DE2031792C3 - Vorrichtung zum Aufzeichnen des dynamischen Verlustwinkels von Kautschuk- oder Kunststoffmaterialien - Google Patents

Description

veranlaßt, zu dem die Verformung der Probe ± 0 ist, und durch von der Drehmomentmeßeinrichtung gesteuerte Kontakte das Abheben des Schreibstiftes von

der Trommel zu dem Zeitpunkt veranlaßt, zu dem

50 das Drehmoment ± 0 ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat unter anderem den Vorteil, daß weder die Trommel noch der

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- Schreibstift ruckartig angetrieben oder hin und her

teichnen des dynamischen Verlustwinkels von Kau- bewegt werden, so daß der Fehler auf Grund eines

Ischuk- oder Kunststoffmaterialien für eine Einrich- 55 im allgemeinen unvermeidlichen Spiels vermieden

lung, durch die einerseits durch eine Exzentervor- werden. Vielmehr wird die Trommel kontinuierlich

richtung eine in einer Probenkammer eingeschlossene gedreht, und der Schreibstift wird kontinuierlich ent-

und durch eine Probenkammerheizung erhitzbare lang der Trommel geführt. Das Aufzeichnungsergeb-

Kautschuk- oder Kur-ststoffmaterialprobe während nis wird lediglich durch Steuerung der Hubeinrich-

tier ν vernetzung periodischen Schwingungen ausgesetzt 60 tung bewirkt. Das am Punkt »Verformung - +0«

Und andererseits durch eine Meßeinrichtung das bei erfolgende Aufsetzen des Schreibstiftes läßt sich sehr

periodischen Schwingungen über die Probe übertra- genau mit Hilfe des die Verformung bewirkenden

gene Drehmoment gemessen wird, mit einer eine Auf- Antriebs steuern. Der Wert »Drehmoment = + 0«_:

zeichnungsmantelflächc aufweisenden und mittels der das Abheben des Schreibstiftes steuert, kanr

einer ersten Antriebsvorrichtung drehbaren Trommel 6_S ebenfalls sehr genau durch die mit der Probe ver-

und mit einem Schreibstift, der mittels einer von der bundene Drehmomentmeßeinrichtung ermittelt wer-

Meßeinrichtung elektromechanisch gesteuerten Hub- den. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach

einrichtung zum Aufsetzen und Abheben auf die bzw. auch bei vorhandenem Spiel in den Antrieben dei

Trommel und des Schreibstiftes äußerst genau, da In F i g. 3 ist eine Ausführungsform einer Vorrich-

die Genauigkeit von diesem Spiel unabhängig ibt, und tung 32 zum Aufzeichnen des Drehmoments erläutert,

die* für die Steuerung der Hubeinrichtung des Schreib- Die Vorrichtung 32 besteht aus einem Servomotor 33

stilftes zuständigen Zeitpunkte lassen sich ebenfalls mit einer daran angebrachten Riemenscheibe, einem

äußerst genau ermitteln. 5 Potentiometer 34 mit einer daran angebrachten

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungs- Riemenscheibe, einem Antriebsriemen 35, einem beispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher Schreibstifthalter 36, der mit einem Kontakt 46 •/ererläutert, sehen ist, einem Schreibstift 37, einem festen Kontakt

F i £. 1 zeiet die Ergebnisse einer Messung mii 47 und einem Anzeiger 38, der einen Schreibstift 39

Hilfe einer bekannten VorricLiung der beschriebenen "> aufweist. Mit 40 ist eine Aufzeichnungsmantelfläche

Art und gibt ein Beispiel für Kurven der Verformung bezeichnet,

und des Drehmoments in Abhängigkeit von der Zeit; Die Vorrichtung 32 ist als solche bekannt, außer

F i g. 2 zeigt im senkrechten Schnitt eine entspre- daß sie mit den Kontakten 46,47, dem Anzeiger 38

chendc Vorrichtung m:t wesentlichen Elementen der und dem Schreibstift 39 versehen ist. Die Vorrichtung

eriindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung; 15 32 zeichnet das Drehmoment auf, das entsprechend

F i g. 3 zeigt Einzelheiten der Aufzeichnungsvor- einem Signal der Drehmomentmeßeinrichtung berichtungen; stimmt wird.

F i g. 4 zeigt in einem Diagramm das Drehmoment Beispielsweise wird bei einem Vulkanisationstest

in Abhängigkeit von der Vulkanisationszeit von Kau- ein Aufzeichnungspapier gemäß F i g. 4 mit sechs

tschuk; ao Schwingungen pro Minute und einer Laufgeschwin-

F ig. 5 zeigt die Drehmomeni- und die Verlust- digkeit des Papiers von 1 cm pro Minute beschrieben,

winkelkurve in Abhängigkeit von ^tr Zeit. Die verschiedenen Zustände der Proben können an

In F i g. 2 ist auf der rechten Seite ein Schwin- Hand der Drehmomentkurve beurteilt werden. Die

gungs-Meßgerät der oben beschriebenen bekannten Abszisse in F i g. 4 stellt die Härtezeit in Minuten

Art dargestellt, dem die erfindungsgemäße Vorrich- 25 und die Ordinate das Drehmoment in kg · cm dar.

tung hinzugefügt ist. Zunächst sollen die wesent- Das Drehmoment ändert sich mit der Härtezeit,

liehen Elemente und Funktionen des Schwingungs- Mit 1' ist der anfängliche Zustand des unvulkani-

Meßgerätes unter Bezugnahme auf F i g. 2 erläutert sierten gemischten Kautschuks bezeichnet, mit 2' der

werden. Zustand der geringsten Viskosität während der VuI-

Die Stempel 11 und 12, die die Probenkammer 30 kanisation, mit 3' die Induktionszeit (Erwärmungsbilden, sind an den Enden einer oberen Welle 16 und zeit), mit 4' die optimale Härtungszeit und mit S' der einer unteren Welle 17 befestigt. Beide Wellen sind Zeitraum der eigentlichen Härtung. Bei Erhöhung frei drehbar. Zwischen den beiden Stirnseiten der der Aufzeichnungsgeschwindigkeit, beispielsweise auf Stempel 11 und 12 besteht ein Zwischenraum, der als 60 cm pro Minute, wird die Drehmomentkurve geeigentliche Probenkammer 13 dient. Nichtvulkani- 35 streckt, und es ergibt sich eine Sinuskurve, wie sie in sUrter, gemischter Kautschuk wird in die Proben- F i g. 1 und 3 dargestellt ist.

kammer 13 eingebracht, und der untere Stempel 12 In Fig. 1 und 3 ist gestrichelt die gleichzeitig wird unter vorgegebenem Druck in Drehschwingungen ermittelte Verformungs-Zeit-Kurve aufgezeichnet, versetzt. Daraufhin wird über den Kautschuk ein Zwischen der Drehmoment- und der Verformungs-Drehmoment auf den oberen Stempel 11 übertragen. 4° Kurve besteht eine Phasenverschiebung. Die Verfor-Zur Bestimmung des Drehmoments ist ein Arm S am mung eilt voraus, kann jedoch auch je nach den oberen Ende der oberen Welle 16 angebracht. Das Versuchsbedingungen nacheilen. Die Abweichung andere Ende des Armes S befindet sich in einer Dreh- ändert sich in Abhängigkeit von der Art und dem momentmeßeinrichtung 8. Die Stempel 11 und 12 Vernetzungsgrad der Proben.

sind mit Probenkammer-Heizeinrichtungen 10, 10' 45 Entsprechend Fig. 1 und 3 ergibt sich der dyna-

versehen. Ein Antriebsarm 18 ist am unteren Ende mische Verlustwinkel d aus der folgenden Gleichung

der Welle 17 befestigt und versetzt den unteren _o J/

Stempel 12 über die untere Welle 17 in Drehschwin- ^{ε = 36}° " y ·
gungen. Fine Exzentervorrichtung 19 ist mit dem

anderen Lnde des Antriebsarms 19 über eine Ver- 5° Zur Bestimmung der Werte ΛI und I ist es er-

bindungsstange 18' verbunden. Die Exzentervorrich- forderlich, die Punkte D₁, D₂, D₁... zu kennen, die

tung 19 kann auf Grund der Drehung des Motors 22 die Stellen angeben, an denen die Verformung ± 0

beispielsweise sechs Schwingungen pro Minute über ist, sowie die Punkte F₁, F₂, F₃. .., die diejenigen

einen Winkel von + 3 ausführen. Zweckmäßig ist Stellen angeben, an denen das Drehmoment ± 0 ist.

dieser Schwingungsantrieb einstellbar zwischen 3 bis 55 Weitere Kenntnisse über die Kurve sind nicht erfor-

600 Schwingungen pro Minute und einem Schwin- derlich. Zur Aufzeichnung der erwähnten Punkte D, F

gungswinkel von ± 0 bis 15°. sind Kontakte 44 und 45 an der in Fig. 2 gezeigten

Wenn ein pneumatischer Druck in der Druck- Exzentervorrichtung vorgesehen, durch die ein Mikrokammer 1 auf den oberen Stempel 11 über den schalter in dem Moment eingeschaltet wird, in dem Stößel 2 und einen Rahmen 4 übertragen wird und 60 die Verformung ± 0 beträgt (D-System). Dieser Punkt wenn eine Schwingung vorbestimmter Amplitude an ist ohne Schwierigkeiten und nahezu fehlerfrei zu erden unteren Stempel 12 bei geeignetem Druck ge- mitteln. Sodann sind die Kontakte 46 und 47 vorgelangt, verursacht die Schwingung des unteren Stern- sehen, die in dem Moment geschlossen werden, wenn pels die Drehung des oberen Stempels über die mit das von der Vorrichtung 32 zur Aufzeichnung des beiden in Berührung stehende Kautschukprobe 12'. 65 Drehmoments ermittelte Drehmoment ± 0 ist. Diese Das übertragene Drehmoment wird mit Hilfe der beiden Schaltkreise sind mit einem Anzeiger 38 ver-Drehmomentmeßeinrichtung 8 bestimmt und durch bunden. Der Anzeiger 38 zeichnet die Impulse D₁ F₁, die Aufzeichnungsvorrichtung festgehalten. D₂F₂ auf der Aufzeichnungsmantelfläche 40 auf. Da

die Länge F₁-F₂ dem Wert / und die Länge D₁-F₁ dem Wert AI entspricht, kann die Gleichung für den dynamischen Verlustwinkel wie folgt umgeschrieben werden:

4L- 360°·^-.

/ F₁F₂

δ = 360°

Bei diesem Verfahren wird ein sehr langes Aufzeichnungspapier gebraucht. Das bedeutet einen hohen Papierverbrauch. Weiterhin kann der Verlust- »° winkel nicht direkt abgelesen werden, so daß eine Umrechnung mit Hilfe der oben angegebenen Formel notwendig ist. Weiterhin ist die zeitliche Änderung des Verlustwinkels nicht direkt zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im wesentlichen links in F i g. 2 dargestellt ist, kämmt ein Kegelrad 20, das zusammen mit der Exzentervorrichtung 19 durch den Motor 22 über Kupplungen 23 und 24 und das Getriebe 25 kontinuierlich angetrieben wird, mit einem Kegelrad 21 desselben Durch- ao messers, das im rechten Winkel zu dem Kegelrad 20 angeordnet ist und die Trommel 26 während des Testvorgangs kontinuierlich dreht. Das bedeutet, daß bei jeder Umdrehung des Kegelrades 20 der Antriebsarm 18 schwingt und die Trommel 26 eine Um- »5 drehung ausführt. Um die Trommel ist eine Aufzeichnungsmantelfläche, im allgemeinen Aufzeichnungspapier, gewickelt, mit der ein Schreibstift 27 in Berührung treten kann. Der mittels einer Hubeinrichtung zum Kontakt mit der Aufzeichnungsmantelfläche steuerbare Schreibstift 27 wird durch einen Motor 31 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, z.B. mit 1 cm/Min., kontinuierlich in Axialrichtung der Trommel 26 mit Hilfe einer Spindel 29 entlang von Führungsstangen 30 bewegt. In diesem Fall zeichaet der Schreibstift 27 Schraubenlinien auf die Aufzeichnungsmantelfläche der Trommel 26.

Der Schreibstift 27 wird durch die Kontakte 44,45, die bei einer Verformung ± 0 geschlossen sind, und die Kontakte 46, 47, die bei einem Drehmoment + 0 geschlossen sind, gesteuert.

Die Aufzeichnungspunkte D₁.. .D_n (Verformung ± 0) beginnen mit einem Punkt auf der Oberfläche der Trommel 26, d. h. mit D_x. Der nächste Punkt D₂ liegt auf derselben Mantellinie der Trommel. Dies gilt auch für die weiteren Punkte D. Die Aufzeichnungspunkte F₁ ... F_n entsprechen den jeweiligen Punkten D₁ ... D_n. Wenn die Aufzeichnungsmantelfläche in Winkelgrade unterteilt ist, bei denen die Länge des Unifanges 360° beträgt, geben die Punkte F₁ .. .F_n direkt den dynamischen Verlustwinkel <5 an. Die Verlustwinkel-Zeit-Kurve wird durch das Verbinden der Punkte F₁^₁F_n erhalten.

Bei den vorstehenden Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die Durchmesser der Kegelräder 20,21 gleich sind, so daß die Drehzahl des Kegelrades 20 derjenigen der Trommel 26 entspricht. Die Drehzahl der Trommel 26 kann durch Veränderung des Durchmessers des Kegelrades 21 erhöht werden, wobei ein ganzzahliges Vielfaches zu wählen ist. Dadurch vergrößert sich die Genauigkeit der Aufzeichnung.

Die Steuerung der Hubeinrichtung über die Kontaktpaare 44, 45 und 46, 47 erfolgt derart, daß der Schreibstift 27 am Punkt D aufgesetzt und am Punkt F abhebt.

Wie F i g. 5 zeigt, ist es möglich, genaue Informationen über die optimale Härtung des Kautschuks zu erhalten, wenn die Drehmomentkurve und die Verlustwinkelkurve gleichzeitig aufgezeichnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ii ί von der Aufzeicnnungsmantelfläche veranlaßt wird

   **·■ Patentanspruch: «md mit einer zweiten Antriebsvenichtuflg für eine

   Relativbewegung zwischen der Trommel und dem

   Vorrichiung zum Aufzeichnen des dynamischen Schreibstift, die Meßwertfolgea gleicher Art als

   Vertustwiakels von Kautschuk- oder Kunststoff- S gerade Strichmarkierungen nebeneinander aufzuzeich-

   smaterialien für eine Einrichtung, durcii die einer- nen ermöglicht, wobei beide Antriebsvorrichtungen

   Seite durch eine Exzemervorrichtung eine in einer zugleich in Betrieb gesetzt werden.

   Probenkammer eingeschlossene und durch eine Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-OS

   Probenkammerheizung erhitzbare Kautschuk-oder 1473 443 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung

   Kunststoffmaterialprobe während der Vernetzung io wird der Schreibstift entlang der Aufieichnungs-

   periodischen Schwingungen ausgesetzt und ande- mantelfläche der Trommel parallel zu deren Achse

   rerseits durch eme Meßeinrichtung das bei den durch die Exzentervorrichtung hin und her bewegt,

   periodischen Schwingungen über die Probe über- und die Trommel wird jeweils am Ende einer Bahn

   tragene Drehmoment gemessen wird, mit einer des Schreibstiftes ruckartig um eine Stufe weiter-

   eine Aufzeichnungsmantelfläche aufweisenden und 15 gedreht. Derartige Hm- und Herbewegungen oder

   mittels einer ersten Antriebsvorrichtung dreh- ruckartige Bewegungen haben Ungenauigkeiten auf

   baren Trommel und mit einem Schreibstift, der Grund eines sich bildenden Spiels und des Auftretens

   mittels einer von der Meßeinrichtung elektro- von Totpunkten zur Folge. Die Hubeinrichtung des

   mechanisch gesteuerten Hubeinrichtung vim Auf- Schreibstiftes wird bei der bekannten Vorrichtung

   setzen und Abheben auf die bzw. von der Auf- 20 dadurch gesteuert, daß ein der Verformung der Probe

   Zeichnungsmantelfläche veranlaßt wird und mit folgender Kontaktstift abwechselnd zwei Kontakte

   einer zweiten Antriebsvorrichtung für eine ReIa- betätigt, so daß sich die bei der Verformung der

   tivbewegung zwischen der Trommel und dem Probe ergebende Verzögerung aus einem Vergleich

   Schreibstift, die Meßwertfolgen gleicher Art als mit denjenigen Schaltzeitpunkten ermitteln läßt, die

   gerade Strichmarkierungen nebeneinander aufzu- »5 beim Fehlen einer Probe gelten. Diese Art der Steue-

   zeichnen ermöglicht, wobei beide Antriebsvor- rung der Hubeinrichtung ermöglicht nur eine unge-

   richtungen zugleich in Betrieb gesetzt werden, naue und nicht absolut eindeutige Ein- und Aus-

   dadurch gekennzeichnet, daß die erste schaltung des Schreibstiftes.

   Antriebsvorrichtung (20,21) die Trommel (26) in Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine Anzahl von kontinuierlichen Umdrehungen 30 Vorrichtung zu schaffen, die auf einfache und geversetzt, die gleich oder ein ganzes Vielfaches der naue Art eine unmittelbare Aufzeichnung des dyna-Zahl der der Probe (12') aufgezwungenen Schwin- mischen Verlustwinkels von Kautschuk- oder Kunstgungsperioden ist, daß die zweite Antriebsvor- Stoffmaterialien gestattet.

   richtung (28 bis 31) den Schreibstift (27) konti- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine nuierlich parallel zur Achse der Trommel (26) 35 Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, bewegt und daß die Hubeinrichtung durch von die dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Ander Exzentervorrichtung (19) gesteuerte Kontakte triebsvorrichtung die Trommel in einer Anzahl von (44,45) das Aufsetzen des Schreibstiftes (27) auf kontinuierlichen Umdrehungen versetzt, die gleich die Trommel (26) zu einem Zeitpunkt veranlaßt, oder ein ganzes Vielfaches der Zahl der der Probe zu dem die Verformung der Probe (12^ ±0 ist, 40 aufgezwungenen Schwingungsperioden ist, daß die und durch von der Drehmomentmeßeinrichtung zweite Antriebsvorrichtung den Schreibstift konti-(8) gesteuerte Kontakte (46,47) das Abheben des nuierlich parallel 2ur Achse der Trommel bewegt Schreibstiftes (27) von der Trommel (26) zu dem und daß die Hubeinrichtung durch von der Exzenter-Zeitpunkt veranlaßt, zu dem das Drehmoment vorrichtung gesteuerte Kontakte das Aufsetzen des ± 0 ist. 45 Schreibstiftes auf die Trommel zu einem Zeitpunkt