具有应变装置的双电动机流变仪的制作方法

具有应变装置的双电动机流变仪的制作方法
【专利摘要】记载了一种应变装置(135)，该应变装置与双电动机流变仪(100)以驱动方式连接或可连接。该双电动机流变仪(100)具有第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)，其中该第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)可彼此独立地控制，并且其中第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)中的每一个为了确定由相关的测量电动机(110、112)产生的转矩而设置。所述应变装置包含(135)：用于保持试样的第一试样区段的第一试样保持部件(102)，和用于保持试样的第二试样区段的第二试样保持部件(104)。
【专利说明】具有应变装置的双电动机流变仪

【技术领域】
[0001]本发明涉及应变装置、双电动机流变仪、用于控制双电动机流变仪的方法以及相应的计算机程序。

【背景技术】
[0002]流变仪是用于确定例如粘弹性试样的流动行为的仪器。用于确定流动行为的已知方法为例如旋转、蠕变、松弛和振荡试验。通过流变仪，可以研究例如液体和过冷液体的流动行为以及固体的变形行为。
[0003]AT508706B1尤其涉及用于通过流变仪研究样品的方法。该流变仪具有测量轴，该测量轴被电动机驱动并承载第一测量部件。此外，该流变仪具有由该第一测量部件和另一个测量部件界定的用于试样的测量缝隙，以及用于检测电动机的转矩的力矩检测器和用于确定由试样施加在测量轴上或者第一测量部件上的法向力的测量单元。与测量轴或者测量轴的旋转轴线对齐地安置另一个测量轴或者另一个测量轴的旋转轴线，所述另一个测量轴被自身的另一个电动机驱动，并且在该另一个测量轴上可固定或固定有另一个测量部件。为了确定由另一个电动机施加的转矩，设置另一个力矩检测器。此外，为了确定由试样在另一个测量部件或另一个测量轴上施加的法向力，设置另一个测量单元。
[0004]US6691569B1公开了一种应变流变仪，其具有可旋转的一次卷绕转鼓和一个或多个可旋转的二次卷绕转鼓。将试样固定在该一次卷绕转鼓和每个二次卷绕转鼓上。该一次卷绕转鼓和每个二次卷绕转鼓的反向旋转导致每个固定的试样被拉伸直至破裂。通过发生伸展的试样导致的在每个一次和二次卷绕转鼓套件上的负荷响应用负荷传感装置测量。可以提供环境控制以用于在不同的条件下试样的测试。
[0005]US2012/0234081A1公开了用于确定材料的伸展性质的装置或流变仪，所述材料具有第一和第二末端。该流变仪包括第一和第二棍，所述棍抓握材料的第一末端。第三和第四棍抓握材料的第二末端。输入轴将第一、第二、第三和第四棍旋转，以将材料的第一末端和第二末端在相反的方向上拉伸，以使材料发生应变。
[0006]DE112005001096T5涉及具有一个固定圆筒和一个可移动圆筒的用于测量试样的应变性质的系统，其中试样固定在可移动圆筒以及固定圆筒上以使得试样的一个不接触该可移动圆筒并且不接触该固定圆筒的部分从可移动圆筒的切线向固定圆筒的切线延伸，其中通过使电动机驱动轴旋转而使该可移动圆筒围绕固定圆筒的轴线旋转。在这种情况下，可移动圆筒围绕该可移动圆筒的轴线旋转，其中如果该试样在可移动圆筒和固定圆筒之间通过可移动圆筒围绕固定圆筒的轴线的旋转以及可移动圆筒围绕可移动圆筒的轴线的旋转而延伸，则由该试样产生阻力，其中测量通过阻力产生的作用于可移动圆筒上的转矩。


【发明内容】

[0007]考虑到以上所述的缺点，需要提供具有改善的特征的流变仪。
[0008]该需要由独立权利要求的主题解决。本发明的有利的实施方案记载于从属权利要求中。
[0009]根据本文中公开的主题的第一方面的一种实施方案，提供一种应变装置，该应变装置与双电动机流变仪(下面也简称“流变仪”)以驱动方式连接或可连接，其中该双电动机流变仪具有第一测量电动机和第二测量电动机，其中该第一测量电动机和第二测量电动机可彼此独立地控制，并且其中第一测量电动机和第二测量电动机中的每一个为了确定由相关的测量电动机产生的转矩而设置，所述应变装置包含:用于保持试样的第一试样区段的第一试样保持部件；用于保持试样的第二试样区段的第二试样保持部件；其中，当该应变装置与双电动机流变仪以驱动方式连接时，第一试样保持部件由第一测量电动机可驱动至围绕第一轴线的旋转运动；第二试样保持部件由第二测量电动机可驱动至围绕第二轴线的旋转运动；该第一轴线平行于该第二轴线布置；并且该第一轴线与该第二轴线间隔布置，以使得保持在第一试样区段和第二试样区段中的试样在该第一试样保持部件和该第二试样保持部件之间延伸。
[0010]术语“旋转运动”在本文中不一定指的是3600或更大的旋转，尽管这样的旋转运动根据所测量的试样和流变仪的实际设计是可能的。相反，可以例如将流变仪设计为允许小于360°、例如180°的最大回转运动。在测量过程中实际进行的旋转运动可以包括小得多的角度区域，并且尤其可以在振荡运动过程中到达最小角度。
[0011]根据本文中公开的主题的第二方面的一种实施方案，公开了一种双电动机流变仪，其中该双电动机流变仪包含:第一测量电动机；第二测量电动机；以及根据本文中公开的主题的一种或多种实施方案的应变装置；其中该第一测量电动机和第二测量电动机可彼此独立地控制，并且其中第一测量电动机和第二测量电动机中的每一个为了确定由相关的测量电动机产生的转矩而设置。
[0012]根据本文中公开的主题的第三方面的一种实施方案，提供一种方法，该方法用于控制根据一种或多种本文中公开的实施方案的双电动机流变仪，该方法包括:控制第一测量电动机和第二测量电动机，并由此导致第一试样保持部件和第二试样保持部件之间的试样应变。
[0013]根据本文中公开的主题的第四方面的一种实施方案，提供用于控制流变仪的计算机程序，其中该计算机程序产品当由处理器装置执行时实施根据本文中公开的主题的一种或多种实施方案的方法。
[0014]这些方面基于如下基本思想，即流变仪的特征可以通过提供用于双电动机流变仪的应变装置而得以改善。
[0015]根据一种实施方案，该第一试样保持部件和该第二试样保持部件各自通过圆筒形转鼓形成；其中所述第一轴线是第一试样保持部件的圆筒轴线；并且该第二轴线是第二试样保持部件的圆筒轴线。
[0016]根据另一种实施方案，通过第一驱动线路的至少一部分，第一试样保持部件与第一测量电动机以驱动方式连接或可连接；并且通过第二驱动线路的至少一部分，第二试样保持部件与第二电动机以驱动方式连接或可连接；其中第一驱动线路和第二驱动线路的至少之一是无传动装置的。
[0017]术语“传动装置”在这里指的是至少两个传动轮例如齿轮的装置，所述传动轮以驱动方式耦合，以产生从传动装置输入轴到传动装置从动轴的转矩传递。术语“无传动装置的驱动线路”相应地指的是这样一种驱动线路:该驱动线路不具有以上所指的传动装置。
[0018]通过至少一个驱动线路的无传动性，可以改善流变仪的精度。尤其是无传动装置的驱动线路已使得振荡器式测量成为可能。因此克服了如下的技术偏见:采用应变装置，振荡器式测量是不可能的。如果仅仅为无传动装置的驱动线路施加振荡转矩，那么看起来包含在另一个驱动线路中的传动装置令人惊讶地仍然保持足够的拉应力，以使得与采用常规流变仪(其在每个驱动线路中均具有传动装置)的相应测量相对，齿轮啮合间隙对测量没有影响或者仅有小的影响。
[0019]根据一种实施方案，第一试样保持部件具有试样接纳件，该试样接纳件用于将试样的第一试样区段固定在第一试样保持部件上，并且第二试样保持部件具有试样接纳件，该试样接纳件用于将试样的第二试样区段固定在第二试样保持部件上。通过该固定，试样在试样保持部件的旋转过程中卷绕在试样保持部件上。
[0020]根据另一种实施方案，该应变装置具有反压元件，该反压元件与第一试样保持部件间隔地布置，以用于在第一试样保持部件和第二反压元件之间接纳第一试样区段。以这种方式，试样不卷绕在第一试样保持部件上，而是在第一试样保持部件和反压元件之间输送过去。
[0021]根据一种实施方案，所述方法包括控制第一测量电动机和第二测量电动机，以便为第一试样保持部件和第二试样保持部件之间的试样标记随时间振荡的应变特征。
[0022]根据另一种实施方案，该方法包括:控制第一测量电动机和第二测量电动机，以便为第一试样保持部件和第二试样保持部件之间的试样标记由应变和振荡组成的组合应变特征。通过由本实施方案可获得的精度，甚至可以实现试样保持部件的复杂的运动特征和/或复杂的应变特征。对于通过无传动装置的驱动线路与其相关测量电动机连接的试样保持部件尤其如此。
[0023]根据一种实施方案，为第一测量电动机和第二测量电动机的至少之一设置固定装置，通过该固定装置，相关的测量电动机在横向于第一轴线的方向上在至少两个不同的位置可固定。这导致流变仪的测量轴线相对于彼此的两个不同位置。由测量电动机驱动的测量轴的所述测量轴线或旋转轴线与相关测量电动机的旋转轴线相同。根据一种实施方案，测量电动机的两个测量轴相对于彼此的偏移通过两个测量电动机至少之一的偏移通过安装到限定的第二电动机位置来进行。至少一个测量电动机在第二电动机位置的固定可以例如通过螺钉、固定销、夹紧锁等进行。
[0024]根据另一种实施方案，至少一个测量电动机的偏移通过该电动机沿着引导装置(如轨道、导轨等)的移位(转移)来进行。
[0025]根据一种实施方案，两个测量轴彼此的实际位置通过长度测量来确定。为此，为了测量电动机的移位，流变仪可以具有例如步进电动机、具有角度编码器的主轴等。或者，可以设置纯粹的长度测量装置，该长度测量装置确定两个测量轴的实际相对位置。例如，长度测量装置可以固定在测量电动机上，并且为了测量其它测量电动机与长度测量装置的距离而形成。在测量轴相对于测量电动机具有一个限定的位置后，那么也确定了测量轴的间距。
[0026]根据另一种实施方案，流变仪具有控制装置，该控制装置用于控制第一测量电动机和第二测量电动机，并由此导致第一试样保持部件和第二试样保持部件之间的试样应变。
[0027]在这里，所述控制可以以开环调整回路进行，即不使用反馈信号(开环控制)。然而，优选地，该控制在使用反馈信号的情况下进行，即以闭环调整回路进行(闭环控制)。通过这样的调整(闭环控制)，可以获得更高的精度。此外，可以限定在开环调整回路情况下不能实现的测量模式(例如恒定应变速率:为此，力必须随着试样截面的减小而减小)。
[0028]根据一种实施方案，第一和第二测量电动机的控制包括:控制第一测量电动机以使得第一测量电动机在第一旋转方向上旋转；控制第二测量电动机以使得第一测量电动机在第二旋转方向上旋转；其中第二旋转方向与第一旋转方向相反或同向。
[0029]根据一种实施方案，形成控制装置以用于确定由第一测量电动机产生的转矩和/或由第二测量电动机产生的转矩。转矩可以例如由相关测量电动机的电能消耗得出，这是本领域技术人员已知的。
[0030]根据另一种实施方案，所述方法还包含:确定由第一测量电动机产生的第一转矩；确定由第二测量电动机产生的第二转矩；由第一转矩和第二转矩计算平均值；并且根据该平均值控制第一测量电动机和第二测量电动机的至少之一。通过计算平均值，提高了转矩确定的精度并因此提高了作用于试样上的力的确定。以这种方式，可以改善流变仪的特征。[0031 ] 为本发明的目的，提及计算机程序等同于提及程序单元、计算机程序产品和/或计算机可读介质，所述介质包含用于控制计算机系统的指令，以便以适当的方式协调系统或者方法的工作方式，以便实现本文中所公开的方法的实施方案相关的效果。
[0032]根据一种实施方案，所述控制装置具有至少一个处理器，该处理器设置为使得可以在执行计算机程序的情况下实施以上所述的方法步骤。
[0033]例如，如果由处理器执行，程序单元(计算机程序单元)导致根据一种或多种实施方案的方法步骤的实施。
[0034]计算机程序可以作为计算机可读指令代码以任何合适的编程语言例如JAVA、C++等实现。计算机程序可以存储在计算机可读的存储介质上(CD-Rom、DVD、可移动驱动器、易失性存储器或非易失性存储器、内置存储器/处理器等)。指令代码可以对计算机或者其它可编程设备(例如尤其是控制装置)编程，以使得实施期望的功能。此外，计算机程序可以提供于网络例如互联网中，在需要的情况下使用者可以从网络下载。
[0035]控制装置既可以通过计算机程序(即软件)也可以通过一个或多个特定的电路(SP在硬件中)或者以任何混合的方式(即通过软件组件和硬件组件)实现。
[0036]下面，描述本文中公开的主题的示例性实施方案，其中例如参引双电动机流变仪的控制方法、应变装置(该应变装置与双电动机流变仪以驱动方式连接或可连接)以及双电动机流变仪。应当强调的是，当然，不同方面、实施方案和实施例的特征的每一种组合是可能的。尤其是，一些实施方案参照方法进行描述，而另外一些实施方案参照装置进行描述。再者，另外一些实施方案参照应变装置进行描述，而另外一些实施方案参照双电动机流变仪进行描述。然而，本领域技术人员从以上和以下说明、权利要求和附图得出，只要没有另外说明，不同方面、实施方案和实施例的特征是可以任意组合的。例如，即使是涉及方法的特征也可以与涉及装置的特征组合。此外，如果公开了涉及方法的特征，那么也公开了相应的涉及装置的特征，反之亦然。
[0037]本发明的其它优点和特征由目前优选的实施方案的下列示例性描述呈现，然而本发明不限于所述实施方案。本申请的附图的各个图仅仅应当看作是示意性的而不是按比例的。

【专利附图】

【附图说明】
[0038]图1示出根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪。
[0039]图2示出根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪200。
[0040]图3示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪。
[0041]图4示出通过根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪的截面，尤其是图3中的流变仪300沿着线IV-1V的截面图。
[0042]图5示出通过图4的双电动机流变仪的截面，所述流变仪具有根据本文中公开的主题的实施方案的一种替代性的试样导轨。
[0043]图6示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪400的侧视图。
[0044]图7示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪500的侧视图。
[0045]图8针对根据本文中公开的主题的实施方案的一种流变仪并且还针对一种常规流变仪示出一个曲线图，其中绘制了试样保持部件的旋转角度Φ相对于实际作用的转矩M的关系。
[0046]图9示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪600。

【具体实施方式】
[0047]图1示出根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪。
[0048]双电动机流变仪100具有第一试样保持部件102,该第一试样保持部件用于保持图1中未不出的试样的第一试样区段。此外，双电动机流变仪100还具有第二试样保持部件104，该第二试样保持部件用于保持试样的第二试样区段。第一试样保持部件102和第二试样保持部件104各自围绕第一轴线106或第二轴线108可旋转。在这里，第一轴线106平行于第二轴线108布置。此外，第一轴线106与第二轴线108间隔布置，以使得在第一试样区段和第二试样区段中保持的试样(图1中未示出)在第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间延伸。
[0049]双电动机流变仪100还包含第一测量电动机110和第二测量电动机112，所述第一测量电动机和第二测量电动机可彼此独立地控制。第一测量电动机110为了驱动第一试样保持部件102而设置。第二测量电动机112为了驱动第二试样保持部件104而设置。根据一种实施方案，形成双电动机流变仪100,以使得第一测量电动机110驱动第一试样保持部件102发生围绕第一轴线106的旋转运动113，并且第二测量电动机112驱动第二试样保持部件104发生围绕第二轴线108的旋转运动115。
[0050]第一测量电动机110为了确定由第一测量电动机110产生的转矩而设置。类似地，第二测量电动机112为了确定由第二测量电动机112产生的转矩而设置。由测量电动机110、112产生的转矩的确定可以例如通过测量测量电动机110、112的电能消耗来进行。然而，用于确定由相关测量电动机110、112产生的转矩的替代方法同样是合适的。
[0051]根据图1中所示的实施方案，第一试样保持部件102通过圆筒形转鼓形成，并且第二试样保持部件104同样通过圆筒形转鼓形成。在这里，第一轴线106是第一试样保持部件102的圆筒轴线，第二轴线108是第二试样保持部件104的圆筒轴线。通过试样(未示出)在转鼓上的固定，每个转鼓用于保持试样，也用于在转鼓围绕第一轴线106或第二轴线108旋转的情况下试样在转鼓的外壳面114、116上的卷绕。
[0052]根据一种实施方案，第一试样保持部件102通过第一驱动线路118与第一测量电动机110连接。根据一种实施方案，第一驱动线路118无传动地形成。例如，第一驱动线路118可以通过第一测量轴120形成，该第一测量轴从第一测量电动机110延伸到第一试样保持部件102。第一测量轴120因此产生第一测量电动机110与第一试样保持部件102的直接的驱动式连接。根据一种实施方案，第一测量轴120可以是连续的、单体的测量轴(未示出)。根据另一种实施方案，第一测量轴120具有联轴器，通过该联轴器第一测量电动机110与第一试样保持部件以驱动方式可连接。根据另一种实施方案可以提出，联轴器122使得电动机侧的测量轴部件124和试样保持部件侧的测量轴部件126的分离成为可能。以这种方式，第一试样保持部件102可以用另一测量装置替换。根据另一种实施方案，联轴器122可以直接布置在第一试样保持部件102上，以使得试样保持部件侧的测量轴部件126可以被省略。
[0053]根据另一种实施方案，第二试样保持部件104通过第二驱动线路128与第二电动机112以驱动方式连接。根据一种实施方案，第一驱动线路和第二驱动线路的至少之一，例如如图1中所示的第二驱动线路128，具有传动装置130。根据一种实施方案，流变仪100具有第二测量轴132，传动装置130与该第二测量轴以驱动方式连接。根据一种实施方案，传动装置130产生第二试样保持部件104的第二轴线108相对于第二测量轴132的侧面偏移。以这种方式，本文中公开的主题的实施方案可以在一种流变仪中实现，在该流变仪中第一测量轴120和第二测量轴132对齐地布置，如图1中所示。传动装置130因而提供第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间的间隔d。
[0054]根据一种实施方案，传动装置130具有联轴器134，通过该联轴器，传动装置130与第二测量轴132以驱动方式可连接。根据另一种实施方案，联轴器134可以布置在分两部分的第二测量轴的两部分之间，与图1中所示的第一驱动线路118的联轴器122类似。
[0055]联轴器132、134可以通过待联接的部件上的合适的联轴器元件形成。联轴器可以例如包括快速锁合(在必要的情况下采用止动装置)和/或磁性联轴器。根据一种实施方案，测量轴120、132通过合适的(尤其是低摩擦的或无摩擦的)轴承承载，例如通过空气轴承或磁性轴承。
[0056]根据一种实施方案，第一测量轴120和第二测量轴132对齐地布置，并且因而限定测量轴线133，如图1中所示。
[0057]根据一种实施方案，第一测量电动机110和第二测量电动机112固定在支座136上，其中支座136和第一测量电动机110之间的机械连接在图1中由于简明的原因未示出。
[0058]总体上，根据一种实施方案，驱动线路118、128的在驱动线路118、128的联轴器122、134和相关的试样保持部件102、104之间延伸的部分，是应变装置135的一部分，该部分形成流变仪100的可替换部分。例如，根据一种实施方案，应变装置135包含试样保持部件侧的测量轴部件126、第一试样保持部件102、第二试样保持部件104以及传动装置130。流变仪100的其余部分形成流变仪100的流变仪基本部分137、139。根据一种实施方案，通过将第一驱动线路118中的联轴器122打开并将第二驱动线路128中的联轴器134打开，应变装置135可从流变仪基本部分137、139中取出。例如，可以提供应变装置135以作为流变仪的附加设备与其它测量装置(例如板)销售。
[0059]例如，根据一种实施方案，下列特征可以产生应变装置135与给定的流变仪基本部分137、139的相容性:(i)相容的应变装置侧的联轴器元件，其适配于流变仪的测量电动机侧的联轴器元件并与其形成联轴器122、134 ;以及，在必要的情况下，(ii)合适地形成的传动装置，该传动装置产生第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间的期望的间隔d。
[0060]图2示出根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪200。
[0061]图2中的双电动机流变仪200与图1中所示的流变仪100类似地形成，除了现在将传动装置130布置在第一驱动线路118中，以将第一试样保持部件102相对于第一测量轴120在侧面偏移，并布置成与第二试样保持部件104间隔开，该第二试样保持部件根据一种实施方案直接与第二测量轴132以驱动方式连接并与其对齐，如图2中所示。
[0062]因此，图1和图2示出了实施方案的实例，在所述实施方案中至少一个试样保持元件102、104与其相关的测量轴120、132对齐。
[0063]根据一种实施方案，如参照图1所述，可以将联轴器122和134省略，如图2中所示意性表示。
[0064]流变仪200的其它特征对应于图1中的流变仪100的那些特征，并设有相同的附图标记。因此，这些特征的详细说明不在此重复。
[0065]图3示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪。
[0066]图3中的双电动机流变仪300与图1和图2中所示的双电动机流变仪100和200类似地形成。然而，与流变仪100和200不同的是，根据一种实施方案，流变仪300既在第一驱动线路118中也在第二驱动线路128中具有传动装置130。如参照图1和图2所述，传动装置130各自用于将相关的试样保持部件102、104相对于其测量轴120、132在侧面偏移。以这种方式，获得试样保持部件102、104的相对于测量轴线133的对称布置。
[0067]流变仪300的其它特征对应于图1中的流变仪100的那些特征，并设有相同的附图标记。因此，这些特征的详细说明不在此重复。
[0068]图4示出通过根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪的截面，尤其是图3的流变仪300的沿着线IV-1V的截面图。
[0069]图4尤其示出第一试样保持部分102和第二试样保持部分104，它们彼此以间隔d布置。根据一种实施方案，试样138在第一试样区段140中固定在第一试样保持部件102上，例如在试样接纳件中。试样接纳件可以例如是用于将试样夹持在试样保持部件102上的夹持装置，这是本领域技术人员已知的。在第二试样区段142中，试样138固定在第二试样保持部件104上,例如同样是在试样接纳件中。通过试样保持部件102、104的反向旋转，试样138在第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间发生应变，这通过双箭头143表不。相应地,根据一种实施方案,如图4中所不，第一试样保持部件102的旋转方向144与第二试样保持部件104的旋转方向146相反。
[0070]图5示出图4的双电动机流变仪的截面，该双电动机流变仪具有根据本文中公开的主题的实施方案的一种替代性试样导轨。
[0071]尤其是，在图5中，试样138在第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间横向引导，以使得为了试样138的应变,第一试样保持部件102和第二试样保持部件104可以同向旋转，以便仍然将第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间的试样区段在相反方向上拉伸并因此发生应变。相应地，根据一种实施方案，如图5中所示，第一试样保持部件102的旋转方向144与第二试样保持部件104的旋转方向146同向。
[0072]根据一种实施方案，传动装置130将相关测量轴120、132的旋转方向反转。根据一种实施方案，这由控制测量电动机110、112的控制装置考虑，以便相应于第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间的试样138的走向而调整相关测量电动机110、112的旋转方向。
[0073]在图4和图5中，对应于图3中的流变仪300的截面图。然而应当理解，根据一种实施方案，图1和图2中的流变仪100、200的相应截面图可以与图4和图5中的相同。通过两个试样保持部件的断联(即通过每个试样保持部件用分立的测量电动机驱动)可以降低误差影响。尤其是，以这种方式，首次可以用应变装置进行振荡器式测量，在该测量的情况下试样在两个旋转的试样保持部件之间延伸。
[0074]通过根据本文中公开主题的实施方案的双电动机旋转流变仪的可能性，例如可以记录具有两个测量电动机110、112的相同转速的应变特征以及在上和/或下测量轴线120、132上作用的转矩的测量。以这种方式，可以在两个试样保持部件102、104上精确预设相同的应变速率。此外，也可以预设试样保持部件102、104的任何运动特征，例如具有不同的转速。尤其是可以实现复杂的运动特征。例如，可以为一特定的应变速率(即试样保持部件102,104的特定旋转速度)叠加一个随时间振荡的应变(即由相关测量电动机110、112产生的转矩随时间振荡)。可以在试样保持部件102或104或者在试样保持部件102、104两者上调整振荡。根据一种实施方案，仅仅在其相关驱动线路中不具有传动装置的试样保持部件才被以振荡器方式驱动。反之，根据一种实施方案，相关驱动线路具有传动装置的试样保持部件不以振荡器方式驱动。如果在这种情况下在仅仅一个驱动线路中布置有传动装置，那么这最多对振荡器式测量具有小的影响，因为该传动装置即使在振荡器式应变的情况下也经受恒定的拉力负荷，并且因此齿轮啮合间隙对振荡器式测量没有影响或者最多有小的影响。根据试样导向，试样保持部件102、104可以同向或反向旋转，以导致试样的应变。
[0075]尽管上述双电动机流变仪100、200、300各自在至少一个驱动线路118、128中具有传动装置130，但是根据另一种实施方案，可以两个驱动线路都是无传动的。
[0076]图6示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪400的侧视图。
[0077]根据一种实施方案，为第一测量电动机110和第二测量电动机112的至少之一设置固定装置147，通过该固定装置，相关测量电动机在横向于第一轴线的方向上在至少两个不同的位置可固定。例如，可以为第二测量电动机设置一个这样的固定装置，如图6中所不。根据一种实施方案，在第一位置148 (在图6中用虚线表不)测量轴120和132对齐地定位，并且在第二位置150 (在图6中用实线表示)测量轴120和132彼此以间隔Λ X布置。
[0078]根据一种实施方案，固定装置147通过螺钉、第二测量电动机112中的通孔以及支座136中的相关螺纹孔形成。尤其是，可以在支座136中形成两套螺纹孔，以使得第二测量电动机112在两个不同位置的固定成为可能。根据其它实施方案，固定装置147可以具有任何合适的元件，例如定位销、螺钉、夹紧锁、螺栓等。
[0079]根据一种实施方案，流变仪400包含支架152，在该支架上固定第一测量电动机110。根据一种实施方案，支架152可以是可调节的，例如高度可调节的，以便调整第一测量电动机I1和第二测量电动机112之间的间隔。根据其它实施方案,第一测量电动机110和第二测量电动机112之间的间隔可以是固定的。根据一种实施方案，支架152固定在支座136上。
[0080]通过测量轴120、132彼此间隔Λ χ的布置，试样保持部件102、104两者可以与相关的测量轴120、132对齐地布置。例如，由此可以在第一驱动线路118和第二驱动线路128中取消传动装置，如图6中所示。
[0081]图7示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪500的侧视图。
[0082]根据一种实施方案，将固定装置147形成为使得至少一个测量电动机112横向于第一轴线可移位并且在至少两个不同的位置可固定。可以设定固定装置147以允许相关测量电动机112垂直于第一轴线106的移位。该可移位性在图7中通过双箭头154表示。该可移位性可以通过任何合适的元件提供，例如导轨或者可调整的移位装置149，例如线性驱动器、步进电动机、具有角度编码器的主轴传动装置等，这例如对于支架152的高度调节也是已知的。这样的移位装置也可以例如提供一个间隔值，该间隔值是第一测量轴120和第二测量轴132之间的间隔的度量，并因此充当间隔测量装置。根据一种实施方案，移位装置149通过控制信号163由控制装置168控制。根据另一种实施方案，移位装置149向控制装置168提供对应于Λ χ的间隔信号165。根据一种实施方案,设定第一测量电动机110和第二测量电动机112，以便根据控制信号160、162以可预设的旋转方向驱动第一试样保持部件102和第二试样保持部件104发生旋转运动，如对于第一测量电动机110由164所示并且对于第二测量电动机112由166所示。由于第一测量轴线120和第二测量轴线132的间隔Λ X，图6和图7中的流变仪也可以称为正交流变仪。
[0083]由于驱动线路118、128两者均无传动装置，流变仪400、500的精度相对于已知的流变仪显著提高。尤其是因此可以实现试样保持部件102、104的复杂移动特征。在这种情况下，第一测量电动机110的控制如以上所述通过控制信号160进行，该控制信号由控制装置168提供。第二测量电动机112由第二控制信号162控制，该控制信号由控制装置168提供。根据一种实施方案，形成控制装置168以用于第一测量电动机110和第二测量电动机112的控制，并由此用于导致第一试样保持部件102和第二试样保持部件104之间的试样应变。根据一种实施方案，闭环调整回路中的控制信号160、162由控制装置168根据反馈信号产生。反馈信号可以包括例如一个或多个下列参数的值:第一测量电动机110的旋转角度、第二测量电动机112的旋转角度、第一测量电动机110的角速度、第二测量电动机112的角速度、第一测量电动机110被施加的转矩、第二测量电动机112被施加的转矩。应当理解，上述参数仅仅是反馈参数的例子，并且控制信号160、162的提供可以基于附加的或替代的其它反馈参数。测量电动机的转矩可以例如由相关测量电动机上产生的电流确定，例如通过刻度对照表或者标准方程。因为这是本领域技术人员熟知的，将关于确定合适的反馈参数的进一步说明省略。根据一种实施方案，可以通过控制装置168为第一测量电动机110和/或第二测量电动机112预设转矩。
[0084]根据一种实施方案，由控制装置168控制第一测量电动机110和第二测量电动机112，以便为第一试样保持部件和第二试样保持部件之间的试样标记随时间振荡的应变特征。由于缺失齿轮啮合间隙，图6和图7的双电动机流变仪400和500对此是尤其合适的。尤其是，在这两种流变仪的情况下，即使在振荡器式应变的情况下，也发生试样的精确对称的应变，因为无论第一试样保持部件102还是第二试样保持部件104均可以被施加很精确的振荡器式转矩。
[0085]此外，由于第一试样保持部件和第二试样保持部件的可实现的精确移动特征，本文中记载的流变仪使得在具有旋转的试样保持部件的应变装置情况下最小拉应力的预设(力预设)成为可能，这用具有旋转的试样保持部件的已知的应变装置是不可能的，因为在那种情况下驱动总是通过机械传动装置进行的，该机械传动装置在最小速率的情况下由于齿轮啮合间隙而带来大的不精确性。与此相对，在根据本文中公开的主题的实施方案的一种双电动机流变仪的情况下，用两个测量电动机进行旋转。在这种情况下，根据一种实施方案，两个测量电动机均确定和/或预设起作用的转矩。
[0086]图8针对根据本文中公开的主题的实施方案的一种流变仪并且还针对一种常规流变仪示出一个曲线图，其中绘制了试样保持部件的旋转角度Φ相对于实际作用的转矩M的关系。在这里，旋转角度Φ与两个试样保持部件102、104之间的试样的应变成比例。图8中的虚线170示出在一种流变仪的情况下旋转角度Φ相对于实际作用的转矩M的走势，所述流变仪具有用于驱动两个可旋转的试样保持部件的单个电动机，其中两个试样保持部件通过传动装置由该单个电动机驱动。与此相对，在图8中实线172示出针对一种双电动机流变仪的旋转角度Φ与实际作用的转矩M的关系，所述双电动机流变仪在两个驱动线路118、128中均是无传动的，例如参照图6和图7所述。在常规流变仪170的情况下，在针对小角度的起始区域，清楚地看出由齿轮啮合间隙延迟的力作用。
[0087]然而，不仅根据本文中公开的主题的实施方案的双电动机流变仪的高精度，而且试样的精确对称应变的可能性带来了新的应用可能性。例如，在这样的情况下，可以将应变流变学与其它研究进行结合，其中可以进行在应变的试样的不移动的中点上进行测量。这使得迄今为止以这种形式不可能的研究方法的组合称为可能。通过在第一试样保持部件和第二试样保持部件之间延伸的试样，应变流变仪使得在该区域中试样的良好可接触性称为可能。由于在这样的实施方案的情况下，应变的试样的中点不移动，在这里可以可靠地提供其它分析方法，例如显微术、小角光散射(small angle light scattering, SALS);小角中子散射(small angle neutron scattering, SANS);小角 X 射线散射(small angle exrayscattering, SAXS);双折射等。
[0088]图9示出根据本文中公开的主题的实施方案的另一种双电动机流变仪600。
[0089]图9中所示的双电动机流变仪600具有两个对齐的测量轴120和132。然而，与流变仪100、200、300、400和500不同的是，为了保持每个试样区段而设置两个试样保持部件。在为一个试样区段分配的这两个试样保持部件中，一个作为反压元件，其与试样保持部件间隔布置并用于将试样区段接纳在试样保持部件和反压元件之间。因而，流变仪600具有两个第一试样保持部件102，所述第一试样保持部件用于保持图9中未示出的试样的一个第一试样区段。此外，流变仪600具有两个第二试样保持部件104，所述第二试样保持部件用于保持试样的一个第二试样区段。这两个第一试样保持部件在其间接纳试样，并通过两个第一试样保持部件的反向旋转而牵拉第一试样区段。相应地，这两个第二试样保持部件104将第二试样区段保持在其间并将其在两个第二试样保持部件104的反向旋转过程中牵拉。两对试样保持部件的这种配置已由Maya记载于US2012/234081A1中。通过根据本文中公开的主题的实施方案提供两个分立的测量电动机110、112，可以改善第一试样保持部件102和第二试样保持部件104的旋转精度，即使当根据一种实施方案为此使用两个传动装置130时。根据一种实施方案，每个传动装置130具有一个输入端，该输入端被测量轴120、132驱动。此外，根据一种实施方案，每个传动装置130具有两个输出端，该输出端以相同的速度但是相反的方向被驱动，以用于驱动两个相关的试样保持部件(第一试样保持部件102或第二试样保持部件104)。通过在第一驱动线路118和第二驱动线路128中各自应用一个这样的传动装置130，与Maya所述的解决方案相比降低了摩擦力。此外，由于两个测量电动机均可以确定起作用的转矩，可以通过第一测量电动机110和第二测量电动机112产生的转矩的平均进一步提高流变仪的精度。
[0090]总而言之，还需要强调的是:
[0091]记载了一种应变装置，该装置与双电动机流变仪以驱动方式连接或可连接。该双电动机流变仪具有第一测量电动机和第二测量电动机，其中该第一测量电动机和第二测量电动机彼此独立地可控制，并且其中该第一测量电动机和第二测量电动机中的每一个为了确定由相关的测量电动机产生的转矩而设置。该应变装置包含:用于保持试样的第一试样区段的第一试样保持部件和用于保持试样的第二试样区段的第二试样保持部件。当应变装置与双电动机流变仪以驱动方式连接时，第一试样保持部件可被第一测量电动机驱动至发生围绕第一轴线的旋转运动，并且第二试样保持部件可被第二测量电动机驱动至发生围绕第二轴线的旋转运动。此外，在这种情况下，第一轴线平行于第二轴线布置并且第一轴线与第二轴线间隔布置，以使得保持在第一试样区段和第二试样区段之间的试样在第一试样保持部件和第二试样保持部件之间延伸。
[0092]根据本文中公开的主题的实施方案的应变装置与常规的流变仪构造相比开启了全新的可能性。从现在起存在了在两个试样保持部件上彼此独立地测量和旋转的可能性。根据一种实施方案，本文中公开的主题允许试样夹持和/或卷绕在两个试样保持部件(例如应变转鼓/钳口 /辊)上，并且两个试样保持部件彼此独立地由流变仪的测量电动机之一驱动。根据一种实施方案，所述两个试样保持部件不像已知的应变装置那样通过传动装置耦合。如果将测量轴线保留在它们彼此对齐的位置，则仍然必须为试样保持部件的至少之一设置传动装置，以便将试样保持部件的轴线从测量电动机的测量轴的位置偏移Λ χ，并因此获得两个平行的试样保持部件。
[0093]本文中公开的主题的实施方案的其它优点如下:
[0094]恒定拉应力:
[0095]尤其是在同时考虑了试样厚度的转矩特征情况下(例如通过同时的光学研究和使用显微镜或CCD相机的试样截面评估)，可以基于在试样保持部件上的直接作用和预设值的良好可再现性而调整拉应力，以使得尽管试样截面在应变过程中变化，拉应力却保持恒定。(在应变中试样始终变得更薄，因此必须预设恒定的拉应力。)如果希望在试样中实现恒定的拉应力，应变速度必须适配于通过应变而减小的试样截面，预设的力矩必须相应地变小。
[0096]振荡:
[0097]此前通常的传动装置不适于进行振荡试验。因此，通过应用旋转流变仪，首次开启了应变试样的振荡的可能性。通过流变仪中通常的退火腔(该退火腔可以将夹紧的试样在宽的温度范围内预先退火，并使得温度特征的高精度调整成为可能)，也可以用该应变装置进行动态力学热分析，该分析迄今为止需要特定的设备(应变中的DMTA测量)。
[0098]LAOS 实验
[0099]针对聚合物非线性现象的研究，具有大振幅的振荡测量是必要的，所述测量目前仅限于在特定的应变流变仪中是可用的。本发明的应变装置也适合于实施LAOS实验(LAOS= iiIarge amplitude oscillatory shear”,即具有大剪切振幅的振荡器式剪切)。它经常通过FT流变学进行评价，在其中测量值进行傅立叶变换。在这种情况下，经常需要大的剪切振幅以达到非线性条件。为此的首次试验已由Krieger等人实施(“A rheometer foroscillatory studies of nonlinear fluids” (用于非线性流体的振荡研究的流变仪)，Rheol.Actal2，567-571 (1973))。这里应用的FT流变学特征在于特别高的敏感度和很好的信噪比。在可能的情况下，评价所需的数学步骤可以直接在控制装置168中获得。
[0100]重叠流变学
[0101]试验特征的一种新的可能性产生了与振荡叠加的应变。例如，这可以通过将一个测量电动机旋转、将另一个测量电动机振荡而实现。以这种方式，可以实施针对应变中的重叠流变学的试验。通过应变，可以诱导试样中的结构变化，通过振荡观察或测量其依赖于所施加的应变或应变速率的弹性行为。
[0102]复杂特征:
[0103]所述装置使得旋转和振荡之间的任何交变都成为可能:例如应变至某一角度、Hencky应变试验和采用振荡的松弛测量。
[0104]在一种实施方案中，其中两个驱动线路118、128均不具有传动装置并且因此两个试样保持部件均可以基本无间隙且无摩擦地移动，变形阶跃、变形速率、力预设和振荡之间的任何交变都是可能的。复杂的试验特征因此也可以在应变中实施。具有所有可能的转速分布的反向和同向旋转中的所有旋转选项都是可能的。
【权利要求】
1.应变装置(135)，该应变装置与双电动机流变仪(100)以驱动方式连接或可连接，其中该双电动机流变仪(100)具有第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)，其中该第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)可彼此独立地控制，并且其中第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)中的每一个为了确定由相关的测量电动机产生的转矩而设置，所述应变装置(135)包含: 用于保持试样(138)的第一试样区段(140)的第一试样保持部件(102)； 用于保持试样(138)的第二试样区段(142)的第二试样保持部件(104)； 其中，当该应变装置(135)与双电动机流变仪(100)以驱动方式连接时， 第一试样保持部件(102)由第一测量电动机(110)可驱动至发生围绕第一轴线(106)的旋转运动(113)； 第二试样保持部件(104)由第二测量电动机(112)可驱动至发生围绕第二轴线(108)的旋转运动(115)； 该第一轴线(106)平行于该第二轴线(108)布置；并且 该第一轴线(106)与该第二轴线(108)间隔布置，以使得保持在第一试样区段(140)和第二试样区段(142)中的试样在该第一试样保持部件(102)和该第二试样保持部件(104)之间延伸。
2.根据权利要求1的应变装置，其中 该第一试样保持部件(102)和该第二试样保持部件(104)各自通过圆筒形转鼓形成； 该第一轴线(106)是第一试样保持部件(102)的圆筒轴线；并且 该第二轴线(108)是第二试样保持部件(104)的圆筒轴线。
3.根据以上权利要求之一的应变装置，其进一步包含: 第一驱动线路(118)的至少一部分，第一试样保持部件(102)通过所述至少一部分与第一测量电动机(I 10)以驱动方式连接或可连接；并且 第二驱动线路(128)的至少一部分，第二试样保持部件(104)通过所述至少一部分与第二电动机(112)以驱动方式连接或可连接； 其中第一驱动线路(118)和第二驱动线路(128)的至少之一是无传动装置的。
4.双电动机流变仪(100、200、300、400、500、600)，其包含: 第一测量电动机(I 10)； 第二测量电动机(112);以及 根据权利要求1至3之一的应变装置(135)； 其中该第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)可彼此独立地控制，并且其中第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)中的每一个为了确定由相关的测量电动机产生的转矩而设置。
5.根据权利要求4的流变仪，其中为第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)的至少之一设置固定装置(147)，通过该固定装置，相关的测量电动机在横向于第一轴线(106)的方向上在至少两个不同的位置(148、150)可固定。
6.根据权利要求4或5的流变仪，进一步包含控制装置(168)，该控制装置用于控制第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)，并由此导致第一试样保持部件(102)和第二试样保持部件(104)之间的试样应变。
7.根据权利要求4至6之一的流变仪，其中形成控制装置(168)以用于确定由第一测量电动机(I 10)产生的转矩和/或由第二测量电动机(I 12)产生的转矩。
8.用于控制根据权利要求4至7之一的双电动机流变仪的方法，该方法包含: 控制第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)，并由此导致第一试样保持部件(102)和第二试样保持部件(104)之间的试样(138)的应变。
9.根据权利要求8的方法，进一步包含: 控制第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112),以便为第一试样保持部件(102)和第二试样保持部件(104)之间的试样(138)标记随时间振荡的应变特征。
10.根据权利要求8或9的方法，进一步包含: 控制第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112),以便为第一试样保持部件(102)和第二试样保持部件(104)之间的试样(138)标记由应变和振荡组成的组合应变特征。
11.根据权利要求8至10之一的方法，进一步包含: 确定由第一测量电动机(110)产生的第一转矩； 确定由第二测量电动机(112)产生的第二转矩； 由第一转矩和第二转矩计算平均值；并且 根据该平均值控制第一测量电动机(110)和第二测量电动机(112)的至少之一。
12.用于控制流变仪(100、200、300、400、500)的计算机程序产品，该计算机程序产品当由处理器装置执行时实施根据权利要求8至11之一的方法。
【文档编号】G05B19/042GK104237073SQ201410157747
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年4月20日
【发明者】J.朗格, M.科伦, G.柯坪 申请人:安东帕有限公司