DE2326256A1

DE2326256A1 - Pruefgeraet zur bestimmung physikalischer eigenschaften von elastomeren

Info

Publication number: DE2326256A1
Application number: DE2326256A
Authority: DE
Inventors: Paul William Karper; John Paul Porter
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1972-05-23
Filing date: 1973-05-21
Publication date: 1973-12-06
Also published as: DE2326256C3; US3818751A; JPS5534892B2; GB1379356A; JPS4951996A; CA971382A; DE2326256B2

Description

Dr.-Ing. Ρ.Κ_β Holzhäuser . ' 2326255

Dipl.- Met» W. Goldbach

Patentanwälte
605 Offenbach a.M.
Herrnstr» 37

The Β» P_e G-oodrich Company
Akron, Ohio (V.St.Ao)

Prüfgerät zur Bestimmung physikalischer Eigenschaften von Elastomeren,

Die Herstellung von Gegenständen aus Blastomeren verlangt eine Kenntnis der Verarbeitungseigenschaften dieser Elastomere. Bine bedeutsame Verarbeitungseigenschaft ist die Art, in der das Material auf Beanspruchungen reagiert, und die nötige Zeit, in welcher sich das Material von der Beanspruchung erholt« viird eine ülastomerprobe einer vorübergehenden Drehverformung vorherbestimmter Größe unterworfene, so ist j wie man jetzt weiß, die Zeit_s in welcher die erfolgte Beanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Maximums abklingt oder sich verringert_t eine gute Angabe der Bearbeitbarkeit des Elastomers und ebenso ein bedeutsames Kennzeichen des vulkanisierten Elastomers . Deswegen sind Prüfgeräte entwickelt worden, um eine Elastomerprobe einer solchen Prüfung zu unterziehen und die Ergebnisse mittels einer Registriergeräts aufzuzeichnen. Das verlangt eine genaue Anzeige der Eigenschaft des Elastomers,, die als Beanspruchungsrelaxation bekannt ist, die sich aber leider für eine Herstellungskontrolle nicht eignet, weil die Aufzeichnung und Deutung einer

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Kurve für jede untersuchte Probe dabei notwendig wurde.

Die vorliegende Erfindung bietet ein 'verbessertes Gerät zum Prüfen der Reaktion einer Elastomerprobe auf eine vorherbestimmteρ vorübergehende Drehverformung bei einer vorhergewählten Temperatur, liefert eine Zahlenangabe der G-röße der sich ergebenden Beanspruchung^ legt fest, wann diese Beanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts abgeklungen ist und liefert eine zahlenmäßige Angabe des Zeitintervals, das für das vorherbestimmte Abklingen oder die Erholung von der Beanspruchung notwendig ist, und ebenso einen Zahlenwert für den Bereich unter der Beanspriichungs-Zeit-Kurve für eine vorherbestimmte Zeit nach der Höchst beanspruchung», Dieser letztgenannte Viert, der kennzeichnend für die Form der Kurve ist, ergibt zusammen mit dem Zahlenwert der Höchstbeanspruchung einen bedeutsamen Aufschluß über die Verarbeitungseigenschaften des Elastomers. - ■

Das Gerät kann zusätzlich eine automatische Zeitverzögerung und eine Heizeinrichtung für die Probe haben, so daß die Prüfung nicht durchgeführt wird, bis ein genügendes Zeitintervall verstrichen ist, nachdem die Probe in das Gerät eingelegt worden ist, um sicherzustellen, daß sie die richtige Temperatur hat. Die durchgeführte Untersuchung wird automatisch schnell mit einem Mindestmaß an Aufmerksamkeit seitens der Bedienungsperson angestellt, und die Ergebnisse werden in Form leichtabzuikesender Zahlenwerte geliefert, so daß das Gerät ohne weiteres zu einer Herstellungskontrolle von Elastomeren oder Elastomer enthaltenden Gegenständen geeignet ist«

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v'/eitere und zusätzliche Vorteile und neuartige Merkmale des verbesserten Prüfgeräts ergeben sich, aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen » die einen Teil der Anmeldung bilden.

In der Zeichnung ist

Pig. 1 eine Vorderansicht eines die bevorzugte Ausführung der Erfindung verkörpernden G-eräts,

Pig. 2 eine Seitenansicht der in Pig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Pig. 3 eine Aufsicht auf den Oberteil des Geräts nach Pis. 1 und 2,

Pig. 4 eine vergrößerte Ansicht, teils im Schnitt und teils von der Seite, der Halteeinrichtung für den oberen Teil der das Probestück erfassenden Sinri cht ung,

Pig. 5 eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils der das Probestück erfassenden Einrichtung, teils im Schnitt und teils in Seitenansicht,

Pig. 6 eine typische Kurve der Beanspruchung in einer Slastomerprobe, die einer vorherbestimmten, vorübergehenden Verformung durch das gezeigte Gerät unterworfen worden war,

Pig. 7 ein schematisches Leitungskreuzdiagramm eines Teils des elektrischen Stromkreises für das Gerät mit Wiedergabe der Steuerungen für die Temperaturregelung und Verforming der Probe und

Pig. 8 ein Schaltschema der Bestückung des Stromkreises

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für das Gerät mit der Wiedergabe der verschiedenen numerischen Ablesungen, die kennzeichnend für die Höchstbeanspruchung der Ealxation sind.

Die zur Zeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung so wiedergegeben, daß sie ein im wesentlichen rechteckigen Rahmen aus Geeigneten Konstruktionselementen mit einer Unterlage 10, senkrechten Pfeilern 11 und Deckengliedern 12 hat» Zwischen der Unterlage 10 und den Deckenteilen 12 sitzt ein mit Öffnungen versehener Zwischenteil oder Tisch 13. "Von dem Tisch. 13 ragen vier senkrechte Führungspfosten 14 nach oben, deren obere Enden mit einem Boden 15 verbunden sind und diesen tragen. Eine Platte 16 ist gleitend auf den Pfosten 14 geführt. Die Platte 16 kann senkrecht infolge einer Verbindung mit der Kolbenstange 17 eines Kolbens 18 in einem Druckzylinder 19 bewegt werden, der ro.it iiin- und Auslassen 20 und 21 für Druckflüssigkeit versehen ist. Der Zylinder 19 sitzt in geeigneter "Weise auf der Unterlage 10.Aus £"ig. 5 erhellt, daß die Platte 16 an das Planschende der Kolbenstange 17 und eine Probenhalteplatte 22 oben an die Platte \6 mit einem Kissen 23 aus Isoliermaterial dazwischen angeschraubt ist. Die Probenhalteplatte 22 ist aus die Wärme gut leitendem Material, wie Aluminium, geformt und mit einer Anzahl seitlicher Höhlungen 24 für einen Heizkörper und einer weiteren seitlichen Höhlung für ein auf die Temperatur ansprechendes Grerät, wie ein Thermoelement, versehen. Die Halteplatte 22 ist an ihrer

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Oberfläche ebenfalls mit einer im wesentlichen kegelförmigen Ausnehmung Versehens, in der ein kegeliger Probenbehälter 26 herausnehmbar befestigt ist_o Der Probenbehälter hat eine nach oben gerichtete, kegelige Höhlung, welche die zu untersuchende Elastomerprobe aufnehmen kann_e Die Innenfläche des Probenbehsälters kann mit etwa" radial verlaufenden G-raten und Riefen oder auch mit einer geeigneten Oberfläche versehen sein? um eine eingelegte Probe an einer Drehung gegenüber dem Behälter zu hindern.

In senkrechter Ausrichtung- zu dem Probenbehälter 26 ist der Boden 15 mi^ einem senkrecht nach unten ragenden, im allgemeinen kegelförmigen Rotor 27 für die Proben versehen» Die Rotorobörfläche kann mit einer Anzahl radial

te

verlaufender Riefen und Nuten oder einem sonstigen Muster versehen SeIn₉ um eine Relativbewegung zwischen dem Rotor und der Oberfläche der von ihm erfaßten Probe zu vermeiden, wie noch erläutert wird»

Pig. 4 läßt erkennen, daß der Rotor 27 abnehmbar an dem unteren Bnde einer Hohlwelle 28 befestigt ist, die dreh-

29 beweglich, im Boden 15 in geeigneten Lagern sitzt. Ein Isoüsrkissen 30 ist zwischen den Hotor 27 und das Snde der Welle 28 gesetzt, die vorzugsweise in einer Buchse 31 sitzt_o Bin Heizkörper 32 sitzt in dem Rotor 27, und seine Zuleitungen gehen durch die Bohrung der Welle 28· Ein Temperaturfühler 33, wie ein Thermoelementρ ist ebenfalls in dem Rotor vorgesehen·

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Das obere Ende der Welle 28 ist undrehbar mit einem radial verlaufenden Arm 34 verbunden, dessen äußeres Ende über eine einstellbare Verbindungsstange 35 mit einem Ende mxk eines elektrischen Belastungsmessers oder einer Belastungszelle 36 verbunden ist, vgl» Fig* t - 3» Das andere Ende des Belastungsmessers 36 steht mit der Kolbenstange 37 eines Druckzylinders 38 in Verbindung, der die üblichen (nicht gezeigten) Bin- und Auslässe hat. Der Zylinder 38 sitzt sin geeigneter Weise auf einem Träger an dem Rahmen des Geräts, wobei die Kolbenstange durch den Halter 39 auf dem Boden 15 gleiten kann» Die Kolbenstange 37 ist mit Gewinde und beiderseits des Halters 39 mit Kuttern 40 und 41 versehen? um den Hub der Kolbenstange 37 und damit den Bogen der Bewegung des Rotors 27 einstellbar begrenzen zu können.

Ein Mittel zur Begrenzung der Annäherung des Probenbehälters oder Stators 26 an den Rotor 27 ist durch einen oder mehrere Anschläge gegeben, die von dem Boden 15 getragen werden und mit der Platte 16 in Singriff kommen können. Wie hier gezeigt, dient als Mittel ein Paar senkrecht stehender Schrauben 42, die mit Gewinde dusch die Platte 15 gehen und deren untere Enden in die Lage kommen, die Platte 16 zu berühren. Jede Schraube 42 ist mit einer Mutter 43 versehen, um sie in der eingestellten Lage.zu halten. Eine geeignete Abstandsmeßeinrichtung 44 kann ebenfalls auf dem Boden 15 vorgesehen sein und mit der Platte 16 in Eingriff kommen, um die Stellungen dieser Teile zuein—

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ander und damit die Nähe des Rotors 27 zum Stator 26 anzuzeigen. Das ist wünschenswert, um eine Probenhöhlung vorherbestimmter Größe zwischen diesen Teilen vorzusehen. Die Platte 16 kann mit einem einstellbaren Anschlag 45 versehen werden, der zu dem Arbeitskolben des Messers 44 ausgerichtet ist, um dessen Nullstellung zu erleichtern.

Die Kontrollen und Anzeigevorrichtungen für das Gerät, sitzen vorzugsweise an der Yorderwand 46. Die Anzeigevorrichtungen umfassen Temperaturanzeiger 47a und 47"b für den Stator und Rotor und drei namerische Anzeiger 48, 49 und 50 zur Anzeige der höchsten Drehb'eanspruchung in-der Probe, die Zeit, die benötigt wird, um die Beanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts zurückzuführen, und das Integral der Drehbeanspruchung in der Probe für eine vorherbestimmte Zeit. Inmitten der Bedienungsanlage ist ein Bin- und Aus-Schalter 51 und ein von Hand und automatisch zu bedienender Wählschalter 52. Jeder Heizkörper für den Stator und Rotor ist mit eigenem Ein- und Aus-Schalter 53, 54 und Temperaturreglern 55» 56 versehen. Auf der Yorderwand 46 sind auch zwei Druckknopfschalter 57, 58 vorgesehen, welche die Bewegung des Probenbehälters 26 in eine die Proben erfassende Stellung steuern, und weiter Druckknopfschalter 59, 60, um den Rücklauf des Probenbehälters in die in der Zeichnung gezeigte Stellung zu bewirken, welche die Offen-Stellung ist. Zu den Druckknöpfen 57, 58 gehört eine Anzeigelampe 61 und zu den Druckknöpfen 59, 60 eine Anzeigelampe 62, um die Arbeitszustände der von den Druckknöpfen gesteuerten Stromkreise anzugebem.

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Aus den Pig. 7 und 8 der Zeichnung erhellt, daß elektrische Energie für das G-erät von einer geeigneten Quelle von 110 - 115 "V" Wechselstrom gelifert wird, wie aus den Leitungen 63, 64 und der Erdleitung 65 hervorgeht. Eine Regelun.2· der Energiezufuhr zu dem G-erät wird durch den Ein- und Ausschalter 51 beweirkt, der in der "Ein-"8tellung elektrische Energie über sicherungen 66, 67 zu dem Starkstromnetz 68, 69 des Geräts liefert. Heizenergie wird den Heizkörpern im Stator 26 und im Rotor 27 unter Steuerung durch die Temperaturregler 55 und 56 heim Schließen der Schalter 53 und 54 geliefert. Die jeweilige Temperatur des Stators und Rotors wird an den Temperaturanzeigern 47a und 47b angezeigt. Ein Schließen des Schal·- ters 51 liefert ebenfalls Energie an ein Netzvorschaltgerät 70, das für einen geeigneten niedergespannten Gleichstrom für den Belastungsmesser 36 sorgt, vgl. Fig. 8.

Die Abmessungen des Probenbehälters 26 und des Rotors 27 sind so, daß eine Probe von 5 mal 5 cm und 0,6 cm Dicke genügend Haterial liefert, um den Raum zwischen dem Probenbehälter und dem Rotor ganz auszufüllen, wenn diese sich in der Stellung des Erfassens der Probe befinden und etwas von der Probe zwischen den Endteilen der Höh- " lung übersteht, welche zwischen Rotor und Stator gebildet ist. Die Schrauben 42 werden so eingestellt, daß bei einem Erfassen der Probe zwischen Rotor und Stator in deren von den Schrauben 42 begrenzter Stellung, wenn die Kolbenstange 18 aufwärts geht, die Probe unter einem vorherbestimmten Druck steht.

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Der Bin- und Ausschalter 51 wird in die ^I8Bin"-St ellung gebracht und der Schalter 52 auf automatischen Betrieb gestellt,, Dme Temperatur, bei der die Probe untersucht werden soll, wird durch eine entsprechende Einstellung der Temperaturregler 55 und 56 gewählt,, und die Schalter 53 und 54 werden betätigt, wenn der Versuch nicht bei Raumtemperatur durchgeführt werden soll* Zeigen die Temperaturanzeiger 47a und 47b an, daß die vorherbestimmte Temperatur für Stator und Rotor erreicht sind, wird die Probe über die Höhlung im Probenbehälter 26 gelegt und werden die Druckknopfe 57 und 58 gleichseitig betätigt. Es sind zwei Druckknopfe vorgesehen, um die Bedienungsperson zu zwingen, beide Hände zu benutzen, und auf diese Weise eine Betätigung zu ,verhindern, während die Bedienungsperson die Probe in Stellung bringt_o *

Da.s Schließen der Schalter 57 und 58 erregt aas Solenoid 71 eines üblichen elektromagnetischen Luftventils_? um. Druckluft in den unteren Teil das Zylinders 19 durch den Einlaß 21 strömen zu lassen» Das bewegt den Kolben 18 und die Platte 16, auf welcher der Probenbehälter 26 und die Probe liegen, nach oben, bis die Platte 16 die Sehrauben 42 erfaßt» Diese Schraubten sind vorher so eingestellt _e daß beim Erfassen der Platte 16 die Probe vom Rotor 27 erfaßt und fest in die Höhlung des Probenbehälters 26 unter einem vorherbestimmten Brück gepreßt wird« ¥@mi diese Stellung erreicht ist, berührt ein einstellbarer Anschlag 72, der auf der Platte 16 sitzt, den G-renzselisl·- ter 73 und betätigt ihn, vgl« auch Figo Z₀ Die Betätigung des Schalters 73 schließt seine Kontakte 73a und

73b. Das Schließen des Kontakts 73a bildet einen Haltekreis um die Schalter 57 und 58, die jetzt abgeschaltet werden können, und das Solenoid 7t bleibt erregt, um die Zufuhr von Brukcluft zum Zylinder 19 fortzusetzen, woduroh der Probenbehälter 26 in Halte™-und Druckstellung gegenüber dem Rotor 27 gehalten wird«, Das Schließen der Kontakte 73b läßt die Lampe 61 aufleuchten, um der Bedienungsperson anzuzeigen, daß die Druckknöpfe 57 und 58 losgelassen werden können»

Das Schließen des Kontakts 73b liefert ebenfalls Strom über den handbedienten oder automatischen Schalter 52 und erregt das Solenoid 74« Das Solenoid 74 ist ein einstellbares Verzögerimgsrelais, das eingestellt wird, um ein© Verzögerungbis zu 55 see zu erhalten, so daß die von dem Rotor 27 und dem Stator 26 erfaßte Probe Zeit hat, die vorherbestimmte Temperatur anzunehmen»

Ist die vorherbestimmte Zeit verstrichen, schließt das Verzögerungsrelais 74 seine Kontakte 74a und 74b. Das Schließen des Kontakts 74a bildet einen Stromkreis zu dem in Pig» 8 gezeigten Anzeige- und Aufzeichnungskreis, wie nachstehend erläutert wird,, Das Schließen des Kontakte 74b bildet einen. Kreis zur Erregung der Spule 75 eines pneumatischen Verzögerungsrelais, das nach, einer bestimmten Zeit bis zu. 6 see einen Druckluftstoß an den Zylinder 38 gibt und damit den Rotor 27 um einen vorherbestimmten Betrag dreht, der durch die Einstellung der Muttern 40 und 41 gewählt wurde. Zweckmäßig beträgt die Bewegung 4 Bogengrade und wird so aus£*geführt, daß die Höchstbeanspru-

chung in der Probe in etwa 0,005 sec erzielt wird und zu schwinden oder abzuklingen beginnt, wie es die Fig. 6 zeigt, die eine graphische Wiedergabe der Drehbeanspruchung ist, welche in einer Elastomerprobe von dem G-erät erzeugt wird.

In Anbetracht der im allgemeinen exponent!eilen Haimr des Beanspruchungsschwunds wird vorzugsweise nicht versucht, die Zeit zu messen, nach welcher der vollständige Sehwund eingetreten ist, sondern es wird besser die Zeit gemessen, in der die Höchstbeanspruchung auf einen Punkt abklingt, in dem sie auf einen Betrag verringert ist, so daß ein weiterer Schwund viel langsamer erfolgt. Aus der Form der Kurve in Fig. 6 erhellt, daß dies eintritt, wenn der Beanspruchungsschwund in der Probe zu etwa zwei Dritteln vervollständig ist. Es wurde aber gefunden, daß eine Messung etwas eher ebenso zuverlässige Ergebnisse zeitigt, wenn die Untersuchung beschleunigt wird. Daher wird zweckmäßig der Meßpunkt der Zeit für den Schwund an dem Intervall gewählt, an dem die Beanspruchung auf 37,5 $> des Höchstwerts abgeklungen ist»

Es wurde ebenso gefunden, daß eine sehr gute Angabe der Verarbeitungseigenschaften von Elastomeren durch die Form der Drehbeanspruchung-Zeit-Kurve, besonders den Teil vom Höchstwert bis zu einem Bereich erhalten wird, der in einem sehr kurzen Zeitintervall, z.B. zwei Sekunden nach dem der Probe erteilten Drehimpuls, erreicht wird. Daher wird durch Integrieren des Bereichi unterhalb der Drehbeanspruchung-Zeit-Kurve und Division durch die Höchstdreh-

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beanspruchung ein Nennwert erhalten, der die Verarbeitbarkeit des Elastomers gut kennzeichnet. Dieser Wert ist insbesondere für Elastomere wichtig, bei denen die Kurvenform so ist,, daß das iinderungsmaß nahe dem Bereich von 37,5 fo des Höchstwerts klein ist und deswegen die mechanische Reibung in dem ^u'erät beachtliche Fehler beim Ablesen der Zeitintervalle bedingen kann«

Fig. 8 ist ein vereinfachtes Schaltschema der Einrichtung zum Durehführen der gewünschten Messung des Höchstwerts der in der Probe auftretenden Drehbeanspruchung, des Zeitintervalls, das für ein Abklingen der Beanspruchung auf 37,5 % des Höchstwerts benötigt wird, und des Integrals der Drehbeanspruchungskurve für eine vorherbestimmte Zeit von zwei Sekunden,- Jeder dieser Werte wird numerisch für sich von einem Digitalgerät angezeigt.

Die Drehbewegung des Rotors 27, der schnell die Probe durch Drehung beansprucht, und das abschließende Abklingen der Probenbeanspruchung erzeugen Kräfte, die auf den Belastungsmesser 36 wirken, um ein stetiges, elektrisches Signal der Form zu erzeugen, das daneben in Fig. 8 erhalten wird. Vorzugsweise ist die Belastungszelle 36 ein elektrischer Beanspruchungsmesser und in der üblichen (nicht gezeigten) Brückenschaltung angeschlossen. Die Energie für den Belastungsmesser wird von der Gleichstromquelle 70 (Fig. 7) über Leitungen 76 und 77 geliefert.

Das Signal vom Belastungsmesser 36 wird über Widerstände 78 und 79 einem Verstärker 80 zugeführt, der das Signal

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nicht nur verstärkt, sondern auch, umkehrt, wie schematisch in Figo 8 neben dem Ausgang des Verstärkers gezeigt ist β Das verstärkte Signal geht dann durch den Widerstand 81 zu einem zweiten Umkehrverstärker 82, der mit seinen zugehörigen Widerständen und Kapazitäten als ein Tiefpaßfilter zur Verhinderung des Durchgangs von Ausgleiehspannungspitzen "dient» Die Wellenform des Signals beim Verlassen dieses Seils des Kreises ist in Figo 8 neben dem Verstärker* 82 wiedergegeben^

Danach geht das Signal zum Eingang eines Spitζendetektore 83, der ein bekanntes und für diesen Zweck ohne weiteres verfügbares Bie'ment ist» Der Spitzendetektor 83 wird von eines integrierten Schultung 84 gesteuert₉ die e±n<ß Multivibrator und ein Relais 85 hat«, Der Eingang zur Schaltung 84 geht durch einen Umkehwerstärker 82S₉ während das Relais 85 über eine Leitung 86a von einer Spannung®- quelle IjVS erregt wird., welche an die SolenoicLleitung 86s, durch die erwähnte Bewegung des Kontakts 74a (Figo 7) in die Kreis-Schließstellung angeschlossen wirdo Dadurch T-jur&e das Relais 85 gleichzeitig mit der Erregung &©r §pu° Ie 75 der pneumatischen Zeitverzögerung erregt _s so daß das Eelais 85 seine Kontakte .85a und 85b ertea 6 see» schloß, ehe der Druckluftstoß für die Brehbexfegung des Eotors 27 geliefert wurde_o

Das bereitete den Spitzendetektor 83 auf die Speicheri2&g und Zurückhaltung des vom Verstärker 82 erhaltenen Signals vor ο

Die Segenwart eines positiven Signals von Verstärker hindert das Signal vom Multivibrator der Schaltung 84 an einer Beeinflussung des Spitzendetektors für eine Zeit, die von den Kapazitäts- und Widerstandseigenschaften der Schaltung bestimmt wird, die so gewählt siH.d₉ daß diese Verzögerung die Größenordnung von Q,05 see» hat« "Wahrend dieser Zeit wird das Signal'vom'Verstärker Sä, welches die Beanspruchung in der Probe zum Ausdruck bringt, ohne Unterbrechung dem Spitzendetektor augeleitet, der den Spitzenwert des Signals speichert, "feie das Relais anschließend aberregt wird« Etwa. Q,Q5 see , nachdem die integrierte Schaltung 84 zeitweilig blockiert wax's, sendet sie Energie zu dem Spitζendetektor 83 in einer Weise, die jede Abnahme der Spitze des vom Verstärker 82 erhaltenen Signals verhindert, während das Bigaal nun infolge der Entspannung der in der ?robe induzierten Beanspruchung abnimmt.

Der im Spitzendetektor 85 gespeicherte Spitzenwert wird optisch an einem numerischen Voltmeter -48 bekanntes· Art angezeigt.» Dieses Voltmeter, das ein als Modell 20Q-4 you den lewport Laboratories ₉ Santa Ana_P Kalifornien!, auf den Markt gebrachtes Voltmeter sein kann«, kann Zahlen mit fünf Ziffern aufzeichnen» Das Signal zum Betätigen des numerischen Voltmeters 48 wird vom Sjäcfezendstektor 85 über leitungen 88, 89, CSR 9®, einen Widerstand 91 und einen Transistor 92 geliefert= Bin Anschluß an das numerische Voltmeter wird ebenfalls von der integrierten Schaltung über die Leitung 93, OR 94 und den

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mit dem Transistor 9§ verbundenen Widerstand 95 hergestellt. Die letztgenannte Schaltung wirkt in ähnlicher Weise auf den Spitzendetektor, indem sie nämlich das numerische Voltmeter ein positive laufendes Signal empfangen läßt, das die in der Probe auftretende Beanspruchung wiedergibt, und dessen Höchstwert beibehalten läßt.

Bs ist ebenso Vorkehrung dafür getroffen, das Zeitintervall von der anfänglichen Übertragung der Drehbeanspruchung in der Probe und dem Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Beanspruchung auf 37,5 ^a/o des Höchstwerts verringert ist. Dieses Zeitintervall, das im wesentlichen im Bereich von 0,15 see. bis 1,50 see. liegt, wird" optisch in Hindert st el-Sekund en auf einem fünfstelligen, numerischen Blektronenzähle 49 angegeben, der ein als Modell 1131-A von der Atec, Inc., Houston, Texas, auf den Harkt gebrachter Zähler sein kann.

Um den Zeitintervall-Zähler 49 zu betätigen, wird das Signal vom Verstärker 82, das die Beanspruchung in der Probe anziegt, über- eine leitung 97, einen Widerstand 98 und einen Umkehrverstärker 99 dem Zähler zugeführt. Die Aufgabe des Verstärkers 99 ist es, das andauernde Signal von der Belastungszelle 36 mit dem ausgewählten, prozentualen gespeicherten Spitzenwert vom Spitzendetektor 83, der über die leitung 100 dem Verstärker 101 zugeführt wird, zu vergleichen» Der Ausgang des Verstärkers 101 wird einem Potentiometer 102 zugeleitet, dessen beweglicher Kontakt 103 über einen Widerstand 104 mit dem Eingang des Verstärkers 99 verbunden ist. Der Kontakt 103 ist ein-

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gestellt, um den.gewünschten Prozentsatz des gesamten Spannungsabfalls wiederzugeben, der von dem gespeicherten Spitznewert bestimmt wird, der vom Spitzendetektor 83 erhalten wird. Bei der bevorzugten Ausführung; ist der Kontakt 103 eingestellt, um eine Spannung zu erzeugen, die 37,5 ^oß> der Spitze ist. Das wird mit dem Wert des fortlaufenden Signals vom Yersuchsstück verglichen, das vom Verstärker 82 geliefert wird« So lange der Wert des vom Verstärker 82 über die Leitung 97 gelieferten Signals geringer als des vom Kontakt 103 gelieferten ist, arbeitet der Verstärker 99 so, daß er den Zähler 49 arbeiten läßt. Wenn jedoch die signale rleich sind oder das Signal vom Kontakt 103 das von der Leitung 97 übertrifft, wird der Zähler angehalten und zeigt in numerischer Form' in Hundertstelsekunden die Zeitspanne vom Anfang der Probenverformung bis zur Verringerung der übertragenen Beanspruchung auf 37,5 fo des Höchstwerts. Das liefert zusammen mit dem Wert des an dem Ziffernvoltmeter 48 aufgezeichneten G-e samt drehmoment s eine gute Anzeige der Elastizität und Bearbeitbarkeit des Elastomers.

Der erwähnte Formfaktor oder das Integral der Beanspruchung-Zeit-Kurve für eine vorherbestimmte Zeitspanne, d. h. zwei Minuten, wird an einem Ziffernvoltmeter 50 in Zoll-Pfund-Sekunden angezeigt. Das ist möglich, weil die Spannungsleistung des Verstärkers 82 derart ist, daß 1,0 V einem Drehmoment von 100 Zoll-Pfund entspricht. Diese Ausgangsleistung wird über die Leitung 106 dem Verstärker 107 zugeführt, der als Integrierschaltung angeschlossen ist.-Das Anschalten, Abschalten und Eeueinstel-

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len des Integrator's 107 wird durch, wahlweise Betätigung zweier Feldtransistoren 108 und 109 bestimmt, die von einem monostabilen Multivibrator 110 und zwei Flip-Flops 111a und 111b gesteuert werden₀

Es sei daran erinnert, daß da© Relais 85 aberregt wird, Xfenn die Probenhöhlung on der Offen-Stellung ist_s Zu dieser ^eit ist der Integrator in der -^instellpbaseo Das Schließen der Probenhöhlung erregt das Relais 85, wie erwähnte Das schließt einen Stromkreis.von der Integrier= schaltung 84 über die Leitung 112 zum Flip-Flop 11tb und weiter über die'^e'itungen 113 und 114 zu dem jetzt geschlossenen Eontakt 85b„ Der Flip-Flop 111a und seinerseitsder monostabile Multivibrator HO werden aueh. erregt, I'Jenn die Probe durch die Drehbewegung des Hotors 27 beansprucht T'ii5?öLj, x-jiTä der Feldtransistor 108 leitend, während der Feldtransistor 109 nicht leitend gemacht wird_o Das leitet die Arbeit des Integrators 107 ein_o Damit wird das Zifferiivoltmeter 50 über die leitung 115 erregt und registriert das Zeitintegral der Beansprachungskurvso Am lade des Zwei-S-skunden^IntervallSi) das durch dea monostabilsa ■ Multiiribrator Γι Q bestimmt wird₉ wird der HOS nichtleitend gemacht _Q Bas beendet die Sgttigkeit d Ziff©^afoltmet©rs 5Ö_P das mm. ©la© Ablesung g3?alü der Probeabeanspruchungs-fciir-Te für eia© 2 S3SÖO it

T'Jenn der Tersuch b@<3ml@^JG ist, betätigt die son gleichseitig cli© Br-uclckaopf schalt er 59 waä. 6©_o Ei© tätigujig des Schalters 59 öffnet seinen Eoa1?©kt 59a

ORIGINAL

schließt den Kontakt 59b. Das Öffnen des Kontakts 59a unterbricht den Stromkreis zum Solenoid 71 und beendet damit die Zufuhr von Druckluft zum unteren Ende des Zylinders 19. Das Schließen der Kontakte 59b und 60 erregt das Solenoid 105 und gibt Druckluft auf das obere SMe des Zylinders 19» Daher wird die Platte 16 mit dem Probenbehälter 26 gesenkt und die Probenhöhlung geöffnet* Ebenso wird auf den Zylinder 39 gegeben, um den Rotor 27 in seine Ausgangsstellung zurückzuführen,,

Beim Absinken der Platte 16 wird der Grenzschalter 73 abgeschaltet, löscht das ..Licht 61 und erregt das Solenoid 74 ab. Dieses öffnet seinerseits die Kontakte 74a und 74-b für die Aberregung des Relais 85? so daß seine Eontakte 85a und 85b in- Stellungen zurückgeführt werden, die eine Keueinsteilung der Schaltung bewirken«, Dazu gehört, daß der Felätransistor 109 leitend gemacht, der Integrator¹ 107 auf das Hullpotential gestellt und die Ziffernvoltmeter 48s 49 und 50 wieder eingestellt werden. Die Druckknöpfe 59 und 60 werden nach unten gedrückt gehalten, bis das Licht 62 wieder angeht als Folge davon₅ daß die Platt© 16 ihr© untere Stellung erreichte in der sie ©inen G-renzsclmlfer 115 "betätigte Soll sine n®m@ Untersuchung gemacht werden j ist es nur nötige eine Prob® in den Probenbehälter 26 si«^i£Legea und gleichzeitig die Druckknopf© 57 «and 58 sm betätigen. Wird es gesjünsehtp die Prüfung für länger© Ζ©χΐ auszusetzen, wird der Bolialter 51 in die '"Aus-¹⁵ Stellung begracht₉ wodurch alle elektrischen Stromkreise des Greräts aberregt werden.

ORIGINAL INSPECTED

Die temperatur für den Stator und den Rotor wird gemäß den Eigenschaften des zu prüfenden Bl&stomers s-exfählt. Wenn die B'atur dieses Materials völlig unbekannt ist, kann es wünschenswert sein, mehrere Versuche "bei verschiedenen Temperaturen durchzuführen. Das läßt sich ohne weiteres machen, weil die Gesamtzeit für den Versuch, einschließlich des Anwärmens des Stators und Rotors auf die geeignete Temperatur ni-r wenige Minuten "beträgt. Außerdem werden die Ergebnisse des Versuchs sofort numerisch angezeigt, so daß es nicht erforderlich ist, Messungen an einer Kurve vorzunehmen, wie es bisher nötig war. Daher eignet sich das ^erät zu einem Gebrauch im Werk sosohl für eine Produktionskontrolle als auch infolge seiner Genauigkeit zu einer Verwendung als Laborgerät.

Eine Betätigung der verschiedenen Eintelteile des Geräts statt eines autcimatischen Ablaufs, wie zuvor beschrieben, kann von Hand bewirkt werden, indem man den Schalter 52 in die Handbetätigungsstellung bringt» Auch kann eine nicht gezeigte Versuchsschaltung mit einem Mehrstellungsschalter vorgesehen werden, um eine gesonderte Betätigung jedes größeren Bestandteils des 3chaltungsaufbaus zu gestatten.

Obgleich die Erfindung im einzelnen so beschrieben ist, wie sie sich in der zur ^eit bevorzugten Ausführung verkörpert, erhellt,, daß Änderungen vorgenommen werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wirefc. So können geeignete Digitaldrucker und Digitalgrenzsteuerungen mit den oder anstatt der Registrier-Voltmeter benutzt werden,

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um eine Anzeige und/oder eine Aufzeichnung von Materialien zu bewerkstelligen, die nicht innerhalb der vorherbestimmten Angaben liegen. Auch muß die Belastungszelle 36 nieht so angebracht sein, wie es gezeigt ist, sondern kann ein geeigneter elektrischer Belastungsmesser sein, der auf ein Drehmoment anspricht und unmittelbar auf der Welle des Rotors 27 sitzt. Außerdem können vulkanisierte Gegenstände aus Elastomeren ebenso wie nicht vulkanisierte Elastomerproben untersucht werden. Beispielsweise können O-Ringe ohne Zerstörung untersucht werden, indem der Statdr 26 und der Rotor 27 durch zusammenwirkende Platten geeigneter Gestalt ersetzt werden» Die Untersuchung kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, indem gewünscht enf alls die Schalter 53 und 54 in die "Aus"-Stellung gebracht werden. Diese'und andere Änderungen und Anpassungen des Geräts, die sich für den Fachmann ohne weiteres ergeben, werden alle als in den Rahmen der Erfindungi fallend angesehen, der durch die beigefügten Ansprüche erläutert wird»

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Claims

Ansprüche s

1. Jsrer&t zur Bestimmung der physischen Eigenschaften eines Elastomers, gekennzeichnet durch eine die Proben erfassende Einrichtung mit einem Paar"zueinander beweglicher Teile (26, 27), eine Einrichtung (16, 17, 18) zum Bewegen eines Teiles (26) gegenüber dem anderen Teil, wobei eine zu untersuchende Elastomerprobe von beiden Teilen erfaßt und einer vorherbestimmten Beanspruchung unterworfen wird, eine Einrichtung (36) zum Erzeugen eines ständigen elektrischen Signals als Anzeige der auferlegten Beanspruchung als Folge der Verstellung und des Abklingens der Beanspruchung und .auf das Signal ansprechende elektrische Mittel (48„ 49, 50), um das Integral des Signals für eine vorherbestimmte Zeitspanne zahlenmäßig wiederzugeben» * -

2. Gerät nach Anspruch 1_P dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (48) zur zahlenmäßigen Anzeige der in der Probe hervorgerufenen Höchstbeanspruchung besitzt.

3« Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel ein Zahlenvoltmeter (48), eine IntegtrationsschaltöJig (84) zwischen dem Voltmeter und der Einrichtung (36) umfassen, um das elektrische Signal zu erzeugen, und daß Mittel (82a) vorgesehen sind_? um die Xn&egrationsschaltung s für einen vorherbestimmten Zeitraum in betrieb zu setzen,,

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß auf das Signal ansprechende Mittel (97_P 98, 99) für eine

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zahlenmäßige Angabe für die verstrichene Zeit vorgesehen sind, die erforderlich ist, um die in der Probe hervorgerufene Beanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwertes zurückgehen zu lassen-r

5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den auf das- Signal ansprechenden Mitteln ein elektrisch betriebener Zähler (49), eine Einrichtung (98, 99) zum Inbetriebsetzen des Zählers, wenn die Probe beansprucht wird, und eine Einrichtung (1Ö1, 102, 103) gehören, um den Zähler automatisch außer Betrieb zu setzen, wenn die in der Probe zurückbleibende Beanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts abgesunken ist·

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals aus einem elektrischen Belastungsmesser (36) besteht, der auf die auf die Probe übertragene Drehkraft anspricht, und die auf das Signal ansprechenden Mittel aus einer elektrischen Schaltung (84) zum Speichern des stärksten von dem Belastungsmesser erhaltenen Signals und einer Anzeigevorrichtung für dieses stärkste Signal bestehen«

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung einen Belastungsmesser (36), der ein elektrisches, auf die Verstellung des beweglichen Teils (26) ansprechendes Signal erzeugt, Mittel zum Feststellen des Höchstwerts des vom Belastungsmesser erhaltnen Signals-, Mittel zur Peststellung, wann das Signal vom Belastungsmesser auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts vermindert ist, und einen elektri™

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sehen Zeitgeber (49) zum Messen der für die genannte Minderung "benötigten Zeit.

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung (32) zum Aufheizen der die Probe erfassenden Teile auf eine bestimmte Temperatur hat.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar zueinander beweglicher Teile (26, 27) ausgerichtet ist und Mittel (17, 18, 19) vorgesehen sind, einen Teil (26) auf den andern zu und von ohm fort zu bewegen, so daß -nach Wahl die Probe von den Teilen unter einem vorherbestimmten Druck, gehalten und danach freigegeben wird.

10. Gerät zur Bestimmung physikalischer Eigenschaften eines Elastomers, gekennzeichnet durch eine Proben erfassende Hinrichtung mit einem drehbaren (27) und einem nicht drehbaren Teil (26), eine Einrichtung (28, 38) zum Bewegen des drehbaren Teils um einen vorherbestimmten ^winkel, während eine Blastomerprobe zur Untersuchung von den Teilen erfaßt und einer Drehbeanspruchung unterworfen wird, Mittel (36) zum Erzeugen eines elektrischen ^Mignals, das die Beanspruchung der Probe anzeigt, und eine elektrische Einrichtung (52, 74), die auf das Signal ansprächt und das Integral über einen bestimmten Zeitintervall bestimmt und zahlenmäßig anzeigte

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (48) zur zahlenmäßigen Anzeige der Höchstbeanspruchung in der Probe vorgesehen ist.

12o Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung auch noch Mittel (97, 98, 99)

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umfaßt, welche auf das Signal ansprechen, um zahlenmässig die Zeitspanne darzustellen, die benötigt wird, damit die Beanspruchung der Probe "-auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts abklingt.

13· Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung einen elektrisch betriebenen Zähler (49), eine Einrichtung (99) zum Inbetriebsetzen des Zählers , wenn die Probe zu Anfang einer Drehbeanspruchung unterworfen wird, und eine Einrichtung (102, 103) zum automatischen Anhalten des Zählers hat, wenn die Restbeanspruchung auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts verringert ist.

14. G-erät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum automatischen Anhalten des Zählers (49) eine Einrichtung (83) zum Machweis der Höchstbeanspruchung in der Probe, auf diese Einrichtung ansprechende und ein Signal, das einen vorherbestimmten Prozentsatz der Höchstbeanspruchung wiedergibt, erzeugende Mittel, eine das Signal mit dem die Restbeanspruchung wiedergebenden Signal vergleichende Einrichtung (99) und eine Einrichtung zum Anhalten des Zählers (49) hat, wenn das die Restbeanspruchung wiedergebende Signal schwächer als das Signal wird, das einen vorherbestimmten Prozentsatz des Höchstwerts der Beanspruchung wiedergibt.

15· G-erät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß kittel (50) zur zahlenmäßigen Anzeige der Föchstbeanspruchung in der Probe vorgesehen sind.

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16o G-erät nach Anspruch. 14» dadurch, gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (50) zur zahlenmäßigen Anzeige der in der Probe auftretenden Höchstbeanspruchung hat·

17. G-erät zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Elastomers, bestehend aus einem G-estell mit Unterlage(10) und senkrecht stehenden und oben miteinander verbundenen Streben (1-1, 12), einem drehbeweglich oben auf dem Gestell sitzenden,. Eine Probe erfassenden Teil (27), dessen die Probe erfassende Fläche nach, unten gerichtet ist, einem zweiten, die Probe erfassenden Teil (26) mit einer ,nach oben gerichteten Fläche für die Probe, einer senkrecht beweglichen Einrichtung (17, 18, 19) auf dem Unterteil (10) des Gfestells> deren beweglicher Teil den zweiten, die Probe erfassenden"Teil (26) undrehbar in Ausrichtung mit dem ersten, die Probe erfassenden Teil (27) trägt, einer Einrichtung (42) zum Steuern der Bewegung der senkrecht beweglichen Teile -zum Anhalten der Bewegung, wenn die benachbarten Flächen der die Probe erfassenden Teile sich in einem vorherbestimmten Abstand voneinander befinden, um zwischen sich eine Probe bestimmter Abmessungen unter einem vorher festgelegten Druck zu halten. Mitteln (31, 38) zur schnellen Drehbewegung des ersten die Probe haltenden Teils um einen bestimmten Betrag, wodurch, eine Beanspruchung der Probe erfolgt, eine r Einrichtung (36) zum Erzeugen eines stetigen elektrischen Signals' der in der Probe hervorgerufenen Beanspruchung, Mitteln (83, 84) zum Ermitteln des Höchstwerts des Signals, einer elektrischen Einrichtung (84)

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zum Integrieren des stetigen Signals für eine vorherbestimmte Zeit und Mitteln (48, 49), um für sich, zahlenmäßig den Höchstwert des Signals und dessen ^eitintegral anzuzeigen.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (84) zum Hervor!) ringen eines elektrischen Signals, das ein vorherbestimmter Prozentsatz des Signalhöchstwerts ist, eine elektrische Einrichtung (103) zum Vergleich des letztgenannten Signals mit dem, stetigen Signal, das die Beanspruchung in der Probe wiedergibt, Mittel (99) zum Einleiten der Arbeit des Zählers, wenn die Probe zuerst der Beanspruchung unterworfen wird, und Mittel (83) zum Anhalten des Zählers hat, wenn die Restbeanspruchung in der Probe wiederzugebende Signal schwächer als das ^ognal wird, das den vorherbestimmten Prozentsatz der Höchstbeanspruchung anzeigt.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die die Probe erfassenden Teile (26, 27) je elektrisch beheizt werden und Mittel (47a, 47b) für eine getrennte Steuerung der Temperaturen der Teile vorgesehen sind.

20. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß einer (26) der die Probe erfassenden Teile eine kegelige Ausnehmung und der andere (27) einen vorstehenden, kegeligen Absatz hat, der axial mit der Ausnehmung ausgerichtet ist·

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