-
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Geschmeidigkeitsgrades
schmiegsamer Materialien Die Erfindung betrifft allgemein die PrUfung geschmeidiger
Materiealien und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
statischer und dynamischer Eigenschaften schmiegsamen Materials, die ein Anzeichen
finir die Geschmeidigkeit eines solchen Materials und insbesondere solcher Materialien
sind, die in Beziehung zur Bekleidungs-, Textil-, Papier-und Belagindustrie stehen.
Die mit geschmeidigen Materialien Arbeitenden sind ständig auf der Suche nach besseren
Einrichtungen zum Messen der Eigenschaften solcher Materialien. Das sind Reißfestigkeit
und Widerstandsfahigkeit gegen chemische Angriffe, die leicht zu bestimmen sind.
Leider trifft das auf die wichtigsten Eigenschaften geschmeidigen Materials nicht
zu, die immer noch einer unvollstSndigen und oft zufälligen Prüfung unterliegen.
Diese wichtigste Eigenschaft ist die Geschmeidigkeit. Gev schmeidkgigkeit ist allgemein
als eine statische Bigenschaft
schmiegsamen Materials angesehen
worden, gemäß der ein Stoff fällt oder sich in Falten legt, wenn er auf eine Form
gehängt oder gelegt wird. Die Erfinder haben viele Versuche mit geschmeidigen Materialien
durchgefthrt, und auf Grund dieeer £ Versuche sind sie zu der Feststellung gelant,
daß Geschmeidigkeit, um mechanisch gemessen werden zu können, als eine komplexe
Eigenschaft anzusehen ist, die sich sowohl aus statischen als auch aus dynamischen
Eigenschaften zusammensetzt.
-
Das nicht mechanische Verfahren, das angewandt wird, um die Geschmeidlgkeit
eines Materials zu werten, ist die anschauliche Betrachtung eines besonderen Musters,
das von einer Art Halter herabhangt, und die Beurteilung seines Aussehens in Begriffen
eines Spectrums der verschiedenen anderen Materialien ; ein Gesichtspunkt ist dabei
die Art und Zahl der sichtbaren Falten und Zipfel.
-
Bine solche Bestimmung beruht ausschließlich auf einer besonderen,
persönlichen Beurteilung und unterliegt daher großen Verschiedenheiten bei dem einen
und dem andern Sachverständigen.
-
Verschiedene mechanische Meßverfahren fUr bestimmte Eigenschaften
schmiegsamen Materials sind durch die Technik entwickelt worden und erscheinen in
alteren Patente.
-
Obgleich diese Vorrichtungen im allgemeinen in zufriedenstellender
Weise eine besondere Arbeit leisten, besitzen sie doch nicht die Brauchbarkeit und
weite Anwenbarkeit der vorliegenden Erfindung. Bei einer Vorrichtung wird eine Kraft
übertragen, bis das VersuchsstUck unter der Belastung nach Art einer Membran reißt.
Bei einer anderen Vorrichtung werden einzelne Belastungszunahmen verwendet,
bis
ein besonderer Zustand nach Meinung des Beschauers vorhanden ist. Bei einer Vorrichtung
wird das Versuchsstück künstlich festgehalten, während man eine Kraft auf das Stück
wirken läßt. Dieses Festhalten behindert ein nattrliches Verhalten des Versuchsstücks
in einer nicht zu bestimmenden Weise. FUr eine genaue Bestimmung der Geschmeidigkeit
muß sich das Probestück ungehindert in rämlicher Verformung ordnen können.
-
Die vorliegende Erfindung ist fUr ein Messen der Geschmeidigkeit geeignet,
während das Versuchsmaterial in seinem nattrlichsten Zustand ist. Sowohl statische
als auch dynamische Eigenschaften werden mech. nisch gemessen, sodaß die Erfindung
für die Untersuchung der Geschmeidkeitseigenschaften von Bahnen, Stücken, Filmen
und allem andern in dem weiten Beich schmiegsamer Materialien geeignet ist. Außerdem
ist die Erfindung auf Grund der rein physikalischen Natur der vorgenommenen Messungen
als eine Norm fUr die Giitekontrolle zu werten.
-
Die Erfinder haben die Vorrichtung Kinesimeter genannt, um genauer
die Arbeitsweise ihrer Erfindung anzudeuten.
-
Sie möchten darauf hinweisen, daB die vorgenommene Messung eine Anzeige
aller Kräfte ist, welche zu der Eigenschaft schmiegsamen Materials gehören, die
als Geschmeidigkeit bezeichnet wird. Die Ablesung einer begrenzten Kraft ist dem
untersuchten Material zugeordnet. Diese Kraft ist eine Angabe ftir die Geschmeidigkeit
des Materials. Die Kraft ist die Resultierende vieler einzelner Kraftkomponenten,
deren Natur von der besonderen Richtung abhängt, in welcher bei einem Versuch das
betreffende Material belastet wird. Verschiedene Materialien verhalten
sich
in dieaer Beziehung verschieden.
-
Die Erfinder haben herausgefunden, daß ein verbessertes Messen der
Geschmeidigkeit ein bedeutender technischer Fortschritt ist.
-
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,
welche eine Reike begrenzter kräfte messen und aufzeiohnen kann, die zusammen eine
Anzeige der Geschmeidigkeit schmiegsamen Materials ermöglichen.
-
Bin wieteres Ziel der Erfindung ist esw, eine Vorrichtung zum Bestimmen
eines begrenzten Wertes für die Geschmeidigkeit eines achmlegeaen Materials in Kraftwerten
su schaffen. auch iot es das Ziel der Erfindung, ein Normalverfahren zum mechanischen
Bestimmen der Gesohmeidigkeit zu entwickeln.
-
Ebenso ist es das Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum
Festlegen der Geschmeidigkeit schmiegsamen materials zu entwickeln.
-
Ein weiteres Ziel ist, eine vorrichtung zu Schaffen, welche die tatsächliche
Geschmeidigkeit eines Material ohne sine Behinderung mißt. schließlich ist es auch
ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Integrieren augenblicklicher Kräfte
zu schaffen, die auf ein schmiegsames Material ausgeübt werden, wenn es durch ein
Hemmnis geführt wird, um ein mechaniaches Arbeitsdäquivalent zu erhalten.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden die genannten und weitere
Ziele erreicht, indem ein zu untersuchendes Probesttiok
ohne Behinderung
aufgelegt, druch eine Öffnung, die kleiner als das Probestück ist, gezogen und eine
Reihe augenblichlicher kräfte, die einer Bewegung des Probestücks durch die Öffnung
widerstehen, gemeaaen wird, wenn das Probestück mit deren Umfang in Berührung scout.
PUr ein boirez Verständnis der Erfidung wird auf die Zeiohnung Bezug genommen, in
der Fig. @ sine vordere Teilansicht eines Kinesimeters gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, Fig. 2 eine Vorderansicht eines gemäß der Erfindung konatruierten Yin ist,
Fig. 3 eine aohematiaohe Einzeihleit einer Tragevorriohtung fUr ein Probestück ist,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht mit einem schmiergsamen Probestück auf einer
Tragevorrchtung gemäß der Erfindung iat, die eine Öffnung zeigt, durch die dan Probestück
gezogen wird, Fig. 5 ein typiaohea Meßdiagramm der einer Bewegung des aufgelegten
Probestkcks durch die Öffnung g Fig. 4 widerstehenden Kraft zeigt, Fig. 6 bis 9
ähnliche Ansichten sind, welche die einzelnen Stufen beim Ziehen des ProbeetUoks
durch die Öffnung und die entsprechenden, in den einzelhen 9tufen entetehenden Kräfte
wiedergeben, und Fig. 10 eine aeitliohe T/eilansicht eines bfeänderten ausführungsbeispiels
der Erfindung ist.
-
Die Zeichnungen sind ale mehr oder weniger eohaublldllohe Darstellungen
zum Zweck der BrlEuterung der Erfindung anzusehen. Gleiohe Bezugazeiohen bezeichnen
die gleichen Toile in den versohiedenen Darstellungen.
-
Fig. 1 zeigt ein Kinesimeter mit einem Rahmen 1, von dem ein Te eine
Öffnung 2 und eine in dieser Öffnung bewegliohe Stange 3 umfaßt. Die Stange 3 trait
eine Auflago 4, auf der eine geschmeideige Probe 5 gehalten wird.
-
Die Stange wird durch eine geeignete Vorrichtung hin-und herbwpgt.
Ein Kraftübertrabgungssystem 6 iat mit der Vorrichtung verbunden. Das Übertragungssystem
mißt die Kräfte, die der Bewegung der Stange 3 widerstehen und von dem Eingriff
der Probe 5 in den Umfang der Öffnung 2 g herruhren.
-
Fit. 2 seigt eine AuafUhrungBform der Brfindung mit einom Rahmen 7,
der einen etwa waagerechten, beweglichen Kopf 9 und eine e unterhalb des Kopfes
angeordnete Plattform 10 entält, Ein Kraftübertragungssystem 11 dient dazu, eine
starre Stange 12 mit dem beweglichen Kopf zu verbinden, sodaqß sich die Stange mit
dem Kopf bewegt, wenn dieser auf-und abbewegt wird, und jede der Stangenbewegung
widers5tand leistende Kraft in Abhängigkeit von der Bewegung des Kopfea wird von
dem Übertragungssystem abgefuhlt. Die Verbindung g des Kraftübertragungssystem mit
dem Kopf kann starr oder beweglich sein.
-
Ei Ring 13 mit einer Öffnung 14 darin ist starr mit dem Rahmen 7 an
einer passenden Stelle oberhalb der Plattform 10 verbunden. Die genaue Lage dieses
Rindes ist für das Arbeiten der Vorrichrtung nicht ausschlaggebend. Für eine Gleichheit
der Brgebniaae der Versuche wird aber die Ebene der Öffnung 14 im Ring 13 rechtwinklig
zur Bewegungsebene des waagerechten Kopfea 9 gehalten. Ein Sokkel oder eine Auflage
15 wird von der Stange 12 an ihrem freien Ende gefuhrt.
-
In Fig. 3 ist die Auflage 15 an der Stange 12 und ihr Mittelpunkt
mittels einer Büchse 16 befestigt. Zur leiohteren Verbindung dient ein Stift 17
zum Halten der Büchse an der Stange. Der Stift wird durch passende Löcher in der
Stange und in der Biché eingeführt. Die Auflage 15 besteht aus einer oberen Scheibe
oder Platte 18 und einer unteren Scheibe oder Platte 19. Bine sohmiegsame Probe
5 wird ungefKhr in der Mitte zwischen diese beiden Platten gelegt. Die Platten werden
dann durch einen Sohraubenbolzen 20 zusammengehalten, der durch Locher in der Mitte
der Platten fast und in die Biché faßt.
-
Dièse Art der Auflage gestattet der Probe, frei tuber die untere Halteplatte
zu fallen. Auf dieee Weise wird am Umfang jede Behinderung duroh die Auflage vermieden.
Die Platten 18 und 19 sind rund und haben etwas geringeren Durohmesser ale die ffnung
14, soda9 etwas Spiel zwischen den Platten und den Rindorn der Öffnung bleibt, wenn
die Platten duroh die Öffnung gefuhrt werden. Die untere Platte kann durch einen
umgedrehten Eegel ergetzt werden, der in gleicher weise an der Platte befestigt
wird und die Probe in gleicher Weise hält.
-
FUr einen vollständigen Versuch muß der Ring 13 eo zu der Stange 12
eitzen, daß die Stange sich in der Öffnung wenigetens so weit, wie die Probe lang
ist, bewegen kann, wenn die aufgelegte Probe 5 durch die utinung 14 gezogen wird.
Dieees Merkmal ergibt sich deutlioher aus dem noch folgenden Teil der Beschreibung.
-
Gemäß Fig. 2 ist das KraftUbertragungesystem 11 in irgendeiner geeigneten
Weise mit einer Anzeigevorrichtung 21 verbunden. Die Anzeigevorrichtung zeigt die
der Boysgung der aufgelegten Probe duroh die ofinung wideratehenden
Kraft
an, die duroh das Auafüllen dea freien Rauma zwiaohen der Öffnungswandung und don
Beiten der Auflage durch das zu untersuchende Material hervorgerufen werden.
-
Jods geeignete BewegungavorriohtungfürdieStange 12 ist von den Erfindern
ia4 Auge gefaßt. Die verwendete Vorrichtung muß in der Lage sein, in allen Stufen
des Versuchs eine ständige und stetige Geschwindigkeit zu liefern, wenn eine Probe
durch die Öffnung gesogen wird.
-
Die Antriebavorriohtung te digkeiten verfügen, damit sie der Nachahmung
langesamer oder rascher Gaschwindigkeitsbedingungen des geprüften Materials bei
wirklichen Gebrauch anzupassen ist. Eine typiaohe gaschwindigkeit bei der Bewegung
der Probe duroh die Öffnung ist 300 mm in der Minute. Di Geacindiglceit lot bei
vielen Versuchen angewandt worden.
-
Be sind aber auch andere Geschwindigkeiten angewandt worden und haben
zufriedernstellende Ergebnisse gezeitigt.
-
Die Heratellung Rlngeo 13 kann aus irgendeines ziemlich starren Materai
erfolgen. Dan trifft ebenao auf die Aufapannplaaten 18 und 19 zu. Kunststoffe sind
mit ebenao zufriedenstellendem Erfolg wie Hartstahl verwendet worden. Infolge des
veraahiedenen Rei bungskoeffizienten verschiedener Materialien wird jedes gewählte
Material einen etwaa untereehiedliohen Effekt auf die Ver-Buoheergebniaae haben.
Die Ringstärke ist bisher noch niant eingehend unterscht worden; doch haben die
Erfingder eine optimale Stdrke is Auge, obgleich jede verwendote stärke Eine arbeitsfähige
Vorrichtung liefern wird.
-
Bine öffnungsweite von 50 mm, die zusammen mit 25 mmbis 50mm-Soheiben
verwendet werden, ist befriedigend.
-
Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit können ebenso wie eine Wechzelbeziehung
zu individuller, fachnmännicscher Bewertung durch ein geeignetes Verhältnis der
ffaung zu der Auflegeplatte erreicht werden. Bine weitere Variable ist die Größe
und Form des schmiegsamen Musters.
-
Versuche zeigen. daß eine runde Probe von 250 mm Durehmesser, die
mit einer Öffnung von 50 mm Durohmesser und einem geringen Spiel zwischen der Öffnuingswandung
und den Wandungen der auflageplatten verwendet wurde, zufriedenstellen Ergebnisse
zeitigte. Die Form der Öffnung und der zugehörigen Auflage brauaht nicht rund zu
sein, um brauohbare Ergebnisse herbeizuführen. Es wurde aber festgestellt, daß eine
runde Form der Probe gestattet, gleichmäßig frei und leicht su fallen. Solche Gleichförmigkeit
fördert ähnliche Falten am Umfang der Auflage und damit ein gleichmaß der Versuchsergebnisse.
-
Bei einem typischen Versuch wird die Probe 5 mittels der Platten
in ihrer Lage gehalten. Dann wird die Probe auf f die Plattform abgesenkt, auf der
sie eine flache Lage einnimmt. Der waagerechte Kopf 9 wird sodann auBwErts bewegt
und nimmt dabei die Stange 12 und die aufgelegto Probe 5 mit. An einer Stelle erhebt
sich die Probe frei von der Plattform und ers lut dann die Wandung der offnung 14,
und das Übertragungssystem entspricht dem Widerstand der Stange infolge des Eingriffs
der Probe mit den Seiten der Öffnung. Wenn die jeweiligen Werte der zum Durchziehen
des schmiegsamen Materials durch die Offnung benötigton Ratite aufgezeichnet werden
und eine
bekannte Zeltskale benutzt wird, kann die Arbeit durch
Integration bestimmt werden. Bx ist ohne weiteres ersichtlich, daß gewisse Spitzen
und Täler aufgezeichnet werden, wenn die Widerstandskräfte sich ändern.
-
Fig. 4 bis 9 zeigen Stufen, die bei einem typisohen Versuch der vorgenannten
Art gefunden wurden. Fig. 4 zeigt don Beginn eines Versuchs mit einer schmiegsamen
Probe 5, die in eine Stellung oberhalb der Plattform gehdben kurde, sodaß sie frei
von ihrer Unterlage herabhihg, ohne da8 Hemmungen an ihrem Umfang entstanden. Das
Material hat den Innenumfang der bffnung 14 noch nicht erreicht.
-
Fig. 5 seigt eine diagrammkurve der kräfte, die dem Durchgang des
Platerials durch die Offnung 14 widerstan leisten. Die Diagrammlage dieser Figur
ist so, da9 Null der Lage der Probe wie in Fig. 4 gezeigt entspricht. Die Nullablesung
wird durch Ausgleich der Schwerkraft erhalton. Wenn die Stange 12 sich nach oben
bevegt, beginnt die Probe 5 die Öffnung 14 zu berühren.
-
Fig. 6 zeigt eine früh Zwisohenstufe des Verfahrens.
-
Die Probe ist zum Teil durch die Öffnung hindurchgegangen. Ein unmittelbares
Ansprechen des Kräfteübertragungssystems ist in Fig. 7 gezeigt. Von der Stelle der
anfänglichen BerUhrung ab nimmt die von dem die Öffnung berührenden Material ausgeübte
Krarft gemäß einer ziemlich glatten Kurde bis zu einem Höchstwert 23 zu, der als
die Festigkeitsrenze bezichnet wird. In der Regel zeigen Versuche, dam dieser Punkt
die höchste Ablesung ist und durch die Wahl des Verhältnisses von Auflageplatte
zur Öffnung beeinflußt werden kann. Nach der Festigkeits-oder Knickgreenze erscheint
gewöhnlich ein zweiter Höohstwert
24 in der Kurve auf etwa dem
halben Wege der durch die ffnung gezogenen Probe. Des ist als Zugpunkt bezeichnet
worden und kann bezüglich der Grole durch eine Änderung des Verhältnisses von Auflageplatte
zur Öffnung beeinflußt werden.
-
Fig. 8 seigt die aufgelegte Probe, nachdem sie gerade auber Berührung
mit der Öffnungswandung gekommen ist.
-
Fig. 9 ist dam zugehörige, vervollständigte diagramm mit dem Kniokpunkt
und dem zugpunkt. Der zugpunkt ist der Beginn einer zunehmenden Verringerung der
Kraft, bis eine Abflaohung 25 eintritt. Diese Abflaohung wird ale Rand beseichnet
; auf ihn folgt ein ziemlkich steiler Abfalm nach Null, wnn das material aus der
Öffnung heraustritt.
-
In Übereinstimmung mit der Praxis wurden durch Erfahrung gevoanene
Beziehungen entwickelt, um den Kniokpunkt. und die Arbeit in Angaben der Dicke und
Dichte vorauszusagen. Die eraten Verauohe befaßten sich mit nicht gewebten Stoffen.
B wurde gefunden, daß zwischen der Kniokablesung und der integrierten Ablesung ein
Verhältnismaß besteht. Diesea Verhältnismaß war für jedes untersuchte Material unterschiedlich.
Außerdem wurde eine eindeutige Beziehung zwischen der Höchstwertablesung und der
Diohte des Materials bei einer gegebenen Stkrkc ermittelt.
-
Im Hinblick auf ihre bisherigen Versuche nehmen die Brfinder an, daß
die mit der vorliegenden erfin-dung erhaltenen Kurven sioh ale eine Methode erweisen,
um die Gesohmeidigkeit in Beziehung su den physikalisohen Voraussetzungen einer
bestimmten Materials zu setsan.
-
Eine charakteristisohe Einteilung von Stoffen naoh Begriffen einer
Kinesimeterablesung ist die folgendet
oz/yd2 (10-3 Zoll) Art g
Gewicht gg-Zahl Acetatseide 1 10 1,66 4,0 Beide 19 3tO9 7t8 Trump Broadcloth 34
3, 47 10,3 Wash & Wear r Broadcloth 58 3,72 7,9 Canvas-Green 500 9, 62 21, 0
Die zweite Reihe iat die Reißkraft in Gramm.
-
Fig. 10 zeigt noch eine Ausführungsform der Erfindung.
-
Hier ist der Ring 13 mit einer Federwaage 30 oder einem sonstigen
einfchen Übertragungssystem verbunden. Wenn eine aufwärts gerichtete Kraft auf den
Ring wirkt, spricht das Übertragungssystem demgemäß an und mißt die Kraft.
-
Bine derartige Kraft wird bei einer Berührung der sich bewegenden
Probe 5 mit der offnung 14 ausgeübt. Das Üabertragungssystem kann mit einem geeigneten,
fortlaufend schrelbenden Registriergerät verbunden sein.
-
Aus der vorstehenden, genauen Beschreibtung ist ohne weiteres zu ersehen,
daß die Stange mit irgendeiner geeigneten Auflageeinriohtung auegetaucoht und ihre
Bewegung in der Ringöffnung durch irgendeine geeignete mechanische Einrichtung hervorgerufen
werden kann. Es ergibt sich ebenso, daß der Kreuzkopf durch versohiedene Einrichtungen,
z. B. einen beweglichen Arm, ereetzt werden kann, ohne daß die Eignung der Vorrichtung
fUr den genannten Zweck beeinträchtigt wird. Von den Erfindern sind viele weitere
Abwandlungen ins Auge gefaßt, die nach dem Lesen der vorstehenden, ins Einzelne
gehende Beachreibung offenbar werden.
Aus dem Vorstehenden ergibt
sich, daß die Erfinder eine neue und verbesserte Vorrichtung erläutert haben, die
einen technischen Fortschritt darstellt und bedeutende Vorteile mit sich bringt.
DatEr wird beznpruchts