberen Ende an einem beweglichen Kreuzkopf 14 angebracht, der an jedem Ende ein gerades Lager 15 hat um auf zwei senkrechten Stangen 16 gleiten zu können, die an ihren oberen Enden mit einem festen Kreuzkopf 17 verschraubt sind. An ihren unteren Enden sind die Stangen fest mit einem Tisch 18 verbunden, dessen Beine 19 an einer Grundplatte 20 befestigt sind. Der ss Tisch 18 weist eine kreisförmige öffnung auf, die mit einer ringförmigen Büchse 21 ausgekleidet ist, die als Lager für das untere Ende des Unterteils 2 dient. Eine weitere kreisförmige öffnung ist in der Grundplatte 20 vorgesehen, um Raum für einen Drehtisch 22 zu lassen, der exzentrisch zur Achse des Gehäuses angeordnet ist.

An dem Tisch 18 ist ein Mechanismus angebracht, durch den das unterste Ende des Druckkörpers wenigstens 0,1 mm über der Bezugsfläche des Fußes gehalten wird, es sei denn, es wird eine Eindruckmessung durchgeführt. F i g. 1 und 3 zeigen die verschiedenen Teile des Mechanismus zu dem Zeitpunkt, wenn sowohl der Fuß 3 als auch die Manschette 6 angehoben sind. Der Mechanismus weist eine Flanschplatte 23 auf, die bei 24 schwenkbar am Rande des Tisches 18 angebracht und so gestaltet ist, daß die Flansche sich als Arme 25 an beiden Seiten des Gehäuses 2 erstrecken und in Anlage an den Unterseiten der Walzen 7 sind. Die Platte wird durch eine Feder zu einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn um den Schwenkbolzen 24 vorgespannt (s. Fig. 1) und hält so die Achse 8 gegen das obere Ende des Schlitzes in dem Gehäuse und damit den Prüfkörper 5 des Druckkörpers oberhalb der Bezugsfläche des Fußes.

Der Mechanismus weist auch einen umgebogenen bo Streifen 26 auf, der an einem Ende am Rande des Tisches 18 schwenkbar befestigt ist und an seinem anderen Ende einen Haken 27 hat, der an der oberen Fläche der Platte 23 angreift. Der Streifen 26 hat einen Flansch 28, der mit dem unteren Ende einer senkrecht f>5 verschiebbaren Stange 29 zusammenwirkt.

An ihrem oberen Ende ist die Stange 29 in ein mit einem Überstand oder Flansch versehenes zylindrisches Teil 30 eingeschraubt das seinerseits an dem unteren Ende einer Zahnstange 31 befestigt ist, die in einem Gehäuse 32, das an der Seite des festen Kreuzkopfes 17 angebracht ist, senkrecht verschiebbar ist Die Zahnstange 31 wirkt mit einem Ritzel 33 zusammen, das eine (nicht gezeigte) Welle hat, die in geeigneter Weise auf dem Kreuzkopf 17 angebracht ist und durch einen (nicht gezeigten) elektrischen Motor angetrieben wird. An der Unterseite des beweglichen Kreuzkopfes 14 ist eine Kragstütze 34 mit einzelnen Stützgliedern angebracht, die soweit voneinander entfernt sind, daß sie (wie in F i g. 1 gezeigt) auf dem Flansch des Teils 30 ruhen und die Seiten des Hauptkörpers des Teils 30 nicht berühren.

Ein Ritzel 35 wird durch einen (nicht gezeigten) elektrischen Motor angetrieben und wirkt mit einer zweiten Zahnstange 36 zusammen, von deren unteren Ende ein mit einem Haken versehener Arm 37 abragt, dessen Haken in Eingriff mit dem Haken 6a steht.

Diese Vorrichtung hat folgende Funktionsweise: Unter Druck stehendes Gas wird über die Anschlüsse 10 den Bohrungen 9 zugeführt; während der Kreuzkopf 14 und die Manschette 6 in ihren jeweiligen oberen Lagen sind, wird ein Gummi-Prüfling 38 auf den Drehtisch 22 gelegt. Bei Betätigung des zugehörigen Antriebsmotors dreht sich das Ritzel 33 im Uhrzeigersinn (gemäß der Darstellung in Fig. 1), und senkt so die Zahnstange 31, den Kreuzkopf 14 und das Gehäuse, also die Teile 1 und 2. Wenn das Gehäuse sich senkt, wird die Druckstange 4 mitbewegt, da die Achse 8 am oberen Ende des Schlitzes in dem Gehäuse anliegt. Die Platte 23 wird gleichzeitig heruntergedrückt; der Haken 27 bleibt jedoch in Anlage an ihrer oberen Fläche, da der Streifen 26 frei schwenkbar ist.

Die Abwärtsbewegung des Gehäuses und des Kreuzkopfes 14 geht so lange weiter, bis die Einstellfläche des Fußes 3 auf dem Prüfling zur Ruhe kommt. Danach bewegt sich die Zahnstange 31 weiter nach unten, so daß der Flansch des Teils 30 sich von der Kragstütze 34 mit den einzelnen Stützgliedern löst und das untere Ende der Stange 29 den Flansch 28 berührt. Ein weiteres Einwirken der Stange 29 auf den Flansch 28 bewirkt eine Drehung des Streifens 26 im Gegenuhrzeigersinn und eine Drehung der Platte 23 im Uhrzeigersinn, so daß nacheinander der Druckkörper bis zur Berührung der Prüflingsoberfläche abgesenkt und die Arme 25 von den Walzen 7 getrennt werden. Ein (nicht gezeigter) Grenzschalter hält die Absenkung der Zahnstange und der Stange 29 unmittelbar nach dieser Trennung an. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckstange 4 nur seitlich gegen ein Gaskissen abgestützt, so daß die auf den Prüfling wirkende Kraft (die Berührungskraft) gleich dem Gewicht des Druckkörpers ist

Entsprechend der britischen Norm 903: Teil A26: 1969, wird diese Kraft für 5 Sekunden aufrechterhalten (d. h. die erste gegebene Zeitspanne ist 5 Sekunden lang). Am Ende dieser Zeitspanne wird das Ausgangssignal des Meßumformers registriert, um eine Messung des Eindrucks zu erhalten. Dann wird die Zusatzkraft auf den Druckkörper ausgeübt, indem die zweite Zahnstange 36 abgesenkt wird, so daß sich die Manschette 6 senkt und auf den Walzen 7 ruht. Ein (nicht gezeigter) Grenzschalter hält das Absenken der Zahnstange 36 kurz nach der Trennung des Hakens am Arin 37 von dem Haken 6a an. Für eine Prüfung, die in Übereinstimmung mit obiger Norm durchgeführt wird, beträgt die zweite bestimmte Zeitspanne, d. h. die Zeit während der das Gewicht der Manschette von den Walzen getragen wird, 30 Sekunden. Am Ende dieser

Zeitspanne wird das Ausgangssignal des Meßumformers erneut registriert.

Danach werden die Manschette 6 sowie der Kreuzkopf 14 und das Gehäuse durch ihre jeweiligen Zahnstangenantriebe in ihre oberen Lagen angehoben und der Drehtisch 22 wird um ungefähr 60° gedreht. Der Fuß und der Druckkörper werden dann in Berührung mit dem nächsten Abschnitt der Prüflingsoberfläche abgesenkt, und der obige Ablauf wiederholt sich. Der Vorgang wird nochmals an einem dritten Abschnitt der Prüflingsoberfläche durchgeführt, und dann wird der Prüfling vom Drehteller entfernt.

Bei einer automatischen Vorrichtung können die Steuerung und die Darstellung der Ergebnisse durch eine elektronische Baueinheit geliefert werden, die die Folge der Schritte an dem mechanischen Teil einschließlich der Steuerung der Analog-Digital-Umformer und der Steuerung des Druckerantriebs überwacht und den Mittelwert von drei oder mehr Messungen berechnet und die Ergebnisse auf Papier ausdruckt.

Die Einheit, die den Zeitablauf steuert, weist einen Zähler auf, der durch einen Oszillator mit einer Periode von einer Sekunde gesteuert wird und der zu entsprechenden Zeitpunkten Relais betätigt, um die Ritzel- und Zahnstangenantriebe in Bewegung zu setzen, den Drehmechanismus des Drehtisches zu betätigen und die Messung des Eindrucks am Ende der ersten vorgegebenen Zeitspanne und am Ende der zweiten vorgegebenen Zeitspanne auszulösen.

Die in den Fig.4 und 5 gezeigte Schaltung (des Umwandlers) soll den Unterschied zwischen dem Eindruck durch die Kontaktkraft und den Eindruck durch die erhöhte Kraft in eine entsprechende Härtezahl in internationalen Gummihärtegraden (IRHD) entsprechend der Normbeziehung umwandeln.

Der Umwandler vereinigt zwei Analog-Digital-Umformer, deren Ausgangssignals zusammenaddiert werden, bis eine Zahl erreicht ist, die genau dem Eingangssignal aus einem Meßumwandler entspricht. Einer der Umformer hat an Stelle eines herkömmlichen Zählers einen Zähler, der einen digitalen 256 Wort-, 12 Bit-Auslesespeicher adressiert. Der Speicher ist so programmiert, daß die Beziehung zwischen der Eingangsadresse und der Binärzahl am Ausgang die geforderte nichtlineare Abhängigkeit hat. Eindruckwerte für Härte (IRHD) in '^-Schritten sind an aufeinanderfolgenden Stellen des Speichers gespeichert.

Die tatsächlich erhaltene Härte wird dadurch gefunden, daß die Speicheradresse, die erhalten wird, wenn eine komplette Umwandlung durchgeführt worden ist, durch zwei geteilt wird. Die Rundung zum nächsten ganzen Grad wird dadurch erreicht, daß eine ungradzahlige (kleinstes bedeutsames Bit gleich Eins) ^r, Adresse als Auslösebedingung für die Schaltung angesehen wird, welche die Teilung durch Zwei durchführt.

Analoge Signale vom Bewegungs-Meßumformer werden am Eingang eines Verstärkers 41 empfangen,

κι wo sie versetzt und so verstärkt werden, daß ein Eindruck von einem Mikron genau einem binären Bit im Speicher entspricht, um Rundungsfehler zu verringern. Das Ausgangssignal des Verstärkers 41 wird auf einen Anschluß eines Vergleichers 39 gegeben. Der Ausgang

is eines 12 Bit-Digital-Analog-Umformers40 wird auf den anderen Anschluß des v'ergieichers 39 gegeben. Die Schaltung enthält einen monostabilen /C4, einen Adressenzähler, der durch /ClO und /C12 gebildet wird, und einen Zähler A, der durch /Cl, /C2 und /C3

2« gebildet wird, wobei IC4 einen schmalen Impuls liefert, um sowohl den Adressenzähler als auch den Zähler A zurückzustellen. Die Schaltung ist so programmiert, daß sie den Eindruck bei der Kontaktkraft am Stift /Ί3 des /C4 mißt; während dieser Eindruck gemessen wird, wird der Adressenzähler zurückgestellt und der Stand des Zählers A durch Auslöseimpulse von einer Taktquelle am Stift P5 des /C4 über den Stift /Ί2 des /C5 zum Takteingang des Zählers A erhöht. Der Stift P12 des IC5 ist bis zur nächsten Messung eines Kontaktkrafteindrucks gesperrt, wenn Gleichgewicht erreicht ist. Das Ausgangssignal des Zählers A wird zum Speicher-Ausgangssignal durch die /C7, /C9 und /CIl zuaddiert und dann in einem Umformer 40 in die analoge Form umgewandeil.

Das Anlegen der erhöhten Kraft bringt den Vergleicher aus dem Gleichgewicht, und der Adressenzähler wird durch einen ähnlichen Vorgang taktgesteuert, bis das neue Gleichtgewicht für den Eindruck bei erhöhter Kraft erreicht wird, wobei das digitale

w Äquivalent des Kontaktkraft-Eindrucks, wie oben beschrieben, gehalten wird. Die Steuerung der Auslöseeingänge zu /C5 Stift P12 und /C5 Stift PS wird durch bistabile Schaltungen durchgeführt, die durch ICS (Ausgänge an den Stiften P 4 und Pl), /C14 (Ausgänge an den Stiften PiO und P13), /ClO, Stift P4 und /C5, Stift PS gebildet werden.

Die Härte in IRHD wird (unter Benutzung einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung) durch das Teilen des Ausgangs des Adressenzählers durch Zwei ermittelt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Härte von Gummi-Prüflingen mit einer Auflagefläche für den Gummi-Prüfling, mit einem Druckkörper mit einer in einem normierten Prüfkörper endenden Druckstange, deren Achse senkrecht zu der Auflagefläche verläuft, mit einem die Druckstange im Gleitsitz aufnehmenden Gehäuse, mit einem flachen, senkrecht zu der Achse des Druckkörpers verlaufenden und den freien Durchgang des Prüfkörpers ermöglichenden Fuß, der in Berührung mit dem Gummi-Prüfling absenkbar ist, wobei der Prüfkörper nach unten in Kontakt mit dem Gummi-Prüfling bewegt und während einer ersten, vorgegebenen Zeitspanne '⁵ eine vorgegebene Kontaktkraft auf den Gummi-Prüfling ausgeübt wird, und wobei der Druckkörper während einer zweiten, vorgegebenen Zeitspanne n;it erhöhter Kraft auf den Gummi-Prüfling einwirkt und während dieser zweiten Zeitspanne die Bewegung des Druckkörpern nach unten festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Druck stehendes Gas zwischen die Lagerflächen der Druckstange (4) und des Gehäuses (2) eingeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine senkrecht um die äußere Oberfläche des Gehäuses (1, 2) verschiebbare Manschette (6) zur Erzeugung der erhöhten Kraft, und durch seitliche, durch Schlitze in das Gehäuse ragende Vorsprünge am Druckkörper, welche die Manschette (6) während der zweiten Zeitspanne tragen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (3) und der Druckkörper mit gesteuerter Geschwindigkeit absenkbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (6) mit gesteuerter Geschwindigkeit auf die Vorsprünge des Druckkörpers absenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Meßwert-Umformer zur Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die Lage des Druckkörpers relativ zum Gehäuse (1, 2) anzeigen, und durch eine elektrische Schaltungsan-Ordnung mit einem linearen Analog/Digital-Wandler, der eine der Stellung des Druckkörpers am Ende der ersten Zeitspanne entsprechende Digitalzahl speichert, und mit einem nicht-linearen Analog/Digital-Wandler, der einen tabellenartigen Digitalspei- ^TO eher für die nicht-linearen Beziehungen zwischen dem Eindruck (umgewandelt in ein analoges Eingangssignal) und den internationalen Gummihärtegraden nach den Normen enthält und das entsprechende digitale Ausgangssignal liefert.