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Verfahren und Prüfgerät zum Prüfen von keramischen und anderen plastischen
Massen
Die Erfindung dient bei der Verarbeitung plastischer Massen, wie insbesondere
von Tonen und anderen Materialien in der fein- und grobkeramischen Industrie, zum
Erkennen, Beschreiben und Äviedereflnnen eines gewünschten oder unbekannten Aufbereitungszustandes
solcher Massen oder einer Materialmischung oder eines Materials selber und damit
auch der bequemen Uberwachung des Materials und seines Aufbereitungszustandes oder
-grades während der laufenden Fabrikation. Es werden spezifische Merkmale plastischer
Massen während ihrer Verformung durch jeweils genau gemessene Verdrehungsbeanspruchungen
erkannt.
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Wegen der auch heute noch nicht ausreichenden Definitionen der Plastizität
oder Bildsamkeit und des Fehlens eines jederzeit leicht erkennbaren und praktisch
befriedigenden Maßes der Plastizität wird dazu der klare Begriff der inneren Formänderungsarbeit
in Zentimetern mal Grammen herangezogen. Die Erfindung ermöglicht, bei eindeutig
dosierter und nur streng einmaliger Verformung der Masse ohne unklare innere Umweg
auf kürzestem Wege durch Verdrehung des Materials die dabei von diesem aufgenommene
innere Formänderungsarbeit in Abhängigkeit vom Verformungsweg oder -winkel der Größe
nach präzisest anzugeben. Der auch sogleich in Diagrammform aufschreibbare Kurvenzug
(Verlauf des Drehmomentes in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel) ist stark von der
Art der Masse, ihren verschiede-
nen Magerungsgraden, der Güte ihrer
mechanischen Aufbereitung, geringfügigen Zusätzen von Chemikalien, ihrem Anmachewassergehalt
und besonders auch von ihrer Ruhezeit nach der letzten mechanischen Aufbereitung
(Maukzeit) und noch weiteren Faktoren abhängig, so daß umgekehrt von der Kurvengestalt
auf diese Faktoren rückgeschlossen werden kann, besonders, wenn nach den GeplMogenheiten
bei wissenschaftlichen Untersuchungsreihen die einen oder anderen der obigen Faktoren
bei der Prüfung konstant gehalten oder bewußt variiert werden. Die Tatsache, daß
plastische Massen und Erden u. a. hinsichtlich ihres Wassergehaltes und ihrer Änderungen
während ihres Alterns (Sumpfen, Wintern,Mauken, d.h. durchVorgänge, dieheute noch
nicht ausreichend geklärt sind) sehr verschiedene Merkmale bei der Prüfung mit dem
neuen TorsioAsgerät aufzeigen, ermöglicht auch die Untersuchung des Brache-j Bearbeitungs-
und Bindezustandes etwa landwirtschaftlich oder technisch genutzter sogenannter
schwerer und anderer Böden. Die mit dem Prüfgerät aufstellbaren Kurven sind mathematisch
diskutierbar und gestatten dadurch das Erkennen einer großen Zahl von technologischen
Eigenschaften der so geprüften Tone oder anderen plastischen Massen oder Böden.
Das Ergebnis einer derartigen Untersuchung, die Torsionscharakteristik, eines plastischen
Stoffes kann bei der Verwendung eines derartigen auch noch selbstschreibenden Gerätes
(Torsionsplastograph) auch sogleich qualitativ und quantitativ registriert werden.
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Beschreibung einer Ausf,ührungsform des Meß-oder Prüfgerätes (Torsionsplastograph):
In der Grundrißschemaskizze bedeutet I eine auf einem Zapfen drehbare, waagerechte
Schnurscheibe mit Schnurrille, 2 ein auf ihr auswechselbar befestigtes und oben
offenes Metallkästchen, in das ein prismatisches Probestück des beispielsweise zu
untersuchenden Tonmaterials von etwa 30 X30 + I40 mm Abmessungen aufrecht und mit
Passung hineingeschoben wird, 3 einen nur angedeuteten Kragarm, der oberhalb 2 ein
gleiches Kästchen darüber zentrierbar trägt. Dieses Kästchen ist mittels eines Zapfens
im Kragarm heb-und senkbar sowie gegen Verdrehung mittels Stellschraube lös- und
anziehbar befestigt; 4 ist eine durchlaufende Schnur, Darmsaite oder Litze, die
zwecks Vornahme der Messung mit der Handkurbel 5 aufgewickelt wird, um eine lose
Rolle 6 führt und beim Umschlingen der Schnurscheibe an dieser bei 7 gegen Gleiten
nochmals festgeklemmt ist. Sie führt über die Umlenkrolle 8 an den Schreibwagen
9, um dessen Vorschub zu besorgen.
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Der Schreibwagen g wird mit Millimeterpapier oder gewachstem Diagrammpapier
beschickt, über dem ein Schreibzeug 10 (Kugelschreiber oder Messingschreibstift)
befestigt ist. Das Schreibzeug wird vom Zapfenlager der losen Rolle 6 aus getragen.
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Das Zapfenlager der Rolle wird vom Ende der Stange II getragen, die
in Richtung zweier Führungsstangen I2 in der Führungsbüchse I3 verschiebbar ist.
Das Querhaupt 14 dabei hindert gleichzeitig eine Drehung der Rolle 6 aus ihrer Ebene.
Jeder durch das Bedienen des Gerätes ausgelöste Seilzug an der losen Rolle spannt
die auswechselbare Meßfeder 15 und Iäßt das Schreibzeug nach links ausschlagen.
I6 ist eine zarte Bremsfeder, die vermeidet, daß die die Handkurbel 5 drehende Hand
durch Fühlen schon kleinster Änderungen im Drehwiderstand beeinflußt wird. Ihr Bremsarbeitsbetrag
ist in der Messung selber nicht enthalten. I7 ist die Bohrung für einen Blockierungspaßstift
für die Schnurscheibe I.
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Funktion des Prüfgerätes Vor dem Beschicken des Gerätes mit dem zu
prüfenden Material schreibt man durch langsames Drehen der Handkurbel die Gerätenullinie.
Sie trägt geringsten Leerlaufbeträgen der Reibung des Gerätes Rechnung, so daß die
eigentliche spätere Kurve nur oberhalb der Nullinie zählt. Die Nulllinie gibt gleichzeitig
Gewißheit darüber, ob das Gerät vor jeder eigentlichen Messung in Ordnung ist. Nach
Beschicken des Gerätes mit einem prismatischen Prüfstück, was nur bei eingerastetem
Schnurscheibenblockierungsstift geschehen soll, um einen eindeutigen Nullpunkt zu
erzielen, wird das Material, dessen oberes Ende gegenVerdrehung durch 3 gehalten
wird, durch langsames Drehen der Handkurbel bis zu einem fühlbaren Anschlag verdreht.
Nach Maßgabe des jeweils vorliegenden Drillungswiderstandes des Prüflings spannt
sich dabei die Schnur verschieden stark und läßt die Rolle 6 in die durch die Meßfeder
15 vorgeschriebene Gleichgewichtslage kommen, so daß der Schreibstift 10 das zu
jedem Verdrehungswinkel arc a aufgewendete äußere Drehmoment als Ordinate und das
andere Ende der gleichen Schnur durch den inzwischen ausgeführten Schreibwagentransport
die Abszisse der Kurve: erforderliches Drehmoment MD in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel
arc a schreibt. Durch Integration oder Planimetrieren der Fläche zwischen Anfangs-
und beliebiger Endordinate, Kurvenzug und Nullinie ergibt sich die aufgezwungene
innere Formänderungsarbeit, Integral MD d arca, in Zentimetern mal Grammen. Allen
Elementen der Kurve entsprechen bestimmte technologische Eigenschaften des tordierten
plastischen Prüflings. Die Diskussion solcher Kurven erstreckt sich entsprechend
den jeweils interessierenden Materialeigenschaften auf den Kurvencharakter, der
z. B. streng logarithmisch sein kann, die absolute Höhe der Kurve, die Fläche unter
der Kurve, die Art des Kurvenanstiegs, ob gesetzmäßig abnehmende Steigung oder wellenförmiger
Anstieg, eine etwa auffallend lange Konstanz der Ordinate, die Ordinatenhöhen zu
einigen bestimmten Verdrehungswinkeln, den maximalen Verdrehungswinkel vor gänzlicher
Lockerung des Materialzusammenhanges usw.
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Während solcher Messungen sind nach den allgemeinen Arbeitsmethoden
des Experimentes natürlich jeweils ein oder mehrere der die Materialeigenschaften
beeinflussenden Faktoren, wie Wasser gehalt, Menge und Art der Magerungsmittel usw.,
je
nach Art der Fragestellung konstant zu halten oder zu variieren.