Torsionsschavingungseinrichtung
Gegenstand des Hauptpatents ist eine Torsionsschwingungseinrichtung zur Kunststoffprüfung, mit einer ersten Einspannklemme zum Festhalten eines Endes eines Kunststoffprobekörpers, einer starr mit einem Schwungkörper verbundenen zweiten Einspannklemme für das andere Ende des Kunststoffprobekörpers, einer Temperierkammer für den eingespannten Kunststoffprobekörper, einer Vorrichtung zur Anregung von Torsionsschwingungen des aus dem Kunststoffprohekörper und dem Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme bestehenden Torsionspendeis und einem zur Messung der Schwingungsdauer oder Frequenz der Pendelschwingung dienenden Messwertgeber mit einem ortsfesten lichtelektrischen Organ,
das von einer ortsfesten Lichtquelle in einem von der Pendelstellung abhängigen Masse beleuchtet ist, wobei der Schwungkörper mit einer ersten Blende versehen ist, der eine zweite, ortsfeste, vor dem lichtelektrischen Organ oder der Lichtquelle angeordnete Blende zugeordnet ist.
Dabei ist unter einer Blende definitionsgemäss jedes Mittel zur Querschnittsbegrenzung des von der Lichtquelle auf das lichtelektrische Organ fallenden Lichtstrahlenbündels zu verstehen, beispielsweise eine Blendenöffnung oder ein in das Lichtstrahlenbündel hineinragender Blendenflügel.
Der Messwert, den die erfindungsgemässe torsionsschwingungseinrichtung liefert, ist ein Wechselstrom, der einen Gleichstrom überlagert und von diesem leicht zu trennen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung der Torsionsschwingungseinrichtung nach dem Patentanspruch des Hauptpatents mit dem Ziele, einen der Torsionsschwingung nicht nur hinsichtlich der Frequenz, sondern auch hinsichtlich der Amplitude (und Kurvenform) entsprechenden Wechselstrom zu erhalten.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass wenigstens eine der Blenden durch eine Öffnung mit zwei kreisbogenförmigen zur Schwingungsachse des Schwungkörpers konzentrischen Randteilen und zwei zu dieser Achse radialen Randteilen gebildet ist und die andere Blende wenigstens eine zur Schwingungsachse radiale Begrenzung hat.
Dies ermöglicht es, den Wechselstrom auch zur Bestimmung der Dämpfung des Kunststoffs zu verwenden, beispielsweise indem er mit einem Oszillographen aufgezeichnet und das Oszillogramm ausgewertet wird oder indem mit einer elektronischen Einrichtung zwei aufeinander folgende Amplituden miteinander verglichen werden. Nullpunktsverschiebungen haben keinen Einfluss auf den Wechselstrom, solange die Schwingungen den Bereich beider Blenden nicht überschreiten. Die Blenden können so ausgeführt werden, dass diesel Bereich für die praktisch vorkommenden Nullpunktsverschiebungen ausreicht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen Aufriss der Torsionsschwingungseini wichtung,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IIIIII in Fig. 1, in grösserem Massstab.
Nach Fig. 1 und 2 ist auf einer Grundplatte 1 eine erste Einspannkiemme 2 für das nicht an den Schwingungen teilnehmende Ende einer Kunststoffprobe 3 fest angebracht. Auf der Grundplatte steht eine Säule 4 die oben zwei Umlenkrollen 5 und 6 für einen praktisch richtkraftfrei tordierbaren Draht 7 trägt. An einem Ende des Drahtes 7 ist eine Schwungscheibe 8 aufgehängt, die fest mit einer zweiten Einspannklemme 9 für das andere Ende der Kunststoffprobe 3 verbunden ist. Am anderen Ende des Drahtes 7 hängt ein Gegengewicht 10, das nur wenig schwerer ist als das Gesamtgewicht der Schwungscheibe 8 und der zweiten Einspannldemme 9. Eine strichpunktiert angedeutete Temperierkammer 11 umschliesst die eingespannte Kunststoffprobe 3 und ist mit nicht dargestellten Heizmitteln ausgerüstet.
Die Schwungscheibe 8 trägt zwei Weicheisenstücke 12 und 13, denen je ein feststehendes Solenoid 14 bzw. 15 zugeordnet ist, durch deren periodische Erregung Schwingungen des Torsionspendels 3, 8, 9 erzeugt werden können.
An einem Arm 16 der Säule 4 ist eine Hülse 17 befestigt, durch die der Draht 7 frei hindurchgeht. Die Hülse 17 ist an ihrem oberen Ende mit einem radialen Gewindeloch versehen, das eine Klemmschraube 18 aufnimmt, mittels welcher der Draht 7 in der Hülse 17 festgeklemmt werden kann, um die Höhenlage der Schwungscheibe 8 mit der Einspannklemme 9 beim Auswechseln des Kunststoffprobekörpers 3 zu fixieren.
Der Arm 16 trägt ein Gehäuse 19 mit einem Schlitz 20, in den die Schwungscheibe 8 hineinragt. Im Gehäuse 19 ist unter dem Schlitz 20 eine Lumineszenzdiode 21 und über dem Schlitz 20 eine Fotodiode 22 mit einer Blende 23 angeordnet Sowohl die Leuchtfläche der Lumineszenzdiode 21 als auch die lichtempfindliche Fläche der Fotodiode 22 entspricht mindestens der Öffnung der Blende 23. Die Schwungscheibe 8 ist mit einer Öffnung, die eine Blende 24 bildet, versehen, vergl. Fig. 3. Die Öffnung der Blende 24 ist durch zwei kreisbogenförmige, zur Torsionspendelachse 25 konzentrische Randteile 26, 27 und zwei zu dieser Achse 25 radiale Randteile 28, 29 begrenzt. Die Öffnung der Blende 23 ist derjenigen der Blende 24 kongruent, ihre den -Randtei- len 26, 27, 28, 29 entsprechenden Randteile sind mit 30, 31, 32, 33 bezeichnet.
In Ruhelage des Pendels haben die Blenden 23 und 24 die in Figur 3 dargestellte gegenseitige Lage, in welcher eine Hälfte einer Blende über der anderen Hälfte der anderen Blende liegt. Dabei ist die Foto diode 22 zur Hälfte beleuchtet. Dieser Beleuchtung entspricht ein Gleichstrom im Stromkreis der Fotodiode. Wenn das Pendel schwingt, tritt ein diesem Geilchstrom überlagerter Wechselstrom auf, dessen Frequenz derjenigen der Pendeischwingung entspricht und dessen Kurvenform sowie Amplitude der Pendelschwingung unter der Voraussetzung entspricht, dass der Randteil 28 der Blende 24 den Bereich zwischen den Randteilen 32 und 33 der Blende 23 nicht überschreitet.
Um diese Voraussetzung auch dann zu erfüllen, wenn der Kunststoffprobekörper sich infolge elastischer Ermüdung während der Schwingungsversuche insbesondere bei höherer Temperatur verwindet, ist der von den radialen Randteilen 28 und 29 der Blendenöffnung 24 eingeschlossene Winkel und der ebenso grosse, von den Randteilen 32 und 33 der Blende 23 eingesohlossene Winkel nicht kleiner als die Summe aus dieser Verwindung und der grössten Schwingungsamplitude.
Die ortsfeste Blende 23 kann statt vor der Fotodiode 22 auch vor der Lumineszenzdiode 21 angeordnet sein.
Nur eine der beiden Blenden braucht allseitig begrenzt zu sein. Diese Begrenzung kann zum Beispiel ein Rahmen sein, der die lichtempfindliche Fläche der Foto diode oder die Leuchtfläche der Lumineszenzdiode umschliesst. Die andere Blende kann ein Blendenflügel mit einer zur Schwingungsachse des Pendels radialen Randteil sein, der sich in der Ausgangslage des Pendels über der Mitte der Blendenöffnung befindet.
Die Fotodiode ist zweckmässig mit einem Transistor zu einem Fototransistor vereinigt.
Selbstverständlich kann an Stelle der Lumineszenz.
diode eine Glühlampe und/oder an Stelle der Foto diode ein lichtelektrisches Organ mit kleinerer lichtempfindli- cher Fläche verwendet werden, jedoch sind dann optische Mittel (Sammellinsen, Hohlspiegel) erforderlich, in bezug auf welche die Glühlampe bzw. das lichtelektrische Organ justiert werden muss, um die öffnung der Blende gleichmässig auszuleuchten bzw. das Lichtbündel, dessen Quersdhnitt der Blendenöffnung entspricht, vollständig zu erfassen. Die Lumineszenzdiode hat gegenüber einer Glühlampe ausserdem folgende Vorteile: wesentliche längere Lebensdauer ohne Nachlassen der Leuchtwirkung, geringeren Stromverbrauch, einfachere Montage, praktisch keine Erwärmung, günstigere spektrale Verteilung des Licht es, die derjenigen einer Fotodiode besser angepasst ist und zu einem vernachlässigbaren Tageslichteinfluss führt.
Torsion saving device
The subject of the main patent is a torsional vibration device for testing plastics, with a first clamping clamp for holding one end of a plastic specimen, a second clamping clamp rigidly connected to a flywheel for the other end of the plastic specimen, a temperature control chamber for the clamped plastic specimen, a device for exciting torsional vibrations from the plastic pre-body and the oscillating body with the second clamping clamp and a measuring transducer with a fixed photoelectric element serving to measure the period of oscillation or the frequency of the pendulum oscillation,
which is illuminated by a stationary light source in a mass dependent on the pendulum position, the oscillating body being provided with a first diaphragm to which a second, stationary diaphragm arranged in front of the photoelectric organ or the light source is assigned.
By definition, a diaphragm is to be understood as any means for limiting the cross-section of the light beam falling from the light source onto the photoelectric organ, for example a diaphragm opening or a diaphragm blade protruding into the light beam.
The measured value supplied by the torsional vibration device according to the invention is an alternating current which is superimposed on a direct current and can easily be separated from it.
The present invention relates to a further embodiment of the torsional vibration device according to the patent claim of the main patent with the aim of obtaining an alternating current corresponding to the torsional vibration not only in terms of frequency but also in terms of amplitude (and curve shape).
This is achieved according to the invention in that at least one of the diaphragms is formed by an opening with two circular arc-shaped edge parts concentric to the oscillation axis of the oscillating body and two edge parts radial to this axis and the other diaphragm has at least one boundary radial to the oscillation axis.
This makes it possible to use the alternating current to determine the attenuation of the plastic, for example by recording it with an oscillograph and evaluating the oscillogram or by comparing two successive amplitudes with one another with an electronic device. Zero shifts have no influence on the alternating current as long as the vibrations do not exceed the range of both orifices. The orifices can be designed in such a way that this area is sufficient for the zero point shifts that occur in practice.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in the drawing. Show it
Fig. 1 is an elevation of the Torsionsschwingungseini weighting,
Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1,
3 shows a section along the line IIIIII in FIG. 1, on a larger scale.
According to FIGS. 1 and 2, a first clamping clamp 2 for the end of a plastic sample 3 which does not participate in the vibrations is firmly attached to a base plate 1. On the base plate there is a column 4 which carries two pulleys 5 and 6 above for a wire 7 that can be twisted practically without directing force. A flywheel 8 is suspended from one end of the wire 7 and is firmly connected to a second clamping clamp 9 for the other end of the plastic sample 3. At the other end of the wire 7 hangs a counterweight 10, which is only slightly heavier than the total weight of the flywheel 8 and the second clamping clamp 9. A temperature chamber 11 indicated by dash-dotted lines encloses the clamped plastic sample 3 and is equipped with heating means, not shown.
The flywheel 8 carries two pieces of soft iron 12 and 13, each of which is assigned a fixed solenoid 14 or 15, through whose periodic excitation vibrations of the torsion pendulum 3, 8, 9 can be generated.
A sleeve 17 through which the wire 7 passes freely is attached to an arm 16 of the column 4. The sleeve 17 is provided at its upper end with a radial threaded hole which receives a clamping screw 18 by means of which the wire 7 can be clamped in the sleeve 17 in order to fix the height of the flywheel 8 with the clamping clamp 9 when the plastic specimen 3 is replaced .
The arm 16 carries a housing 19 with a slot 20 into which the flywheel 8 protrudes. In the housing 19 a luminescent diode 21 is arranged under the slot 20 and a photodiode 22 with a diaphragm 23 is arranged above the slot 20 Both the luminous surface of the luminescent diode 21 and the light-sensitive surface of the photodiode 22 correspond at least to the opening of the diaphragm 23. The flywheel 8 is 3. The opening of the diaphragm 24 is delimited by two circular arc-shaped edge parts 26, 27 concentric to the torsion pendulum axis 25 and two edge parts 28, 29 radial to this axis 25. The opening of the diaphragm 23 is congruent to that of the diaphragm 24; its edge parts corresponding to the edge parts 26, 27, 28, 29 are denoted by 30, 31, 32, 33.
In the rest position of the pendulum, the diaphragms 23 and 24 have the mutual position shown in FIG. 3, in which one half of one diaphragm lies above the other half of the other diaphragm. The photo diode 22 is half illuminated. This lighting corresponds to a direct current in the circuit of the photodiode. When the pendulum swings, an alternating current superimposed on this Geilchstrom occurs, the frequency of which corresponds to that of the pendulum oscillation and whose curve shape and amplitude corresponds to the pendulum oscillation, provided that the edge part 28 of the diaphragm 24 does not correspond to the area between the edge parts 32 and 33 of the diaphragm 23 exceeds.
In order to meet this requirement even if the plastic specimen twists due to elastic fatigue during the vibration tests, especially at higher temperatures, the angle enclosed by the radial edge parts 28 and 29 of the aperture 24 and the equally large angle between the edge parts 32 and 33 is the Diaphragm 23 included angles not smaller than the sum of this twist and the largest oscillation amplitude.
The stationary diaphragm 23 can also be arranged in front of the luminescent diode 21 instead of in front of the photodiode 22.
Only one of the two apertures needs to be limited on all sides. This limitation can be, for example, a frame that encloses the light-sensitive surface of the photo diode or the luminous surface of the luminescent diode. The other diaphragm can be a diaphragm wing with an edge part which is radial to the axis of oscillation of the pendulum and which is located above the center of the diaphragm opening in the starting position of the pendulum.
The photodiode is expediently combined with a transistor to form a phototransistor.
Of course, instead of luminescence.
diode an incandescent lamp and / or instead of the photo diode a photoelectric organ with a smaller light-sensitive surface, however, optical means (converging lenses, concave mirrors) are then required, in relation to which the incandescent lamp or the photoelectric organ must be adjusted, in order to illuminate the aperture of the diaphragm evenly or to completely capture the light beam, the cross section of which corresponds to the diaphragm opening. The luminescent diode also has the following advantages over an incandescent lamp: significantly longer service life without diminishing the lighting effect, lower power consumption, easier installation, practically no heating, more favorable spectral distribution of the light, which is better adapted to that of a photodiode and leads to a negligible influence of daylight.