DE69021348T2

DE69021348T2 - Bröckeligkeitsprüfgerät.

Info

Publication number: DE69021348T2
Application number: DE69021348T
Authority: DE
Inventors: Douglas James Reid
Original assignee: SHANNON IND DISTRIBUTORS
Current assignee: SHANNON IND DISTRIBUTORS
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2010-12-11
Also published as: BE1002570A3; CA2031953C; IE68435B1; KR910012696A; ATE125943T1; EP0432980A1; AU6770690A; ZA909990B; JPH04208838A; IE904470A1; CA2031953A1; EP0432980B1; KR0154981B1; DE69021348D1; JP2781465B2; AU638513B2; US5140857A

Description

Die Erfindung betrifft eine Brüchigkeitsprüfvorrichtung. Gemäß einer Anwendungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zum Testen der Brüchigkeit von Diamantpartikeln verwendet werden.
Derzeit wird eine als "Friatester" bekannte Vorrichtung zum Prüfen der Brüchigkeit von Diamantpartikeln verwendet. Diese Vorrichtung ist beschrieben in Industrial Diamond Review, August 1974, S. 285-291; N.G. Belling et al. Die Vorrichtung weist eine runde zylindrische Kapsel auf, die an ihren Enden geschlossen ist und eine harte sphärische Kugel enthält. Bei Betrieb wird Diamant-Grit, dessen Brüchigkeit geprüft werden soll, in die Kapsel eingeführt. Die Kapsel wird in Richtung ihrer Achse vor- und zurückbewegt, wodurch die Kugel innerhalb der Kapsel von einem Ende zum anderen geschleudert wird. Mit jedem Stoß werden Grit-Partikel von der Kugel getroffen und zwischen der Kugel und dem betreffenden Ende der Kapsel eingekeilt, so daß sie zerstoßen werden. Nachdem die Vorrichtung in dieser Weise für eine eingestellte Anzahl von Arbeitszyklen betätigt worden ist, wird der Grit einem Monitor-Testvorgang unterzogen, und aus der Masse der unzerbrochenen Partikel wird ein Brüchigkeitsindex (F.I.) als Prozentanteil der Masse der ursprünglichen Partikel-Charge berechnet. Der auf diese Weise berechnete F.I. ist zu einer Industrie-Norm geworden und ist für Käufer von Diamanten von Interesse, die wissen möchten, wie sich die Diamanten bei industrieller Anwendung, z.B. bei Verwendung für Sägen und Abrasivmaterialien, verhalten.
Bei dem bekannten "Friatester" wird die Kapsel, die das auf seine Brüchigkeit zu testende Material und die Stahlkugel enthält, durch eine motorgetriebene Kurbelwelle und eine Kurbelstangenanordnung hin- und herbewegt. Bei dieser Art von Antrieb ist es nicht möglich, die Vibrationen exakt zu steuern oder sie derart zu variieren, daß sie bestimmten Materialien oder Klassen von Materialien angepaßt sind. Ferner ist der "Friatester" trotz rigoroser Kalibrierung aufgrund seiner mechanischen Natur anfällig für mechanische Fehler, z.B. Verschleiß, die zu einer nicht optimalen Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse führen.
US-A-2 828 622 beschreibt eine zum Vibrierenlassen einer Probe vorgesehene Ermüdungsprüfvorrichtung, bei der magnetische Sensoren zum Detektieren der Amplitude der Vibrationen vorgesehen sind und eine Steuereinheit das Sensorsignal zum Steuern der Amplitude verwendet.
Gemäß der Erfindung ist eine Brüchigkeitsprüfvorrichtung vorgesehen, die einen elektrisch aktivierbaren Vibrator zum vibrierenden Bewegen einer Kapsel, in der bei Betrieb das auf seine Brüchigkeit zu testende Material plaziert wird, eine Verstärkungseinrichtung zum Ausgeben eines Erregungssignals an den Vibrator, eine Prozessoreinrichtung zum Erzeugen des Erregungssignals, und einen mit dem Vibrator gekoppelten Sensor aufweist, der derart ausgebildet ist, daß er an die Prozessoreinrichtung ein Feedback-Signal ausgibt, mittels dessen der Betrieb des Vibrators innerhalb vorbestimmter Grenzwerte gehalten wird,
und die dadurch gekennzeichnet ist, daß
- der Sensor an einer Halterung montiert ist, die mit dem elektromechanischen Vibrator verbunden ist und mit der die Kapsel bei Betrieb verbindbar ist, derart, daß der Sensor den gleichen Vibrationen ausgesetzt ist wie die Halterung und die Kapsel;
- der Sensor Signale ausgeben kann, die mit der Beschleunigung, Geschwindigkeit und Amplitude der Halterung und der Kapsel in Zusammenhang stehen; und
- das von der Verstärkungseinrichtung an den Vibrator abgegebene Erregungssignal von einem Digitalfunktionsgenerator gesteuert wird, der zwecks Anderung der Wellenform des Erregungssignals betreibbar ist.
Im folgenden wird ein Beispiel der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 zeigt eine genauere Ansicht der Kapsel-Halterung und des Beschleunigungsmessers der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
In den Figuren ist ein elektromechanischer Vibrator vom B&K- Typ mit 10 bezeichnet. Der Vibrator weist einen hin- und herbewegbaren Kopf 12 auf, der mit einem elektromagnetischen Aktivierungskörper 14 verbunden ist. Typischerweise kann der Kopf 12 ein 4812-Kopf vom B&K-Typ und der Körper 14 ein 4805- Körper vom B&K-Typ sein.
Gemäß Fig. 2 ist an dem Kopf 12 des Vibrators 10 eine Halterung 16 montiert. Die Halterung 16 weist einen Rahmen auf, der aus oberen und unteren Flanschen 18 und 20 besteht, die durch einen zentralen Abschnitt 22 miteinander verbunden sind. Von dem Flansch 20 stehen Vorsprünge 24 nach oben hin ab, und durch den oberen Flansch 18 sind Rändelschrauben 26 geschraubt. Bei Betrieb der Vorrichtung sind mehrere Kapseln 28 zwischen den Vorsprüngen 24 und den Rändelschrauben 26 geklemmt, wie Fig. 2 zeigt. Die Halterung 16 ist mittels eines Gewindestiftes 30 an dem Kopf 12 befestigt. An der Oberseite der Halterung 16 ist ein Beschleunigungsmesser 32 montiert, der durch ein mechanisches Filter 34 von der Halterung getrennt ist. Typischerweise ist der Beschleunigungsmesser ein 4384-Beschleunigungsmesser vom B&K-Typ, und das mechanische Filter ist ein UA 0559-Filter vom B&K-Typ.
Wie die Figur zeigt, ist jede Kapsel 28 vertikal ausgerichtet. In jeder Kapsel sind Partikel, wie z.B. Diamant-Grit, die auf ihren F.I.-Wert geprüft werden sollen, zusammen mit einer harten, sphärischen Kugel vorbestimmter Größe plaziert.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist einen Digitalfunktionsgenerator 36 auf, dessen Betrieb durch eine Mikroprozessorsteuerung 38 gesteuert wird und der von einem mit einem Quarz-Kristall gesteuerten Oszillator ein Signal erhält. Der Digitalfunktionsgenerator 36 gibt über eine Multipliziereinrichtung 42 ein Basis-Treibersignal an einen Leistungsverstärker 40 aus, und der Leistungsverstärker liefert an den Körper 14 ein Erregungssignal, das den Kopf 12 vertikal hin- und herbewegt.
Der mit dem Kopf 12 verbundene Beschleunigungsmesser 32 spricht auf die Vibrationen des Kopfes 12 an und gibt über einen Ladungsverstärker 44 ein Signal an eine Signalverarbeitungseinrichtung 46 aus. Der Beschleunigungsmesser 32 kann Signale in Abhängigkeit von der Beschleunigung, der Geschwindigkeit oder der Amplitude der Halterung 16 und der Kapseln 28 ausgeben.
Die von dem Beschleunigungsmesser 32 über den Ladungsverstärker 44 ausgegebenen Signale werden von der Signalverarbeitungseinrichtung 46 verarbeitet, die verschiedene charakteristische Werte, wie etwa RMS (root mean square/quadratischer Mittelwert) und Spitzen-Spitzen-Werte, der Beschleunigüngs-, Geschwindigkeits- oder Amplituden-Parameter errechnet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 46 übermittelt entsprechende Signale an die Mikroprozessorsteuerung 38.
Die Vorrichtung weist eine mit der Prozessorsteuerung 38 verbundene Steuereinheit 48 auf. Die Einheit 48 ist mit einer Bedienungsarmatur für den Benutzer der Vorrichtung versehen. Die Bedienungsarmatur weist eine alphanumerische Anzeigeeinrichtung 50 und verschiedene handbetätigbare Steuerelemente 52 bis 66 auf. Das Steuerelement 66 ist ein Anzeigebetriebsartschalter, der zum Ändern der von der Anzeigeeinrichtung 50 angezeigten Daten dient. Ein Rändelradschalter 52 wird zum Einstellen der Vibrationsfrequenz des Kopfes 12 verwendet. In der Praxis beträgt eine typische Frequenz 40 Hz. Ein Rändelradschalter 54 wird zum Einstellen der gewünschten Anzahl von Arbeitszyklen der Vibration des Kopfes 12 verwendet. Eine Stopp- und eine Start-Taste sind mit 56 bzw. 58 gekennzeichnet. Die Start-Taste kann zum Initiieren eines Test-Zyklus verwendet werden, und die Stopp-Taste kann verwendet werden, um die Vorrichtung zu stoppen, bevor die mittels des Rändelradschalters 54 eingestellte Anzahl von Arbeitszyklen beendet worden ist. Die Vibrationsamplitude des Kopfes 12 wird durch Betätigung eines Potentiometersteuerknopfes 60 gesteuert.
Durch Betätigung eines Mehrschritt-Drehschalters 62 kann der Benutzer einstellen, an welchem Punkt in einem Hin- und Herbewegungszyklus der Kopf 12 starten soll. Mittels eines Mehrschritt-Drehschalters 64 kann der Benutzer die Betriebsart einstellen. Beispielsweise kann der Benutzer mit diesem Schalter die Wellenform des von dem Ijeistungsverstärker 40 an den Vibrator 10 übermittelten Erregungssiguals verändern. Ferner kann der Benutzer mit dem Schalter 64 wählen, welches der drei Feedback-Signale, d.h. Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- oder Amplitudensignal, der Beschleunigungsmesser 32 zuführen soll.
Das mechanische Filter 34, das den Beschleunigungsmesser 32 von der Halterung 16 trennt, ist dazu vorgesehen, den Beschleunigungsmesser vor dem hochfrequenten Aufprall der innerhalb der Kapseln 28 befindlichen Kugeln auf die Enden der Kapseln zu schützen, der am Ende jeder Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Halterung 16 erfolgt.
Bei Betrieb wählt der Benutzer die gewünschte Anzahl von Arbeitszyklen, die Frequenz, die Amplitude und die Start-Position, und wählt ferner das gewünschte Feedback-Signal für den geplanten Test. Die Vorrichtung wird gestartet und wird in Betrieb gehalten, bis die gewünschte Anzahl von Zyklen abgeschlossen ist, woraufhin der Inhalt sämtlicher Kapseln analysiert werden und die F.I.-Werte errechnet werden können.
Einer der Vorteile der gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß der Betrieb mit gesteuerter Beschleunigung bzw. Verlangsamung startet und stoppt, nachdem im wesentlichen die exakte Anzahl von Arbeitszyklen ausgeführt worden ist. Dies steht im Gegensatz zu dem herkömmlichen "FRIATESTER", bei dem mechanische Beschleunigung und Verlangsamung Ungenauigkeiten der Anzahl von Arbeitszyklen in einem Test verursachen kann. Im Vergleich zu dem herkömmlichen "FRIATESTER" weist die gezeigte Vorrichtung die weiteren Vorteile auf, daß die Frequenz und die Amplitude der Vibration leicht verändert werden können und dadurch die Vorrichtung ideal für Forschungszwecke geeignet ist. Ferner haben vom Erfinder ausgeführte Tests ergeben, daß bei der gezeigten Vorrichtung die Reproduzierbarkeit der F.I.- Werte wesentlich besser ist als bei dem "FRIATESTER".

Claims

1. Brüchigkeitsprüfvorrichtung mit einem elektrisch aktivierbaren Vibrator (10) zum vibrierenden Bewegen einer Kapsel (28), in der bei Betrieb das auf seine Brüchigkeit zu testende Material plaziert wird, einer Verstärkungseinrichtung (40) zum Ausgeben eines Erregungssignals an den Vibrator (10), einer Prozessoreinrichtung (36,38) zum Erzeugen des Erregungssignals, und einem mit dem Vibrator gekoppelten Sensor (32), der derart ausgebildet ist, daß er an die Prozessoreinrichtung (36,38) ein Feedback-Signal ausgibt, mittels dessen der Betrieb des Vibrators (10) innerhalb vorbestimmter Grenzwerte gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sensor (32) an einer Halterung (16) montiert ist, die mit dem elektromechanischen Vibrator (10) verbunden ist und mit der die Kapsel (28) bei Betrieb verbindbar ist, derart, daß der Sensor (32) den gleichen Vibrationen ausgesetzt ist wie die Halterung (16) und die Kapsel (28);

- der Sensor (32) Signale ausgeben kann, die mit der Beschleunigung, Geschwindigkeit und Amplitude der Halterung (16) und der Kapsel (28) in Zusammenhang stehen; und

- das von der Verstärkungseinrichtung (40) an den Vibrator (10) abgegebene Erregungssignal von einem Digitalfunktionsgenerator (36) reguliert wird, der zwecks Anderung der Wellenform des Erregungssignals betreibbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (32) ein an der Vibratoreinrichtung (10) montierter Beschleunigungsmesser ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Einrichtungen (52,54, 60) aufweist, um die Vibrationsfrequenz der Kapsel (28), die Anzahl der Vibrationszyklen, denen die Kapsel (28) ausgesetzt werden soll, und die Vibrationsamplitude der Kapsel (28) wahlweise zu verändern.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Signalverarbeitungseinrichtung (46) aufweist, die aus von dem Sensor (32) zugeführten Feedback-Signalen charakteristische Werte berechnet, die die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und die Amplitude der Vibration der Kapsel (28) betreffen.