DE3223648A1

DE3223648A1 - Verfahren zum messen der haerte von gummi und kunststoffen sowie eine vorrichtung zur haertepruefung nach dem verfahren

Info

Publication number: DE3223648A1
Application number: DE19823223648
Authority: DE
Inventors: Toshio Akashi Hyogo Arimatsu
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-01-20
Also published as: GB2103369A; GB2103369B; DE3223648C2; JPS589044A; US4450713A

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. E. Ecler Dipl.-Ing. K. Schioschke

8 München 40. nir.-J^t!-.sir3ße 34

Sumitomo Rubber Industries, Ltd, Kobe / Japan

Verfahren zum Messen der Härte von Gummi und Kunststoffen sowie eine Vorrichtung zur Härteprüfung nach

dem Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Härte von Gummi,.Kunststoffen und dergleichen sowie eine Vorrich— tung zur Härteprüfung nach dem Verfahren.

Die Härte von Gummi, Kunststoffen und dergleichen ist häufig zu prüfen, da sie eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Materialien ist. Bislang wurde die Härte gewöhnlich mit einer Meßuhr geprüft, wobei ein Fühler der Härteprüfvorrichtung gegen das Testmaterial gepreßt und die Verschiebung des Fühlers in eine Drehbewegung umgewandelt wurde, z.B. mit Hilfe einer Feder- und Zahnstangeneinheit, wodurch die Härtemessung durch Ablesen der Abstufungen auf einer Skala ermöglicht wurde.

Es wurde nun festgestellt, daß der Wert dieser Eigenschaft, d.h. der Härte von Gummi, Kunststoffen und dergleichen, gleich nach Anpressen des Fühlers der Härteprüfvorrichtung gegen das Testmaterial am höchsten ist, wobei sich die Härte allmählich verringert, bis der Wert nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer im wesentlichen stabilisiert ist. Ferner hat man herausgefunden, daß die Veränderung (Verringe-

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rung) der Härte einen wichtigen Einfluß auf die Qualität des Testmaterials ausübt, so z.B. auf die Hafteigenschaft bei Kfz-Reifen. Da die Abweichung der Härte sofort auftritt, sind genaue Messungen bei den herkömmlichen Härteprüfvorrichtungen schwierig durchzuführen.

Bei der Härteprüfung von Gummi, Kunststoffen und dergleichen mittels einer Härteprüfvorrichtung ändert sich in der Praxis die Härte beträchtlich,abhängig von der Temperatur des Testmaterials. Wird die Temperatur des Testmaterials nicht bei jeder Härteprüfung festgestellt, sind die erzielten Werte oftmals aufgrund des Änderungsbereichs nutzlos. Bei den herkömmlichen Verfahren wurden jedoch die Temperatürwerte praktisch ignoriert, da die Feststellung der Temperatur des Testmaterials bei jeder Härteprüfung zu aufwendig erschien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genaues Meßverfahren zu schaffen, wobei die unmittelbaren Härteänderungen gleichzeitig mit den entsprechenden Temperaturwerten angezeigt bzw. aufgezeichnet werden. Ferner soll eine Vorrichtung zur Härteprüfung nach diesem Verfahren geschaffen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausfüllungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine die Härteänderung darstellende Kurve;

Fig. 2 einen Aufriß einer Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt; Fig. 4- einen Grundriß;

Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Messung der Härteänderung;

Pig. 6 einen Aufriß einer weiteren Ausführungs-

form der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung;

Fig. 7 einen Grundriß davon;

Fig. 8 einen Aufriß einer dritten Ausführungs-

form der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung;

Fig. 9 ein Blockdiagramm mit Auswert- und Anzeigeschaltungen je eines Härte- und eines Temperatursensors;

Fig. 10 ein Blockdiagramm je eines Temperatursensors und einer Auswertschaltung.

Nach Fig. 2 bis 4- weist die Härteprüfvorrichtung 1 an der Vorderseite eine Anzeige 2 und einen Schalter 3 für die Voreinstellung der Zeit auf. Die Anzeige 2 umfaßt einen den Höchstwert anzeigenden Bereich 4-, einen die Zwischenwerte anzeigenden Bereich 5, einen die stabilisierten Werte anzeigenden Bereich 6 und einen die Differenzwerte anzeigenden Bereich 15 auf, welche jeweils die Werte mittels der bekannten Flüssigkristalle oder dergleichen digital anzeigen.

Die Unterteilung der Anzeige 2 erfolgt wahlweise. So kann sie z.B. auf einen die Höchstwerte anzeigenden Bereich 4- und einen die stabilisierten Werte anzeigenden Bereich 6 allein begrenzt werden.

Die Unterseite der Härteprüfvorrichtung weist starre Träger 7, 8, 8 auf, welche mit dem Testmaterial (A) in an sich bekannter Weise in Berührung gebracht werden, wobei ein Fühler 10 einerseits im Träger mit einer Blattfedereinheit 9 verbunden ist und andererseits über den starren Träger 7 in dessen Mitte hinausragt.

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Die Blattfedereinheit 9 steht in fester Wechselbeziehung zwischen Spannung und Verschiebung, welche durch die japanischen Stsndardwerte der Industrie bestimmt ist. Der Fühler 10 ist in ein Zahnstangengetriebe a integriert, welches mit einem Ritzel b kämmt, wobei ein Rheostat c mit der Welle des Ritzels b verbunden ist, wodurch die Umwandlung der Verschiebung des Fühlers 10 in die Drehbewegung des Ritzels b erfolgt und diese als Spannungsabweichung (elektrische Größe) über den Rheostat c abgibt. Ein Differenzwertwandler und eine Rotationskodiereinrichtung oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden.

Dervorstehend beschriebene Härtesensor 11 gibt ein elektrisches Signal ab, das als Eingangsgröße der Auswerteinheit zugeführt wird. Die Auswerteinheit 12 gibt das elektrische Signal des Härtesensors 11 als eine digitale Größe der Härte in an sich bekannter Weise ab.

Diese Auswerteinheit 12 umfaßt eine Zählschaltung, einen A/D Konverter, eine logische Schaltung bzw. einen Mikrocomputer, dessen Ausgangswert den Härtehöchstwert im Höchstwert anz ei geber eich 4 digital über die Höchstwertanzeigeschaltung 13 anzeigt, während der stabilisierte Härtewert digital im Anzeigebereich 6 angezeigt wird. Die Anzeige erfolgt nach Verstreichen von z.B. 1 Sekunde, die durch den Zeitgeber 14 bestimmt wird, welcher durch den Schalter 3 zur Voreinstellung der Zeit vorher eingestellt worden ist.

Eine Anzeige 15 für den Differenzwert kann anstelle der bzw. zusätzlich zur Anzeige 6 für den stabilisierten Wert vorgesehen sein, so daß der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem stabilisierten Wert digital angezeigt werden kann.

Alternativ dazu kann eine Anzeige 5 für die Zwischenwerte zusätzlich zur Anzeige des Höchstwertes und des stabilisierten Wertes vorgesehen sein, so daß die unverzügliche Härteabweichung digital angezeigt wird, z.B. in Millisekunden, wodurch die Härte erfaßt wird, sobald der Wert schließlich im wesentlichen stabilisiert ist.

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Sie kann so angeordnet sein, daß die digitalen Signale des Höchstwertes, des Zwischenwertes, des stabilisierten Wertes und des Differenzwertes bei Bedarf jeweils ausgegeben werden können. Derartige Digitalsignale können aufgezeichnet werden, indem sie einer nicht näher dargestellten Druckeinheit zugeführt oder der Datenverarbeitung in einem Computer oder dergleichen ausgesetzt werden.

Die Digitalsignale von der Auswerteinheit 12 können insbesondere der Datenverarbeitung einschließlich der Höchstwerterfassung und dergleichen durch Zufuhr der Signale zu einem Computer oder dergleichen ausgesetzt werden.

Die Zeitdauer, die im Schalter 3 für die Zeitvoreinstellung vorher eingestellt werden muß, hängt von der Art des Testmaterials ab.

Nach Fig. 6 weist die Härteprüf vorrichtung 1' einen Prüfteil 16 in Form einer quadratischen, flachen Box auf, die,verglichen mit der Querbreite und der Höhe, dünn ist, wobei ein flacher starrer Träger 7 mit dem Testmaterial (A) am Boden des Prüf teils 16 in Berührung gebracht wird und ein Härtesensor 11 im Inneren des Testkörpers 16 eingebracht ist.

Der Härtesensor 11 weist einen Fühler 10 auf, welcher normalerweise über den starren Träger 7 hinausragt und sich zurückzieht, sobald er mit dem Testmaterial (A) in Berührung gelangt. Die durch den Härtesensor 11 mittels des Fühlers 10 gemessene Härte wird auf einer .Skala 1? angezeigt, welche an der Vorderseite des Prüfteils 16 angeordnet ist.

Am starren Träger 7 äes Prüfteils 16 ist ein Temperatursensor 18 neben dem Fühler 10 bzw. quer dazu am einen Ende des starren Trägers 7 vorgesehen.

Der Temperatursensor 18 weist einen Thermistor, ein Thermoelement, einen Platinresistor und einen Halbleitersensor auf. Er is so im starren Träger 7 eingelassen, daß er mit diesem bündig ist, wodurch ein dichtungsloser Kontakt mit dem Testmaterial (A) ermöglicht wird, wenn dieses die Oberfläche 4-berührt.

Die Prüfvorrichtung 1· ist mit einer Temperaturanzeigeeinheit 19 verbunden, so daß diese die von dem Temperatursensor 18 gelieferten Temperatürwerte anzeigen kann.

Wird somit die Härte des Testmaterials (A) durch vorstehend beschriebene Härteprüfvorrichtung 1' geprüft, werden die vom Härtesensor 11 festgestellten Härtewerte an der Skala 17 angezeigt _t während die vom Temperatursensor 18 erfaßten Temperaturwerte von der Temperaturanzeigeeinheit I9 angezeigt werden.

Bei einer derartigen Härteprüfvorrichtung 1' werden die Härte- und die Temperaturwerte unabhängig voneinander jeweils durch die Skala I7 und die Anzeigeeinheit I9 angezeigt. Alternativ dazu kann die in Fig. 8 dargestellte Prüfvorrichtung 1'' die Härte- und Temperaturwerte gleichzeitig durch digitale Meßwerke 20, 21 anzeigen, welche aus Leuchtdioden, Flüssigkristallen und dergleichen bestehen und and der Vorderseite des Prüfteils 16 angeordnet sind.

In diesem Fall werden, wie in Fig. 9 dargestellt, die Ausgangssignale des Härtesensors 11 und des Temperatursensors 18 durch die Auswerteinheiten 12 und 12a der Datenverarbeitung unterworfen und durch die digitalen Meßwerke 20, 21 jeweils angezeigt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, umfaßt der Temperatursensor 18 einen in der Brückenschaltung 22 angeordneten Thermistor 23, wobei die Auswerteinheit 12a die Ausgangssignale der Brückenschaltung 22 an eine Integrierschaltung 25 über einen Gleichstromverstärker 24 überträgt. Die Ausgangssignale werden durch einen Komparator 26 mit Basissignalen verglichen, wobei die Öffnungszeit des Tores 27 durch das Aus gangs signal des !Comparators gemäß den gemessenen Temperaturen bestimmt wird. Impulssignale aus dem Impulsgenerator 28 werden von einer Zählvorrichtung 29 gezählt, wobei die Zählwerte dieser Zählvorrichtung 29 durch eine digitale Meßanzeige 21 angezeigt werden. Sie kann so angeordnet sein, daß digitale Signalausgangsleistungen von den Auswerteinheiten 12, 12a unabhängig voneinander einem

Computer zur Datenverarbeitung bzw. einem Drucker für die Aufzeichnung zugeführt werden.

Diese allgemein bekannte Schaltungsanordnung genügt ebenfalls dann, wenn der Temperatursensor 18 ein Halbleitersensor ist.

Die erfindungsgemäße Härteprüfvorrichtung weist den Vorteil auf, daß nicht nur die Verringerung der Härte genau gemessen werden kann, was ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung ist, sondern daß auch die physikalischen Eigenschaften des Testmaterials genauer erfaßt werden können, da die Härte- und Temperaturwerte des Testmaterials gleichzeitig mittels eines Härtesensors und eines Temperatureensors am starren Träger des Testkörpers gemessen werden können. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung weist den weiteren Vorteil auf, daß die digitalen Ausgangssignale für die Datenverarbeitung gespeichert bzw. dieser ausgesetzt werden können. Ferner ist sie leicht anzuwenden, da sie in kleiner und handlicher Form hergestellt werden kann.

Patentanwälte

DIpI.-Ing. E. Eder

Dlpl.-Ing. K. Schieschke

8 München 40, Elisabethstraße 34

- 40 Leerseite

Claims

*^:.V 3223649

Patentanwälte

Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schieschke

München 40, Elisabethstraße 34

Sumitomo Rubber Industries, Ltd, Kobe / Japan

Verfahren zum Messen der Härte von Gummi und Kunststoffen sowie eine Vorrichtung zur Härteprüfung nach.

dem Verfahren

Patentansprüche :

lötverfahren zum Messen der Härte von Gummi, Kunststoff und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung eines Fühlers (10) der Härteprüfvorrichtung (1) in elektrische Signale umgewandelt wird und die Härteabweichung vom Höchstwert unmittelbar nach der Messung bis zum stabilisierten Wert nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer gemessen wird.
2. Härteprüfvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Härtesensor (11) für die Erfassung der Verschiebung des Fühlers (10) der Härteprüfvorrichtung (1) in elektrischen Größen^ einer Auswerteinheit (12) für die Umwandlung der elektrischen Größen in digitale Härtegrößen, einer den Höchstwert erfassenden, mit der Auswerteinheit (12) verbundenen Schaltung (13), einem Schalter (3) für die Voreinstellung der Zeit, einem Zeitgeber (14) und einer Anzeigevorrichtung (15) für die digitale Anzeige der Härteänderung vom Höchstwert bis zum stabilisierten Wert nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer.

Härteprüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein starrer, mit einem Testmaterial in Berührung zu bringender Träger (7) auf der Unterseite des Härteprüfteils (16) angeordnet ist, wobei ein Fühler (10) des Härtesensors (11) auf dem starren Träger angeordnet und ein Temperatursensor (18) gegeben ist, wodurch die gleichzeitige Messung der Härte- und Temperaturwerte des Testmaterials während der Härteprüfung ermöglicht wird.

Patentanwälte