NL1034794C2

NL1034794C2 - Device for determining the shrinking and expansion behavior of a material.

Info

Publication number: NL1034794C2
Application number: NL1034794A
Authority: NL
Inventors: Gerardus Wilhelmus Mari Peters; Erwin Cornelis Adriaan Dekkers; Reinhard Forstner
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-09
Also published as: WO2009072872A1

Description

ee

Korte aanduiding: Inrichting voor het vaststellen van het krimp- en uitzettings- gedrag van een materiaal.Short indication: Device for determining the shrink and expansion behavior of a material.

BESCHRIJVINGDESCRIPTION

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het vaststellen van het krimp- en uitzettingsgedrag van een materiaal omvattende een cilinder alsmede een in de cilinder opneembare zuiger, welke cilinder en zuiger tezamen een ringvormige meetkamer vormen, waarin tijdens bedrijf het te onderzoeken materiaal opneembaar is, rotatiemiddelen voor het tijdens bedrijf ten opzichte van elkaar laten 10 roteren van de cilinder en de zuiger, alsmede krachtmiddelen voor het tijdens bedrijf uitoefenen van een kracht op het in de meetkamer opgenomen materiaal.The invention relates to a device for determining the shrinking and expansion behavior of a material comprising a cylinder and a piston that can be received in the cylinder, which cylinder and piston together form an annular measuring chamber in which the material to be examined can be received during operation rotation means for causing the cylinder and piston to rotate relative to each other during operation, as well as force means for exerting a force on the material contained in the measuring chamber during operation.

Een dergelijke inrichting wordt ook met een dilatometer genoemd. De bekende dilatometer wordt in het algemeen gekarakteriseerd door een robuuste cilinder-constructie, die tezamen met een zuiger een cilinderische meetkamer 15 vormgeeft, waarin een te onderzoek materiaal opneembaar is. Door deze constructie en met name doordat de cilinder roteerbaar wordt aangedreven, is de bekende dilatometer beperkt inzetbaar. Met name kunnen slechts korte proefmetingen worden uitgevoerd, Doordat de bekende constructie slechts een beperkt aantal rotaties (minder dan twee) kan uitvoeren, kan enkel het effect van 20 een beperkte afschuivingsdefoprmatie van het materiaal worden onderzocht.Such a device is also referred to with a dilatometer. The known dilatometer is generally characterized by a robust cylinder construction which, together with a piston, forms a cylindrical measuring chamber 15 in which a material to be examined can be accommodated. Due to this construction and in particular because the cylinder is rotatably driven, the known dilatometer is of limited use. In particular, only short test measurements can be carried out. Because the known construction can only carry out a limited number of rotations (fewer than two), only the effect of a limited shear deformation of the material can be investigated.

De uitvinding beoogt een verbeterde dilatometer volgens bovenvermelde aanhef te verschaffen, waarmee langdurige afschuivingsdeformaties kunnen worden onderzocht. Overeenkomstig de uitvinding wordt de inrichting gekenmerkt, doordat de cilinder stationair is opgesteld en de rotatiemiddelen 25 aangrijpen op de zuiger. Hierdoor kan de vaste behuizing, die de cilinder vormt, tezamen met alle aansluitleidingen en randapparatuur stilstaand in de opstelling worden opgenomen, terwijl de zuiger voor onbeperkte afschuiftesten kan worden geroteerd. Hierdoor kan bovendien de inrichting eenvoudiger worden geconstrueerd, daar slechts één onderdeel beweegbaar in de constructie is opgenomen.The object of the invention is to provide an improved dilatometer according to the aforementioned preamble, with which long-term shear deformations can be investigated. According to the invention, the device is characterized in that the cylinder is arranged stationary and the rotation means 25 engage on the piston. As a result, the fixed housing, which forms the cylinder, together with all connecting lines and peripheral equipment can be stationarily included in the arrangement, while the piston can be rotated for unlimited shear tests. As a result, the device can moreover be constructed in a simpler manner, since only one component is accommodated movably in the construction.

30 Verder wordt de inrichting gekenmerkt doordat de krachtmiddelen aangrijpen op de cilinder. Ook dit leidt tot een eenvoudiger ontwerp, daar de krachtoefening nu plaatsvindt op een stationair, niet beweegbaar onderdeel van de inrichting.The device is further characterized in that the force means engage on the cylinder. This also leads to a simpler design, since the exertion of force now takes place on a stationary, non-movable part of the device.

Volgens een verbijzondering van de inrichting overeenkomstig de 1034794 2 uitvinding omvatten de rotatiemiddelen een tandriemoverbrenging.According to a specialization of the device according to the invention, the rotation means comprise a toothed belt transmission.

Verder zijn tussen de cilinder en de zuiger afdichtingsringen in de meetkamer opgenomen, hetgeen de nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid van de metingen ten goede komt.Furthermore, sealing rings are included in the measuring chamber between the cylinder and the piston, which enhances the accuracy and reproducibility of the measurements.

5 Ten behoeve van het verrichten van de metingen zijn overeenkomstig de uitvinding koelmiddelen voorzien, waarbij de cilinder is voorzien van rondlopende koelkanalen. Meer specifiek is de zuiger voorzien van een axiaal verlopende koeltoevoerkanaal en een co-axiaal om het koeltoevoerkanaal gelegen koelafvoerkanaal.For the purpose of carrying out the measurements, according to the invention, cooling means are provided, wherein the cylinder is provided with revolving cooling channels. More specifically, the piston is provided with an axially extending cooling supply channel and a cooling discharge channel located coaxially around the cooling supply channel.

10 Verder wordt de inrichting volgens een nadere uitvoeringsvorm gekenmerkt, doordat de krachtmiddelen een via een hefboomconstructie op de cilinder aangrijpende regelbare balg omvatten.The device according to a further embodiment is further characterized in that the force means comprise an adjustable bellows which engages the cylinder via a lever construction.

De uitvinding zal hierna aan de hand van een tekening nader worden toegelicht, welke tekening achtereenvolgend toont in: 15 Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing, which drawing successively shows in: Figure 1 a first embodiment of a device according to the invention;

Figuren 2a-2b doorsneden van de uitvoeringsvorm van de inrichting uit Figuur 1;Figures 2a-2b show cross-sections of the embodiment of the device of Figure 1;

Figuur 3 een zijaanzicht van de uitvoeringsvorm van de inrichting uit 20 Figuur 1.Figure 3 is a side view of the embodiment of the device of Figure 1.

In de navolgende figuurbeschrijving zullen de overeenkomende onderdelen zoals getoond in de verschillende figuren met hetzelfde referentiecijfer worden aangeduid.In the following figure description, the corresponding parts as shown in the different figures will be indicated with the same reference numeral.

In Figuur 1 wordt met referentiecijfer 10 een dilatomeetinrichting 25 overeenkomstig de uitvinding getoond. De dilatometer is opgebouwd uit een cilinder 11 en een zuiger 12, welke in de cilinderruimte 11 reikt. De zuiger 12 is dusdanig gedimensioneerd dat in de cilinder 11 een meetkamer 20 wordt gevormd waarin een te onderzoeken materiaal kan worden opgenomen.In Figure 1, reference numeral 10 shows a dilatometer measuring device 25 according to the invention. The dilatometer is composed of a cylinder 11 and a piston 12, which extends into the cylinder space 11. The piston 12 is dimensioned such that a measuring chamber 20 is formed in the cylinder 11 in which a material to be examined can be received.

Door de concentrische opstelling (zie Figuur 2a) van de cilinder 11 30 en de zuiger 12 is de meetkamer 20 ringvormig van constructie waarbij het te onderzoeken materiaal (bijvoorbeeld kunststof) eveneens als een ring in de meetkamer 20 dient te worden opgenomen. Zie het detailaanzicht van Figuur 2b.Due to the concentric arrangement (see Figure 2a) of the cylinder 11 and the piston 12, the measuring chamber 20 is annular in construction, the material to be examined (for example plastic) also having to be received as a ring in the measuring chamber 20. See the detail view of Figure 2b.

Overeenkomstig de uitvinding is de cilinder 11 stationair opgesteld en kan de zuiger 12 door middel van verplaatsingsmiddelen 13 roteerbaar in de / 3 cilinderruimte worden bedreven. Het referentiecijfer 13 is onderdeel van de (niet verder weergegeven) verplaatsingsmiddelen en is daarbij geconstrueerd als een getand wiel waaromheen een tandriem van een tandriemoverbrenging kan worden aangebracht.According to the invention, the cylinder 11 is stationary and the piston 12 can be rotatably operated in the cylinder space by means of displacement means 13. The reference numeral 13 is part of the moving means (not further shown) and is thereby constructed as a toothed wheel around which a toothed belt of a toothed belt transmission can be fitted.

5 Door de rotatie-aandrijving van de zuiger 12 met behulp van de verplaatsingsmiddelen 13 kunnen verschillende karakteristieke eigenschappen van in de meetkamer 20 opgenomen te onderzoeken materialen worden vastgesteld. De te onderzoeken materialen kunnen daarbij in vaste, maar ook in vloeibare vorm in de meetkamer 20 zijn opgenomen, waarbij de vast te stellen karakteristieke 10 eigenschappen betrekking kunnen hebben op bepaalde fase-overgangen zoals kristallisatie en smelten. Ook kunnen krimp- c.q. uitzettingsverschijnselen of de dichtheid van de te onderzoeken materialen worden vastgesteld als functie van de druk, afkoelsnelheid en stromingsgeschiedenis in het materiaal.The rotational drive of the piston 12 with the aid of the displacement means 13 makes it possible to determine various characteristic properties of the materials to be examined included in the measuring chamber 20. The materials to be investigated can herein be incorporated in the measuring chamber 20 in solid, but also in liquid form, the characteristic properties to be determined being able to relate to certain phase transitions such as crystallization and melting. Shrinkage or expansion phenomena or the density of the materials to be investigated can also be determined as a function of the pressure, cooling rate and flow history in the material.

Door de roterende aandrijving van de zuiger in de cilinderruimte 11 15 wordt een afschuivingstest geïnitieerd waarbij het te onderzoeken materiaal in de meetkamer 20 tussen de stationair opgestelde cilinder 11 en de roterende zuiger 20 mechanisch wordt belast en vervormd. Door op de cilinder 11 een kracht aan te brengen met behulp van (niet weergegeven) externe krachtoverbrengingsmiddelen kunnen specifieke condities in de meetkamer worden gecreëerd, welke inwerken op 20 het in de meetkamer 20 te onderzoeken materiaal, afhankelijk van de aard van de uit te voeren afschuivingstest.As a result of the rotary drive of the piston in the cylinder space 11, a shear test is initiated in which the material to be examined is mechanically loaded and deformed in the measuring chamber 20 between the stationary cylinder 11 and the rotary piston 20. By applying a force to the cylinder 11 with the aid of external force transfer means (not shown), specific conditions can be created in the measuring chamber which act on the material to be examined in the measuring chamber 20, depending on the nature of the products to be carried out shear test.

Op deze wijze kan van een te onderzoeken kunststof-materiaal bijvoorbeeld het uitzetttingsgedrag worden vastgesteld, waarbij het kunststof-materiaal enerzijds aan een afschuiving wordt onderworpen, maar tevens onder 25 druk wordt belast door middel van de extern opgelegde kracht en optioneel door in de inrichting 10 aanwezige middelen wordt gekoeld of verwarmd.In this way, for example, the expansion behavior of a plastic material to be examined can be determined, wherein the plastic material is on the one hand subjected to a shear, but is also loaded under pressure by means of the externally imposed force and optionally by being inserted into the device The available resources are cooled or heated.

Meer in het bijzonder kan het krimp- en uitzettingsgedrag van het te onderzoeken materiaal in de meetkamer 20 worden vastgesteld door de onderlinge verplaatsing van de cilinder 11 en de zuiger 12. Deze verplaatsing kan met 30 geschikte afstandopnemers worden vastgesteld.More in particular, the shrinkage and expansion behavior of the material to be examined in the measuring chamber 20 can be determined by the mutual displacement of the cylinder 11 and the piston 12. This displacement can be determined with suitable remote sensors.

Doordat overeenkomstig de uitvinding de cilinder 11 stationair is opgesteld en de zuiger 12 met behulp van de verplaatsingsmiddelen 13 roteerbaar wordt aangedreven in de cilinderruimte 11, wordt een eenvoudiger ontwerp van een dilatometer verkregen die met name het verrichten van langdurige afschuivings- 4 testen mogelijk maakt, waarbij het materiaal langduirig wordt gedeformeerd. Door de aanwezigheid van koel- c.q. verwarmingsmiddelen in de cilinderruimte 11 is de cilinder 11 voorzien van toevoerkanalen 16a en afvoerkanalen 16b voor het toevoeren en afvoeren van een koel- c.q. verwarmingsmiddel. Door de constructie 5 van de dilatometer overeenkomstig de uitvinding, waar de zuiger 12 roteerbaar in de cilinderruimte 11 aandrijfbaar is, blijft de gehele cilinderconstructie 11, inclusief alle toevoer- en afvoerkanalen voor een koel- c.q. verwarmingsmiddel alsook alle andere randapparatuur zoals de positie-opnemers en de krachtmiddelen stationair in de opstelling.Because, according to the invention, the cylinder 11 is arranged stationary and the piston 12 is rotatably driven in the cylinder space 11 by means of the displacement means 13, a simpler design of a dilatometer is obtained which in particular makes it possible to carry out long-term shear tests, the material being deformed for long periods. Due to the presence of cooling or heating means in the cylinder space 11, the cylinder 11 is provided with supply channels 16a and discharge channels 16b for supplying and discharging a cooling or heating means. Due to the construction 5 of the dilatometer according to the invention, where the piston 12 is rotatably drivable in the cylinder space 11, the entire cylinder construction 11, including all supply and discharge channels for a cooling or heating medium as well as all other peripheral equipment such as position sensors, remains and the power means stationary in the arrangement.

10 Bij de bekende dilatometers kunnen slechts kortdurige afschuivingstesten worden uitgevoerd, waarbij de cilinder 11 een beperkt aantal keren (hooguit twee) roteerbaar kan worden aangedreven voor het uitvoeren van een afschuivingstest op een in de meetkamer aangebracht materiaal. Zodoende kan het materiaal slecht kortstondig worden gedeformeerd, hetgeen een beperktere 15 hoeveelheid meetresultaten oplevert.With the known dilatometers only short-term shear tests can be carried out, wherein the cylinder 11 can be rotatably driven a limited number of times (at most two) to perform a shear test on a material arranged in the measuring chamber. Thus, the material can only be deformed for a short time, which yields a more limited amount of measurement results.

Door de constructie volgens de onderhavige uitvinding kan de zuiger 12 met behulp van de verplaatsingsmiddelen 13 een willekeurig aantal keren worden geroteerd in beide richtingen, hetgeen de toepassing van langdurige afschuivingstesten en derhalve het verkrijgen van meer uitgebreide meetresultaten 20 mogelijk maakt.Due to the construction according to the present invention, the piston 12 can be rotated by means of the displacement means 13 in any direction in both directions, which makes it possible to use lengthy shear tests and therefore to obtain more extensive measurement results.

Zoals getoond in Figuur 2a mondt het toevoerkanaal 16a uit in een omspoelkanaal 16a' dat de cilinderruimte 11, de zuiger 12 en de meetkamer 20 omgeeft en kan omspoelen met een koel- c.q. verwarmingsmiddel. Het gebruikte koel- c.q. verwarmingsmiddel kan via het omspoelkanaal 16b’ worden afgevoerd via 25 het afvoerkanaal 16b. De zuiger 12 is eveneens voorzien van middelen voor het toe- c.q. afvoeren van een koel- c.q. verwarmingsmiddel. Hiertoe is in de inrichting 10 een stationair koppelblok 14 aangebracht voorzien van een toevoerkanaal 15a en een afvoerkanaal 16b. In het koppelblok 14 is een manifolt aangebracht dat tijdens de rotatie van de zuiger 12 door het tandwiel 13 het toevoerkanaal 15a verbindt met 30 de toevoerdeelkanalen 15c. Deze toevoerdeelkanalen 15c monden in een stromingskanaal 15d dat in de zuiger 12 is aangebracht en ter plaatse van de meetkamer 20 in verbinding staat met een zuigerafvoerkanaal 15e dat uitmondt in het afvoerkanaal 15b. Ook op deze wijze kan de zuiger 12 op een efficiënte wijze worden gekoeld, c.q. verwarmd afhankelijk van de uit te voeren afschuivingstest.As shown in Figure 2a, the supply channel 16a flows into a flushing channel 16a 'which surrounds the cylinder space 11, the piston 12 and the measuring chamber 20 and can be flushed with a cooling or heating means. The cooling or heating means used can be discharged via the rinsing channel 16b via the discharge channel 16b. The piston 12 is also provided with means for supplying or removing a cooling or heating means. For this purpose, a stationary coupling block 14 is provided in the device 10, provided with a supply channel 15a and a discharge channel 16b. Arranged in the coupling block 14 is a manifolt which, during the rotation of the piston 12 through the gear wheel 13, connects the supply channel 15a to the supply part channels 15c. These supply part channels 15c open into a flow channel 15d which is arranged in the piston 12 and which is connected at the location of the measuring chamber 20 to a piston discharge channel 15e which opens into the discharge channel 15b. Also in this way the piston 12 can be cooled or heated in an efficient manner depending on the shear test to be carried out.

55

Eveneens zijn in de cilinder 11 verschillende temperatuuropnemers 17 opgenomen.Different temperature sensors 17 are also included in the cylinder 11.

In Figuur 3 wordt een zijaanzicht getoond van de dilatometer overeenkomstig de uitvinding welke is opgenomen in een huis 5 dat met behulp van steunen 5a-5b op een ondergrond is geplaatst. In het huis 5 zijn krachtmiddelen 30 5 aangebracht die zijn opgebouwd uit en balgconstructie welke via een hefboomover-brenging 31 een kracht kunnen uitoefenen op de cilinder 11. Het krachtover-brengingspunt is in Figuur 3 aangeduid met de pijl F.Figure 3 shows a side view of the dilatometer according to the invention which is accommodated in a housing 5 which is placed on a surface with the aid of supports 5a-5b. Provided in the housing 5 are force means 30 which are constructed from a bellows construction which can exert a force on the cylinder 11 via a lever transmission 31. The force transmission point is indicated in Figure 3 by the arrow F.

10 103479410 1034794

Claims

1. Device for determining the shrinking and expansion behavior of a material comprising a cylinder and a piston that can be accommodated in the cylinder, which cylinder and piston together form an annular measuring chamber in which the material to be examined can be received during operation, allowing the cylinder and piston to rotate relative to each other during operation, as well as force means for exerting a force during operation on the material contained in the measuring chamber, characterized in that the cylinder is arranged stationarily and the rotation means engage on the piston and the force means engaging the cylinder.

2. Device as claimed in claim 1, characterized in that the rotation means comprise a toothed belt transmission.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that sealing rings are included in the measuring chamber between the cylinder and the piston.

4. Device as claimed in one or more of the foregoing claim, characterized in that cooling means are provided, wherein the cylinder is provided with revolving cooling channels.

5. Device as claimed in claim 4, characterized in that the piston is provided with an axially extending cooling supply channel and a cooling discharge channel located coaxially around the cooling supply channel.

Device as claimed in one or more of the foregoing claims, characterized in that the power means comprise an adjustable bellows which engages the cylinder via a lever construction. 1034794 30