DE7640849U

DE7640849U - Capillary rheometer for measuring the viscosity of rubber and thermoplastics

Info

Publication number: DE7640849U
Application number: DE19767640849
Authority: DE
Original assignee: Goettfert-Feinwerk-Technik Gmbh, 6967 Buchen
Filing date: 1976-12-29
Publication date: 1977-08-11

Description

Göttfert-Feinwerk-Technik GmbH
6967 BuchenGöttfert-Feinwerk-Technik GmbH
6967 beeches

Gebrauchsmuster-AnmeldungUtility model registration

Kapillar-Rhe jmeter zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen KunststoffenCapillary Rhe jmeter for measuring the Viscosity of rubber and thermoplastics

Die Erfindung betrifft ein Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen mit einer ortsfesten Prüfkammer an deren einem Ende eine Düse angeordnet ist und einem in der Prüfkammer von einer Antriebsvorrichtung hin- und - her bewegbaren Prüfstempel. The invention relates to a capillary rheometer for measuring the viscosity of rubber and thermoplastics with a stationary test chamber at one end of which a nozzle is arranged and one in the test chamber of a drive device back and forth movable test stamp.

Ein derartiges Gerät ist bereits bekannt (Lit. 1.), bei dem die auf den Prüfstempel und damit auf das in der Prüfkammer befindliche, zu prüfende Material, auszuübende Kraft von Prüfgewichten aufgebracht wird. Es können damit Prüfkräfte bis maximal 100 kp in Stufen zu je 10 kp erzeugt werden. Diese Kräfte sind jedoch für manche Anwendungsfälle nicht ausreichend. Die Prüfgewichte werden von einem Heberahmen angehoben, der von einem Elektromotor angetrieben wird, um sie nach erfolgtem Prüfungsablauf wieder in die Ausgangslage zu bringen. Die Gewichtsbelastung ist hier während eines Prüfvorganges konstant gehalten. Die Prüfung der Viskosität geschieht hier in der Weise, daß die vom Prüfstempel durch die Düse bei einer bestimmten Prüf Stempelkraft ausgestoßene Extrudat^menge gemessen wird.Such a device is already known (Lit. 1.), in which the on the test stamp and thus on the in the test chamber the material to be tested, the force to be exerted is applied by test weights. It can test forces up to a maximum of 100 kp can be generated in steps of 10 kp each. However, these forces are not sufficient for some applications. The test weights are lifted by a lifting frame, which is driven by an electric motor, to take them afterwards Bring the examination process back to the starting position. The weight load is constant here during a test process held. The check of the viscosity is done here in such a way that the from the test stamp through the nozzle at a certain Test punch force, the amount of extrudate ejected is measured.

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Bei einem anderen bekannten, ähnlichen Prüfgerät J it. 2} wird die Prüfkraft von einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit auf den Prüfstempel aufgebracht, wobei der hydraulische Druck konstant gehalten wird. Die Ermittlung der Viskosität erfolgt hier in ähnlicher Weise durch Messung der Ausstoßmenge des Extrudats bei einer bestimmten Prüf stempel-Druckkraft. Mittels eines hydraulischen Menge regelventils kann die Prüfung bei diesem Gerät auch mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen. Dieses Prüfgerät hat jedoch den Nachteil, daß die Einstellung der Geschwindigkeit abhängig ist von der Viskosität des Hydraulik-Öls; sie muß daher laufend von Hand neu eingestellt worden.In another known, similar test device J it. 2} the test force is applied to the test stamp by a hydraulic piston-cylinder unit, with the hydraulic Pressure is kept constant. The viscosity is determined here in a similar way by measurement the output quantity of the extrudate at a certain test ram pressure force. By means of a hydraulic volume control valve the test can also be carried out with this device at constant speed. This tester has however, the disadvantage that the setting of the speed is dependent on the viscosity of the hydraulic oil; she must therefore continuously readjusted by hand.

Ein weiteres Rheometer ist bekannt (Lit. 3.), bei dem der Antrieb des Prüfstempels pneumatisch erfolgt. Die Prüfung kann hier entweder mit konstanter Kraft oder konstanter Prüfkolbengeschwindigkeit erfolgen.Another rheometer is known (lit. 3.) in which the test ram is driven pneumatically. The exam can be done here either with constant force or constant test piston speed.

Bekannt ist weiterhin ein Gerät dieser Gattung (Lit. 4. und 5.), bei welchem der Antrieb des Prüfstempels von einer Antriebsspindel, die von. einem Gleichstrommotor angetrieben ist, erfolgt, wobei die Prüfkraft von der Spindel über Säulen auf ein daran befestigtes Joch, an dem der Prüfstem^el befestigt ist, übertragen wird. Die Prüfung erfolgt hier bei konstanter Geschwindigkeit, wobei die am Prüfstempel auftretende Kraft von einem mit dem Prüfstempel verbundenen Kraftaufnehmer gemessen und hieraus dann die -Viskosität ermittelt wird. Von Nachteil ist aber bei diesem Gerät, daß die Prüfung nur bei konstanter Geschwindigkeit erfolgen kann.A device of this type is also known (Refs. 4. and 5.), in which the drive of the test stamp is provided by a drive spindle, those of. is driven by a direct current motor, The test force from the spindle via columns to a yoke attached to it, to which the test stem is attached is being transmitted. The test takes place here at constant speed, with the force occurring on the test stamp measured by a force transducer connected to the test stamp and then used to determine the viscosity. The disadvantage of this device, however, is that the test can only be carried out at a constant speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät der eingangs bezeichneten Gattung mit einfachen Mitteln zu schaffen, das einfach zu bedienen ist und eine hohe Prüfgenauigkeit gewährleistet und das ferner je nach den technischen Gegebenheiten und je nach Beschaffenheit des zu prüfenden Materials sowie je nach Prüferfordernis wahlweise mit konstanter Prüfkraft des Prüfstempels, oder mit konstantem Massedruck vor der Düse oder mit konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden Extrudats gefahren werden kann, wobei im letzteren Fall wahlweise gleichzeitig auch das Quellverhalten des Prüf-Extrudats auf einfache Weise meßbar sein soll.The invention is based on the object of creating a test device of the type indicated at the beginning with simple means, that is easy to use and has a high level of test accuracy guaranteed and furthermore depending on the technical conditions and the nature of the item to be checked Material and, depending on the test requirements, either with a constant test force of the test plunger or with a constant test force Melt pressure in front of the nozzle or at a constant speed of the extrudate emerging from the nozzle can be run, in the latter case, the swelling behavior of the test extrudate can optionally also be measured in a simple manner at the same time target.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Vereinigung folgender Merkmale:According to the invention, this is achieved by combining the following features:

a) der Prüfstempel ist über ein oberes Joch und daran befestigten Säulen mit einem unteren, an den Säulen befestigten Joch kraftschlüssig verbunden,a) the test stamp is via an upper yoke and columns attached to it with a lower one attached to the columns Yoke positively connected,

b) das untere Joch ist mit einer Antriebsspindel beweglich verbunden,b) the lower yoke is movably connected to a drive spindle,

c) die Antriebsspindel ist über ein Schneckengetriebe mit einem Gleichstrommotor mit Tacho-Generator verbunden,c) the drive spindle is connected to a DC motor with a tachometer generator via a worm gear,

d) Motor und Tacho-Generator sind mit einem PID-Regler mit Sollwertsteller verbunden,d) Motor and tachometer generator are connected to a PID controller with setpoint adjuster,

e) der Regler ist wahlweise mit einem am Prüfstempel befestigten Kraftaufnehmer, odere) the controller is optionally available with a force transducer attached to the test stamp, or

f) mit einem vor der Düse angeordneten Massedruckaufnehmer, oderf) with a mass pressure transducer arranged in front of the nozzle, or

g) nur mit dem Sollwertsteller verbunden undg) only connected to the setpoint adjuster and

h) mit einem. Zeitmesser und zwei unterhalb der Prüfkammer, im Abstand voneinander und gegenüber zwei Lichtsendern angeordneten Lichtempfängern, verbunden.h) with a. Timepiece and two below the test chamber, at a distance from each other and opposite two light transmitters arranged light receivers connected.

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In vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, daß der Regler über einen Schalter und einen Meßverstärker mit dem Kraftaufnehmer, oder daß der Regler über den selben Schalter und einen anderen Meßverstärker mit dem Massedruckaufnehmer verbunden ist. Di.mit kann in einfacher Weise und von dem selben Bedienungs-Standort aus die eine oder die andere Betriebsart gewählt werden.In advantageous embodiments of the subject matter of the invention it can be provided that the controller has a switch and a measuring amplifier with the force transducer, or that the controller has the same switch and another measuring amplifier is connected to the mass pressure transducer. Di.mit can be operated in a simple manner and from the same operating location one or the other operating mode can be selected from.

Kraftaufnehmer und Ma ssedruck-Aufnehmer arbeiten vorteilhafterweise nach dem bekannten Dehnungs-Meßstreifen-Prinzip. In ebenso vorteilhafter und einfacher Weise kann eine dritte Betriebsart gewählt werden, bei welcher der Regler nur mit dem Sollwertsteller verbunden ist, auf dem die Sollgeschwindigkeit des Prüfstempels vorgegeben ist.Force transducers and mass pressure transducers work advantageously according to the well-known strain gauge principle. In an equally advantageous and simple manner, a third Operating mode can be selected in which the controller is only connected to the setpoint adjuster on which the setpoint speed is set of the test stamp is specified.

Es kann somit bei jeder der drei vorgenannten Prüfbetriebsarten jeweils entweder mit konstanter Prüfkraft am Prüfstempel, oder mit konstantem Prüfmassedruck vor der Düse, oder mit konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden Extrudats die Viskosität des Prüfmaterials gemessen werden. Hierbei wird die Drehzahl des Antriebsmotors und damit Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebsspindel bzw. des Prüfstempels vom Prüfkraftaufnehmer oder vom Massedruckaufnehmer über den Regler gesteuert und auf den am Sollwertsteller eingestellten jeweiligen Sollwert konstant gehalten. Oder aber die Drehzahl des Antriebsmotor wird von der am Sollwertsteller eingestellten Geschwindigkeit über den Regler konstant gehalten.In each of the three aforementioned test modes, it can be either with a constant test force on the test stamp, or with constant test mass pressure in front of the nozzle, or with constant speed of the extrudate emerging from the nozzle the viscosity of the test material can be measured. This is the speed of the drive motor and thus the speed of movement the drive spindle or the test ram from the test force transducer or from the mass pressure transducer via the Controller controlled and kept constant at the respective setpoint set on the setpoint adjuster. Or the speed of the drive motor is controlled by the one set on the setpoint adjuster Speed kept constant via the controller.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

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Das in der Zeichnung schematisch gezeigte Prüfgerät, dessen für das Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile der besseren Übersicht wegen fortgelassen sind, weist eine von einer Antriebs spindel 10 betätigbare Deckeinrichtung auf, die aus einem mit der Antriebsspindel beweglich verbundenen, unteren Joch 12 und einem oberen Joch 18 besteht, wobei beide Joche mittels zweier Säulen 14 und 16 kraftschlüssig und starr miteinander verbunden sind.The test device shown schematically in the drawing, its unessential parts of the understanding of the invention are omitted because of a better overview, has a spindle 10 actuated by a drive deck device, which consists of a lower yoke 12 and an upper yoke 18 movably connected to the drive spindle, both of which Yokes are positively and rigidly connected to one another by means of two columns 14 and 16.

Der in dem Prüfkammer raum 22 einer ortsfest angeordneten Prüfkammer 58 hin-und-her bewegbare Prüfstempel 24 ist an seinem oberen Ende mittels Befestigungsflanschen 26 unr- 28 und eines zwischen beiden Flanschen angeordneten und mit diesen verbundenen Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer 30 mit dem oberen Joch 18 fest verbunden. Mit 32 und 34 sind Dehnungsmeßstreifen bezeichnet. Der Kraftaufnehmer 30 ist über eine Leitung 36 mit einem Meßverstärker 38 und dieser über eine Leitung 40 und über einen Schalter 42 sowie über eire weitere Leitung 44 mit einem PID-Regler 46 mit Sollwertsteller 48 verbunden. Der Regler 46 staht seinerseits mit einem Gleichstrommotor 50, an dem ein Tacho-Generator 52 angeschlossen ist, in Verbindung. Der Motor 50 dient zum Antrieb der Antriebsspindel 10 unter Zwischenschaltung eines SchneckengetriebesThe space 22 in the test chamber is arranged in a stationary manner Test chamber 58, test plunger 24, which can be moved back and forth, is fixed at its upper end by means of fastening flanges 26 and a strain gauge force transducer 30 arranged between the two flanges and connected to them the upper yoke 18 firmly connected. Strain gauges are designated by 32 and 34. The force transducer 30 is a Line 36 with a measuring amplifier 38 and this via a line 40 and via a switch 42 and via a further Line 44 is connected to a PID controller 46 with setpoint adjuster 48. The regulator 46, in turn, is powered by a direct current motor 50, to which a tachometer generator 52 is connected, in connection. The motor 50 is used to drive the drive spindle 10 with the interposition of a worm gear

Am unteren Ende der Prüfkammer 22 ist eine Prüfdüse 56 befestigt, die Prüfkammer nimmt das Prüfmaterial auf. Vor dieser Düse ist im Kammerraum ein Massedruckaufnehmer angeordnet. Der ebenfalls nach dem Dehnungs-Meßsti'eifen-Prinzip arbeitende Druckaufnehmer 60 steht mittels einem Meßverstärker 64 und dem Schalter 42 und Leitung 44 ebenfalls mit dem Regler 46 in Verbindung. Unterhalb der Prüfkammer sind auf der einen Seite des aus der Düse 56 austretenden Extrudats 70 und im vertikalen Abstand voneinander entfernt zwei Lichtsender 72 und 74 angeordnet. Diesen gegenüberliegendA test nozzle 56 is attached to the lower end of the test chamber 22, and the test chamber receives the test material. In front A mass pressure transducer is arranged in the chamber space of this nozzle. Also based on the strain gauge principle working pressure transducer 60 is also available by means of a measuring amplifier 64 and the switch 42 and line 44 with the controller 46 in connection. Below the test chamber are on one side of the extrudate emerging from the nozzle 56 70 and two light transmitters 72 and 74 are arranged at a vertical distance from one another. Opposite these

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sind iuf der anderen Seite des Extrudats 70 zwei Licht- ///on the other side of the extrudate 70 are two light ///

/ / i empfänger 76 und 78 angeordnet. Diese Lichtempfänger 76, 78 sind mit einem Zeitmesser 79 verbunden. / / i receivers 76 and 78 arranged. These light receivers 76, 78 are connected to a timer 79.

Die Bedienungs- und Funktionsweise dieses Rheometers ist folgende:The operation and function of this rheometer is as follows:

Wenn die Viskosität mit konstanter Stempel-Prüfkraft gemessen werden soll, wird die von der Antriebsspindel 10 auf das untere Joch 12, die beiden Säulen 14, 16 und das obere Joch 18 und von hier über den oberen Befestigungsflansch 2 6, den Kraftaufnehmer 30 und den unteren Befestigungsflansch 28 auf den Prnfstempel 24 übertragene Prüfkraft auch auf den Kraftaufnehmer 30 einwirken. Von hier wird diese Kraft darm über die Leitung 36 und den Meßverstärker sowie die Leitung 40 und den Schalter 42 und weiter über die Leitung 44 auf den Regler 46 übertragen. Hierbei ist der Kontakt 100 des Schalters 42 geschlossen. Im Regler 46 wird der Istwert der Kraft mit dem am Sollwertsteller 48 eingestellten Sollwert verglichen. Der Regler 46 stellt mit Hilfe dss Antriebsmotors 50 und des Tachogenerators 52 die axiale Stempelgeschwindigkeit so nach, daß der vorgewählte Kraftwert konstant gehalten wird.When the viscosity is measured with a constant punch test force is to be, the from the drive spindle 10 to the lower yoke 12, the two columns 14, 16 and the upper yoke 18 and from here via the upper mounting flange 26, the force transducer 30 and the lower mounting flange The test force transmitted to the test ram 24 also act on the force transducer 30. From here will this force darm via the line 36 and the measuring amplifier and the line 40 and the switch 42 and further via the Transfer line 44 to controller 46. Here, the contact 100 of the switch 42 is closed. In the controller 46 is the actual value of the force is compared with the setpoint set at the setpoint adjuster 48. The controller 46 provides with the help dss drive motor 50 and the tachometer generator 52 adjust the axial punch speed so that the preselected Force value is kept constant.

Wenn dagegen die Messung der Viskosität mit konstantem Massedruck des zu prüfenden Materials vor seinem Eintritt in die Düse 56 vorgenommen werden soll, wird der Kontakt des Schalters 42 geschlossen., so daß sich der vor der Düse herrschende Massedruck über den Druckaufnehmer 62, dem Meßverstärker 64, dem Schalter 42 und die Leitung 44auf den Regler 46 übertragen kann. In analoger Weise wird jetzt bei einer Abweichung vom am Sollwertsteller 48 eingestellten Massedruck-Sollwert eine Korrektur der Hubgeschwindigkeit der Antriebsspindel 10 vorgenommen, um den am Sollwertsteller 48 eingestellten Massedruck-Sollwert konstant zu halten.If, on the other hand, the measurement of the viscosity with constant mass pressure of the material to be tested before its entry is to be made in the nozzle 56, the contact of the switch 42 is closed. So that the front of the nozzle prevailing mass pressure via the pressure transducer 62, the measuring amplifier 64, the switch 42 and the line 44 to the Controller 46 can transmit. In an analogous manner, if there is a deviation from the value set at the setpoint adjuster 48 Melt pressure setpoint, a correction of the stroke speed of the drive spindle 10 is made to the setpoint adjuster 48 to keep the set melt pressure setpoint constant.

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Soll die Messung bei konstanter Geschwindigkeit des Prüfstempels 24 und damit auch konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse 56 austretenden Extrudats 70 trfolgen, so wird in diesem Fall der Schalter 42 jn Mittelsteilung 104 gebracht und damit mittels Lei/tung 106 mit dem Tachogenerator 52 verbunden. Bei einer Abweichung vom am Sollwertstellfr eingestellten Geschwindigkeits-Sollwert wird ebenfalls in analoger Weise eine Korrektur der Spindelgeschwindigkeit vorgenommen.Should the measurement be carried out at a constant speed of the test stamp 24 and thus also the constant speed of the extrudate 70 emerging from the nozzle 56, so will in this case the switch 42 is brought into the central division 104 and thus via line 106 to the tachometer generator 52 connected. If there is a deviation from the setpoint setting fr The set speed setpoint is also in analog Way made a correction of the spindle speed.

Soll außer der Viskosität bei konstanter Geschwindigkeit des Prüfstempels 24 gleichzeitig auch das Quel; erhalten der Prüfmasse ermittelt werden, wird ein Zeitmesser 79 eingeschaltet, der die Zeit für den Weg des Extrudats 70 zwischen den beiden Fotozellen 72,76 und 74,78 misst.If, in addition to the viscosity at constant speed of the test stamp 24, the swelling is also to be used at the same time; get the proof mass are determined, a timer 79 is switched on, the time for the path of the extrudate 70 between the two Photocells measures 72.76 and 74.78.

Mittels der Kontinuitäts gleichung für inkompressible Medien mit konstanter volumetrischer Fließmenge kann aus dem Verhältnis vom um das Quellmaß vergrößerten Durchmesser des Extrudats 70 zum Innendurchmesser der Düse 56 und ferner aus dem Verhältnis der Geschwindigkeit des Materials in der Düse zu derjenigen, mit der sich das Extrudat 70 zwischen den beiden Fotozellen 72, 76 und 74, 78 fortbewegt, das Quellmaß ermittelt werden. Dieses ist einfach proportional der Zeit der Bewegung des Extrudats zwischen den beiden Fotozellen (vgl. Lit. 6.).Using the continuity equation for incompressible media with constant volumetric flow rate, the ratio from the diameter of the extrudate 70 increased by the swelling dimension to the inner diameter of the nozzle 56 and further from the ratio of the speed of the material in the die to that at which the extrudate 70 is between the two photocells 72, 76 and 74, 78 moved forward, the swelling can be determined. This is simply proportional the time of the movement of the extrudate between the two photocells (cf. Lit. 6.).

.../... Schutzansprüche... / ... protection claims

Claims

New protection claims :

(replace the original claims 1 to 5 filed on December 9, 1976)

Capillary rheometer for measuring the viscosity of rubber and thermoplastics with a stationary test chamber at one end of which a nozzle is arranged and a test stamp that can be moved back and forth in the early chamber by a drive device, characterized by the combination of the following features: a) the test stamp (24) is frictionally connected via an upper yoke (18) and columns (14, 16) attached to it to a lower yoke (12) attached to the columns,
bl) the lower yoke is movably connected to a drive spindle (10),

c. 1) the drive spindle is connected to a DC motor (50) with a tachometer generator (52) ^{via a worm gear (5 Λ),}

d.l) outside the test chamber (58) are two light transmitters (72, 74) near the exit of the nozzle (56) and these opposite two light receivers (76, 78) are arranged, the light beams in axial Distance from each other through the extended shaft or nozzle,

e.l) at the upper end of the test stamp is a force transducer (30) arranged by means of fastening flanges (26, 28) both with the test stamp as well as being connected to the upper yoke.

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2. Capillary rheometer for measuring the viscosity of Rubber and thermoplastics with a stationary test chamber at one end of which has a nozzle is arranged and a test stamp that can be moved back and forth in the test chamber by a drive device, characterized by the combination of the following features: a.2) the test stamp (24) is via an upper yoke (18) and pillars (14, 16) attached thereto with a lower yoke (12) attached to the pillars

positively connected,
b.2) the lower yoke is connected to an A drive spindle (10)

movably connected,
c.2) the drive spindle is via a worm gear

(54) with a direct current generator (50) with tachometer

Generatoi (52) connected,
d.2) Outside the test chamber (58), two light transmitters (72, 74) are arranged near the exit of the nozzle (56) and two light receivers (76, 78) are arranged opposite these, the light beams of which are axially spaced from one another through the extended axis

go through the nozzle,
e.2) a mass pressure transducer (60) is arranged on the test chamber and communicates with the test chamber space (22) in front of the nozzle.

3. Rheometer according to claim 1 or 2, characterized in that the force transducer (30) or the mass pressure transducer (60) is a load cell or pressure cell working according to the strain gauge principle.

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Literature considered:

1) Prospectus d. Göttfert ..., number GFT-9-04, page 9 Fig. 22

2) Prospectus d. Fa. "Nr.GFT-9-04," 12 "30

3) Prospectus d. Sieglaff-McKelvey model R-64-R

4) Prospectus d. "Göttfert Nr.GFT-9-04, page 13" 31

5) ^I! "Instron, No. PDS 1096, Model 3211

6) Rubber Chem & Technol. Journal 46/5; 973, pages 1219 ff

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