DE2059312C3 - Method for measuring the stress relaxation of a sample of an elastomeric material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Spannungsrelaxation einer Probe eines elastomeren Werkstoffs, bei dem die Probe unter Druck eingespannt gehalten ist und einer vorbestimmten, einmal und stoßartig wirkenden Kraft ausgesetzt wird, und bei dem danach die Relaxation der Probe gemessen wird.The invention relates to a method for measuring the stress relaxation of a sample of a elastomeric material in which the sample is held clamped under pressure and a predetermined, is exposed once and suddenly acting force, and then measured the relaxation of the sample will.

Bei den bekannten Prüfvorrichtungen und -verfahren zur Messung der Relaxation wird ein erheblicher Zeitaufwand benötigi. Dieser betragt für "in bekanntes Meßverfahren mehrere Stunden.With the known test devices and methods for measuring relaxation, a significant one becomes Time required This amounts to "in known" Measurement process several hours.

Außerdem wird zur Durchführung der Messung entweder aus einem Werkstück entnommene Materialprobe benötigt und/oder die Materialprobe oder das Werkstück im Laufe der Prüfung/erstört.In addition, either a material sample is taken from a workpiece to carry out the measurement required and / or the material sample or the workpiece in the course of the test / destroyed.

Aus diesen vorgenannten Gründen eignen sich die bekannten Meßverfahren nicht für die Prüfung von Serienerzeugnissen. Sie ermöglichen es nur. aus einer sehr großen Anzahl von Produkten einzelne Stücke zur Prüfung herauszugreifen.For these reasons mentioned above, the known measuring methods are not suitable for testing Serial products. They only make it possible. individual pieces from a very large number of products Single exam.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Prüfverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich wird, eine gute Prüfung in kürzester Zeit durchzuführen, wobei die Materialprobe mit Sicherheit nicht zerstört wird.The invention is therefore based on the object of creating a test method of the type mentioned at the beginning, with the help of which it becomes possible to carry out a good test in the shortest possible time, taking the material sample will certainly not be destroyed.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sirht die Erfindung vor, daß beim Verfahren der eingangs genannten Art die stoßartig einwirkende Kraft eine aus einem vorbestimmten Hub eines Elements hergeleitete Biege- bzw. Torsionskraft ist, die auf einem Bogen von konstanter vorbestimmter Amplitude von nicht mehr als 10" auf die Probe einwirkt.To solve this problem, the invention provides that in the method of the initially mentioned type the force acting in a jerky manner derived from a predetermined stroke of an element Bending or torsional force acting on an arc of constant predetermined amplitude of not more than 10 "acts on the sample.

Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, die Kraft in weniger als einer Hundertstelsekunde auf die Probe aufzubringen.It has been found to be particularly useful to apply the force in less than a hundredth of a second Apply sample.

Diese Maßnahmen ermöglichen es, die Messung einer sehr großen Anzahl von Serienprodukten im Auswahlverfahren vorzunehmen oder gar alle Produkte einer Fertigungsserie nacheinander zu messen.These measures make it possible to measure a very large number of series products in the selection process or even to measure all products of a production series one after the other.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung.Further advantageous refinements of the invention emerge from the related claims with the following description.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielweise näher erläutert, und zwar ist:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings, by way of example is:

Fi g. 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung,Fi g. 1 is a front view of a preferred embodiment a device for carrying out the invention,

F i g. 2 eine Seitenansicht der in F i g. 1 wiedergegebenen Vorrichtung,F i g. FIG. 2 is a side view of the FIG. 1 reproduced device,

Fig.3 ein Grundriß der in Fig. I wiedergegebenen Vorrichtung,FIG. 3 is a plan view of that shown in FIG Contraption,

Fig.4 die Wiedergabe einer das Nachlassen der Spannung in einer Probe zeigenden Kurve,FIG. 4 is a reproduction of a curve showing the relaxation of the stress in a sample,

F i g. 5 die Wiedergabe einer Kurve, die am Ausgang der Prüfvorrichtung erhalten wild, undF i g. 5 reproducing a curve that received wild at the output of the tester, and

Fig.6 die Wiedergabe einer Kurve, die von der Prüfvorrichtung bei einem nach der Darstellung von F i g. 5 unterschiedlichen Werkstoff erhalten wird.6 shows the reproduction of a curve which is generated by the test device in a according to the illustration of F i g. 5 different material is obtained.

Die Vorrichtung nach den F i g. 1 bis 3 umfaßt ein Grundgestell 10, mit welchem ein Tisch 11 mittels eines geeigneten Rahmens 12 über waagrechte Tragarme 13 verbunden ist. Der Tisch 11 trägt ein feststehendes Gesenkteil 14, welches eine Ausnehmung 15 besitzt.The device according to FIGS. 1 to 3 comprises a base frame 10, with which a table 11 by means of a suitable frame 12 is connected via horizontal support arms 13. The table 11 carries a fixed one Die part 14 which has a recess 15.

Das Grundgestell 10 trägt ein Hubwerk 17 mit einem in ihm beweglichen Kolben 18 und einer Kolbenstange 19. Das Ende der Kolbenstange ist mit einem Träger 20 verbunden, dessen beiden Enden mit je einer Säule 21 bzw. 22 verbunden sind. Die Säulen 21 und 22 ragen durch die Tischplatte 11 hindurch nach oben und tragen das Querhaupt 25.The base frame 10 carries a lifting mechanism 17 with a piston 18 movable in it and a piston rod 19. The end of the piston rod is connected to a carrier 20, the two ends of which are each connected to a column 21 and 22 are connected. The pillars 21 and 22 protrude through the table top 11 and support the crosshead 25.

Die Säulen 21 und 22 sind von Gewindemuffen 26 und 27 umgeben, die sich auf der Oberseite des Tisches 11 abstützen. Die Gewindemuffen tragen Muttern 28 bzw. 29, die entlang der Gewindemuffen verstellbar sind und deren obere Stirnflächen Anschläge für das Querhaupt 25 bilden. Sie dienen so der Begrenzung der Htibbewegung, die durch das Hubwerk 17 ausgelöst wird.The columns 21 and 22 are surrounded by threaded sockets 26 and 27, which are located on the top of the table 11 prop up. The threaded sockets carry nuts 28 and 29, which are adjustable along the threaded sockets and the upper end faces of which form stops for the crosshead 25. They thus serve to limit the Htib movement triggered by the lifting mechanism 17 will.

Das Querhaupt 25 weist einen Ansät/ 30 auf, auf dem ein Hubzylinder Jl befestigt ist. der einen Kolben 12 mit einer Kolbenstange 33 besitzt. Die Kolbenstange 33 ist mit einer Mnßvorrichtiing 45 in geeigneter Weise verbunden. Diese Mehl iindererseits mit einer Stange 46 in Verbindung, die ihrerseits an tlas gegabelte Ende einer Stangu 35 angclcnkt ist. Das andere Ende derThe crosshead 25 has a suture / 30 on which a lifting cylinder Jl is attached. the one piston 12 with a piston rod 33 has. The piston rod 33 is fitted with a gage 45 in a suitable manner tied together. This flour in turn with a rod 46 in connection, which in turn end bifurcated at tlas a rod 35 is attached. The other end of the

gegabelten Stange 35 ist auf einer lotrechten Welle 36 verkeilt, die in dem Querhaupt 25 drehbar gelagert ist.The forked rod 35 is keyed on a vertical shaft 36 which is rotatably supported in the crosshead 25.

Das untere Ende der Welle 36 trägt einen starr mit ihr verbundenen, kegelförmigen Prüfkörper. Die Formgebung dieses Prüfkörpers 37 stimmt mit der der Ausnehmung 15 in dem Gesenkteil 14 überein. Der Prüfkörper 37 besitzt eine gezahnte Mantelfläche.The lower end of the shaft 36 carries a conical test body rigidly connected to it. The shaping this test body 37 corresponds to that of the recess 15 in the die part 14. Of the Test body 37 has a toothed outer surface.

Das Querhaupt 25 trägt außerdem einen Anschlag 38, der eine Bohrung 39 besitzt, durch die die Kolbenstange 33 hindurchragt. Eine auf der Kolbenstange verstellbar angeordnete Mutter 41 arbeitet mit dem Anschlag 38 zusammen, und zwar in der Weise, daß der Weg der Kolbenstange auf ein bestimmtes Maß begrenzt werden kann.The crosshead 25 also carries a stop 38 which has a bore 39 through which the piston rod 33 protrudes through. A nut 41 adjustably arranged on the piston rod works with the stop 38 together, in such a way that the path of the piston rod can be limited to a certain extent can.

Mit der Prüfvorrichtung 45 ist über Leitungen 47 und 48 ein Registriergerät 50 verbunden, welches die Ausgangsleistung des Belastungsprüfers aufzeichnet. Zur Darstellung gelangt hierbei das Drehmoment im Verhältnis zur Zeit, so daß Diagramme entstehen, wie sie in den F i g. 4—6 dargestellt sind.With the test device 45 a recording device 50 is connected via lines 47 and 48, which the Records output power of the load tester. The torque is shown in the Relationship to time, so that diagrams arise as shown in FIGS. 4-6 are shown.

Ein für diese Anwendung geeignetes Registriergerät ist z. B. das von der Fa. Honeywell hergestellte Modell Visicorder Nr. 1508.A registration device suitable for this application is z. B. the model manufactured by Honeywell Visicorder No. 1508.

Es ist an dieser Stelle noch zu erwähnen, daß der Prüfkörper 37 auch eine andere geeignete Form besitzen kann und nicht notwendig kegelförmig gestaltet sein muß.It should also be mentioned at this point that the test body 37 also has another suitable shape can have and does not necessarily have to be conical.

Zur Werkstoffprüfung wird eine Werkstoffprobe in die Aufnehmung 15 eingelegt. Danach wird der Druckzylinder 17 in Tätigkeit gesetzt, wodurch der Jo Kolben 18 nach unten bewegt wird und das Querhaupt 15 ebenfalls nach unten fährt. Dabei wird der Prüfkopf 37 auf die Werkstückprobe gepreßt bis das Querhaupt an die Muttern 28, 29 anschlägt. Dabei wird die Werkstoffprobe unter Druck eingespannt gehalten.A material sample is placed in the receptacle 15 for material testing. After that, the Pressure cylinder 17 put into action, whereby the Jo Piston 18 is moved downwards and the crosshead 15 also moves downwards. In doing so, the probe 37 pressed onto the workpiece sample until the crosshead hits the nuts 28, 29. The Material sample held clamped under pressure.

Nunmehr wird der Druckzylinder 31 beaufschlagt, und die Kolbenstange 33 beaufschlagt die gegabelte Stange 35. die nun der Welle 36 eine kleine vorbestimiTue Drehbewegung erteilt, deren WinkelmaD von der Anschlagmutier 41 bestimmt wird. Diese Drehbewegung erfolgt über einen Winkel bis zu 10°, vorzugsweise jedoch von 1° bis4°.Now the pressure cylinder 31 is acted upon, and the piston rod 33 acts on the forked one Rod 35. which now gives the shaft 36 a small predetermined rotational movement, the angular dimension of which is determined by the stop mutier 41. This rotary movement takes place over an angle of up to 10 °, but preferably from 1 ° to 4 °.

Durch diese Drehbewegung übt der Prüfkopf auf die Werkstückprobe ein ganz bestimmtes Drehmoment aus.As a result of this rotary movement, the test head exerts a very specific torque on the workpiece sample.

Die Meßvorrichtung 45 mißt nun den Betrag der Relaxation, die in der Probe auftritt und gibt entsprechende Signale an das Registriergerät 50.The measuring device 45 now measures the amount of relaxation that occurs and gives in the sample corresponding signals to the registration device 50.

Die in der Werkstoffprobe auftretende Torsionsbeanspruchung erzeugt ein Rückdrehmoment, das in der Größenordnung von Sekunden aufgezeichnet wird. Die Belastung der Probe erfolgt stoßartig innerhalb von 2—10 Millisekunden. Dies ist das Zeitintervall, welches den Anstieg der Kurve in Fig.4 von 0 bis zu einem Wert von 42,5 bewirkt.The torsional stress occurring in the material sample creates a back torque that is in the Order of seconds is recorded. The load on the sample occurs abruptly within 2-10 milliseconds. This is the time interval which the rise of the curve in Fig. 4 from 0 to a Value of 42.5 causes.

Das Abklingen dieses Wertes ist beispielsweise über einen Zeitraum von 5 Sekunden registriert.The decay of this value is registered over a period of 5 seconds, for example.

Obwohl in dem Meßgerät 45 ein bestimmtes Spiel auftritt, das in der Größenordnung eines 0,001 Millimeters liegt, kann doch das auf die P'obe ausgeübte Drehmoment als definiert angesehen werden. Wie Fig.4 zeigt, ist innerhalb einer Sekunde nach der Belastung der Probe auf etwa 12 Einheiten und nach 3 Sekunden auf etwa 9 Einheiten abgeklungen. Es wurde festgestellt, daß bei einer Wahl von 37% des maximal aufgebrachten Drehmoments, welches 42,5 Einheiten beträgt, ein Wert von 15,7 Einheiten erreicht wird. Das ist das Rückdrehmoment, das in etwa '/2 Sekunde erreicht wird und einen Vergleichswert für die Ergebnisse mit anderen, auf die gleiche Weise behandelten Proben ergibt.Although a certain amount of play occurs in the measuring device 45, which is of the order of magnitude of 0.001 Millimeters can be exercised on the P'obe Torque can be seen as defined. As Fig.4 shows, is within a second after the Loading of the sample to about 12 units and after 3 seconds to about 9 units. It was found that with a choice of 37% of the maximum applied torque, which is 42.5 units a value of 15.7 units is achieved. That's the back torque that's about 1/2 second is achieved and a benchmark for the results with others, in the same way treated samples results.

Für weitere Beispiele der Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die F i g. 5 und 6 Bezug genommen, welche die Ergebnisse der Untersuchungen von 2 unterschiedlichen Proben G und B erläutern, die aus einem Styrol-Butadien-Kautschuk hergestellt sind, der Ruß und Öle enthält.For further examples of the use of an inventive Procedure is referred to the F i g. 5 and 6 which show the results of the investigations of 2 different samples G and B, which are made from a styrene-butadiene rubber containing soot and oils.

Versuchattempt Verbindunglink HubHub Zeit zu 37%Time to 37% Maximale
!»rehmoment-
einheitenMaximum
! »Torque
units ZeitTime Vergleich
Drehmoment
einheitencomparison
Torque
units 11 GG 4040 2 see2 see 136136 585 %585% 109%109% BB. 4°4 ° 11,7 see11.7 see 148148 22 GG 3°3 ° 4,5 see4.5 see 119119 415%415% 1 !0 %1! 0% BB. 3°3 ° 18,7 see18.7 see 131131 33 GG 2°2 ° 8,2 see8.2 see 100100 277%277% 116%116% BB. 2°2 ° 22,7 see22.7 see 116116 44th GG 1°1 ° 14,2 see14.2 see 7171 243 %243% 111%111% BB. 1°1 ° 34,6 see34.6 see 7979

Derartige Verbindungen G und B sind Mustermengen, die als mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften versehen geliefert und bezeichnet werden; beim Verarbeilen wurde jedoch die Masse G als mit guten Verarbeitungseigenschaftcn versehen ermittelt, während die andere Masse B schlechte Verarbeitungseigenschaftcn auswies. Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung wurden die Kurven der Fig. 5 und 6 erhalten, indem zuerst der Gesenkteil um einen Hub von 4° auf einer Probe mit einer Dicke von 2,5 mm gedreht wurde. Es wurden dann die WeUc erhalten, die in der obigen Tabelle niedergelegt sind. Andere Versuche mit der gleichen Probe wurden mit verschiedenen Hubwinkeln gemacht, wie angegeben, und ergaben gleiche Kurven, doch sind nur »jie Werte in der obigen TabelleSuch compounds G and B are sample sets believed to have similar physical properties supplied and labeled; when processing, however, the mass G was considered to be good Processing properties provided, while the other compound B has poor processing properties expelled. With the device described above, the curves of FIGS. 5 and 6 were obtained, by first rotating the die part through a stroke of 4 ° on a specimen with a thickness of 2.5 mm. The WeUc were then obtained, which are set out in the table above. Other attempts with the same samples were made with different lifting angles, as indicated, and gave the same curves, but only these are the values in the table above

ho wiedergegeben,ho reproduced,

Der erste mit der Probe G gemachte Versixh, wie angegeben mit einer Stärke von 2,5 mm bei einem Hub von 4° (Fig. 5) hatte ein maximales Drehmoment von 136 Einheilen zur Folge, wovon 37% 50,32 Drehmo-The first Versixh made with sample G, as indicated with a thickness of 2.5 mm with one stroke of 4 ° (Fig. 5) resulted in a maximum torque of 136 units, of which 37% 50.32

bi menteinheiten sind. Die notwendige Zeit, um 50,32 Einheiten zu erreichen, beträgt 2 see; dagegen hai die Probe B ein maximales Drehmoment von 148 Einheiten, wovon 37% = 54,76 Einheiten sind. Wenn man dembi ment units are. The time necessary to 50.32 Units to reach is 2 see; on the other hand they hai Sample B had a maximum torque of 148 units, of which 37% = 54.76 units. If you can

Prozentsat/ von B zu G bestimmt, erhall man 148 : 1 36 χ 100%. oder etwa 109%, wogegen man bei einem Vergleich der Zeiteinheiten von B zu G 11.7 : 2 χ 100% = 585% erhält. Der Versuch Nr. 2 wurde unter ähnlichen Bedingungen ausgeführt, abgesehen davon, daß den Proben eine Drehung um 3° erteilt wurde. Der Drehmoment-Prozentsatz war etwa derselbe wie beim Versuch I. jedoch war das Verhältnis der Zeit bei den Proben B : G in Prozenten ausgedrückt 415%. die noch den gewaltigen Unterschied zwischen den Proben zeigt. Wenn der Prozentsatz der Drehung verringert wird. ist das Prozentverhältnis der Relaxation geringer, clod' zeigen die erhaltenen Kurven und Werte, die Zuverlässigkeit beim Vergleich der Relaxation, die mit clciv beschriebenen Verfahren und Gerät erzielt wird.Percentage / determined from B to G, you get 148: 1 36 100%. or about 109%, whereas a comparison of the time units from B to G 11.7: 2 χ 100% = 585%. Experiment No. 2 was carried out under similar conditions, except that the samples were given a 3 ° rotation. The torque percentage was about the same as in Experiment I. however, the ratio of time in Samples B: G as a percentage was 415%. which still shows the huge difference between the samples. When the percentage of rotation is decreased. if the percentage relaxation is lower, clod 'is shown by the curves and values obtained, the reliability when comparing the relaxation that is achieved with the method and device described by clciv.

Ziir Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann die oben beschriebene Vorrichtung auch in abgewandelter Form Verwendung finden. So ist es nicht erforderlich, das Querhaupt 25 mit dem Prüfkopf 37 auf die Probe abzusenken, es ist vielmehr auch denkbar, das Gesenk 14 als Pnibenhslter gegen den Pri'ifkopf 37 mich oben /u fahren.The device described above can also be used in a modified form for carrying out a method according to the invention. So it is not necessary to lower the crosshead 25 with the probe 37 to the test, rather it is also conceivable the die 14 I / drive as Pnibenhslter against Pri'ifkopf 37 top u.

Hierzu .' IiIaIl /.lidFor this .' IiIaIl /.lid

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Messen der Spannungsrelaxalion einer Probe eines elastomeren Werkstoffs, bei dem die Probe unter Druck eingespannt gehalten ist und einer vorbestimmten, einmal und stoßartig wirkenden Kraft ausgesetzt wird, und bei dem danach die Relaxation der Probe gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßartig einwirkende Kraft eine aus einem vorbestimmten Hub eines Elements hergeleitete Biege- bzw. Torsionskraft ist, die auf einem Bogen von konstanter vorbestimmter Amplitude von nicht mehr als 10° auf die Probe ein wirkt. is1. A method for measuring the stress relaxation of a sample of an elastomeric material, at in which the sample is held clamped under pressure and a predetermined one, once and in a burst applied force, and then the relaxation of the sample is measured, characterized in that the force acting abruptly is one of a predetermined Stroke of an element is derived bending or torsional force acting on an arc of constant predetermined amplitude of not more than 10 ° acts on the sample. is 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen nicht mehr als 4° beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the arc is not more than 4 °. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft in weniger als einer Hundertsteisekunde auf die Probe übertragen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the force in less than one Hundreds of a second is transferred to the sample. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Relaxation in der Kraftübertragungskette zwischen der Probe und dem Antrieb des Elements erfolgt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the Relaxation takes place in the power transmission chain between the sample and the drive of the element. 5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -4, mit einer mittels eines Hubwerks angetriebenen Vorrichtung zum Einspannen einer Probe zwischen einer Haltevorrichtung und einem drehbar gelagerten und in einer Drehbewegung antreibbaren Prüfkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (37) mit einem Kurbelgetriebe (33—36) ve^'zünden ist, das als Antrieb einen Hubzylinder (31) enthält, und daß die Größe der Drehbewegung m'^-:els eines auf die Kolbenstange (33) des Hubzylinders einwirkenden, i> einstellbaren Anschlags(38,41)begrenzt ist.5. Device for performing a method according to one of claims 1 -4, with a device driven by a lifting mechanism for clamping a sample between a holding device and a rotatably mounted and rotatable test head, characterized in that the test head (37) with a crank mechanism (33-36) is ignited, which contains a lifting cylinder (31) as a drive, and that the magnitude of the rotary movement m ' ^- els an adjustable stop acting on the piston rod (33) of the lifting cylinder ( 38.41) is limited. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannkraft für die Probe mittels Anschlägen (28 bzw. 29 und 25) einstellbar ist, die die Bewegungdes Hubwerks(17,18)begrenzen.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the clamping force for the sample means Stops (28 or 29 and 25) is adjustable, which limit the movement of the lifting mechanism (17,18). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kolbenstange (33) des Hubzylinders und der den Prüfkopf (37) antreibenden Kurbel (35) eine Meßvorrichtung (45) angeordnet ist, die ein Registriergerät (50) speist. 4',7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized characterized in that between the piston rod (33) of the lifting cylinder and the test head (37) driving crank (35) a measuring device (45) is arranged, which feeds a recording device (50). 4 ',