DE69210770T2

DE69210770T2 - Vorrichtung zur thermomechanischen Prüfung von Fasern

Info

Publication number: DE69210770T2
Application number: DE69210770T
Authority: DE
Inventors: Richard A Burke; James R Goodall; Michael D Melton; Roy S Osborne; Carl D Patterson
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: CNA Holdings LLC
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: EP0545247B1; EP0545247A1; DE69210770D1; US5188456A; MX9206897A; JPH05231962A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Testen von-Fasern, mit der verschiedenartige mechanische Eigenschaften der Fasern bestimmt werden können. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Testen von Fasern, bei der die Parameterund Temperaturbedingungen für das Testen von Fasern während separater unterschiedlicher Tests und/oder während eines einzelnen Fasertestprotokolls variiert werden können, wobei diese Variationsmöglichkeit auch thermische Bedingungen und/oder mechanische Belastungsbedingungen einschließt.
Testvorrichtungen, die Zugbelastungen verschiedener Materialien messen, indem sie diese Materialien dehnen und/oder komprimieren, werden in verschiedenen Industriezweigen verwendet. Im wesentlichen enthalten diese Vorrichtungen verschiedene Einrichtungen, mit denen das zu testende Material derart angebracht werden kann, daß das Material an unterschiedlichen Bereichen des Materials an dem Testgerät fixiert werden kann. Anschließend wird das Material durch die Vorrichtung gedehnt oder komprimiert, und es wird z.B. die während des Dehnens oder Komprimierens auftretende Belastung aufgezeichnet. Bekannte Belastungs-/Dehnungs-Testinstrumente dieses Typs werden von der Instron Corporation vertrieben.
Belastungs-/Dehnungs-Testinstrumente finden weite Anwendung durch Faserhersteller und Endverbraucher von Fasern. Durch sorgfältiges Dehnen, Entspannen oder anderweitiges Manipulieren der Fasern unter kontrollierten Bedingungen kann wesentliche Information über die Stärke und die zu erwartende Leistungsfähigkeit der Fasern gewonnen werden. Es können z.B. Messungen der Faserbelastbarkeit durchgeführt werden, wie etwa der Faserfestigkeit, d.h. der in Gramm pro Denier ausgedrückten Kraft, die zum Brechen einer Faser oder eines Filamentes erforderlich ist; der Faserdehnung unter Einbeziehung der Last, die bei einer bestimmten spezifizierten Dehnung seitens der Faser ausgeübt wird; der Faserschrumpfung bei verschiedenen Temperaturen oder dgl.
Insbesondere bei industriellen Fasern, die zur Verwendung in verschiedenen hochanspruchsvollen Umgebungen, wie z.B. Hochtemperaturumgebungen, vorgesehen sind, ist es wünschenswert, die Reaktion der Fasern auf verschiedene Belastungs-/Dehnungsbedingungen unter verschiedenen thermischen Bedingungen messen zu können. Deshalb sind verschiedene bekannte Testvorrichtungen, z.B. die von Instron Corporation vertriebenen Vorrichtungen, wahlweise mit Testkammern für Heiz- und/oder Kühl-Umgebungen versehen, um die Materialien - einschließlich Fasern - Testvorgängen zu unterziehen.
Eine Testvorrichtung zum thermischen Testen von Reifen-Kord ist in dem US-Patent 4,998,825 von Hublikar et al. beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine zur Aufnahme einer Probe von Reifen-Kord ausgebildete Heizkammer auf, wobei Heizelemente, die um die Heizkammer herum angeordnet sind, von einem computerisierten Temperaturaufzeichner gesteuert werden. Es werden mehrere Gewichte verwendet, um den Reifen-Kord unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu belasten.
Das US-Patent 4,841,779 von Mitsuhashi et al. beschreibt eine Zugbelastungs-Testvorrichtung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit zum Steuern des Motors aufweist, mittels dessen eine Probe Test-Belastungen ausgesetzt wird. Die Proben können in einer eine Kühlschlange enthaltenden thermostatischen Kammer gehalten werden. Das Ausmaß an Dehnung, das die Probe erfährt, wird von Videokameras gemessen, und die auf die Probe aufgebrachte Zuglast wird von einer Kraftmeßzelle gemessen.
Das US-Patent 4,335,615 von Kalfa et al. beschreibt eine Vorrichtung zum Testen von Materialien auf Spannungsrißbildung, bei der ein Paar von Drehschrittmotoren verwendet wird, um eine Testprobe einer Zuglast auszusetzen. Die Drehschrittmotoren sind über ein Planetengetriebesystem mit der Testprobe verbunden, um die Probe einer gesteuerten Belastung zu unterziehen.
Das US-Patent Nr. 3,813,919 von Taniguchi et al. beschreibt eine Testvorrichtung zum Messen des thermischen Verhaltens von Filamentgarn. Die Vorrichtung weist einen Röhrenofen auf, der die Testprobe umgibt. Ein Spiralwiderstand und ein Luftkühlungsgebläse werden verwendet, um die Probe auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Angeblich kann die Temperatur der Probe durch eine elektronische Temperatursteuereinrichtung schnell vergrößert oder verkleinert werden.
In einem Artikel von Dorrity et al. in I.S.A. Transactions, Vol 14, Nr. 4 (1975), S. 273-280 wird eine Fasertestvorrichtung beschrieben, die mit einem Antrieb zum Antreiben einer linear bewegbaren Faser-Klaue versehen ist, wobei der Antrieb einen mit einem Zahnstangenantrieb verbundenen Schrittmotor und wahlweise ein Getriebegehäuse (mit variablem Übersetzungsverhältnis) aufweist. Die andere (feststehende) Klaue ist fixierbar an einer Gleitschiene befestigt.
Obwohl diese und andere bekannte Testvorrichtungen die Möglichkeit bieten, verschiedene gesteuerte Tests an Fasern auszuführen, können diese Vorrichtungen durch verschiedene Nachteile beeinträchtigt werden, einschließlich der Notwendigkeit, zur Durchführung mehrerer unterschiedlicher Tests verschiedene Testvorrichtungen zu verwenden. Viele der Vorrichtungen sind sperrig und kompliziert. Beispielsweise weisen diejenigen Systeme, die in höchstem Maß präzise sind, typischerweise Getriebesysteme, Anbringungssysteme und dgl. auf, aufgrund derer die Vorrichtungen extrem großformatig sein können. Ferner entsteht bei denjenigen Systemen, bei denen die Testparameter vom Benutzer des Systems wie gewünscht verändert werden können, aufgrund der zahlreichen Teile und Bereiche des Systems ein Gesamtsystem, das höchst komplex ist. Die Komplexität dieser Systeme verursacht mechanische Toleranzen, die zu ungenauen Meßergebnissen führen können. Es sind praktisch keine Systeme verfügbar, die in höchstem Maße präzise sind, relativ kleinformatig sind und mit denen die mechanischen Testparameter und Temperaturbedingungen während ein und desselben Testes entsprechend dem Wunsch des Benutzers oder entsprechend einem oder mehreren Sätzen vorbestimmter Instruktionen verändert werden können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hochpräzise, zuverlässige Fasertestvorrichtung zu schaffen, die geringe Abmessungen aufweist.
Die Erfindung schafft eine hochpräzise und extrem variable Fasertestvorrichtung. Die gemäß der Erfindung ausgebildete Fasertestvorrichtung kann verhältnismäßig geringe Abmessungen und - bei minimaler Anzahl von Bauteilen - einen verhältnismäßig einfachen und unkomplizierten Aufbau aufweisen. Dennoch ist die gemäß der Erfindung vorgesehene Fasertestvorrichtung in der Lage, die Fasern hochanspruchsvollen herkömmlichen sowie nicht herkömmlichen Testprotokollen zu unterziehen und präzise Information über Fasereigenschaften zu liefern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen von Fasern angegeben, bei denen ein linearer Schrittmotor verwendet wird. Der lineare Schrittmotor weist ein Antriebsteil auf, das zur gesteuerten linearen Bewegung auf einer stationären Platte angeordnet ist. Eine erste Fasergreifeinrichtung, z.B. eine Fasergreifklaue oder -klemme, ist mit dem Antriebsteil des linearen Schrittmotors verbunden und derart angeordnet, daß sie entsprechend der Linearbewegung des Antriebsteiles eine lineare Bewegung entlang eines vorbestimmten Weges durchführen kann. Eine zweite Fasergreifeinrichtung ist im Abstand von und in linearer Beziehung zu dem vorbestimmten linearen Weg der ersten Fasergreifeinrichtung positioniert. Die zweite Fasergreifeinrichtung ist derart mit einer Kraftmeßeinrichtung, z.B. einer Kraftmeßzelle, gekoppelt, daß die von der zweiten Fasergreifeinrichtung erfahrene Kraft auf die Kraftmeßeinrichtung übertragen wird. Eine Steuereinrichtung, z.B. ein Mikrocomputer, ist mit der Kraftübertragungseinrichtung und mit dem linearen Schrittmotor verbunden und steuert die lineare Bewegung des linearen Schrittmotors entsprechend einem Satz vorbestimmter Instruktionen.
Da zum Bewegen der ersten Fasergreifeinrichtung ein linearer Schrittmotor benutzt wird, wird zum Bewegen der Fasergreifeinrichtung oder Klaue kein anspruchsvolles Getriebesystem verwendet, so daß die Fasertestvorrichtung im Vergleich mit herkömmlichen Fasertestvorrichtungen vereinfacht wird. Ferner ist der lineare Schrittmotor höchst präzise und kann durch ein Steuersystem, z.B. einen Mikrocomputer, digital gesteuert werden, so daß ein hochpräzises Testen der Faser ermöglicht wird und die Fasern höchstvariablen Testprotokollen unterzogen werden können, die gemäß dem Wunsch des Benutzers oder durch Standard-Fasertestabläufe bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fasertestvorrichtung geschaffen, die eine Kammer aufweist, welche derart ausgebildet ist, daß sie während des Testens der Faser die Fasertestprobe sowie die ersten und zweiten Fasergreifvorrichtungen aufnehmen kann. Zum Heizen und Kühlen der Kammer sind eine Heizeinrichtung und eine Kühleinrichtung mit der Kammer verbunden. Vorteilhafterweise sind die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung in der Lage, die in der Kammer herrschenden thermischen Bedingungen schnell zu ändern, wobei diese der Kammer vorzugsweise einen Druckluftstrom geheizter Luft oder einen Druckluftstrom gekühlter Luft zuführen. Die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung sind mit der z.B. als Mikrocomputer vorgesehenen Steuereinrichtung verbunden, so daß während des Testens von Fasern die innerhalb der Kammer herrschenden Temperaturbedingungen schnell geändert werden können. Ferner ist ein in der Kammer angeordneter Temperatursensor ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden, so daß die durch die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung bewirkten Temperaturänderungen kontinuierlich überwacht werden können und der auf die Kammer einwirkende Heiz- oder Kühlvorgang als Reaktion auf Signale von dem Temperatursensor variiert werden kann. Vorzugsweise schafft die Kammer eine im wesentlichen wärmeisolierte Umgebung zum Testen der Faser. Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung, die zum mechanischen Manipulieren der Faser innerhalb der Kammer verwendet wird, um einen Schrittmotor, z.B. den bereits erläuterten linearen Schrittmotor.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Testvorrichtung bietet in ihren verschiedenen Ausgestaltungen zahlreiche Vorteile und Verbesserungen. Beispielsweise können Fasern während eines einzigen Testprotokolls unter einer Vielzahl vorbestimmter Temperaturbedingungen und einer Vielzahl vorbestimmter mechanischer Bedingungen getestet werden, so daß Stärke, Dehnung, Schrumpfung und dgl. Fasereigenschaften, die sich unter der Einwirkung verschiedener mechanischer Behandlungen und Temperaturbedingungen auf die Faser ändern können, gemessen und vorausgesagt werden können. Beispielsweise werden bei einem Reifenherstellungsvorgang während des Durchführens der Formungs und Aushärt-Schritte die in dem Reifen vorhandenen Fasern gedehnt und erwärmt, anschließend entspannt und erwärmt, anschließend unter Erwärmung erneut gedehnt, und anschließend gekühlt. Die Fasertestvorrichtung gemäß der Erfindung kann für jeden beliebigen gegebenen Satz von Erwärmungs-, Dehnungs-, Entspannungs-, Kühl- und anderen Bedingungen, denen die Faser erwartungsgemäß während ihrer Integrierung in ein Endprodukt - z.B. einen Reifen - ausgesetzt ist, schnell und problemlos Information über zu erwartenden Veränderungen von Faser-Dehnung und -stärke liefern. Ferner ist die erfindungsgemäße Fasertestvorrichtung zur problemlosen Durchführung herkömmliche Fasertests geeignet, z.B. Test zum Bestimmen der Festigkeit, der Belastung bei einer bestimmten Dehnung, der Dehnung bei einer bestimmten Belastung und dgl. Ferner kann die erfindungsgemäße Fasertestvorrichtung problemlos zur Durchführung repetitiver Tests, z.B. des bekannten Tests zum Bestimmen von Funktionsverlust (work loss) verwendet werden, ohne daß eine Intervention seitens der Benutzers erforderlich ist, die mit dem Risiko von Bedienungsfehlern verbunden ist.

Die Zeichnungen, die einen Teil der Original-Offenbarung bilden, zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Fasertestvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Fasertestvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 einen bei der erfindungsgemäßen Testvorrichtung vorzugsweise verwendeten linearen Schrittmotor; und
Fig. 4 eine Steuer-Sequenz zum Durchführen des simulierten Härtungs-Nachhärtungs-Aufblas-Tests, bei dem das erfindungsgemäße System verwendet wird.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird eine bevorzugte Ausführungsform der zum Testen von Fasern vorgesehenen Erfindung erläutert. Obwohl zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bestimmte Ausdrücke verwendet werden, werden diese deskriptiv und nicht gattungsbezeichnend verwendet und dienen dem Zweck der Erläuterung und nicht der Einschränkung. Wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, umfaßt die Erfindung vielfältige Anderungen und Variationen, die innerhalb des Geistes und des Schutzumfangs der hier aufgeführten Lehren liegen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Fasertestvorrichtung gemäß der Erfindung. Ein linearer Schrittmotor 10, der ein bewegbares Antriebsteil 12 und eine stationäre Platte 14 aufweist, ist zur mechanischen Manipulation der Faser vorgesehen. Das bewegbare Antriebsteil 12 ist über eine starre Verbindungsstange 16 mit einer ersten Fasergreifklaue 18 verbunden, die das erste Ende einer zu testenden Faser 20 greift. Es ist ersichtlich, daß, während das Antriebsteil 12 linear auf der Platte 14 bewegt wird, die Fasergreifklaue 18 ihrerseits in einer entsprechenden linearen Bewegung entlang eines vorbestimmten linearen Weges bewegt wird, der durch den linearen Weg des Antriebsteils 12 auf der Platte 14 bestimmt wird. An dem Antriebsteil 12 ist ein Luftschlauch 22 befestigt, der zur Luftzufuhr zu einem Bereich des Antriebsteils 12 dient, das seinerseits ein Luftlager zwischen dem Antriebsteil 12 und der Platte 14 bildet, wie noch detailliert erläutert wird.
An einer Stelle, die im Abstand von dem vorbestimmten linearen Weg der ersten Fasergreifklaue 18 und in linearer Beziehung zu diesem angeordnet ist, ist eine zweite Fasergreifklaue 24 angeordnet. Die zweite Fasergreifklaue 24 ist über eine lineare Verbindungsstange 26 und einen Verbindungsstift 28 an dem Arm 30 einer herkömmlichen Kraftmeßzelle 32 befestigt. Somit ist die zweite Fasergreifklaue 24 an einer im wesentlichen feststehenden Stelle positioniert, während die Bewegung der Klaue 18 unterschiedliche Grade der Drehung der Faser 20 ermöglicht. Die auf die zweite Klaue 24 einwirkende Kraft wird dann über die Stange 26 und den Arm 30 zur Messung an die Kraftmeßzelle 32 übertragen.
Zur Bildung einer thermisch isolierten Kammer sind Gehäuseteile 40 und 42 vorgesehen, die jeweils einen Teil 44 bzw. 46 eines Hohlraums zur Aufnahme der Faser 20 und der Greifklauen 18 und 24 bilden, wenn das obere Gehäuseteil 42 um das Scharnier 50 abwärts gedreht worden ist, um in passendem Zusammenwirken mit dem unteren Gehäuseteil 40 den durch die Hohlraum- Teile 44 und 46 gebildeten Hohlraum zu schließen. Vorteilhafterweise sind die Wände der Gehäuseteile 40 und 42 mit einer relativ dicken Isolier-Auskleidung 52 und 54 versehen, so daß sich die Faser und die Fasergreifklauen in einer isolierten thermischen Umgebung befinden.
Im Inneren des Hohlraums ist ein Temperatursensor 56 zur kontinuierlichen Messung der Temperatur in dem Hohlraum angeordnet. Ferner sind ein Durchlaß 58 zum Einlaß von heißer Druckluft in den Hohlraum und ein Durchlaß 60 zum Entfernen von Luft aus dem Hohlraum vorgesehen. Ein Durchlaß 62 führt Kühlluft in den Hohlraum ein, und zwar über eine "Vortex"-Kühllufteinrichtung, die von EXAIR vertrieben wird und Kühlluft mit einer Rate von 2000 BTU/Std. zuführen kann.
Eine Heizeinrichtung 68, die einen (nicht gezeigten) Ventilator und ein (nicht gezeigtes) Heizelement aufweist, dient zur Zufuhr von geheizter Luft zu dem Durchlaß 58. Die geheizte Luft wird durch die Zufuhrleitung 64 schnell zu dem Durchlaß 58 bewegt, so daß die Kammer schnell geheizt werden kann. Eine Rückführleitung 66 dient dazu, geheizte Luft über den Durchlaß 60 aus der geheizten Kammer zu entfernen. Die Verwendung einer Druckluft-Heizvorrichtung bietet die Möglichkeit, die Temperatur in der Umgebungs-Kammer schnell zu ändern. Beispielsweise kann bei Verwendung einer Druckluft-Heizvorrichtung gemäß Fig. 1 die Temperatur in der Kammer mit einer Rate von bis zu ungefähr 25ºC pro Minute schnell geändert werden. In ähnlicher Weise ermöglicht die Verwendung der Vortex-Kühleinrichtung, die über den Durchlaß 62 gekühlte Luft zuführt, ein Abkühlen der Kammer mit einer Rate von bis zu -60ºC pro Minute.
Fig. 2 zeigt schematisch das System zur Steuerung der Fasertestvorrichtung gemäß der Erfindung. In Fig. 2 ist die durch die oberen und unteren Gehäuseteile 42 und 40 gebildete Kammer 43 in der geschlossenen Position gezeigt. Gemäß Fig. 2 ist eine Steuereinrichtung 70, die ein herkömmlicher Mikrocomputer oder eine ähnliche Steuereinrichtung über eine herkömmliche Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 72 mit den verschiedenen Teilen der Testvorrichtung verbunden, zu denen die Kraftmeßzelle 32, der lineare Schrittmotor 10, die Kühleinrichtung 63, die Heizeinrichtung 68 und der Temperatursensor 56 zählen. Typischerweise ist die Steuereinrichtung 70 ein digital betriebenes System, das einen Satz vorbestimmter Instruktionen aufweist, um die von der Kraftmeßzelle 32 und dem Temperatursensor 56 empfangenen Signale periodisch abzutasten, und um den linearen Schrittmotor 10, die Kühleinrichtung 63 sowie die Heizeinrichtung 68 zu betätigen.
In Fig. 3 ist ein herkömmlicher linearer Schrittmotor 10 gezeigt. Wie dem Fachmann bekannt ist, weist der lineare Schrittmotor ein Antriebsteil 12 und ein stationäres Plattenteil 14 auf. Typischerweise ist eine Motorsteuerung 80 in den Schrittmotor integriert. Das Antriebsteil weist zwei Elektromagneten 82 und 84 mit Feldwicklungen 86 und 88 auf. Die beiden Pol-Flächen jedes Elektromagneten sind gezahnt, um den Magnetfluß zu konzentrieren. Die an den Elektromagneten ausgebildeten Zähne 90 sind derart angeordnet, daß zu jeder Zeit nur ein einziger Satz von Zähnen der Elektromagnete mit den entsprechenden Platten-Zähnen ausgerichtet werden kann. Zwischen den beiden Elektromagneten ist ein starker Seltenerd- Permanentmagnet 94 angeordnet.
Die linearen Schrittmotoren weisen Lager auf, die zwischen der Platten-Oberfläche und der Oberfläche der Elektromagneten angeordnet sind. Die Lager können mechanische Lager oder Luftlager sein. Ein Luftlager arbeitet dergestalt, daß das Antriebsteil mittels Hochdruckluft, die durch Öffnungen in der Nähe der Pol-Flächen des Antriebsteils eingeführt wird, in der Schwebe gehalten wird. Somit wird das Antriebsteil kontinuierlich mit einem geringen Abstand 96 (Fig. 3) über der Platte gehalten, wenn das Luftlager in Betrieb ist.
Die Arbeitsweise linearer Schrittmotoren ist weithin bekannt. Im wesentlichen tendiert bei Einleiten eines Stroms in eine Feldwicklung das daraus resultierende Magnetfeld dazu, den Magnetfluß an einer Pol-Fläche zu verstärken und den Magnetfluß an der anderen Pol-Fläche aufzuheben. Durch Umkehren des Stroms werden Verstärkung und Aufhebung ausgetauscht. Durch selektives Anlegen von Strom ist es möglich, den Fluß an jeder beliebigen der vier Pol-Flächen des Antriebsteils zu konzentrieren. Diejenige Fläche, die die höchste Fluß-Konzentration erhält, zeigt das Bestreben, ihre Zähne mit der Platte auszurichten und somit das Antriebsteil in die eine oder die andere Richtung zu bewegen.
Lineare Schrittmotoren sind auf dem Gebiet bekannt und von verschiedenen Quellen erhältlich, etwa von PARKER Compumotor Corp. in Rohnert Pak, California.
Gemäß Fig. 2 empfängt der lineare Schrittmotor 10 ein Steuer- Eingangssignal von der Steuereinrichtung 70. Ferner gibt der lineare Schrittmotor über die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 72 Positionssignale an die Steuereinrichtung 70 aus. Auf der Basis der dem linearen Schrittmotor 10 an die Steuereinrichtung 70 ausgegebenen Positionssignale kann in der Steuereinrichtung 70 der exakte Gesamt-Bewegungsbetrag des Antriebsteils 12 berechnet werden, wobei dieser Bewegungsbetrag seinerseits die Berechnung des Prozentbetrages der Faser-Verlängerung oder -Dehnung ermöglicht.
Auf dem Gebiet ist eine Vielzahl von Testprotokollen für Fasern bekannt, und diese können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems durchgeführt werden. Beispielsweise wird zur Bestimmung der Last bei spezifizierter Dehnung (LASE), wenn z.B. eine Dehnung von 5% spezifiziert ist, die zu testende Faser 20 zunächst zwischen den Klauen 18 und 24 eingespannt. Anschließend wird der Test durch Bedienereingabe initiiert. Die Steuereinrichtung 70 übermittelt dem Antriebsteil 12 Signale zur Bewegung in der linken Richtung, bis die Kraftmeßzelle 32 einen Anstieg der auf die Fasergreifklaue 24 einwirkenden Last detektiert. Anschließend wird die Position des Antriebsteils 12 durch die Steuereinrichtung bestimmt, und das Antriebsteil 12 wird weiter nach links bewegt, bis gemäß der Berechnung durch die Steuereinrichtung die Position erreicht ist, an der die Faser um 5% gedehnt ist. Anschließend mißt die Steuereinrichtung die auf die Kraftmeßzelle 32 einwirkende Last und zeigt die Last auf der Anzeigeeinrichtung 74 an, die als Video-Bildschirm oder Drucker/Plotter vorgesehen sein kann.
Fig. 4 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung in dem industriellen Standard-Testprotokoll, das als "simulierter Härtungs-Nachhärtungs-Aufblas-Test" ("simulated cure postcure inflation test") bekannt ist. In diesem Test werden die Fasern Bedingungen ausgesetzt, die eine Simulation der Bedingungen sind, denen die Fasern während eines Reifenherstellungsvorgangs ausgesetzt wären. Bei Verwendung herkömmlicher Systeme führte die mit dem Test befaßte Bedienungsperson bestimmte Testschritte manuell durch und benötigte ungefähr fünfundvierzig Minuten zur Durchführung des Tests. Bei dem System gemäß der Erfindung wird der Test durch die Testvorrichtung durchgeführt. Der Arbeitsanteil der Bedienungsperson beschränkt sich auf das Laden der Faser in das System und das Initiieren des Tests.
Wie Fig. 4 zeigt, initiiert die Bedienungsperson den Test, indem sie eine Faserprobe, deren Länge einem vorbestimmten Betrag - z.B. 25 cm (10 Inch) - nahekommt, in die Faser-Klauen lädt. Dann startet die Bedienungsperson den Test. In Schritt 100 (Fig. 4) wird das System automatisch initialisiert. Die durch die Steuereinrichtung, z.B. den Mikrocomputer, durchgeführte Initialisierung des Systems umfaßt die folgenden Schritte:
Feststellen des Kraftmeßzellen-Auslesewertes; Bewegen des Antriebsteils um einen diskreten Schritt nach links;
Messen der auf die Kraftmeßzelle einwirkenden Last;
Bewegen des Antriebsteils um einen Schritt nach links; und
Wiederholen des Lastmessungs-Schrittes und des Kraftmeßzellen-Bewegungsschrittes, bis die Kraftmeßzelle eine Schwellen-Last erkennt.
Im Anschluß an die obige Initialisierungs-Subroutine wird angenommen, daß die Faser eine Null-Prozent-Dehnung aufweist, und der Steuerungsvorgang rückt auf Schritt 110 vor, um die Konstant-Last-Subroutine zu initialisieren, bei der die Faser einer konstanten Last ausgesetzt wird. Diese Subroutine wird von dem System wie folgt durchgeführt:
Bewegen des Antriebsteils nach links;
Messen der auf die Kraftmeßzelle einwirkenden Last;
Vergleichen der Last mit einem vorbestimmten Wert;
falls die Last kleiner als der vorbestimmte Wert ist, Zurückkehren zu dem "Antriebsteil-Bewegungs"- Schritt;
falls die Last gleich dem vorbestimmten Wert ist, Zurückkehren zu dem unmittelbar vorhergehenden "Last-Messungs" -Schritt.
Die Konstant-Last-Subroutine wird fortgesetzt, bis die vorbestimmte Last, die auf die Faser einwirken soll, erreicht ist. Anschließend rückt der für das System vorgesehene Steuervorgang auf Schritt 120 vor, in dem die Hohlraum-Heiz-Subroutine initiiert wird. In dieser Subroutine wird der Hohlraum mittels der folgenden Schritte auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht und auf dieser gehalten:
Heizen des Hohlraums mit Druckluft auf eine vorbestimmte Temperatur;
Messen der Temperatur in dem Hohlraum;
Vergleichen der gemessenen Temperatur mit der vorbestimmten Temperatur;
falls die Temperatur in dem Hohlraum niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, Erhöhen der Temperatur der geheizten Druckluft;
falls die Temperatur in dem Hohlraum höher als die vorbestimmte Temperatur ist, Verringern der Temperatur der geheizten Luft;
falls die Temperatur in dem Hohlraum gleich der vorbestimmten Temperatur ist, Konstanthalten der Temperatur der Druckluft;
Rückkehr zu dem unmittelbar vorhergehenden "Temperatur-Meß"-Schritt.
Wenn mittels der Hohlraum-Heiz-Subroutine die vorbestimmte Temperatur erreicht worden ist, rückt der Systemsteuervorgang auf Schritt 130 vor, in dem die Dehnung der Faser als prozentuale Dehnung errechnet und gespeichert wird. Die prozentuale Dehnung wird errechnet, indem die Faserlänge bei Null-Last mit der Faserlänge bei der spezifizierten Last verglichen wird. Die Faserlänge wird auf der Basis der Position des Antriebsteils bestimmt.
Wenn die Faserdehnung bestimmt und gespeichert worden ist, rückt der Systemsteuervorgang auf Schritt 140 vor. In Schritt 140 werden die Konstant-Last-Subroutine und die Heiz-Subroutine für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgeführt.
Wenn das Steuersystem das Ende der vorbestimmten Zeitperiode feststellt, rückt der Systemsteuervorgang auf Schritt 150 vor, in dem die Faserdehnung nochmals berechnet wird. Während des vorhergehenden Schrittes 140, in dem die Faser auf einer konstanten Temperatur und unter einer konstanten Last gehalten wird, kann sich die Länge der Faser geringfügig ändern. Deshalb wird, während die Konstant-Last-Subroutine in Schritt 140 fortgeführt wird, die Position des Bewegungsteils periodisch - z.B. ungefähr 20 mal pro Sekunde - nachreguliert, um die durch die Kraftmeßzelle ermittelte Last auf dem vorbestimmten konstanten Wert zu halten.
Im Anschluß an Schritt 150 rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 160 vor, in dem die Faser einer Null-Last-Subroutine ausgesetzt wird. In dieser Subroutine wird die Position des Bewegungsteils in der folgenden Weise langsam derart eingestellt, daß eine Null-Last auf die Faser ausgeübt wird:
Bewegen des Bewegungsteils um eine Position nach rechts;
Ermitteln des Last-Auslesewertes von der Kraftmeßzelle;
falls der Auslese-Wert größer als Null ist, Rückkehren zu dem "Bewegungsteil-Bewegungs"-Schritt;
falls der Auslese-Wert gleich Null ist, Rückkehren zu dem "Last-Auslesewert-Ermittlungs" -Schritt.
Wenn das System die auf die Faser einwirkende Last auf Null gebracht hat, rückt der Steuervorgang auf Schritt 170 vor. In Schritt 170 werden die Null-Last-Subroutine und die Hohlraum- Heiz-Subroutine für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt. Im Anschluß an diese vorbestimmte Zeitperiode rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 180 vor.
In Schritt 180 wird die Faserdehnung basierend auf der anfänglichen Faserlänge in der bereits erläuterten Weise berechnet. Während der vorbestimmten Periode gemäß Schritt 170 hat sich die Faserlänge möglicherweise geringfügig verringert, während die Faser für die vorbestimmte Zeitperiode unter einer Null- Last gehalten wurde.
Anschließend rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 190 vor, in dem die bereits erläuterte Konstant-Last-Subroutine unter Verwendung eines größeren vorbestimmten Last-Wertes als in Schritt 110 initiiert wird. In Schritt 190 wird die Konstant-Last-Subroutine fortgesetzt, bis das System gemäß den vorbestimmten Instruktionen die auf die Faser einwirkende Last auf den vorbestimmten Betrag gebracht hat. Anschließend rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 200 vor.
In Schritt 200 initiiert das System eine Kühl-Subroutine, um eine vorbestimmte kühlere Temperatur in dem Hohlraum herzustellen. Die Kühl-Subroutine ist der bereits im Zusammenhang mit Schritt 120 beschriebenen Heiz-Subroutine vergleichbar; anstelle des in Schritt 120 verwendeten Druckluft-Heizsystem wird jedoch ein Druckluft-Kühlsystem zum Kühlen des Hohlraums verwendet. Wenn die druckbeaufschlagte Kühlluft die vorbestimmte kühlere Temperatur in dem Hohlraum hergestellt hat, rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 210 vor.
In Schritt 210 werden die Konstant-Last-Subroutine und die Kühl-Subroutine für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt. Anschließend rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 220 vor.
In Schritt 220 initiiert das System die im Zusammenhang mit Schritt 160 erläuterte Null-Last-Subroutine. Wenn die auf die Faser einwirkende Last auf Null gebracht worden ist, rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 230 vor.
In Schritt 230 wird die Faserdehnung basierend auf der anfänglichen Faserlänge berechnet, wie im Zusammenhang mit Schritt 130 erläutert wurde. Wenn die Dehnung der Faser berechnet worden ist, rückt der Steuervorgang des Systems auf Schritt 240 vor, in dem ein schriftlicher Bericht für den abgeschlossenen Test generiert wird. Der schriftliche Bericht kann zu berichtende Werte und/oder Daten enthalten, die graphisch in Form von Kurvendiagrammen und dgl. geliefert werden, wie dem Fachmann geläufig ist.
Es ist ersichtlich, daß Belastungs-/Dehnungs-Kurven für verschiedenartige Fasern ähnlich wie in der beschriebenen Weise erzeugt werden können. Nach der Initiierung des Systems wird der lineare Schrittmotor mit der durch das Testprotokoll spezifizierten Rate nach links bewegt. Die Steuereinrichtung tastet die von der Kraftmeßzelle 32 her empfangenen Kraft-Signale und die von dem Antriebsteil her empfangenen Positionssignale kontinuierlich ab, um eine im wesentlichen kontinuierliche Belastungs-/Dehnungs-Kurven-Information zu erhalten, die im Anschluß an den Test graphisch angezeigt werden kann.
Das System kann z.B. auch Daten zur Dehnung bei einer spezifizierten Last liefern. Ferner kann das System den in dem US- Patent 4,101,525 von Davis et al. beschriebenen komplexen Funktionsverlust-Test automatisch durchführen, ohne daß eine Eingabe seitens des Benutzers mit den damit einhergehenden Bedienungsfehlern erforderlich ist.
Die Erfindung wurde anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen sehr detailliert beschrieben. Jedoch können innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie er in der vorausgehenden Beschreibung erläutert und in den nachstehenden Ansprüche definiert ist, Anderungen und Modifikationen vorgenommen werden.

Claims

1. Fasertestvorrichtung mit

einem Schrittmotor (10) zum Antreiben eines linear bewegbar angeordneten Schlittens (12),

einer ersten Fasergreifvorrichtung (18), die mit dem Schlitten (12) verbunden und der linearen Bewegung des Schlittens (12) entsprechend längs eines vorbestimmten linearen Weges linear bewegbar ist,

einer zweiten Fasergreifvorrichtung (24), die von der ersten Fasergreifvorrichtung (18) beabstandet und in linearer Beziehung zu dem vorbestimmten linearen Weg der ersten Fasergreifvorrichtung (18) positioniert ist,

einer Kraftmeßeinrichtung (32), die zur Messung der auf die zweite Fasergreifvorrichtung (24) aufgebrachten Kraft mit der zweiten Fasergreifvorrichtung (24) verbunden ist, und

einer Steuereinrichtung (70,72,80) mit einer Motorsteuereinrichtung (80), die zum Steuern des Schrittmotors (10) mit diesem verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (70,72,80) derart mit der Kraftmeßeinrichtung (32) verbunden ist, daß sie Signale von der Kraftmeßeinrichtung (32) empfängt,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schrittmotor ein Linearmotor (10) mit einem als Schlitten (12) verwendeten Antriebsteil ist, das zur linearen Bewegung entlang einer stationären Platte (14) geführt und mit der Motorsteuereinrichtung (80) verbunden ist, und

die Steuereinrichtung (70,72,80) ferner derart mit dem Antriebsteil (12) verbunden ist, daß sie Positionssignale von diesem empfängt.

2. Fasertestvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Kammer (43) zur Aufnahme der ersten und der zweiten Fasergreifvorrichtung (18,24), wobei ein von der ersten und der zweiten Fasergreifvorrichtung (18,24) gehaltenes Faser-Testobjekt (20) im Inneren der Kammer (43) gehalten werden kann, während es getestet wird.

3. Fasertestvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Heizeinrichtung (68) zum Heizen des Inneren der Kammer (43), und mit einer Kühleinrichtung (63) zum Kühlen der Kammer (43), wobei die Heizeinrichtung (68) und die Kühleinrichtung (63) als Reaktion auf Signale von der Steuereinrichtung (70,72,80) betätigbar sind.

4. Fasertestvorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit einer Temperatursensoreinrichtung (56), die im Inneren der Kammervorrichtung (43) positioniert und mit der Steuereinrichtung (70,72,80) verbunden ist.

5. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kraftmeßeinrichtung eine Kraftmeßzelle (32) aufweist.

6. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Heizeinrichtung (68) eine Einrichtung (64) zum zwangsweisen Zuführen eines Stroms geheizter Luft in das Innere der Kammervorrichtung (43) aufweist, und bei der die Kühleinrichtung (63) eine Einrichtung zum zwangsweisen Zuführen eines Stroms gekühlter Luft in das Innere der Kammervorrichtung (43) aufweist.

7. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Kammervorrichtung (43) eine Wärmeisolationseinrichtung aufweist, um die erste Fasergreifvorrichtung (18) , die zweite Greifvorrichtung (24) und das Faser-Testobjekt (20) in einer im wesentlichen wärmeisolierten Umgebung zu halten.

8. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Steuereinrichtung (70,72,80) einen Mikrocomputer (70) aufweist.

9. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer mit der Steuereinrichtung (70,72,80) verbundenen Anzeigeeinrichtung (74) zur Anzeige der Ergebnisse an einem Faser-Testobjekt (20) durchgeführter thermomechanischer Tests.

10. Fasertestvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Anzeigeeinrichtung (74) die Anzeige in geschriebener Form erzeugen kann.

11. Fasertestvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Steuereinrichtung (70,72,80) einen Satz vorbestimmter gespeicherter Instruktionen enthält, um an dem Faser-Testobjekt (20) ein standardmäßiges simuliertes Härtungs-Nachhärtungs-Aufblas-Testprotokoll auszuführen.