DE10010025A1 - Thermo-Mechanischer Analysator - Google Patents

Abstract

Es ist ein Schlitz (3) für einen Sondenaustausch über einer Öffnung (1a) zum Austauschen eines Teststückes (10a) an einer Seite eines Teststückrohres (1) zum Installieren von Teststücken vorgesehen. Es werden Sonden über diesen Schlitz herausgenommen und eingeführt. Es können daher die Sonden ohne Herausnahme des Teststückrohres oder eines Thermokopplers ausgetauscht werden. Dies verbessert den Arbeitswirkungsgrad und bedeutet, daß die Arbeit in einem eingeschränkten Raum ausgeführt werden kann, da die Sonden nach vorne zu einer Bedienungsperson hin gezogen werden und in der entgegengesetzten Richtung eingeführt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermo-mechanischen Analysator.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines thermo-mechanischen Analysators und Fig. 6 ist eine Außenan­ sicht, welche eine Konfiguration eines Proben-Montageabschnit­ tes zeigt.

Ein Teststück 10 wird auf den geschlossenen Boden eines zylin­ derförmigen Teststück-Rohres 11 platziert und wird durch eine Sonde 2 willkürlichen Belastungen unterworfen. Ein Heizofen 18 ist um den Boden des Teststück-Rohres 11 herum vorgesehen. Der Heizofen 18 wird durch einen Temperaturregler (nicht gezeigt) temperaturmäßig geregelt, um die Temperatur des Teststückes 10 zu steuern oder zu regeln. Der Heizofen 18 kann aufwärts und abwärts mit Hilfe eines Bewegungsmechanismus (nicht gezeigt) bewegt werden.

Die Sonde 2 befindet sich in Kontakt mit dem Teststück 10 an einem unteren Teil, ist an eine Sonden-Kupplung 12 an einem oberen Teil befestigt und ist mit einer Hilfssonde 14 unter Verwendung von Verbindungsmitteln 13 verbunden. Die Hilfssonde 14 ist jeweils an einem Kern 15 aus einem magnetischen Material und einer Hilfssonde 16 befestigt. Die Sonde 2 ist, während sie mit der Sondenkupplung 12, der Hilfssonde 14, dem Kern 15 und der Hilfssonde 14 verbunden ist, bewegbar. Die Hilfssonde 16 usw. ist über der Sonde 2 durch ein Federteil, einem Abgleich­ mechanismus oder ähnlichem (nicht gezeigt) gehaltert. Die Sonde 2 kann sich daher in einer vertikalen Richtung bewegen, eine Bewegung in anderer Richtung ist jedoch eingeschränkt.

Das Teststück-Rohr 11 ist an einem Teststück-Rohrhalter 20 be­ festigt. Der Teststück-Rohrhalter 20 ist durch ein Teststück­ rohr-Halterungsteil 21 gehaltert und zwar unter Verwendung von Schrauben. Das Teststückrohr-Halterungsteil 21 ist an zwei ver­ tikalen Wellen 24, die auf einer Basis 19 stehen, vermittels Wellenhalter 23 gehaltert. Das Teststückrohr-Halterungsteil 21 kann vertikal parallel zu der Basis 19 durch eine Führungs­ schraube 25 und einen Motor 23 bewegt werden.

Ein Kraftgenerator 17 umfaßt eine Wicklung 17a und einen Mag­ neten 17b. Dieser Kraftgenerator kann eine willkürliche Last auf das Teststück 10 über die Sonde 2 als ein Ergebnis der wechselseitigen Wirkung der Wicklung 17a und des Magneten 17b, der an der Hilfssonde 16 befestigt ist, aufbringen. Es wird die Deformation des Teststückes 10 aufgrund der Wärme von dem Heiz­ ofen 18 oder der sich ändernden Last von dem Kraftgenerator 17 durch einen Differentialübertrager 22 als relative Positions­ änderungen des Teststückrohres 11 und der Sonde 2 detektiert. Es wird ein Signal einer Detektionsschaltung (nicht gezeigt) eingegeben. Der Differentialübertrager 22 ist an Wellen 24 und einer Differentialübertrager-Halterung 27 befestigt, so dass dieser indirekt oder mittelbar an der Basis 19 befestigt ist.

Ein Thermokoppler 29 zum Messen der Temperatur des Teststückes 10 ist durch ein Isolationsrohr 30 geschützt und erstreckt sich von der Nähe des Teststückes 10 über ein Loch 20a des Test­ stückrohrhalters 20 nach außen hin. Der Thermokoppler 29, der sich aus dem Teststückrohr 11 heraus erstreckt, ist durch ein flexibles Isolierrohr 31 bedeckt und ist mit einer Temperatur­ meßschaltung (nicht gezeigt) verbunden.

Die Verfahren zum Aufbringen einer Last, um eine Kompression, Expansion, Biegung und Streckung usw. für diesen thermo-mecha­ nischen Analysator herbeizuführen, ändern sich abhängig von der Gestalt des Teststückes und den Richtlinien der Messungen und es werden daher wohl gemerkt Sonden verwendet. Wenn für den Be­ trieb die Sonden ausgetauscht werden, so stellt dies einen Fak­ tor dar, der den Wirkungsgrad der Meßoperationen als Ganzes be­ einflußt.

Ein Testrohr und eine Sonde sind aus Materialien hergestellt, die gegenüber Hitze in einem Temperaturmeßbereich widerstands­ fähig sind und die einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten be­ sitzen, oder aus bestehenden Materialien (beispielsweise ge­ schmolzenes Quarz oder gesintertes Aluminium usw.) hergestellt. Andererseits sind die Teile wie beispielsweise der Teststück­ rohrhalter 20 und die Sondenkupplung 12, die in Fig. 5 gezeigt sind, aus Metallmaterialien usw. hergestellt. Solche Metallma­ terialien werden soweit wie möglich oberhalb des Heizofens po­ sitioniert, um eine Ausdehnung während der Hochtemperaturmes­ sungen zu verhindern. Das Teststückrohr und das obere Ende der Sonde sind ausgerichtet und die Länge der Metallteile ist gleich, um Änderungen, die durch Ausdehnung verursacht werden, zu versetzen. Als ein Ergebnis liegen die Sonden-Anschluß- oder Verbindungsmittel über dem oberen Endteil des Teststückrohres. Die Sonde ist in bevorzugter Weise so lang wie möglich ausge­ bildet, so dass der Differentialübertrager und der Kraftgene­ rator nicht durch die Wärme von dem Heizofen beeinflußt werden.

Um die Sonde zu wechseln, gibt es ein Verfahren, bei dem eine Sonde von der unteren Seite des Gerätes aus herausgenommen wird, und ein Verfahren, bei dem das Teststückrohr herausge­ nommen wird. Diese Verfahren sind mit dem Nachteil involviert, dass das Teststückrohr freigelegt oder entmantelt wird und dies macht auch die Vorgehensweise komplex, da es dann auch erfor­ derlich ist den Thermokoppler bloß zu legen, um die Temperatur des Teststückes zu messen, die innerhalb des Teststückrohres vorherrscht und zwar zusammen mit dem Teststückrohr. Wenn je­ doch nur das Teststückrohr entfernt wird ohne dabei den Thermo­ koppler herauszuziehen, um eine Komplizierung der Vorgehenswei­ se zu vermeiden, entsteht die Möglichkeit, dass die relativen Positionen des Endes des Thermokopplers und des Teststückrohres sich nach dem Wiederzusammenbau ändern, was einen Faktor dar­ stellt, der eine schlechte Reproduktion der Temperaturmessungen bewirkt.

Alternativ kann eine Sonde nach unten hin aus dem Gerät über eine Öffnung in der Seite des Teststückrohres entfernt werden. Jedoch besitzt die Öffnung eine Größe, die gerade zum Austau­ schen der Teststücke ausgelegt ist und so klein wie möglich ausgeführt wird, um eine mechanische Festigkeit des Teststück­ rohres zu garantieren. Andererseits ist es erforderlich die Länge der Sonde in einer Länge auszuführen, die für die Konfi­ guration des Gerätes geeignet ist, wie dies oben beschrieben wurde, und diese Länge ist daher verglichen mit der Länge der Öffnung zum austauschen der Teststücke lang. Daher kann die Sonde nicht über die Öffnung zum Austauschen der Teststücke entfernt werden. Wenn ferner ein Loch für die Sondenentnahme vorgesehen wird, welches getrennt von der Öffnung für den Test­ stückaustausch vorhanden ist und zwar im Boden eines Teststück­ rohres, sollte ein Raum, der länger ist als die Länge der Son­ de, an dem unteren Teil eines thermo-mechanischen Analysators beibehalten werden und dies führt dann zu Konstruktionsein­ schränkungen. Die Vorrichtung muß daher größer ausgeführt wer­ den als dies erforderlich ist und dies verursacht Probleme hin­ sichtlich der Installation der Vorrichtung.

Wenn auf der anderen Seite die Sonde nach oben aus dem Gerät herausgezogen wird, ist es erforderlich die Sonde nach oben bis zu einer Höhe zu ziehen, die größer ist als die Höhe des Ge­ rätes. Daher wird die Höhe des thermo-mechanischen Analysators und des Installationstisches zusammen mit der Länge der Sonde selbst häufig größer als die Höhe bzw. Größe einer Bedienungs­ person, was mit dem Nachteil behaftet ist, dass diese Operation nur schwierig ausgeführt werden kann.

Zusammenfassung der Beschreibung

Ein kleiner Schlitz, der ausreichend ist, um die Sonde nach oben ihn zu entfernen, ist in der Seite des unteren Teiles ei­ nes Teststückrohres zum Installieren der Teststücke vorgesehen. Die Sonde wird dann entfernt und wird über die schlitzförmig gestaltete Öffnung eingeführt. Es können daher Sonden in ein­ geschränkten Räumen ohne entfernen des Teststückrohres ausge­ tauscht werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) und Fig. 1(b) sind Aussenansichten, die ein Probenrohr, Proben und Teststücke der Ausführungsform der Erfindung zeigen;

Fig. 2 ist eine Bezugsansicht, die schematisch Querschnitte eines Teststückrohres und einer Sonde zeigen und die die Beziehung zwischen jeder Abmessung wiedergeben;

Fig. 3 ist ein Querschnitt, der eine Prozedur zeigt, um eine Sonde bei der Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung auszutau­ schen;

Fig. 4 ist eine weitere Querschnittsansicht, die eine andere Prozedur zum austauschen einer Sonde bei der Ausführungsform nach der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Querschnitt, der eine Konfiguration eines thermo-mechanischen Analysators zeigt;

Fig. 6 ist eine Aussenansicht, die ein Teststück­ rohr, eine Sonde und ein Teststück eines herangezogenen Beispiels zeigt; und

Fig. 7 ist eine Aussenansicht, die Mittel zum Ver­ binden einer Sonde und eines Hauptkörpers eines Gerätes zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das Folgende ist eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung basierend auf einer Ausführungsform eines thermo-mechanischen Analysators. Fig. 1a und Fig. 1b sind Aussenansichten, die einen Teststück-Installationsabschnitt eines thermo-mechanischen Ana­ lysators der vorliegenden Erfindung zeigen. Komponenten, die von dem Teststück-Installationsabschnitt verschieden sind, sind für das herangezogene Beispiel die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 5 gezeigt sind.

Fig. 1a ist eine Aussenansicht eines Teststück-Installations­ abschnitts zum Messen eines blockförmig gestalteten Teststückes 10a in Kompressions- und Expansions-Moden. Das Teststück 10a wird durch eine Öffnung 1a eingeführt, die in der Seite des un­ teren Teiles des Rohres 1 mit geschlossenem Ende vorgesehen ist, und wird auf dem Boden des Teststückrohres 1 angeordnet. Eine Sonde 2a zum Komprimieren und Expandieren ist innerhalb des Teststückrohres 1 aufgenommen und deren unterer Teil ist mit dem oberen Ende des Teststückes 10a verbunden.

Fig. 1b zeigt eine Aussenansicht eines Teststück-Installations­ abschnitts zum Messen eines filmartig gestalteten Teststückes 10b in einem Streck-Modus. Das filmartig gestaltete Teststück 10b wird durch Backen oder Hemmschuhe 4a und 4b erfaßt, wobei die Backe oder Hemmschuh 4a an der Sonde 2b installiert ist und die Backe oder der Hemmschuh 4b an dem Teststückrohr 1 instal­ liert ist. Die Öffnung 1a zum Austauschen der Teststücke ist in dem Teststückrohr 1 vorgesehen, wobei ein Schlitz 3 über der Öffnung 1a vorgesehen ist. Dieser Schlitz 3 am oberen Ende der Öffnung 1a wird beim Herausziehen und Einführen verwendet, wenn die Sonden 2a und 2b usw. ausgetauscht werden. Der Schlitz 3 besitzt daher die erforderliche Weite und Länge, die zum Aus­ tauschen der Sonden 2a und 2b erforderlich sind. Die Sonden 2a und 2b beaufschlagen die Teststücke 10a und 10b mit willkürli­ chen Lasten, die durch den Kraftgenerator 17 erzeugt werden, so wie dies anhand des Standes der Technik beschrieben wurde. Das Teststückrohr 1 besitzt daher eine mechanische Festigkeit, um diese Last zu tragen. Die Abmessungen des Schlitzes 3 werden anhand der Bedingung festgelegt, wonach die Sonden 2a und 2b entfernt oder eingeführt werden können ohne einen Verlust an mechanischer Festigkeit des Teststückrohres 1. Der Schlitz 3 nach der vorliegenden Erfindung ist von der Öffnung 1a zum Aus­ tauschen der Teststücke 10a und 10b unabhängig. Die Abmessungen des Schlitzes 3 stellen daher einen wichtigen Faktor dar.

Wenn speziell das Teststück 10a eine maximale Höhe von 20 mm besitzt, und einen maximalen Durchmesser von 8 mm besitzt, so sind eine erforderliche Höhe von etwa 22 mm und eine Weite oder Breite von ca. 10 mm für die Öffnung 1a ausreichend. Es ist je­ doch erforderlich, dass der Schlitz 3 die Abmessungen erfüllt, die durch die folgende Bedingungsgleichung wiedergegeben sind, wie dies aus Fig. 2 hergeleitet werden kann.
Länge des Schlitzes 3(X): X < L X ϕd/ϕD
Weite des Schlitzes 3(W): W < ϕd
worin
L die Länge der Sonde 2a ist
ϕd der Aussendurchmesser der Sonde 2a ist
ϕD der Innendurchmesser des Teststückrohres 1 ist.

Bei dieser Ausführungsform beträgt die Länge der Sonde 2a gleich 200 mm und der Aussendurchmesser liegt bei 4 mm und der Innendurchmesser des Teststückrohres 1 beträgt 6 mm. In diesem Fall muß die Länge des Schlitzes 3 länger sein als 50 mm und die Weite muß breiter sein als 4 mm. Andererseits gibt es auch Son­ den, deren Ende größer ist als die anderen Abschnitte und deren Aussendurchmesser nicht konstant ist, wie dies bei der Sonde 2b der Fall ist. In diesem Fall wird der Aussendurchmesser des größeren oder massiveren Endes als ϕd betrachtet. Wen eine Vielzahl von Sonden wie beispielsweise die Sonden 2a und 2b in Einklang mit diesen Gestalten des Teststückes und den Richtli­ nien der Messungen vorbereitet werden, werden die Abmessungen des Schlitzes 3 unter Einbeziehung der Möglichkeit des Austau­ sches aller Arten von Sonden festgelegt und bei dieser Ausfüh­ rungsform wird ein Schlitz mit einer Länge von 60 mm und einer Weite oder Breite von 6 mm realisiert.

Der Schlitz 3 kann irgendwo auf der Seite des Teststückrohres vorgesehen werden unter der Voraussetzung, dass keine Probleme aufgrund einer Behinderung usw. mit anderen Teilen des Gerätes zu dem Zeitpunkt der Herausnahme und des Einführens der Sonden 2a und 2b auftreten. Der Schlitz 3 kann auch getrennt von der Öffnung 1a positioniert sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Öffnung 1a und der Schlitz 3 unter Berücksichtigung der einfachen Handhabung oder des einfachen Betriebes konstruiert und sind daher so eingestellt, dass sie auf der gleichen Seite positioniert sind, so dass sie der Seite der Bedienungsperson gegenüberliegen.

Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herausnehmen der Sonden 2a und 2b. Zuerst wird gemäß einer Einstellung in Bezug auf den Hauptkörper des Gerätes der Heizofen 1, der um den Boden des Teststückrohres 1 herum positioniert ist, zu ei­ ner unteren Endposition hin bewegt und zwar mit Hilfe des Be­ wegungsmechanismus, so dass das Teststückrohr 1 von dem Heiz­ ofen freiliegt und die Teststücke 10a und 10b aus dem Test­ stückrohr 1 entfernt werden können. In diesem Zustand wird eine Pinzette usw. in die Öffnung 1a an dem unteren Teil des Test­ stückrohres 1 eingeführt, es sind die unteren Enden der Sonden 2a und 2b usw. befestigt und es werden die Verbindungsmittel 13 herausgenommen und werden von dem Hauptkörper des Gerätes iso­ liert.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die Verbindungsmittel 13 dieser Ausführungsform derart ausgelegt, dass die Sondenkupplung 12, die einen V-förmigen Kanal an ihrem Außenumfang an deren oberen Ende besitzt, in die Hilfssonde 14 eingeführt wird, die ein zy­ linderförmiges unteres Ende besitzt. Eine Schraube mit der gleichen Gestalt wie der V-förmige Kanal und mit einer konvexen Spitze wird dann durch ein Loch in der Seite der Hilfssonde 14 geschraubt, wobei der V-gestaltete Kanal der Sondenkupplung 12 und das Ende der Schraube koinzidieren, um dadurch eine Fixie­ rung herzustellen, wobei eine Lockerung dann eine Trennung her­ beiführt.

Das untere Ende der Sonde 2a oder 2b, welches sich von dem oben erläuterten Verbindungszustand löst oder getrennt wird, wird unter Verwendung einer Pinzette usw. fixiert, wird zu der Öff­ nung hin verschoben und wird zeitweilig nach unten hin bewegt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Sonde 2a oder 2b wird dann zu der Bedienungsperson entlang der Bahn gezogen, die durch den Pfeil A in Fig. 4 angezeigt ist. Ein Einführen in der umgekehr­ ten Reihenfolge ist ebenso möglich. Es ist daher möglich, die Sonde 2a oder 2b usw. zu wechseln ohne das Teststückrohr zu entfernen und ohne die Sonden 2a oder 2b nach oben herauszu­ ziehen, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist.

Die Sonde 2a oder 2b wird ausgetauscht während sie noch an die Sondenkupplung 12 angebunden ist. Die Sonde 2a oder 2b wird zuvor an der Sondenkupplung 12 befestigt. Verschiedene Typen von kombinierten Sonden und Sonden-Kupplungen sind für die Mes­ sungen verfügbar. Die Zone B, die in Fig. 4 gezeigt ist, zeigt die Länge an, die erforderlich ist, um die Sonde 2a oder 2b direkt unter dem Teststückrohr 1 herauszuziehen. Jedoch ist diese Zone dieser Ausführungsform nicht erforderlich und diese Ausführungsform kann in einem eingeschränkten Raum ausgeführt werden d. h. es gibt nur wenige Einschränkungen in Bezug auf die Abmaße des Gerätes, wenn diese Ausführungsform verwendet wird.

Bei dem thermo-mechanischen Analysator der vorliegenden Erfin­ dung kann eine Sonde durch einen Anwender ohne komplexe Opera­ tionen wie das Herausziehen eines Teststückrohres und des Ther­ mokopplers und Hochziehen der Sonde ausgetauscht werden. Dies verbessert die Handhabung des Analysators in bemerkenswerter Weise und macht auch die Gesamt-Meßoperation effizienter und zwar aufgrund dessen, dass die Zeit, die zum Austauschen der Sonde benötigt wird, verkürzt wird. Wenn ferner die Sonde nach unten und nach vorne herausgezogen wird ohne entfernen des Teststückrohres oder des Thermokopplers, um die Sonde auszutau­ schen, wird die Gefahr einer geringen Reproduktion der Tempera­ turmessungen vermieden und die Meßergebnisse werden auch zuver­ lässiger. Es ist nicht erforderlich mehr Raum als erforderlich an dem unteren Teil des Gerätes auszubilden, wodurch das Gerät kleiner wird.

Bezugszeichenliste

1

Teststückrohr

1

a Öffnung

2

Sonde

2

a Sonde für Kompression und Expansion

2

b Sonde zum Strecken

3

Schlitz

4

a Hemmschuh

4

b Hemmschuh

10

Teststück

10

a blockförmig gestaltetes Teststück

10

b filmartig gestaltetes Teststück

11

Teststückrohr

12

Sondenkupplung

13

Verbindungsmittel

14

Hilfssonde

15

Kern

16

Hilfssonde

17

Kraftgenerator

17

a Wicklung

17

b Magnet

18

Heizofen

19

Basis

19

a Loch

20

Teststückrohr-Halter

20

a Loch

21

Teststückrohr-Halterungsteil

22

Differentialübertrager

23

Wellenhalter

24

Welle

25

Führungsschraube

26

Motor

27

Differentialübertrager-Halterung

28

Kraftgenerator-Halterungsteil

29

Thermokoppler

30

Isolierrohr

31

Isolierrohr

Claims (4)

1. Thermo-mechanischer Analysator zum Messen von Änderungen in der Gestalt eines Teststückes (10a, 10b), die mit Ände­ rungen in der Temperatur und/oder der Last als ein Tempe­ ratur- oder Lastkoeffizient einhergeht, mit einem Test­ stückrohr (1) und einer Sonde (2a, 2b) zum Berühren oder zum Erfassen des Teststückes (10a, 10b), wobei die Sonde (2a, 2b) dadurch ausgetauscht werden kann, indem eine Öffnung (1a, 1b) zum Austauschen der Sonde (2a, 2b) in einer Seite des Teststückrohres (1) vorgesehen ist.

2. Thermo-mechanischer Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2a, 2b) durch Herausnehmen und Einführen durch die Öffnung (1a, 1b) hindurch ausgetauscht werden kann oh­ ne dabei das Teststückrohr (1) zu entfernen.

3. Thermo-mechanischer Analysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und die Weite oder Breite der Öffnung (1a, 1b) die durch die folgende Gleichung angegebenen Bedingungen befriedigt:
Länge (X) < L X ϕd/ϕD
Weite (W) < ϕd,
worin L die Länge der Sonde (2a, 2b) ist, ϕd ein Außendurchmesser der Sonde (2a, 2b) ist und ϕD ein Innendurchmesser des Teststückes (10a, 10b) ist.

4. Thermo-mechanischer Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung, die zum Austauschen eines Teststückes (10a, 10b) geeignet ist, in der Seite des Teststückrohres (1) ausgebildet ist und, daß ein Schlitz (3) mit einer Weite, die wenigstens breiter ist als der Außendurchmesser der Sonde (2a, 2b), über einem oberen Teil der Öffnung (1a) vorgesehen ist.