DE19647312A1

DE19647312A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung temperaturabhängiger Dehnungseigenschaften eines Prüflings

Info

Publication number: DE19647312A1
Application number: DE1996147312
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Opel
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung tempera turabhängiger Dehnungseigenschaften mindestens eines läng lichen, einseitig eingespannten Prüflings bei unterschied lichen Temperaturen mittels einer Temperaturkammer.

Aus SU-A-1645883 ist ein Verfahren zur Bestimmung temperatur abhängiger mechanischer Eigenschaften bekannt, bei dem zwei identische Prüflinge vorgesehen sind, wobei an einem der Prüflinge gezogen wird. Die temperaturabhängigen Längenände rungen des zweiten Prüflings werden mittels eines Sensors erfaßt, wobei dessen Temperaturgang bestimmt wird. Beim Ver gleich zweier identischer Prüflinge, von denen einer nur einen relativen Bezugswert liefert, sind auch nur Relativmes sungen möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit geringem Aufwand eine möglichst exakte Bestimmung von Dehnungswerten minde stens eines Prüflings zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der Temperaturkammer, neben dem Prüfling zusätzlich ein hinsichtlich seines Temperaturganges und seines Dehnungsverhaltens bekannter Referenzstab einseitig eingespannt wird, daß der Referenzstab und der Prüfling gemeinsam auf bestimmte Temperaturwerte gebracht werden, daß jeweils bei Erreichen der bestimmten Temperaturwerte die zugehörigen Dehnungswerte an dem Prüfling gemessen werden und daß die tatsächlichen Dehnungswerte unter Einbeziehung der am Referenzstab gemessenen Dehnungswerte für den jeweiligen Tem peraturwert berechnet werden.

Der bei der Erfindung vorgesehene Referenzstab ermöglicht eine sehr genaue Messung von Dehnungseigenschaften des Prüf lings.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestim mung temperaturabhängiger Dehnungseigenschaften mindestens eines länglichen, einseitig eingespannten Prüflings bei unterschiedlichen Temperaturen mittels einer Temperaturkam mer, welche dadurch gekennzeichnet ist,daß in der Temperatur kammer neben dem Prüfling zusätzlich ein hinsichtlich seines Temperaturganges und seines Dehnungsverhaltens bekannter Referenzstab vorgesehen ist, wobei der Referenzstab und der Prüfling gemeinsam auf bestimmte Temperaturwerte gebracht werden, daß Meßeinrichtungen vorgesehen sind, die bei Errei chen der bestimmten Temperaturwerte die zugehörigen Dehnungs werte bestimmen und daß die tatsächlichen Dehnungswerte unter Einbeziehung der am Referenzstab gemessenen Dehnungswerte für den jeweiligen Temperaturwert ermittelt werden.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungs beispiel einer Temperaturkammer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Temperatur kammer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in abgewandelter Form,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für die Betätigung der Anordnung nach Fig. 2

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Temperatur kammer mit horizontaler Anordnung des Prüflings.

In Fig. 1 ist Temperaturkammer TK1 im Schnitt dargestellt, deren Inneres mittels einer Temperatur-Steuereinrichtung CT1 auf vorgegebene Temperaturwerte einstellbar ist. Die Tempera tur-Steuereinrichtung CT1 wird von einer zentralen Steuer- und Recheneinheit CU1 über eine Leitung LT1 angesteuert. Im Inneren der Temperaturkammer TK1 ist ein Rahmen FA1 vorgese hen, der eine Reihe von im wesentlichen vertikal verlaufenden Stützen (vorzugsweise in einer kreisförmigen Anordnung) auf weist, wobei im vorliegenden Beispiel zur Vereinfachung der Darstellung nur zwei Stützen ST1 und ST2 dargestellt sind. Am oberen Ende dieser Stützen ST1 und ST2 ist eine Deckplatte DP vorgesehen, die entsprechende Durchtrittsöffnungen aufweist, wobei diese ebenfalls zweckmäßig auf einem Teilkreis angeord net und im vorliegenden Beispiel nur zwei Durchtrittsöffnun gen OP1 und OP2 sichtbar sind. In der Mitte der Deckplatte DP ist eine weitere Öffnung OR1 vorgesehen, in der mittels einer auf der Oberfläche der Deckplatte DP aufliegenden Befesti gungseinrichtung BR1 ein Bezugs- oder Referenzstab R1 einsei tig eingespannt gehalten ist. Dieser Referenzstab R1 erstreckt sich über eine ausreichend große Länge nach unten, wobei er zweckmäßig etwa im Mittelpunkt des Teilkreises für die Öffnungen OP1 und OP2 liegt, welche für die Aufnahme von Prüflingen dienen, von denen hier nur zwei mit PR1 und PR2 bezeichnete dargestellt sind. Die Prüflinge PR1 und PR2 sind durch Befestigungseinrichtungen B1 und B2 gehalten und erstrecken sich etwa parallel zur dem Referenzstab R1 nach unten. Die Prüflinge PR1 und PR2 (Länge l_P) sowie der Refe renzstab R1 (Länge l_R) sind zweckmäßig gleich lang oder zumindest etwa gleich lang (Längenabweichung unter 10%) gewählt, wobei bevorzugt für entsprechend genaue Messungen Längen von mindestens 0,5 m, vorzugsweise zwischen 1 m und 1,5 m gewählt werden. Der Referenzstab R1 dient vor allem dazu, die temperaturabhängigen Veränderungen des Gestells oder Rahmens FA1 zu erfassen.

Am unteren (freien) Ende der Prüflinge PR1 und PR2 sowie des Referenzstabes R1 sind jeweils Befestigungsadapter BA11, BA2 und BAR1 vorgesehen, die jeweils mit einheitlich ausgebilde ten stabförmigen Fortsetzungen FS11, FS2 sowie FSR1 versehen sind. Diese Fortsetzungen FS1 bis FSR1 stellen die Geber für den jeweiligen Prüflingen und dem Referenzstab zugeordnete Sensoren SP11, SP2 sowie SR1 dar, wobei bevorzugt berührungs los messende Sensoren verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind Sensoren, die auf Änderungen eines Magnetfeldes anspre chen, wobei außen feststehende, an der Grundplatte GP befe stigte, Magnetspulen WP1, WP2 und WPR1 verwendet werden, die im Inneren einen mit den Fortsetzungen FS11, FS2 und FSR1 verbundenen Kern aus ferromagnetischem Material MG1, MG2 und MGR1 aufweisen. Die durch die Verschiebung des Kerns erzeug ten elektrischen Spannungen werden von jedem Sensor über ent sprechende Meßleitungen LS1, LS2 und LR1 der zentralen Steuer- und Recheneinheit CU1 zur Auswertung zugeführt. Diese weist Anzeige und/oder Registriereinrichtungen auf, welche durch ein Display DP schematisch angedeutet sind.

Während der Referenzstab R1 im Bereich des zugehörigen Sensors SR1 bzw. des Magneten MGR1 endet, geht das Fortset zungselement FS1 und FS2 bei den Prüflingen PR1 und PR2 über den Sensor hinaus und endet in einer Grundlast LGP1 bzw. LGP12, welche dazu dient, bei nicht stabförmigen oder nicht geraden Prüflingen, wie z. B. Fäden, Seilen, Kabeln, elektri schen/optischen Leitern oder dergleichen, eine gerade Aus richtung (praktisch keine Durchbiegung infolge leichter Vor spannung) zu gewährleisten. Als Meßsensoren SP1, SP2 und SR1 können bevorzugt berührungslos arbeitende Geräte, insbeson dere differentialtransformatorische Wegaufnehmer der Firma Schaevitz verwendet werden.

Zur Durchführung des Meßzyklus können zwei grundsätzlich unterschiedliche Meßverfahren durchgeführt werden:

1. Exakte Bestimmung der temperaturabhängigen Ausdehnung bzw. des Ausdehnungskoeffizienten der Prüflinge PR1 und PR2 oder
2. Bestimmung des Dehnungsverhaltens der Prüflinge PR1 und PR2 unter Zugbelastung z. B. mittels zusätzlich anzubrin gender Gewichte LAP1 und LAP2 bei den Prüflingen.

Nachfolgend wird zunächst die reine Bestimmung des tempera turabhängigen Ausdehnungskoeffizienten α der Prüflinge erläu tert, wobei die Änderung der Temperatur in beiden Fällen grundsätzlich gleich verläuft. Die Längen der Proben und des Referenzstabes sind der Einfachheit halber als gleich voraus gesetzt (l_P = l_R). Bei unterschiedlichen Längen sind in bekannter Weise entsprechende Umrechnungen durchzuführen.

1. Bestimmung des Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten

Von dem Meß- und Steuergerät CU1 aus wird die Temperatur steuerung CT1 so aktiviert, daß nacheinander vorgegebene, entsprechend frei wählbare und innerhalb eines bestimmten Meßbereiches liegende Temperaturwerte im Inneren der Kammer TK1 erhalten werden. Natürlich ist dabei zu berücksichtigen, daß es eine entsprechende Zeit dauert, bis alle Elemente innerhalb der Kammer TK1 die gewünschte Temperatur erreicht haben. Besonders genaue Meßergebnisse lassen sich erhalten, wenn innerhalb der Temperaturkammern TK1 mittels hier nicht dargestellter Sensoren die Temperatur an mindestens einem Prüfling und am Referenzstab direkt gemessen wird. An den Prüflingen PR1 und PR2 hängt, falls erforderlich, nur die ggf. zum Spannen notwendige Grundlast LGP1 bzw. LGP12. Die bei den verschiedenen Temperaturstufen erhaltenen Dehnungs werte werden über die Sensoren SP11, SP2 sowie SR1 ermittelt und über die Meßleitungen LS1, LS2 und LR1 der Steuer- und Recheneinheit CU1 zugeführt. Während eines Temperaturzyklus dehnen sich die verschiedenen Bauelemente des Rahmens FA1 (insbesondere die Stützen ST1 und ST2) ebenfalls aus, so daß die Meßwerte an den Sensoren SP1, SP2 und SR1 ebenfalls mit einem Meßfehler behaftet sind. Der Referenzstab R1 in der Mitte dient dazu, diesen Fehler zu korrigieren, wobei hierfür bevorzugt ein Quarzstab mit genau bekanntem thermischen Aus dehnungskoeffizienten verwendet wird.

Für die nachfolgenden Überlegungen gilt die Definition, daß eine Verlängerung der Prüflinge PR11, PR2 bzw. des Referenz stabes R1 als positive Dehnung behandelt wird (bei Erhöhung der Temperatur), während eine Verkürzung der Proben bzw. des Referenzstabes (bei Erniedrigung der Temperatur) als negative Dehnung angesetzt ist. Gemessene Werte sind jeweils mit einem * bezeichnet. Von dem Material des Referenzstabes R1 ist der Ausdehnungskoeffizient α_R exakt bekannt und es kann so die für einen vorgegebenen Temperaturgang bzw. Temperaturänderung ΔT sich (theoretisch) ergebende Längenänderung

Δl_R = α_R.ΔT.l_R (1)

berechnet werden, wobei l_R die Länge des Referenzstabes R1 bedeutet.

Die tatsächlich gemessene Längenänderung für die Temperatur differenz ΔT des Meßschritts ist sowohl beim Referenzstab R1 als auch bei den Prüflingen PR1 und PR2 mit einem Fehler behaftet, der durch die gleichzeitig stattfindende Längenän derung des Rahmens FA1 bedingt ist. Gemessen wird mittels des Sensors SR1 eine Längenänderung des Referenzstabes R1 von Δl_R* welche um den Wert der Ausdehnung des Rahmens FA1 zu klein ist. Der "Ausdehnungsfehler" Δl_F durch das Gestell FR1 kann in einfacher Weise aus dem tatsächlich gemessenen Wert der Dehnung Δl_R* des Referenzstabes R1 bestimmt werden nach der Gleichung

Δl_F = |Δl_R| + |Δl_R*| (2)

Eine Ausdehnung des Gestells FA1 wirkt der temperaturabhängi gen Längenänderung des Referenzstabes entgegen, d. h. die gemessene Längenänderung Δl_R* des Referenzstabes R1 ist zu klein. Eine Dehnung des Gestells FR1 wirkt sich wie eine "Verkürzung" des Referenzstabes R1 aus.

Wenn die Wegaufnehmer, also die Sensoren SP1, SP2 und SR1 ebenfalls einen (z. B. vom Hersteller angegebenen) zusätz lichen Temperatureinfluß auf das Meßergebnis liefern, dann ist dieser zusätzlich als Korrekturwert zu berücksichtigen.

Für die gemessene Längenänderung Δl_P* eines Prüflings gilt gegenüber der tatsächlichen Längenänderung Δl_P die Beziehung:

|Δl_P| = |Δl_P*| + |Δl_F| = |Δl_P*| + |Δl_R| + |Δl_R*| (3)

Ausgehend von einer Länge l_R = 1495 mm (bei 20°C) des Refe renzstabes R1 ergibt sich, wenn dieser aus Quarz besteht (α = 0,05.10^-5/°C) gemäß Gleichung (1) für einen Temperatur schritt von +20° bis -30° nach (1) ein rechnerischer Wert (Schrumpfung) von

Δl_R = 0,05.10^-5.(-50°).1495 mm = -0,037 mm (gerundet 0,04 mm)

für die Längenänderung (Schrumpfung) des Referenzstabes R1.

Bei einer Abkühlung von 20°C auf -30°C wurden folgende Meß werte bei einem erhalten:

Δl_P* = -0,53 mm (Prüfling PR1 in Form eines Kabels)
Δl_R* = +0,87 mm. (Referenzstab R1)

Daraus ergibt sich eine tatsächliche Längenänderung (Schrumpf) für den Prüfling nach Gleichung (3) von

Δl_P = |-0,53 mm| + |0,04 mm| + |0,87 mm| = -1,44 mm.

Daraus läßt sich der Wert von α_P analog zur Gleichung (1) berechnen zu

Ein weiteres Beispiel für den gleichen Prüfling PR1 bei einer Erwärmung von +20°C auf +60°C ergab folgende Meßwerte:

Δl_P* = +0,19 mm
Δl_R* = -0,67 mm

Δl_R nach Gleichung (1) ergibt sich zu

Δl_R = 0,05.10^-5.40°.1495 mm = +0,0299 mm (gerundet 0,03).

Die tatsächliche Längenänderungen (Ausdehnung) Δl_P der Probe ist somit nach Gleichung (3)

Δl_P = |+0,19 mm| + |0,03 mm| + |0,67 mm| = 0,89 mm.

Aus den beiden Beispielen ergibt sich, daß der Ausdehnungs koeffizient des Proben-Kabels für niedrige Temperaturen (20°C/-30°C von 1,93 10^-5/°C gegenüber 20°C/60°C von 1,49.10^-5/°C) größer ist als bei höheren Temperaturen. In der Praxis sollte natürlich zur Erhöhung der Auflösung mit klei neren Temperatursschritten z. B. von 10°C gemessen werden.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Erfassung der Dehnungs werte dreier Proben des gleichen Gegenstandes (hier einer Kabelseele) ausgehend von einer Temperatur von 24,1°C.

Tabelle 1

Beispielsweise ergibt sich für den Temperaturbereich von -28,4 bis 18,1°C ein Wert

α^• = (0,10 -0,08):10,3°C = 1,94.10^-5/°C

2. Bestimmung des temperaturabhängigen E-Moduls

In einem ersten Durchgang werden, wie vorstehend beschrieben, die relativen Dehnungen l_P/Δl und daraus die Ausdehnungs koeffizienten der verschiedenen Proben mit den zugehörigen Korrekturwerten exakt bestimmt. Hierzu ist wie bereits erwähnt, bei nicht geraden, d. h. nicht von Haus aus stabför migen Proben ein Spanngewicht LGP1, LGP2 anzubringen, um die Proben in einer gestreckten Lage zu halten, wobei diese Spanngewichte während der gesamten Temperaturänderungen unverändert beibehalten werden. Für eine E-Modulbestimmung wird zusätzlich bei der jeweiligen Temperatur (d. h. nachdem innerhalb der Temperaturkammer TK1 alle Elemente die gewünschte Temperatur erreicht haben) jeweils ein zusätz liches Gewicht LAP1 (bei der Probe PR1) bzw. LAP2 (bei der Probe PR2) angebracht. Diese Zusatzgewichte sind so zu wäh len, daß die Prüflinge nur eine elastische Dehnung erfahren. An die jeweiligen Grund-Dehnungswerte aus der einen Tempera turänderung schließt sich jeweils ein weiterer Meßvorgang an, und zwar der aus der Längenänderung aufgrund der exakt kali brierten zusätzlichen Gewichte LAP1 bzw. LAP2 bei den Proben PR11 und PR12. Daraus können dann die E-Modulwerte berechnet werden nach der Gleichung:

E = F.l_P/A.Δl (4),

wobei F die Zugkraft, l_P die Länge und A die Querschnitts fläche des Prüflings und Δl dessen durch die Zugkraft bedingte Längenänderung bedeutet.

Nur bei geringen Belastungen im Kurzzeitbereich sind die Elastizitätsmodule sehr exakt, da hier durch ihre Ermitt lungsart die Zeitabhängigkeit richtig berücksichtigt ist. Die Gewichte (Probenbelastungen durch LAP1 und LAP2) werden so gewählt, daß keine meßbare plastische Deformation auftritt. Vorzugsweise werden die Zusatzgewichte LAP1 und LAP2 so gewählt, daß gilt: Δl/l ≦ 0,1%. Für eine konstante Belastung durch ein Gewicht (z. B. Anfangsgewicht oder ein Anfangsge wicht + Zusatzgewicht) gilt für Kunststoffe folgende Formel für die Probendehnung:

ε = ε_e + σ/E_v (1-e^-t/τ) = Δl/l

mit τ = Viskosität/Elastizitätsmodul.

Der elastische Anteil (ε_e) und der zeitabhängige viskoelasti sche Anteil (ε_v = σ/E_v (1-e^-t/τ) werden mit der beschriebenen Vorrichtung bestimmt, wobei die ε für dε_v/dt ≈ 0 ausgewertet wird.

Somit wird ein praxisrelevanter Modul gemessen, der hier E- Modul genannt wird.

Mit diesem ermittelten Kunststoff-E-Modul kann z. B. das thermische Ausdehnungsverhalten von Kabeln (z. B. Luftkabel bestimmt werden.

Falls Kunststoffe bei einer Temperatur größer Tg (= Erwei chungstemperatur) oder größer 0,3×Ts (Schmelztemperatur) untersucht werden sollen, so ist ein Trägerkörper (z. B. glas faserverstärkter Kunststoff oder Polycarbonatkörper ein Glas körper oder ähnliches) erforderlich. Dieser Trägerkörper ist im zu untersuchenden Temperaturbereich stabil gegen plasti sche Verformung. Dieser Trägerkörper kann sowohl als Zentral stab oder Zentralhohlrohr ausgelegt sein als auch in Form mehrerer parallelgeschalteter Stäbe ausgelegt sein. Dieser Trägerkörper wird mit einem zu untersuchenden Kunststoff (einschichtig oder mehrschichtig) umspritzt. (z. B. Zwei schichtader oder LWL Bändchen oder Zentralelement) und der so erhaltene Verbundkörper wird untersucht.

Es gilt:

wobei
E = E-Modul
A = Querschnittsflächen
i = Zählindex bedeutet.

Der E-Modul des zu untersuchenden Kunststoffes kann an einen Zweischicht- oder Mehrkomponentensystem ermittelt werden. Der E-Modul von Mehrschichtelementen (z. B. Lichtwellenleiter- Zweischichtadern oder von Lichtwellenleiter-Bändern) kann ebenfalls bestimmt werden, wobei eine Berechnungsvereinfa chung durch Reduzierung der Elemente möglich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist davon ausgegan gen, daß die grundsätzliche Anordnung der Prüflinge PR1 und PR2, des Referenzstabes R1 sowie der Deckplatte DP und der Grundplatte GP gegenüber Fig. 1 unverändert geblieben ist, weshalb die in Fig. 1 benutzten Bezugszeichen auch hier ein getragen sind. Unterschiedlich gegenüber Fig. 1 ist im wesentlichen nur der untere Teil des in der Temperaturkammer TK2 angeordneten Gestells FA2 gestaltet und zwar im Hinblick darauf, wie die für die Bestimmung des E-Moduls anzubringen den zusätzlichen Gewichte LAP1 und LAP2 aktiviert oder deak tiviert werden können. Am Ende der zu einer Vorspannung zunächst nicht gerader Proben PR1 und PR2 benötigten Grundge wichte LGP1 und LGP2 ist jeweils ein zusätzlicher Bolzen BO1 bzw. BO2 vorgesehen, auf dem die Zusatzgewichte LAP1 und LAP2 in vertikaler Richtung verschiebbar gehalten sind. Diese Zusatzgewichte LAP1 und LAP2 weisen eine Längsbohrung auf, mit der sie auf dem jeweiligen Bolzen BO1 und BO2 gleiten können. Da jeweils der Aufheiz- bzw. Abkühlvorgang innerhalb der Temperaturkammer TK2 eine größere Zeit in Anspruch nimmt, ist es nicht zweckmäßig, diese Zusatzgewichte während dieser ganzen, relativ lange dauernden Aufheiz- bzw. Abkühlzonen an der jeweiligen Probe hängen zu lassen. Deshalb ist eine von außen betätigbare Bedienungseinrichtung BE vorgesehen, die eine außerhalb der Temperaturkammer TK2 angeordnete Führungs stange FS aufweist, an der ein Hubzylinder HZ (hydraulisch betätigbar) angeschlossen ist, wobei für dessen Aktivierung bzw. Deaktivierung im vorliegenden Beispiel ein Ventilhebel HH vorgesehen ist. Der Hubzylinder HZ ist mit einem Zugseil ZS verbunden, das über Umlenkrollen UR2 (außerhalb von TK2) und UR1 (innerhalb von TK2) geführt wird. In der Wandung der Temperaturkammer TK2 ist eine möglichst kleine Durchtritts öffnung OW vorgesehen, die zweckmäßig durch entsprechende Dichtmaterialien zusätzlich abgedichtet wird (hier nicht dargestellt). Das Zugseil ZS läuft im Inneren der Temperatur kammer TK2 im wesentlichen parallel zu dem Gestellrahmen FA2 nach unten. Im unteren Teil des Gestells FA2 sind vertikale Stützen STU1 und STU2 (auf einem Teilkreis angebracht - hier nur jeweils die beiden äußeren dargestellt) vorgesehen, welche die Grundplatte GP gegen eine Basisplatte BP abstüt zen. Das Zugseil ZS ist durch die Grundplatte GP hindurchge führt und läuft im Inneren einer Führungshülse FR weiter, bis es mit dem oberen Ende einer auf dieser Führungshülse FR frei laufenden Führungsbuchse FB verbunden ist. Um den Durchtritt des Zugseils ZS nach außen zur Führungsbuchse FB zu ermögli chen, ist in der Führungshülse FR ein Längsschlitz vorgese hen. An der Führungsbuchse FB ist senkrecht abragend eine Hubplatte HB angebracht, die sich so weit nach rechts erstreckt, daß sie die jeweiligen Zusatzgewichte LAP1 und LAP2 erfaßt. Für die Dauer einer Temperaturänderung wird bis zu deren Abschluß mittels des Ventilhebels HH der Hubzylinder HZ aktiviert und das Zugseil ZS gespannt. Dies führt dazu, daß wie durch den Pfeil PF angedeutet, die Führungsbuchse FB auf dem Führungsrohr FR nach oben gezogen wird, so daß auch die Hubplatte HB mit den jeweiligen Zusatzgewichten LAP1 und LAP2 in Kontakt kommt und diese in eine gestrichelt darge stellte Position LAP1' und LAP2' anhebt, in der sie keine Zugkraft auf die Proben PR1 und PR2 ausüben. In dieser Posi tion bleiben die Zusatzgewichte LAP1' und LAP2' so lange, bis der gewünschte neue Temperaturwert eingestellt ist. Dann erfolgt durch Entspannen des Zugseiles ZS, d. h. durch Deakti vierung des Hubzylinders HZ ein Absenken der Hubplatte HB in die dargestellte Position, wobei gleichzeitig die Gewichte aus der mit LAP1'/LAP2' dargestellten Position in die Posi tion LAP1/LAP2 zurückgeführt werden und so eine ihrem Gewicht entsprechende Zugkraft auf die jeweiligen Proben PR1 und PR2 ausüben. Da am unteren Ende der Bolzen BO1 und BO2, welche der Führung der Zusatzgewichte LAP1 und LAP2 dienen, z. B. Abschlußschrauben AS1 und AS2 vorgesehen sind, werden in der Hubplatte HB entsprechende Öffnungen angebracht (hier nicht dargestellt), durch welche diese Abschlußschrauben AS1 und AS2 sowie die unteren Teile der Bolzen BO1 und BO2 frei hin durchtreten können. Das gesamte Gestell FA2 ist über Puffer PU1 und PU2 auf dem Boden der Temperaturkammer TK2 gelagert.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf zweier aufeinanderfol gender Dehnungsversuche mit Zusatzgewichten, wobei der Einfachheit halber nur die Probe PR1 betrachtet wird; der Ablauf für die anderen Proben erfolgt gleichzeitig und analog. Ausgegangen wird von einer Länge l₀ bei einer Tempe ratur von 20°C (Zusatzlasten sind in Position LAP1' und LAP2' d. h. sind unwirksam). Die Hubplatte HB trägt diese Lasten und sie hängen nicht an den Proben PR1 und PR2. Die Temperatur wird von T = 20°C erniedrigt beispielsweise auf T = -30°C. Zum Zeitpunkt t1 (d. h. nach Erreichen der Temperatur von -30°C - Länge l₀₂)) wird das Gewicht LAP1 durch Absenken der Hubplatte HB aufgebracht, und es kommt zu einer zusätzlichen Belastung des Prüflings PR1, die sich in einer Dehnung und einem je nach Werkstoff unterschiedlichen Einschwingvorgang (hier nur schematisch und stark überhöht dargestellt)äußert, und schließlich in einen asymptotischen Grenzwert äußert (eventuelle kleine Temperaturänderungen während der Belastung können nach der Messung korrigiert werden). Nach dem Abklingen dieses Schwingungsvorganges wird eine im wesentli chen geradlinig verlaufende Dehnungskurve (Länge l₀₁) erhal ten, wobei anschließend zur Zeit t2 erneut die Zusatzlast weggenommen wird (Position LAP1'), was zu einer Verkürzung des Prüflings PR1 führt, entsprechend der bei t2 beginnenden Kurve. Auch hier tritt nach einem kurzen Einschwingvorgang ein im wesentlichen gleichmäßiger Verlauf (Länge l₀₂) bis zum Zeitpunkt t3 auf und die angegebene Längendifferenz Δl1 ent spricht der Längenänderung des Prüflings PR1 bei einer Tempe ratur von -30°C für die Zusatzlast LAP1. Daraus kann der E- Modul für die Probe PR1 für die Temperatur von 30°C nach Gleichung (4) berechnet werden, wobei die Zugkraft F dem Zusatzgewicht LAP1 entspricht:

E_-30 = F.l₀₂/(A.Δl1) (4a)

Im entlasteten Zustand mit LAP1' wird jetzt weiter abgekühlt z. B. auf eine Temperatur T = -40°C, worauf zum Zeitpunkt t4 erneut durch Absenken der Hubplatte HB das Zusatzgewicht LAP1 an dem Prüfling PR1 angehängt wird, so daß sich ein erneuter Einschwingvorgang ergibt. Daraufhin wird bei t5 die Zusatz last LAP1 wieder weggenommen und die zugehörige Längenbestim mung Δl2 für T = -40°C durchgeführt und daraus der zugehörige E-Modul nach (4a) berechnet mit l₀₃ usw.

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die Erfassung der Dehnungs werte und des E-Moduls dreier Proben des gleichen Gegenstan des (einer Kabelseele) ausgehend von einer Temperatur von 24,1°C.

In Fig. 4 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung dargestellt, wobei für gleichbleibende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Im Gegensatz zur Ein richtung nach Fig. 1 und 2 arbeitet diese Ausführungsform nicht mit in vertikaler Richtung parallel zueinander verlau fenden Proben sondern mit waagerecht angeordneten Prüflingen (z. B. dem Prüfling PR1) der einseitig mittels der Befesti gungseinrichtung B1 eingespannt ist und über ein Anschlußteil BA1 und eine Führungsstange FS1 mit einem Meßsensor SR1 bestehend aus Meßgeber MG1 und Meßaufnehmer WPR1 in Verbin dung steht. Entsprechend der waagerechten Anordnung ist ein Spannseil SE vorgesehen, das über eine Umlenkrolle UR4 geführt ist. An diesem Spann- oder Zugseil SE hängt das für die Vorspannung (das Geradrichten) benötigte Grundgewicht LGP1. Bei Bestimmung des E-Moduls wird zusätzlich bei den entsprechenden Temperaturbereichen ein Zusatzgewicht LAP1 angehängt.

Der Referenzstab R1 ist ebenfalls einseitig mit der Spannein richtung BR1 in der vertikalen Stütze DP4 gehalten und ragt frei in horizontaler Richtung bis zu dem zugehörigen Meßsen sor SR1, welcher den Meßgeber MGR1 und den Meßaufnehmer WPR1 enthält. Die jeweiligen, zu den Auswerteeinrichtungen führen den Meßwert-Übertragungsleitungen sind in der vorliegenden Zeichnung zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Sensoren SP1 und SR1 sind in einer Führungsplatte GP4 gehal ten, welche ebenso wie die andere Führungsplatte DP4 durch ein Gestänge ST4 zu einem Gestell FA4 zusammengefaßt ist. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Stangen ST4, vorzugsweise in horizontaler Richtung verlaufend, vorgesehen sein.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung temperaturabhängiger Dehnungs eigenschaften mindestens eines länglichen, einseitig einge spannten Prüflings (PR1, PR2) bei unterschiedlichen Tempera turen mittels einer Temperaturkammer (TK1) dadurch gekennzeichnet, daß in der Temperaturkammer (TK), neben dem Prüfling (PR1, PR2) zusätzlich ein hinsichtlich seines Temperaturganges und seines Dehnungsverhaltens bekannter Referenzstab (R1) einsei tig eingespannt wird, daß der Referenzstab (R1) und der Prüf ling (PR1, PR2) gemeinsam auf bestimmte Temperaturwerte gebracht werden, daß jeweils bei Erreichen der bestimmten Temperaturwerte die zugehörigen Dehnungswerte an dem Prüfling (PR1, PR2) gemessen werden und daß die tatsächlichen Deh nungswerte unter Einbeziehung der am Referenzstab (R1) gemes senen Dehnungswerte für den jeweiligen Temperaturwert berech net werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung für die Dehnungsmessung berührungslos arbeitende Meßeinrichtungen (SP1, SR1) verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem nicht stabförmigen Prüfling (PR1) ein dessen gerader Ausrichtung dienendes Spanngewicht (LGP1, LGP2) ange bracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den jeweiligen Temperaturwerten erhaltenen Dehnungswerte einer zentralen Meß- und Steuereinrichtung (CU1) zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Temperatur in der Temperaturkammer (TK1) durch die zentrale Meß- und Steuereinrichtung (CU1) gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des E-Moduls der Prüfling (PR1, PR2) mit einer entsprechenden, vorzugsweise konstanten, Zugkraft (LAP1, LAP2) beaufschlagt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft (LAP1, LAP2) erst nach Erreichen des gewünschten Temperaturwertes aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Übergangszeit auf einen neuen Temperaturwert keine Zugkraft (LAP1, LAP2) auf den Prüfling (PR1, PR2) ein wirkt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugkraft Gewichte (LAP1, LAP2) verwendet werden, die mittels einer Betätigungseinrichtung (HB) deaktivierbar sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deaktivierungseinrichtung (HB) von außerhalb der Temperaturkammer (TK2) betätigt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der E-Modul eines Kunststoffes an einen Zweischicht- oder Mehrkomponentensystem ermittelt wird.

12. Vorrichtung zur Bestimmung temperaturabhängiger Dehnungseigenschaften mindestens eines länglichen, einseitig eingespannten Prüflings (PR1, PR2) bei unterschiedlichen Temperaturen mittels einer Temperaturkammer (TK1), dadurch gekennzeichnet, daß in der Temperaturkammer (TK1), neben dem Prüfling (PR1, PR2) zusätzlich ein hinsichtlich seines Temperaturganges und seines Dehnungsverhaltens bekannter Referenzstab (R1) vorge sehen ist, wobei der Referenzstab (R1) und der Prüfling (PR1, PR2) gemeinsam auf bestimmte Temperaturwerte gebracht werden, daß Meßeinrichtungen (SP1, SP2, SR1) vorgesehen sind, die bei Erreichen der bestimmten Temperaturwerte die zugehörigen Dehnungswerte bestimmen und daß die tatsächlichen Dehnungs werte unter Einbeziehung der am Referenzstab (R1) gemessenen Dehnungswerte für den jeweiligen Temperaturwert ermittelt werden.