CH621868A5

CH621868A5 -

Info

Publication number: CH621868A5
Application number: CH1028577A
Authority: CH
Inventors: Richard Dipl Ing Seeger
Original assignee: Walter Alfred Ag
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1977-08-22
Publication date: 1981-02-27
Also published as: US4179941A; CA1109286A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Biegesteifigkeit einer rechteckigen, blattförmigen Probe, insbesondere eines Papierblattes. Die Erfindung betrifft weiter eine Messvorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Bei vielen Papierverarbeitungsprozessen ist die Biegesteifig-55 keit eine wesentliche Kenngrösse, die die erzielbare Verarbeitungsleistung beeinflusst. Es sind auch bereits Messverfahren und Messgeräte bekannt, um die Biegesteifigkeit von blattförmigen Ptoben zu messen. Die Messungen mit den bekannten Verfahren sind aber aufwendig, und die Geräte sind kompli- 60 ziert, teuer und eignen sich nicht für den Gebrauch durch den Praktiker im Betrieb. Diese Geräte werden daher meist nur in Labors oder technischen Büros verwendet.

Einige der bekannten Messverfahren messen nach dem Prinzip einer Waage, Biegemoment oder Kraft, die zur Erzeu- 65 gung einer definierten Verformung notwendig ist. Die dazu verwendeten Messgeräte sind wegen ihrer Empfindlichkeit aufwendig und wenig robust. Die zu messende Probe muss in genormter Grösse zugeschnitten werden. Um die Messung rein im elastischen Bereich vorzunehmen und viskoelastische Einflüsse auszuschliessen, muss die vorgenommene Verformung streng genommen aus Dicke und Dehnungseigenschaften der Probe abgeleitet werden. Die Geräte von «Olsen», «Schlen-ker», «Bekk» und der «Handle-O-Meter» arbeiten nach diesem Prinzip.

Ein anderes Gerät nach «Brecht-Blikstadt» ermittelt die Biegeformänderungsarbeit durch Auslenkung einer gewichtsbelasteten Probe beim Aufwickeln der Probe auf eine Walze. Hierbei wird die definierte elastische Biegung bei gegebenem Walzendurchmesser nur in einem bestimmten Bereich der Probendicke eingehalten.

Ein sehr aufwendiges Gerät von «Lhomargy» bestimmt die Steifigkeit durch Feststellung der Resonanzfrequenz eines eingespannten Probestreifens.

Schliesslich wird bei einem Gerät von «Clark» ein Probestreifen so zwischen zwei Klemmrollen gespannt, dass die Einspannstelle um 45° zur Vertikalen geneigt ist und sich die Probe durch ihr Eigengewicht, evtl. am Ende verstärkt durch ein Zusatzgewicht, durchbiegt. Durch Schwenken der Klemmrollen um 90° symmetrisch zur Vertikalen wird festgestellt, ob die Steifigkeit der Probe ausreicht, um dieser Schwenkung zu folgen und sich danach in die andere Richtung durchzubiegen. Dieser Vorgang muss unter Änderung der Einspannlänge mehrmals wiederholt werden, um die kritische Länge festzustellen, bei der die Probe gerade noch der Schwenkbewegung folgen kann.

Es ist Ziel der Erfindung, ein einfaches, genaues Messverfahren zu schaffen, welches sich für die Praxis eignet. Die Messung soll möglichst ohne vorheriges Zurechtschneiden der Probe auf eine Normgrösse und ohne Umrechnung der Messwerte erfolgen können. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll einfach und billig herstellbar sein und trotzdem eine hohe Messgenauigkeit gewährleisten. Sie soll unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Geräte robust und betriebssicher sein.

Das erfindungsgemässe Messverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Probe auf eine schräge Fläche gelegt und die Oberkante parallel zu einer horizontalen Einspannstelle ausgerichtet wird, dass die Oberkante über die Vertikale ausgeschwenkt wird, so dass sich der obere Teil der Probe um die Einspannstelle frei durchbiegt, und dass die zwischen der Oberkante und der Einspannstelle gemessene, freie Einspannlänge der Probe solange verkleinert wird, bis die Probe selbständig wieder in die schräge Fläche zurückschwenkt, wobei die nach der Zurückschwenkung gemessene Resteinspannlänge ein Mass für die Biegesteifigkeit der Probe ist.

Die entsprechende Messvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens weist erfindungsgemäss eine ebene, schräggestellte Platte zum Auflegen der Probe auf, wobei auf dieser Platte eine horizontale, die Einspannstelle bildende Leiste oder Walze angeordnet ist.

Nachstehend werden nun zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren, welche perspektivische Seitenansichten zweier Messgeräte darstellen, näher erläutert.

Die Messvorrichtung (Fig. 1) zur Messung der Biegesteifigkeit, beispielsweise einer Papierprobe 1, weist eine ebene, hartverchromte Stahlplatte 2 auf, welche mittels einer hinteren Stütze 3 auf einer Unterlage schräg aufgestellt ist. Der Anstellwinkel der Platte 2 zur Vertikalen beträgt zweckmässigerweise 45°. Auf der Platte 2 ist eine horizontale, bewegliche Messleiste 4 befestigt, die mittels seitlichen Führungen 5 parallel zu einer oberen Anschlagleiste 6 auf der Platte 2 nach oben und nach unten verschoben werden kann.

Das rechteckige Probeblatt 1, dessen Biegesteifigkeit zu messen ist, wird auf die Platte 2 gelegt, wobei der untere Teil der Probe unter der Messleiste 4 durchgeführt wird. Das Blatt

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wird ausgerichtet, indem seine Oberkante 7 gegen die Anschlagleiste 6 gestossen wird.

Der untere Blatteil wird sodann mittels einer magnetischen Halterung 8 fixiert. Statt einer Anschlagseite 6 könnten auch entsprechende Markierungslinien zum Ausrichten des Probeblattes auf der Platte vorhanden sein. Bei anderen Ausbildungen der Vorrichtung wäre es auch möglich, das Blatt mittels Klemmleisten oder Nadeln auf einer weichen Platte festzuhalten. Auch eine pneumatische Fixierung wäre möglich.

Sodann wird die Oberkante 7 des Probeblattes 1 über die Vertikale nach vorne ausgeschwenkt, so dass der obere Blatteil 9 um die als Einspannstelle wirkende Kante der Messleiste 4 frei nach vorne durchgebogen ist. Die Länge des frei durchhängenden Blatteiles 9, von der Blattoberkante bis zur Kante der Leiste 4 gemessen, wird als freie Einspannlänge bezeichnet.

Die Messleiste wird nun langsam, motorisch oder manuell, nach oben bewegt, so dass sich die freie Einspannlänge der Probe kontinuierlich verkleinert, bis die Probe durch ihre Steifigkeit selbständig auf die Messfläche zurückschwenkt. Anhand einer Skala 10, die auf der Platte 2 angebracht ist, kann nun 20 sofort die Resteinspannlänge der Probe abgelesen werden.

Der Messbereich der Vorrichtung ist relativ gross, die Ablesbarkeit, insbesondere bei dünneren Proben, gut differenziert. Die Messung wird auch automatisch im elastischen Bereich der Probe durchgeführt. Bei höheren Steifigkeitswerten 25 kann der Messbereich durch Gewichtsbelastung des freien Probenteils und entsprechende Umrechnung noch erweitert werden.

Infolge der Faserstruktur des Papiers erfolgt bei der Biegung eine Deformation des Papiers, teils elastisch durch Strek-kung bzw. Stauchung der Fasern, teils plastisch durch Auseinanderziehen des Faserverbandes. Infolge der unterschiedlichen Faserausrichtung von Sieb- und Oberseite des Papiers ist die Spannungsverteilung nicht gleichmässig. Es ist daher zu empfehlen, nach der ersten Messung das Probeblatt umzukehren und eine zweite Messung durchzuführen. Der Mittelwert dieser beiden Messungen bildet dann die Kennzahl für die Biegesteifigkeit in einer Blattrichtung.

Statt einer Messleiste könnte auch eine Walze vorgesehen sein, die auf der Probe abgerollt wird. Zur Parallelführung der Messleiste oder der Walze werden in an sich bekannter Weise Seilzüge, Zahnriemen, Zahnstangen oder andere Führungselemente verwendet. Es wäre aber auch möglich, die Walze oder die Messleiste fest mit der Platte zu verbinden und das Probeblatt kontinuierlich unter der Einspannstelle durchzuziehen um die Einspannlänge zu verkleinern.

Da atmosphärische Einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, das Messresultat beeinflussen können, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung zum Schutze der Probe mit einer durchsichitgen Verkapselung zu versehen.

Selbstverständlich wäre es möglich, den Messvorgang zu automatisieren. Neben dem bereits erwähnten motorischen

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Antrieb der Messleiste könnte das Messergebnis elektronisch registriert und direkt auf die Probe gedruckt werden.

Die beschriebene Messvorrichtung ist robust und einfach zu handhaben, was für die Verwendung im Betrieb wichtig ist. Die Proben müssen in den meisten Fällen nicht zugeschnitten werden, und das Messresultat wird durch unterschiedliche Abmessungen der Proben nicht beeinflusst. In dieser Beziehung ist die Vorrichtung sehr vorteilhaft im Vergleich zu den bekannten Geräten, wo das Resultat meist erst nach einer Umrechnung anhand von Formeln erhalten wird.

Beim Messgerät gemäss Fig. 2 ist im unteren Bereich der Platte, in der Nähe des Randes, eine Gummiwalze 11 (ähnlich einer Schreibmaschinenwalze) drehbar montiert. Diese hat senkrecht zur Platte 2 etwas Spiel, um die Dickendifferenzen verschiedener Papierproben 1 zu berücksichtigen. Durch ihr Eigengewicht drückt sie das Blatt auf die Platte 2. Durch die beiden Rändelräder 12 wird die Walze 11 gedreht und das eingespannte, längs der Massstabkante 13 ausgerichtete Blatt 1 unter ihr durchgezogen, bis das Blattoberteil 9 wieder in die Plattenebene zurückschwenkt.

Die Rest-Einspannlänge von der Walzenachse bis zur Blattoberkante 7 kann nun wieder gemessen werden.

Die Messvorrichtung mit Walze erlaubt eine sehr präzise und feine Messung. Eine Erleichterung der Messung kann noch erzielt werden durch ein nicht näher dargestelltes Druckorgan, welches unter der Platte 2, hinter der Walze 11, befestigt ist. Durch Drücken auf einen Knopf wird unter dem linken Blattrand, neben der Messkala, genau unter der Achse der Walze 11, eine Kerbe in das Papier gedrückt. Der Abstand von der Oberkante des Papiers bis zur Kerbe entspricht dann der Rest-Einspannlänge.

Die gemessene Resteinspannlänge ist ein Mass für die Biegesteifigkeit der Probe. In der Praxis ist es nicht notwendig, den physikalischen Wert der Biegesteifigkeit effektiv zu berechnen, da man primär an Vergleichszahlen interessiert ist. Es genügt, wenn das spezifische Flächengewicht, die Laufrichtung und evtl. die Dicke der Probe berücksichtigt werden.

Anhand der Messvorrichtung wurde beispielsweise folgender Prüfbericht für zwei Papiersorten erstellt:

Probe Flächengewicht Dicke g/m2 |xm

A 60 82

B 60 80

Laufrichtung längs längs

Messlänge mm 193 186

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Wird bei der Verarbeitung ein in Laufrichtung steifes Papier bevorzugt, so kommt dasjenige der Probe A in Betracht.

Der Unterschied im Messresultat zwischen einer schmalen (5 cm) und einer breiten (30 cm) Probe ist unerheblich und spielt in der Praxis keine Rolle.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Messung der Biegesteifigkeit einer rechteckigen, blattförmigen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe auf eine schräge Fläche gelegt und die Oberkante (7) parallel zu einer horizontalen Einspannstelle (4) ausgerichtet 5 wird, dass die Oberkante über die Vertikale ausgeschwenkt wird, so dass sich der obere Teil der Probe um die Einspannstelle (4) frei durchbiegt, und dass die zwischen der Oberkante und der Einspannstelle gemessene freie Einspannlänge der Probe solange verkleinert wird, bis die Probe selbständig wieder 10 in die schräge Fläche zurückschwenkt, wobei die nach der Zurückschwenkung gemessene Resteinspannlänge ein Mass für die Biegesteifigkeit der Probe ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Probe nach dem Ausrichten unten auf der Hache fixiert 15 wird, und dass die Einspannstelle (4) zur Verkleinerung der freien Einspannlänge relativ zur Fläche nach oben verschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Probe nach dem Ausrichten und Ausschwenken unter 20 die ortsfeste Einspannstelle (4) nach unten durchgezogen wird, bis die Resteinspannlänge erhalten wird.
4. Messvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine ebene, schräggestellte Platte (2) aufweist, und dass auf der 25 Platte (2) eine horizontale, die Einspannstelle bildende Messleiste (4) oder Messwalze zugeordnet ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) um 45° zur Vertikalen geneigt ist.
6. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- 30 net, dass am oberen Ende der Platte (2) eine zur Einspannstelle parallele Anschlagleiste (6) oder Markierlinie zum Ausrichten der Probe (1) vorgesehen ist.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte mit einer Skala (10) zum Ablesen der freien 35 Einspannlänge der Probe versehen ist.
8. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleiste (4) oder die Messwalze mittels Führungen parallel auf der Platte (2) verschiebbar bzw. abrollbar ist.
9. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- 40 net, dass die drehbare Messwalze (11) fest auf der Platte (2) montiert ist und senkrecht zu dieser etwas Spiel aufweist, wobei sie durch ihr Eigengewicht auf die Probe gedrückt wird.
10. Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungsorgan vorgesehen ist, durch wel- 45 ches unter der Walzenachse eine Messkerbe in die Probe drückbar ist.

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