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技術 セラミックの原料およびコンパウンドのような材料の造形性を測定するための方法および装置

出願人 ブラーベンダーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンディートゲゼルシャフト
発明者 ロルフエバート
出願日 2004年3月25日 (15年3ヶ月経過) 出願番号 2004-090223
公開日 2004年11月25日 (14年7ヶ月経過) 公開番号 2004-333477
状態 拒絶査定
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 平行四辺形ガイド 試験テーブル 周期持続 保護フード 最終変形 湿度含有量 レバーシステム 影響値
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年11月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

個人的な判断に比較的に依存せず、かつ測定の精度が改善されるような、セラミック原料およびコンパウンドのような材料の造形性を測定するための方法および装置を提供する。

解決手段

変形過程時に、付加的に、試験体によって変形過程時に加えられた反力の時間的な経過を測定し、測定値(距離および力)を、処理および評価のための計算器に供給し、かつ試験テーブル1が、力測定装置上に配置されているようにした。

概要

背景

セラミック原料またはセラミックコンパウンド造形性可塑性)とは、粒子凝集力が失われることなしに外力の作用下で変形す能力のことである。造形性のさらなる特徴は、不可逆的な変形が、外力が最小値、いわゆる開始値降伏値(yield value))を越えて初めて生じることにある。開始値を下回る力は、可逆的な弾性変形しか生ぜしめない。

粘土水混合物の場合、約20%〜25%の含水量で、造形性の(bildsam)変形が見られる。

開始値は、全く本質的で実際的な意味を有している。開始値は、既に成形されたセラミックの半加工品がその固有重量下で変形することを防止する。

経験による教示によれば、変形速度の上昇とともに、造形性は増大する。実際に、この効果は、できるだけ高い速度で成形が行われることによって利用される。

造形性の方法
実際的な運転にとっては、一般的に、造形性のコンパウンドの2つの特性、すなわち、
・変形のために費やすべき力と、
亀裂発生に至るまでの最大到達変形とが、重要である。

造形性の測定方法は、
・造形性との関連が想定される大きさを測定する方法と、
・造形性に関する情報を直接的に得ることを試みる方法とに、区分され得る。

・Pfefferkorn法では、40mmの高さ(h0)と33mmの直径とを備えたコンパウンド円柱体に、1192gの所定の重さを備えたプレートが、186mmの高さから落下させられ、この場合、据込みが高さh1だけ生じる。Pfefferkornによる可塑度とされるのは、据込み比がh0:h1=3.3:1である含水量である。h0:h1=2.5:1の据込み比が達成されている含水量は、所要添加水量(Anmachwasserbedarf)と呼ばれる。Pfefferkorn法では高い変形速度下の造形性を測定するのに対して、Dietzelによる方法では、同じ装置を使用するが、コンパウンド円柱体を緩慢に、亀裂形成に至るまで据え込む。尺度とされるのは、もとの高さのパーセントで示される据込み量である。

国際的に土壌学者によって利用されるAtterberg法では、可塑性の状態および液性の状態の限界値を意味する2つの湿度含有量が規定される。可塑性の状態の限界値は圧延限界(Ausrollgrenze)であり、この圧延限界を下回ると、コンパウンドは、もはや砕けやすくなることなしには薄いストランドに圧延され得ない。液性の状態の限界値は、コンパウンドにおける切込みが叩かれることによって合わさる液性限界である。造形性のための尺度として、両限界値間の含水量・範囲の幅が用いられる。

・この方法に基づいてRiekeによる可塑度とされるのは、圧延限界と、ここではコンパウンドがまさしくもはや手に粘着しないように規定されている所要添加水量との間の範囲である。

・Cohnによれば、規格化され負荷された棒材が、予め規定された時間内に、コンパウンドへ所定の深さに侵入する含水量が規定される。

・NortonもしくはBaudranは、造形性のための尺度数値を規定するために、ねじり試験を利用する。開始値と最大変形との積が、「加工性」(workability)と呼ばれる。これは、所定の含水量で最高値に達する。

・これとは逆にHaaseは、造形性のための尺度として、引裂き強さ変形圧力で割った商を用いる。Haaseの考察は、粒子の凝集力(=引裂き強さ)が大きければ大きいほど、しかしながら粒子の相互移動のための力が小さければ小さいほど、すなわちコンパウンドの粘性が低ければ低いほど、コンパウンドがそれだけ一層造形性になるということから出発している。

・これと同様の考察に基づいているのが、HofmannとLinseisとによる方法である。ここでは、造形性のための尺度としては、引裂き強さを開始値で割った商が使用される。開始値は、コンパウンドがノズルを通って圧送され得る押出し圧力によって特徴付けられる。

ブラベンダープラストグラフによって造形性が算出される場合には、粉末が、含水量の連続的な増加と共に混練室内完全混合される。混練アーム駆動モータトルク、すなわち、変形に対する粉末・液体システム抵抗が記録される。造形性のための尺度とされるのは、曲線最大値におけるトルクの高さおよび最大値の立上り立下り勾配である。曲線からは、さらに、最大トルク時の含水量が読み取れる。

・造形性の理論的な論述に関して最も内容豊富であるのが、Ashburyによって報告された周期的な負荷試験ねじり)である。この試験では、作用する応力は、最大値+tと−tとの間で、約1分間の周期持続時間で変動する。発生する変形eが記録される。ヒステリシス曲線面積が、費やすべき変形作業のための尺度である。

前記方法の内容豊富性と受容とは、一部は、測定技術上の高いコストによって制限され、また一部は、限られた精度と人の中立性が存在しないこととによって制限される。試験品弾性的な特性は、ブラベンダー・プラストグラフ(測定混練機)とねじり方法とを例外として、検知されない。

概要

個人的な判断に比較的に依存せず、かつ測定の精度が改善されるような、セラミックの原料およびコンパウンドのような材料の造形性を測定するための方法および装置を提供する。変形過程時に、付加的に、試験体によって変形過程時に加えられた反力の時間的な経過を測定し、測定値(距離および力)を、処理および評価のための計算器に供給し、かつ試験テーブル1が、力測定装置上に配置されているようにした。

目的

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を改良して、個人的な判断に比較的に依存せず、かつ測定の精度が改善されるような方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

試験体を作用させ、試験体の変形を再現する距離信号を測定する、セラミック原料およびコンパウンドのような材料の造形性可塑性)を測定するための方法において、変形過程時に、付加的に、試験体によって変形過程時に加えられた反力の時間的な経過を測定し、測定値(距離および力)を、処理および評価のための計算器に供給することを特徴とする、セラミックの原料およびコンパウンドのような材料の造形性を測定するための方法。

請求項2

錘を所定の高さから試験体に落下させる、請求項1記載の方法。

請求項3

錘を自由落下で試験体に衝突させる、請求項1または2記載の方法。

請求項4

錘を、調整された速度で試験体に衝突させる、請求項1または2記載の方法。

請求項5

前記方法を実施するための装置であって、当該装置が、試験テーブル(1)と、該試験テーブルの上方に配置された、試験体に作用する錘(6)のためのガイドと、距離センサ(9)とからなっており、該距離センサ(9)が、錘(6)の距離を測定するために設けられている形式のものにおいて、試験テーブル(1)が、力測定装置上に配置されていることを特徴とする、セラミックの原料およびコンパウンドのような材料の造形性を測定するための装置。

請求項6

距離センサ(9)と力測定装置(3)とが、信号線路を介して計算器に接続されている、請求項5記載の装置。

請求項7

力測定装置がロードセルである、請求項5または6記載の装置。

請求項8

ロードセルが、自体ばね弾性的である、請求項7記載の装置。

請求項9

ロードセルが、距離検出器を備えた別個のばねシステムに支承されている、請求項7記載の装置。

請求項10

錘が、リニアガイド内でガイドされている、請求項5から9までのいずれか1項記載の装置。

請求項11

錘が、回動軸を中心として回動可能な長いレバーに配置されている、請求項5から9までのいずれか1項記載の装置。

請求項12

回動軸が高さ調節可能である、請求項11記載の装置。

請求項13

錘が、平行四辺形ガイドを備えたレバーに配置されている、請求項5から10までのいずれか1項記載の装置。

請求項14

錘が鋏型システムに配置されている、請求項5から10までのいずれか1項記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、試験体を作用させ、試験体の変形を再現する距離信号を測定する、セラミック原料およびコンパウンドのような材料の造形性(Bildsamkeit)(可塑性(Plastizitaet))を測定するための方法と、該方法を実施するための装置とに関する。

背景技術

0002

セラミック原料またはセラミックコンパウンドの造形性(可塑性)とは、粒子凝集力が失われることなしに外力の作用下で変形す能力のことである。造形性のさらなる特徴は、不可逆的な変形が、外力が最小値、いわゆる開始値降伏値(yield value))を越えて初めて生じることにある。開始値を下回る力は、可逆的な弾性変形しか生ぜしめない。

0003

粘土水混合物の場合、約20%〜25%の含水量で、造形性の(bildsam)変形が見られる。

0004

開始値は、全く本質的で実際的な意味を有している。開始値は、既に成形されたセラミックの半加工品がその固有重量下で変形することを防止する。

0005

経験による教示によれば、変形速度の上昇とともに、造形性は増大する。実際に、この効果は、できるだけ高い速度で成形が行われることによって利用される。

0006

造形性の方法
実際的な運転にとっては、一般的に、造形性のコンパウンドの2つの特性、すなわち、
・変形のために費やすべき力と、
亀裂発生に至るまでの最大到達変形とが、重要である。

0007

造形性の測定方法は、
・造形性との関連が想定される大きさを測定する方法と、
・造形性に関する情報を直接的に得ることを試みる方法とに、区分され得る。

0008

・Pfefferkorn法では、40mmの高さ(h0)と33mmの直径とを備えたコンパウンド円柱体に、1192gの所定の重さを備えたプレートが、186mmの高さから落下させられ、この場合、据込みが高さh1だけ生じる。Pfefferkornによる可塑度とされるのは、据込み比がh0:h1=3.3:1である含水量である。h0:h1=2.5:1の据込み比が達成されている含水量は、所要添加水量(Anmachwasserbedarf)と呼ばれる。Pfefferkorn法では高い変形速度下の造形性を測定するのに対して、Dietzelによる方法では、同じ装置を使用するが、コンパウンド円柱体を緩慢に、亀裂形成に至るまで据え込む。尺度とされるのは、もとの高さのパーセントで示される据込み量である。

0009

国際的に土壌学者によって利用されるAtterberg法では、可塑性の状態および液性の状態の限界値を意味する2つの湿度含有量が規定される。可塑性の状態の限界値は圧延限界(Ausrollgrenze)であり、この圧延限界を下回ると、コンパウンドは、もはや砕けやすくなることなしには薄いストランドに圧延され得ない。液性の状態の限界値は、コンパウンドにおける切込みが叩かれることによって合わさる液性限界である。造形性のための尺度として、両限界値間の含水量・範囲の幅が用いられる。

0010

・この方法に基づいてRiekeによる可塑度とされるのは、圧延限界と、ここではコンパウンドがまさしくもはや手に粘着しないように規定されている所要添加水量との間の範囲である。

0011

・Cohnによれば、規格化され負荷された棒材が、予め規定された時間内に、コンパウンドへ所定の深さに侵入する含水量が規定される。

0012

・NortonもしくはBaudranは、造形性のための尺度数値を規定するために、ねじり試験を利用する。開始値と最大変形との積が、「加工性」(workability)と呼ばれる。これは、所定の含水量で最高値に達する。

0013

・これとは逆にHaaseは、造形性のための尺度として、引裂き強さ変形圧力で割った商を用いる。Haaseの考察は、粒子の凝集力(=引裂き強さ)が大きければ大きいほど、しかしながら粒子の相互移動のための力が小さければ小さいほど、すなわちコンパウンドの粘性が低ければ低いほど、コンパウンドがそれだけ一層造形性になるということから出発している。

0014

・これと同様の考察に基づいているのが、HofmannとLinseisとによる方法である。ここでは、造形性のための尺度としては、引裂き強さを開始値で割った商が使用される。開始値は、コンパウンドがノズルを通って圧送され得る押出し圧力によって特徴付けられる。

0015

ブラベンダープラストグラフによって造形性が算出される場合には、粉末が、含水量の連続的な増加と共に混練室内完全混合される。混練アーム駆動モータトルク、すなわち、変形に対する粉末・液体システム抵抗が記録される。造形性のための尺度とされるのは、曲線最大値におけるトルクの高さおよび最大値の立上り立下り勾配である。曲線からは、さらに、最大トルク時の含水量が読み取れる。

0016

・造形性の理論的な論述に関して最も内容豊富であるのが、Ashburyによって報告された周期的な負荷試験ねじり)である。この試験では、作用する応力は、最大値+tと−tとの間で、約1分間の周期持続時間で変動する。発生する変形eが記録される。ヒステリシス曲線面積が、費やすべき変形作業のための尺度である。

0017

前記方法の内容豊富性と受容とは、一部は、測定技術上の高いコストによって制限され、また一部は、限られた精度と人の中立性が存在しないこととによって制限される。試験品弾性的な特性は、ブラベンダー・プラストグラフ(測定混練機)とねじり方法とを例外として、検知されない。

発明が解決しようとする課題

0018

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を改良して、個人的な判断に比較的に依存せず、かつ測定の精度が改善されるような方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0019

この課題を解決するために本発明の構成では、変形過程時に、付加的に、試験体によって変形過程時に加えられた反力の時間的な経過を測定し、測定値(距離および力)を、処理および評価のための計算器に供給するようにした。

発明の効果

0020

したがって、Pfefferkorn法に基づいて、本質的に拡大された新しい方法が提示される。この方法は、一方では、弾性的な特性を考慮に入れていて、他方では、結果の表示によって測定過程最終点を結果として提供するだけでなく、高い変形速度で始まる変形の全ての進行を可視的にし、かつひいては可塑性の材料特性の、極めてはるかに広範囲に及ぶ特徴付けを可能とする。

0021

本発明は先述の課題を、まさに記載した方法が実施される装置によっても解決する。

0022

当該装置は、(例えばPfefferkorn法の場合のように1192gの重さを備えている)ガイドされた落錘を有している。この落錘は、(100mm〜200mmの)調節可能な高さから、(標準的には円柱体の)試験品に落下し、かつこの試験品を、例えばもとの高さの約1/3に据え込む。試験品は力測定ユニット(例えばロードセル(Kraftmessdose))に載置されている。このロードセルはそれ自体がばね弾性的であってよいか、または択一的に、このロードセル自体はばね弾性的ではないが、距離検出器を備えた別個のばねシステムに支承されていてよい。

0023

図2に示した線図1からは、測定値の典型的な経過が得られる。一方では距離測定の測定値であり、他方では力測定の測定値である。

0024

この場合、
tDは変形時間(ms)、
Fpはピーク力信号(N)、
sは変形(mm)、
Weは弾性の変形エネルギ(Nmm)、
Wpは可塑性の変形エネルギ(Nmm)、
m1は(弾性の)力増大(N/ms)、
m2は(可塑性の)力増大(N/ms)、
m3は力信号減少(N/ms)を意味する。

0025

この線図からわかるように、初期変形は高い速度であり、次いで、比較的に低い速度の変形に移行し、最後に、最終変形(水平な領域)で終わる。

0026

この力測定の結果、ここでは初めは試験品の開始値に依存して、程度の差こそあれ高い力増大が観察され得、これにより弾性変形が生ぜしめられることがわかった。力信号経過は、ほぼ直線状の増大部の後、試験品の緩衝挙動に応じて程度の差こそあれ波状の、比較的に小さい勾配を伴った増大部に移行する。この領域は塑性変形を表している。

0027

勾配m1は、弾性の力増大を示しており、勾配m2は可塑性の力増大を示している。

0028

直線状の増大部Weの下方の面積は、弾性の変形エネルギを示しており、波状の曲線Wpの下方の面積は、可塑性の変形エネルギを示している。

0029

測定は時間tDにわたって行われ、この時間tDは変形時間として単位ミリ秒で示される。

0030

力信号曲線の絶対最大値Fpは、最大作用力を示しており、この後、直線状に減少する領域m3で力はゼロに戻る(m3)。

0031

したがって、ロードセルにおける信号経過は、試験品材料の可塑性および弾性の特性によってモデル化された、落錘の力積(Impuls)から得られる。曲線経過からは、試験品の可塑性の(plastisch)(造形性の(bildsam))挙動の独特の特徴を直接に読み取ることができる。信号は、試験品の可塑性の特徴に関する情報を、緩衝挙動と試験品材料における衝撃通過(Impulsdurchgang)として有している。付加的に、力測定検出器衝突によって振動を起こさせられ、この振動が力信号に重畳されている。この振動の顕著な現れは、以下の影響値、すなわち
測定検出器ばね特性および測定領域と、
−試験品の硬さと、
−試験品材料の弾性的な特性もしくは緩衝挙動とによって、規定される。

0032

処理ソフトウェアが曲線経過を解釈し、試験品材料の可塑性を特徴付ける数値を提供する。信号経過を介して、自動化された「合否評価式の」決定のために利用され得る許容範囲を設けることができる。

0033

落錘のガイドはリニアガイドであってよく、このリニアガイド内で、落錘が自由落下で試験品に落下するか、または強制制御され、一定の速度、加速された速度、減速された速度または振動する速度で落下する。

0034

もっとも落錘は、長いレバーで回動軸線を中心として運動させることもできる。この場合、回動軸線は高さ調節可能であってよい。

0035

もっともガイドは、平行四辺形ガイドを備えた長いレバーであってもよいかまたは鋏型システムであってもよい。

0036

信号検出のために、相対的または絶対的な測定値を測定する距離センサまたはまさにこのような角度センサレバーシステムの場合)が使用される。

0037

考えられ得るあらゆる距離センサおよび角度センサ(ホール効果に基づき、光学式に作業し、インクリメント式に作業するポテンシオメータ)が使用され得る。

発明を実施するための最良の形態

0038

図1には、当該装置を原理的に示してあり、しかも側面図と正面図とに示してある。

0039

ケーシング2内に支承されたロードセル(Kraftmessdose)3に載設されているプレート1には、セラミックのコンパウンドから成る試験体4が配置されている。この試験体4の上方で鉛直に、落錘6のためのガイド5が存在する。ガイドと落錘とは、保護フード7と上方のフード8とからなっているケーシング内に存在する。上方のフード8内には、落錘6の運動を検出するための距離センサが配置されている。

0040

下方のケーシング2内には計算器が存在する。この計算器に、距離センサ9もしくはロードセル3の測定値が供給され、この場所で処理される。この結果は画面10に表示される(線図1参照)。

0041

本実施例では、落錘の重さは1192gである。落下高さは100mmと200mmとの間で調節可能である。

図面の簡単な説明

0042

当該方法が実施される装置を原理的に示す側面図および正面図である。
図1である。

符号の説明

0043

1プレート
2ケーシング
3ロードセル
4試験体
5ガイド
6落錘
7保護フード
8フード
9距離センサ
10 画面

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