DE19709989C2 - Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben - Google Patents
Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren MeßprobenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechani
schen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben, mit zwei paarweise an einer ela
stisch auslenkbaren Haltevorrichtung angeordneten, antreibbaren Abzugswalzen,
denen ein extrudierter Meßprobenstrang zugeführt wird, wobei die Haltevorrichtung
als Wiegebalkenanordnung ausgebildet ist.
Derartige Vorrichtungen, sogenannte Dehnungstester, finden in der Kunststoffverar
beitung Anwendung, wo die maximale Dehnbarkeit und die Zugfestigkeit der ver
wendeten Kunststoffschmelzen ermittelt wird, um die größtmögliche Verarbeitungs
geschwindigkeit zu bestimmen. Dazu wird ein extrudierter Meßprobenstrang einer
Abzugsvorrichtung mit einem Abzugswalzenpaar zugeführt und fortlaufend mit konti
nuierlich ansteigender Abzugsgeschwindigkeit gedehnt. Die dabei auf das Abzugs
walzenpaar ausgeübte Lagerkraft wird gemessen und zur Beurteilung der Zugfestig
keit beim Abriß des Meßprobenstranges herangezogen.
Aus der DE-OS 16 48 394 ist ein Zugfestigkeitsprüfgerät zur Prüfung der Dehnungs
eigenschaften von Nominalproben mit einheitlichem Querschnitt, wie z. B. Stoffstrei
fen, Spangen, Drähte und Textilgarne, Fäden und Fasern bekannt. Eine streifenför
mige, stangenartige oder fadenförmige Probe wird zwischen zwei ersten Klemmen
eingespannt. Zusätzlich zu diesem ersten inneren Klemmenpaar ist ein zweites
äußeres Klemmenpaar vorgesehen zum Einspannen der Probe außerhalb des
ersten inneren Klemmenpaares. Zur Prüfung der Zugfestigkeit der Probe werden
dann die Abstände zwischen den Klemmen des ersten Klemmenpaares und den
Klemmen des zweiten Klemmenpaares vergrößert, wodurch die fest eingespannte
Probe gedehnt wird.
In der DE-PS 19 04 079 wird eine Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsme
chanischen Verhaltens von extrudierten Meßproben beschrieben. Sie umfaßt ein mit
veränderbarer Drehzahl antreibbares Abzugswalzenpaar, das in der Transportrich
tung der Meßprobe nachgiebig gelagert ist. Die Abzugswalzen sind dazu an einem
elastisch gestützten Träger befestigt. Zur Bestimmung des deformationsmechani
schen Verhaltens einer Meßprobe wird die bei vorgegebener Drehzahl der Abzugs
walzen auf die Abzugswalzen bzw. den Träger wirkende auslenkende Kraft fortlau
fend gemessen.
Die Abzugswalzen haben oftmals eine geriffelte oder gezahnte Oberfläche, um ein
Durchrutschen des Meßprobenstranges beim Ausziehen zu verhindern. Der
Meßprobenstrang weist in der Regel einen Querschnitt zwischen 2 mm und 3 mm
auf und wird beim Ausziehen zwischen den Abzugswalzen auf ca. 1 mm ausgewalzt.
Der Einsatz der bekannten Dehnungstester erweist sich in der Praxis häufig als pro
blematisch, da es bei einem Großteil der gängigen Polymere, wie z. B. Polypropylen
(PP), Polycarbonat (PC) und Polyamid (PA), zu einem Anhaften des Polymerstran
ges an den Abzugswalzen kommt, was auf den ausgeprägten "Klebeeffekt" dieser
Polymere im Schmelzezustand zurückzuführen ist. Dieser Klebeeffekt tritt nicht nur
dann auf, wenn der Polymerstrang zwischen den Abzugswalzen geführt wird, son
dern auch wenn der Polymerstrang vor den rotierenden Abzugswalzen, also über die
Stirnflächen der Abzugswalzen, geführt wird, wobei der extrudierte Meßprobenstrang
über den Berührungskontakt an den rotierenden Stirnflächen gedehnt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren
Meßproben der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass
ein Anhaften des Meßprobenstranges an den Abzugswalzen möglichst vermieden
wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen
Verhaltens von extrudierbaren Meßproben löst die voranstehende Aufgabe durch die
Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist die eingangs genannte Vorrichtung
so ausgestaltet, dass in Abzugsrichtung hinter den Abzugswalzen eine antreibbare
Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich die hier interessierenden Schmelzen
beim Passieren der Abzugswalzenanordnung aufgrund des Kontaktes mit den Ab
zugswalzen sofort verfestigen. Der quasi verpreßte Meßprobenstrang kann deshalb
zu Beginn der Messungen problemlos, beispielsweise manuell, einer Führungsvor
richtung zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist ferner erkannt worden, dass ein
Verkleben der Abzugswalzen einfach vermieden werden kann, wenn die Führungsvorrichtung
antreibbar ist, wenn der Meßprobenstrang also aktiv von den Abzugswal
zen weggeführt wird, so dass er sich nicht um die Abzugswalzen wickeln kann. Auf
grund der fortgeschrittenen Verfestigung des Meßprobenstranges ist ein Verkleben
der Führungsvorrichtung nicht zu befürchten.
In einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind
Mittel zum Synchronisieren des Antriebs der Führungsvorrichtung mit dem Antrieb
der Abzugswalzen vorgesehen. In jedem Falle sollte der Meßprobenstrang von der
Führungsvorrichtung mindestens so schnell abgeführt werden, wie er von den Ab
zugswalzen abgezogen wird. Um ein Auflaufen des Meßprobenstranges nach dem
Passieren der Abzugswalzen sicher zu verhindern, könnte die Führungsvorrichtung
auch unmerklich schneller laufen als die Abzugswalzen.
Die Führungsvorrichtung ist besonders effektiv, wenn sie in unmittelbarer Nähe der
Abzugswalzen angeordnet ist. Es wird daher vorgeschlagen, die Führungsvorrich
tung unmittelbar oder mittelbar an der Haltevorrichtung für die Abzugswalzen anzu
ordnen. In diesem Zusammenhang erweist es sich außerdem als vorteilhaft, wenn
die Führungsvorrichtung wahlweise montierbar ist, so dass sie nur im Falle des tat
sächlichen Gebrauchs eingesetzt werden kann. Außerdem können dann auch her
kömmliche Dehnungstester mit einer Führungsvorrichtung nachgerüstet werden.
Es gibt nun grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten der Realisierung der Füh
rungsvorrichtung. In einer unter konstruktiven Gesichtspunkten besonders vorteil
haften, weil einfachen Variante umfaßt die Führungsvorrichtung mindestens zwei
paarweise angeordnete, antreibbare Führungswalzen. Die Führungswalzen können
im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des deformations
mechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben nun entweder so angeord
net sein, dass der Meßprobenstrang zwischen den Laufflächen der Führungswalzen
geführt wird, oder so, dass der Meßprobenstrang auf den Stirnflächen der Füh
rungswalzen geführt wird.
Wie bereits voranstehend erläutert, ist es vorteilhaft den Antrieb der Führungswalzen
mit dem Antrieb der Abzugswalzen zu synchronisieren, was einfach durch eine
Kopplung, beispielsweise in Form eines Getriebes, erreicht werden kann. So könnte
die Antriebswelle der Abzugswalzen in einer vorteilhaften Variante der erfindungs
gemäßen Vorrichtung über ein Umlenkgetriebe mit der Antriebswelle der Führungs
walzen verbunden sein. Die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen sollte kei
nesfalls geringer sein als die Fördergeschwindigkeit der Abzugswalzen. Von Vorteil
ist es vielmehr, die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen geringfügig höher zu
wählen als die Fördergeschwindigkeit der Abzugswalzen, um einem Auflaufen des
Meßprobenstranges vorzubeugen.
Das unerwünschte Ankleben des Meßprobenstranges an den Abzugswalzen ist dar
auf zurückzuführen, dass die Klebekraft FK an den Abzugswalzen größer ist als die
Ablösekraft FA der Schmelze von den Abzugswalzen. Für den Fall des Klebens gilt
also: FK < FA. Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen antreibbaren Füh
rungsvorrichtung läßt sich dieses Verhältnis umkehren, so dass FK < FA gilt.
In einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßpro
ben wird nicht nur die Ablösekraft FA mit Hilfe einer antreibbaren Führungsvorrich
tung erhöht, sondern auch die Klebekraft FK verringert. Dazu sind Mittel zum Benet
zen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen der Abzugswal
zen vorgesehen. Bei Wahl eines geeigneten Benetzungsmittels bildet sich ein
Dampffilm auf der Oberfläche der Abzugswalzen, der mit einer Verdunstungskühlung
einhergeht. Sowohl der Dampffilm als auch die Kühlung wirken einem Anhaften der
Schmelze an den Abzugswalzen entgegen.
In bestimmten Fällen, d. h. bei gewissen Meßprobenmaterialien, kann es außerdem
von Vorteil sein, auch an den Führungswalzen entsprechende Mittel zum Benetzen
der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen vorzusehen.
Die Mittel zum Benetzen sollten möglichst einfach zu warten sein. Es wird daher vor
geschlagen, jeder Abzugswalze bzw. jeder Führungswalze ein Reservoir für ein Be
netzungsmittel zuzuordnen, wobei jedes Reservoir mit der jeweiligen zu benetzenden
Oberfläche in Kontakt stehen muß. Dies könnte in einfacher Weise mit Hilfe eines
entsprechend angeordneten, saugfähigen textilen Gebildes oder eines
Schwämmchens erreicht werden.
Das Benetzungsmittel muß in jedem Falle mit dem Meßprobenmaterial verträglich
sein. Im Hinblick auf die schnelle und zuverlässige Ausbildung eines Dampffilms wird
vorgeschlagen, eine leicht flüchtige Flüssigkeit, beispielsweise einen Alkohol, als Be
netzungsmittel zu verwenden.
Da die Mittel zum Benetzen der Oberflächen der Abzugswalzen und insbesondere
das Reservoir für das Benetzungsmittel in der Regel ebenfalls direkt oder indirekt an
der Haltevorrichtung für die Abzugswalzen angeordnet sein werden, ist das Ver
dampfen des Benetzungsmittels mit einer Verminderung des Gewichts der gesamten
an der Haltevorrichtung montierten Anordnung verbunden. Dieser Gewichtsverlust
geht daher mit einer Verfälschung des Meßergebnisses einher. Zur Kompensation
dieser Meßwertverfälschung wird vorgeschlagen, Mittel zum Erfassen des durch das
Verdampfen des Benetzungsmittels bedingten Gewichtsverlustes der an der Halte
vorrichtung montierten Anordnung vorzusehen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in
vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die
dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol
gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung
zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbei
spiels werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun
gen der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Seitenansicht eines Ausführungsbei
spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsme
chanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben.
Die in der einzigen Figur dargestellte Vorrichtung 1 zum Bestimmen des deforma
tionsmechanischen Verhaltens von extrudierbaren Meßproben umfaßt zwei paar
weise angeordnete Abzugswalzen 2, die an einer elastisch auslenkbaren Haltevor
richtung angeordnet sind. Als Haltevorrichtung dient hier eine Wiegebalkenanord
nung 3. Den Abzugswalzen 2 wird ein extrudierter Meßprobenstrang zugeführt, was
durch den Pfeil 4 angedeutet ist. Die Abzugswalzen 2 sind geregelt antreibbar, so
dass der Meßprobenstrang beispielsweise mit kontinuierlich ansteigender Abzugsge
schwindigkeit gedehnt werden kann.
Erfindungsgemäß ist in Abzugsrichtung hinter den Abzugswalzen 2 eine antreibbare
Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgesehen.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt diese Führungsvorrichtung zwei
paarweise angeordnete, antreibbare Führungswalzen 5.
Die Führungswalzen 5 sind ebenfalls an der Wiegebalkenanordnung 3 montiert.
Mit Hilfe der Schraube 6 läßt sich der Abstand zwischen den beiden Abzugswalzen 2
verändern, so dass der Meßprobenstrang je nach Anordnung der Abzugswalzen 2
entweder zwischen den Laufflächen 7 oder über die Stirnflächen 8 der Abzugswalzen
2 geführt werden kann. Entsprechend läßt sich mit der Schraube 9 der Abstand zwi
schen den beiden Führungswalzen 5 variieren. Der Meßprobenstrang kann also ent
weder zwischen den Laufflächen 10 oder über die Stirnflächen 11 der Führungswal
zen 5 geführt werden. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
ist lediglich, dass der Meßprobenstrang sowohl mit den Abzugswalzen 2 als auch mit
den Führungswalzen 5 in Kontakt tritt.
Der Antrieb der Abzugswalzen 2 und der Antrieb der Führungswalzen 5 sind syn
chronisiert, was hier durch eine Kopplung in Form eines nicht näher bezeichneten
Getriebes realisiert ist. Um ein Auflaufen des Meßprobenstranges nach dem Passie
ren der Abzugswalzen 2 zu verhindern, wird die Fördergeschwindigkeit der Füh
rungswalzen 5 geringfügig höher gewählt als die Fördergeschwindigkeit der Abzugs
walzen 2.
Die in der einzigen Figur dargestellte Vorrichtung 1 ist außerdem noch mit Mitteln
zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen, hier
der Laufflächen 7 der Abzugswalzen 2 und der Laufflächen 10 der Führungswalzen 5
versehen. Die Mittel zum Benetzen umfassen für jede Abzugswalze 2 bzw. jede Füh
rungswalze 5 ein Reservoir 12 für ein Benetzungsmittel. Jedes Reservoir 12 steht
über ein Schwämmchen 13 mit der jeweiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt.
Als Benetzungsmittel wird hier ein leicht flüchtiger Alkohol, wie z. B. Ethanol, verwen
det.
Zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens einer Meßprobe wird
die während der Dehnung der Meßprobe auf die Wiegebalkenanordnung 3 ausge
übte Kraft erfaßt. Außerdem wird noch der durch das sukzessive Verdampfen des
Benetzungsmittels bedingte Gewichtsverlust der an der Wiegebalkenanordnung 3
montierten Gesamtanordnung erfaßt. Im Rahmen einer Meßwertauswertung kann
dann die auf den Gewichtsverlust zurückzuführende Meßwertverfälschung
kompensiert werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das
voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist und sich beispiels
weise auch ohne Mittel zum Benetzen realisieren läßt.
Claims (15)
1. Vorrichtung zum Bestimmen des deformationsmechanischen Verhaltens von ex
trudierbaren Meßproben, mit zwei paarweise an einer elastisch auslenkbaren Halte
vorrichtung angeordneten, antreibbaren Abzugswalzen (2), denen ein extrudierter
Meßprobenstrang zugeführt wird, wobei die Haltevorrichtung als Wiegebalkenanord
nung ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abzugsrichtung hinter den Abzugs
walzen (2) eine antreibbare Führungsvorrichtung für den Meßprobenstrang vorgese
hen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Syn
chronisieren des Antriebs der Führungsvorrichtung mit dem Antrieb der Abzugswal
zen (2) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungsvorrichtung unmittelbar oder mittelbar an der Haltevorrichtung montier
bar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungsvorrichtung mindestens zwei paarweise angeordnete, antreibbare Füh
rungswalzen (5) umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungswal
zen
(5) so angeordnet sind, dass der Meßprobenstrang zwischen den Laufflächen (10)
der Führungswalzen (5) geführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungswal
zen (5) so angeordnet sind, dass der Meßprobenstrang auf den Stirnflächen (11) der
Führungswalzen (5) geführt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Antrieb der Führungswalzen (5) mit dem Antrieb der Abzugswalzen (2) gekoppelt
ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung durch
ein Getriebe realisiert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Fördergeschwindigkeit der Führungswalzen (5) geringfügig höher ist als die För
dergeschwindigkeit der Abzugswalzen (2).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen
der Abzugswalzen (2) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zum Benetzen der mit dem Meßprobenstrang in Kontakt tretenden Oberflächen
der Führungswalzen (5) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Benetzen mindestens ein jeder Abzugswalze (2) bzw. jeder Füh
rungswalze (5) zugeordnetes Reservoir (12) für ein Benetzungsmittel umfassen und
dass jedes Reservoir (12) mit der jeweiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt
steht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Reservoir
(12) über ein saugfähiges textiles Gebilde oder ein Schwämmchen (13) mit der je
weiligen zu benetzenden Oberfläche in Kontakt steht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
eine leicht flüchtige Flüssigkeit, vorzugsweise ein Alkohol, als Benetzungsmittel
dient.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zum Erfassen des durch das Verdampfen des Benetzungsmittels bedingten
Gewichtsverlustes der an der Haltevorrichtung montierten Anordnung vorgesehen
sind.
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