CH522217A - Torsionsschwingungseinrichtung - Google Patents

Description

  Torsionsschwingungseinrichtung    Die Erfindung betrifft eine Torsionsschwingungsein  richtung zur Kunststoffprüfung, mit einer ersten Ein  spannklemme zum Festhalten -eines Endes eines Kunst  stoffprobekörpers, einer starr mit einem Schwungkörper  verbundenen zweiten Einspannklemme für das andere  Ende des Kunststoffprobekörpers, einer     Temperier-          kammer    für den eingespannten Kunststoffprobekörper,  einer Vorrichtung zur Anregung von Torsionsschwin  gungen des aus dem Kunststoffprobekörper und dem  Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme beste  henden Torsionspendels und einem zur Messung der  Schwingungsdauer oder Frequenz der Pendelschwingung  dienenden Messwertgeber mit einem ortsfesten licht  elektrischen Organ,

   das von einer ortsfesten Lichtquelle  in einem von der Pendelstellung abhängigen Masse  beleuchtet ist.  



  Einrichtungen dieser Art dienen zur Bestimmung des  Schubmoduls des Kunststoffs, indem die Schwingungs  dauer des Torsionspendels gemessen und aus dieser  Schwingungsdauer, dem Trägheitsmoment des     Schwung-          körpers    mit der zweiten Einspannklemme und aus den  Abmessungen des Kunststoffprobekörpers der Schub  modul berechnet wird. Während der Messung wird die  Kunststoffprobe in der Temperierkammer auf einer  bestimmten Temperatur gehalten. Die Messung wird bei  verschiedenen Temperaturen aus geführt, da die Tempe  raturabhängigkeit des Schubmoduls von Interesse ist.  



  Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (Brit. J.  Appl. Phys., 1968, Ser. 2, Vol. 1, S. 1737-1742) trägt  der Schwungkörper einen Spiegel, welcher den Licht  strahl der Lichtquelle auf einer Fotozelle reflektiert,  wenn das Pendel in Ruhelage ist. Bei einer anderen  bekannten Einrichtung dieser Art (Plastics and Polymers  37, 1969, Nr. 131, S. 469 bis 474) ist das Licht der  Lichtquelle direkt auf eine Fotozelle gerichtet. Dabei  wird als Schwungkörper ein Stab     verwendet,    der um    seine Mittelsenkrechte schwingt und an beiden Enden  Gewichte trägt. In der Ruhelage des Pendels befindet  sich dieser Stab zwischen der Lichtquelle und der  Fotozelle, so dass er diese verdunkelt.  



  Bei diesen bekannten     Torsionsschwingungsein-          richtungen    wird jedes Mal dann, wenn das Pendel durch  seine Ruhelage geht, ein kurzer Impuls erzeugt, indem  die Fotozelle kurzzeitig beleuchtet oder die Beleuchtung  der Fotozelle kurzzeitig unterbrochen wird. Die Pendel  frequenz ist die Hälfte der beispielsweise mit einem  elektronischen     Frequenzmesser    gemessenen Impuls  frequenz. Die Schwingungsdauer entspricht dem doppel  ten zeitlichen Abstand zweier aufeinander folgender  Nulldurchgänge oder dem Zeitabstand zwischen einem  und dem übernächsten Nulldurchgang. Die Dämpfung  der Schwingung, welche ein Mass der inneren Reibung  des     Kunststoffs    ist und z.

   B. aus     zwei    aufeinander  folgenden Amplituden einer gedämpften Pendel  schwingung zu     bestimmen    ist, kann mit diesen bekann  ten Einrichtungen nicht gemessen werden.  



  Eine Schwierigkeit bei der Durchführung von Tor  sionsschwingungsversuchen mit diesen bekannten Ein  richtungen besteht darin,     dass    der Kunststoff  probekörper sich während der in einem grösseren  Temperaturbereich ausgeführten Schwingungsversuche  infolge elastischer Ermüdung allmählich verdreht (ver  windet), so dass der Nullpunkt der Schwingungen  langsam um einen Betrag wandert der gegenüber den  angewandten Schwingungsamplituden nicht     vernach-          lässigbar    ist und sogar grösser als diese sein kann.

       Eie     solche Wanderung des Nullpunktes fährt zu     Mess-          fehlern,    wenn die halbe Schwingungsdauer aus zwei  aufeinander folgenden Nulldurchgängen ermittelt wird  oder wenn sie aus einem und dem übernächsten Null  durchgang ermittelt wird und die Dämpfung nennens  wert ist.     Überschreitet    die Verschiebung des Nullpunktes      der Schwingungen deren Amplitude, so ist eine Messung  überhaupt nicht mehr möglich, und die Versuchsreihe  muss abgebrochen werden.  



  Der     Erfindung    liegt die Aufgabe zugrunde, eine  Torsionsschwingungseinrichtung der eingangs genannten  Art zu schaffen, bei welcher Nullpunktsverschiebungen  in einem bestimmten Bereich keinen Einfluss auf das  Messergebnis haben.  



  Dies wird     erfindungsgemäss    dadurch erreicht, dass  der Schwungkörper mit einer ersten Blende versehen ist,  der eine zweite,     ortsfeste,    vor dem lichtelektrischen  Organ oder der Lichtquelle angeordnete Blende zuge  ordnet ist.  



  Dabei ist unter einer Blende     definitionsgemäss    jedes  Mittel zur Querschnittsbegrenzung des von der Licht  quelle auf das lichtelektrische Organ fallenden Licht  strahlenbündels zu verstehen, beispielsweise eine Blen  deröffnung oder ein in das Lichtstrahlenbündel hinein  ragender Blendenflügel.  



  Der Strom, den das lichtelektrische Organ der  erfindungsgemässen Torsionsschwingungseinrichtung       liefert,    ist ein Wechselstrom, der einen Gleichstrom       überlagert    und von diesem leicht zu trennen ist, und des  sen Frequenz unabhängig von Null  punktsverschiebungen des Pendels der Pendelfrequenz       entspricht.     



       In    der Zeichnung ist ein     Ausführungsbeispiel    des  Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zei  gen  Fig. 1 einen Aufriss der Torsionsschwingungsein  richtung,  Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,  Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.  1 ,in grösserem Massstab.    Nach Fig. 1 und 2 ist auf einer Grundplatte 1 eine  erste Einspannklemme 2 für das nicht an den Schwin  gungen teilnehmende Ende einer Kunststoffprobe 3 fest  angebracht. Auf der Grundplatte steht eine Säule 4 die  oben zwei Umlenkrollen 5 und 6 für einen praktisch  richtkraftfrei tordierbaren Draht 7 trägt. An einem Ende  des Drahtes 7 ist eine Schwungscheibe 8 aufgehängt, die  fest mit einer zweiten Einspannklemme 9 für das andere  Ende der Kunststoffprobe 3 verbunden ist.

   Am anderen  Ende des Drahtes 7 hängt ein Gegengewicht 10, das nur  wenig schwerer ist als das Gesamtgewicht der Schwung  scheibe 8 und der zweiten Einspannklemme9. Eine  strichpunktiert angedeutete Temperierkammer 11     um-          schliesst    die eingespannte Kunststoffprobe 3 und ist mit  nicht dargestellten Heizmitteln ausgerüstet. Die  Schwungscheibe 8 trägt zwei Weicheisenstücke 12 und  13, denen je ein feststehendes Solenoid 14 bzw. 15  zugeordnet ist, durch deren periodische Erregung  Schwingungen des Torsionspendels 3, 8, 9 erzeugt  werden können.  



  An einem Arm 16 der Säule 4 ist eine Hülse 17  befestigt, durch die der Draht 7 frei     hindurchgeht.    Die  Hülse 17 ist an ihrem oberen Ende mit einem radialen  Gewindeloch versehen, das eine Klemmschraube 18  aufnimmt, mittels welcher der Draht 7 in der Hülse 17  festgeklemmt werden kann, um die Höhenlage der  Schwungscheibe 8 mit der Einspannklemme 9 beim  Auswechseln des Kunststoffprobekörpers 3 zu fixieren.  Der Arm 16 trägt ein Gehäuse 19 mit einem Schlitz 20,    in den die Schwungscheibe 8 hineinragt. Im Gehäuse 19  ist unter dem Schlitz 20 eine Lumineszenzdiode 21 und  über dem Schlitz 20 eine Fotodiode 22 mit einer Blende  23 angeordnet. Sowohl die Leuchtfläche der Lumines  zenzdiode 21 als auch die lichtempfindliche Fläche der  Fotodiode 22 entspricht     mindestens    der Öffnung der  Blende 23.

   Die Schwungscheibe 8 ist mit einer     Öffnung,     die eine Blende 24 bildet, versehen, vergl. Fig. 3. Die  Öffnung der Blende 24 ist durch zwei kreisbogenförmi  ge, zur Torsionspendelachse 25 konzentrische Randteile  26, 27 und zwei zu .dieser Achse 25 radiale Randteile  28, 29 begrenzt. Die Öffnung der Blende 23 ist  derjenigen der Blende 24     kongruent,    ihre den Rand  teilen 26, 27, 28, 29 entsprechenden Randteile- sind mit  30, 31, 32, 33 bezeichnet. In Ruhelage des Pendels  haben die Blenden 23 und 24 die in Fig. 3 dargestellte  gegenseitige Lage, in welcher eine Hälfte einer Blende  über der anderen Hälfte der     anderen    Blende liegt. Dabei  ist die Fotodiode 22 zur Hälfte beleuchtet. Dieser  Beleuchtung entspricht ein Gleichstrom im Stromkreis  der Fotodiode.

   Wenn das Pendel schwingt, tritt ein  diesem Gleichstrom     überlagerter    Wechselstrom auf, des  sen Frequenz derjenigen der Pendelschwingung ent  spricht und dessen Kurvenform     sowie    Amplitude der  Pendelschwingung unter der Voraussetzung entspricht,       dass    der Randteil 28 der Blende 24 den Bereich  zwischen den Randteilen 32 und 33 der Blende 23 nicht  überschreitet.

   Um diese Voraussetzung auch dann zu  erfüllen, wenn der Kunststoffprobekörper sich infolge  elastischer Ermüdung während der Schwingungsversu  che insbesondere bei höherer Temperatur verwindet, ist  der von den radialen Randteilen 28 und 29 der  Blenderöffnung 24 eingeschlossene Winkel und der  ebenso grosse, von den Randteilen 32 und 33 der Blende  23 eingeschlossene Winkel nicht kleiner als die Summe  aus dieser Verwindung und der grössten Schwingungs  amplitude.  



  Die     ortsfeste    Blende 23 kann statt vor der Fotodiode  22 auch vor der Lumineszenzdiode 21 angeordnet  sein.  



  Nur eine .der beiden Blenden braucht allseitig be  grenzt zu sein. Diese Begrenzung kann zum Beispiel ein  Rahmen sein, der die lichtempfindliche Fläche der  Fotodiode oder die Leichtfläche der     Lumineszenzdiode     umschliesst. Die andere Blende kann ein     Blendenflügel     mit einem zur     Schwingungsachse    des Pendels radialen  Randteil sein, der sich in der Ausgangslage des Pendels  über der Mitte der Blenderöffnung befindet.  



  Die Fotodiode ist     zweckmässig    mit einem Transistor  zu einem Fototransistor vereinigt.  



  Selbstverständlich     kann    an Stelle der Lumineszenz  diode eine Glühlampe und/oder an Stelle der Fotodiode  ein lichtelektrisches Organ mit kleinerer lichtempfindli  cher Fläche verwendet werden, jedoch sind dann opti  sche Mittel (Sammellinsen, Hohlspiegel) erforderlich,       inbezug    auf welche die Glühlampe bzw. das lichtelektri  sche Organ justiert werden muss, um die Öffnung der  Blende     gleichmässig    auszuleuchten bzw. das Lichtbün  del, dessen Querschnitt der Blenderöffnung entspricht,  vollständig zu erfassen.

   Die     Lumineszenzdiode    hat  gegenüber einer Glühlampe ausserdem folgende Vorteile:  wesentliche längere Lebensdauer ohne Nachlassen     der     Leuchtwirkung, geringeren Stromverbrauch, einfachere  Montage, praktisch keine Erwärmung, günstigere spek  trale     Verteilung    des Lichtes, die derjenigen einer Foto  diode besser     angepasst    ist und zu einem     vernachlässigba-          ren    Tageslichteinfluss     führt.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Torsionsschwingungseinrichtung zur Kunststoffprü fung, mit einer ersten Einspannklemme zum Festhalten eines Endes eines Kunststoffprobekörpers, einer starr mit einem Schwungkörper verbundenen zweiten Ein- spannkleanme für das andere Ende des Kunststoffprobe körpers, einer Temperierkamer für den eingespannten Kunststoffprobekörper, einer Vorrichtung zur Anregung, von Torsionsschwingungen des aus dem Kunststoffpro bekörper und dem Schwungkörper mit der zweiten Einspannklemme bestehenden Torsionspendels und einem zur Messung der Schwingungsdauer oder Fre- quenz der Pendelschwingungen dienenden Messwertge- ber mit einem ortsfesten lichtelektrischen Organ,

   das von einer ortsfesten Lichtquelle in einem von der Pendelstellung abhängigen Masse beleuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungkörper (8) mit einer ersten Blende (24) versehen ist, der eine zweite ortsfeste, vor dem lichtelektrischen Organ (22) oder der Licht quelle (21) angeordnete Blende (23) zugeordnet ist.