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Vorrichtung zur Prüfung der Bruchlast von Pappe, Papier, Vliesstoff,
Gew@be oder dergl.
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während des Tauchens in einer womöglich heißen Flüssigkeit Beschreibung:
Bei der Be- oder Verarbeitung von Pappe, Papier, Vliesstoff, Gew@be oder dergl.
ist es häufig von Interesse zu wissen, welche Festigkeit das zu be- oder verarbeitende
Material während seines Aufenthalts in einer womöglich heißen Flüssigkeit hat. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Zerreißfestigkeit im Zugversuch
("Bruchlast") während des Aufenthalts der Probe in einer Flüssigkeit zu ermittel@.
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Die bisherigen Prüfmethoden bedienten sich meist solcher Prüfgeräte
und Prüfvorschriften, bei denen der Zerreißversuch nicht während, sondern u@mittelbar
nach dem Aufenthalt der Probe im der interessierenden Flüssigkeit vorgenommen wurde.
Als Beispiel sei die Maßfestigkeitsprüfung von Spinnpapier angeführt (Handbuch der
Werkstoffprüfung, Band 4: Papier- und Zellstoffprüfung, Sprimger-Verlag @erlin/Göttingen/
Heidelberg 1953, Seite 281), bei der die zu untersuchenden Proben für 5 Sec. in
Wasser getaucht und dann unter genau festgelegten Bedingungen von anhaftenden Überschußwasser
befreit werden. Die so vorbehandelten Proben werden dann in noch nassen Zustand
den Zerrei@versuch unterworfen.
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Offensichtlich wird die Anwendung dieses oder ähnlicher Prüfverfahren
auf zweierlei Weise eingeschränkt: Erstens muß die Probe auf Grund ihres Festhalt@vermögens
für die Prüfflüssigkeit in Zeitpunkt des Zugversuches noch genügend Prüfflüssigkeit
enthalten, und zweitens muß die Prüfflüssigkeit auf Grund ihrer Eigenschaft eine
d@rartige Manipulation mit der Probe zulassen ohne sich zu verändern. Aus letzterem
Grund ist eine solche Prüfung auf vorzugsweise kalte Flüssigkeiten beschränkt.
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Micht erfa@t werden von dieser Prüfmethode z.B. die Prüfungen von
Einlagematerialien für die Herstellung von Daoh- und Dichtungsbahnen.
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Diese Eimlagematerialien werden in der Form von Rohfilzpappen- oder
Glasvliesbahnen durch Bäder gezogen, die geschmolzenes Bitumen oder dergl. enthalten,
und so zu Dach- und Dichtungsba@nen verarbeitet.
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Da geschmolzenes Bitumen heiß ist und da Bitumen bei@ Erkalten erstarrt,
kann die vorstehend beschriebene Prüfung nicht ausgeführt werden.
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In DIX 52 142 wurde deshalb der Vorschlag gemacht, das weiter oben
geschilderte Prüfverfahren so zu modifizieren, daß es für die Ermittlung der Zugfest@gkeit
unter Einwirkung von hei@e@ Bitumen anwendbar ist.
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Dazu bedient man sich eines Gerätes, bei dem @@er Prüfstreifen h@rizo@-tal
eingespa@@t wird. Die Einspannklemmen befinden sich unmittelbar über der Oberfläche
der Prüfflüssigkeit. Der Prüfstreifen wird zun@chst nur einseiti@ eingespannt, so
daß er mit seiner übrigen Länge in die Prüfflüssigkeit eintaucht. Mach Ablauf der
Tauchzeit wird der Prüfstreifen aus dem Tauchbad gehoben, in die zweite Klemme eingespannt
und innerhalb vo@ 3 Sekunden gerissen.
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Der Behälter zur Aufmahme der Prüfflüssigkeit ist heizbar.
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Abgesehen davon, daß die Durchführung dieser Prüfung von der Geschicklichkeit
des Prüfenden @bhängen und somit zu unterschiedlichen Ergebmissen führen dürfte,
ist die Prüfmethode mit einigen Fehlern behaftet.
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Die in der Prüfzeit zwischen Austauchen und Zerreißen des Prüfstreifens
stattfindende Abkühlung ist abhängig vo@ der Masse des Prüfstreifens und der mitgenommenen
Menge an Prüfflüssigkeit. Diese Abkühlung beeinflußt natürlich das Prüfergebnis.
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Aus Vorstehenden ergibt sich also die @otwendigkeit, die Prüfung der
Zugfestigkeit während der Einwirkung der Prüfflüssigkeit vornehmen zu können.
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Zur Prüfung der @aßfestigkeit gegenüber Wasser ist ein entsprechendes
Prüfverfahren in der u.s.-amerikanischen Vorschrift TAPPI T 456@-49
festgelegt.
Dabei wird ein @ormaler Zugzerreiß-Prüfapparat mit senkrechter Prüfstreifenanerd@ung
benutzt, der mit einer speziellen Einspannverrichtung ausgerüstet ist. Die untere
Einspannklemme tr@gt einen Bolzen, um den der Prüfstreifen so geschlungen wird,
daß seine beiden Ende@ in die obere Einspannklemme eingespannt werden k@@@@@.
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Der Prüfstreifen liegt also doppelt, unten durch den Bolzen gehalten.
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Die Prüfflüssigkeit befindet sich i@ einem kleinen Behälter, der verschiebbar
unterhalb der unteren Ei@spannvorrichtung, d.h. unterhalb des Bolzens, @efestigt
ist. Durch Aufwärtsschieben dieses Behälters wird der Prüfstreifen getaucht, wobei
die oberem, eingespannten inden des Prüfstreifens micht mitgetaucht werden. In diesem
Z@stand kann die Zugzerreißfestigkeit des Prüfstreifens unter der Einwirkung der
Prüfflüssigkeit bestimmt werden.
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Auch die Anwendung dieses Prüfverfahrens ist beschränkt. Der kleine
Behälter kann aus apparatetechnischen Gründen nur zur Aufnahme von einfachen Prüfflüssigkeiten,,
wie z.B. Wasser, hergestellt worden.
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Bereits die Anordnung von @eizelementen ist micht durchführbar. Eine
Fehlerquelle des Verfahrens besteht darin, daß der Prüfstreifen dop@l pelt liegt.
Eine genau@ Bestimmung der Zugzerreißfestigkeit ist dabei nur dann gegeben, wenn
die Lastaufnahm@ symmetrisch auf beide Halbstreifen erfolgt, d.h., wenn beide Halbstreifen
das gleiche Spannungsdehnungsverhalten zeigen, Eine weitere Fehlerquelle dieses
Verfahrens liegt darin begründet, daß der Prüfstreifen un den unteren Bolzen geschlungen
und dabei gebogen werden mu@. Dieses Biegen führt zu un so größeren Schädigungen
des Prüfstreifens, je biegesteifer er ist. Daher ist das Verfahren auf die Prüfung
von dünnen, geschmeidigen Materialien beschränkt. Muß man dickere Materialien prüfen,
so treten beim Biegen Schädigungen auf, die wiederum abhängig von den Biegebedingungen
selbst sind.
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Insbesondere läßt sich diese zuletzt geschilderte Prüfmethode nicht
auf z.B. Einlagebahnen für Dach- und Dichtungsbahnen anwenden, die in geschmolzenem
Bitumen geprüft werden müssen. Etwa 1955 machte R.E.
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Andernach, Beuel, deshalb den Vorschlag, die Bruchlast von Rohfilzpappen
im Tränkbad zu prüfen (Rundbrief des Verbandes der Dachpappen-
Industrie
@.V. von 5.4.1955 an die Herren Mitglieder des Ausschusses "Rohfilzpappe"). Zur
Durchführung dieser Prüfung sollte, wie folgt bschrieben, verfahren werden: Der
Prüfstreifen wird in einen speziellen Gestell zunächst waagerecht ausgespannt. Dabei
ist ein Ende des Prüfstreifens durch eine Einspannklemme fest rit den Gestell rerbunden,
während das andere Ende über eine Umlenkrolle die Vorrichtung für die Aufnahme der
Belastungsgevichte trägt. Unter der Prüfstreifen befindet sich der heizbare Behälter
für die Prüfflüssigkeit.
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Der Prüfstreifen wird nit Hilfe einer an einen Spempel befindlichen
Walze in die Prüfflüssigkeit gedrückt. Er niant dabei die Form eines Zickzacks an
dessen untere Spitze in die Prüfflüssigkeit eintaucht.
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Der Zugzerreißversuch wird durchgeführt, indem man Belastungsgewicht@
aufbringt, bis ein Bruch des Prüfstreifens auftritt.
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Dieses Verfahren hat sich nicht durchsetzen können. Erstens führt
das diskontinuierliche und nicht unter reproduzierbaren Bedingungen durchführbar
Aufbringen der Belastung zu Ungenauigkeiten vor allen auch dann, wenn der Prüfstreifen
nicht plötzlich bricht, sondern bein Erreichen der Bruchlast langsam aus@inandergleitet.
Zweitens führt die Art der Streifeneinspannung zu unkontrollierbaren Reibungen,
die in die Messung eingehen, da der sich unter der Belastung dehnende Prüfstreifen
sowohl die a@ Stempel befindliche, in die Prüfflüssigkeit tauchende Walze als auch
die Unlenkrolle drehen 115. Gerade bei der zuerst genannten Walze sind die Reibungsbedingungen
durch die Einwirkung der Prüfflüssigkeit unübersehbar. Drittens führt die Bewegung
des sich infolge seiner Dehnung unter der unteren Walze hinwegb@@@genden Prüfstreifens
zu Meßungena@igkeiten, die durch die Steifigkeit des Prüfstreifens einerseits und
durch eine unkontrollierbare schädigende Wirkung der Prüfstreifenkrümmung andererseits
hervorgerufen wird.
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Die geschilderten @achteile vermeidet man, wenn man den Zugzerreißversuch
nit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung vornimmt. Diese Vorrichtung beruht darauf,
daß der Prüfstreifen waagerecht ausgespannt, ohne jede weitere Umlenkrollen etc.,
mitsamt seinen Einspannklemmen in die Prüfflüssigkeit getaucht wird. Dabei sind
die Kleben so ausgeführt,
daß die eintauchenden Teile leicht zu
reinigen sind. U@ den Prüfstreifen oberhalb der Prüfflüssigkeit ein- und ausspannen
zu können, ist der eigentliche Zugzerreißapparat beweglich soauf den Gerätegestell
befestigt, daß die Einspannklemmen durch die entsprechende Bewegung des eigentlichen
Zugzerreißapparates in die Prüfflüssigkeit ein- bzw. aus ihr wieder ausgetaucht
werden. Diese Anordnung ermöglicht es, mit einem verhältnismäßig großen Behälter
für die Prüfflüssigkeit zu arbeiten der erforderlichenfalls nit linrichtungen für
die Beheizung, für die Temperaturkonstanthaltung und für die Mischung der Prüfflüssigkeit
ausgerüstet wird.
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Die Einspannklemmen sind an Hebeln befestigt, die leicht demontierbar
nit den Antrieb bzw. der Lastmeßvorrichtung verbunden sind. Diese leichte Demontierbarkeit
ermöglicht, die Klemmen zur Reinigung oder Trocknung aus dem Gerät zu entfernen.
Bei Vorhandensein von mehreren Einspannklemmen mit den entsprechenden Hebeln ist
es möglich, jeweils mit einem Klemmenpaar zu arbeiten, während andere gleichzeitig
gereinigt bzw. gtrooknet werden.
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Die Hebel dienen ferner dazu, den Abstand zwischen Prüfflüssigkeit
und Antrieb bzw. Lastmeßvorrichtung zu ermöglichen, der für deren Sauberhaltung
notwendig ist.
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Der Antrieb für die angetriebene Klemme erfolgt über eine Schraubenspindel,
die an einer Geradführung angreift, oder durch andere @@@ignete Antriebsart.
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Die Lastmeßvorrichtung für die andere Klemme erfolgt über eine an
einer Geradführung angreifende Waage, wobei @@ zur Vermeidung von durch Biegemomente
an der Geradführung hervorgerufener Reibung notwendig ist, di.
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Angriffsachse für die Kraft der Lastwaage in die Verlängerung der
Achse des Drüfstreifens zu legen.
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Da de@r aus den Teilen Einspannklemmen, Hebeln, Geradführungen, Antrie@
und Lastwaalge bestehende eigentliche Zugzerreißapparat beweglich an Gerätegestell
befestigt ist, muß die Lastwaage entsprechend klein und
leicht ausgeführt
sein. Dies ist z.B. bei einer Federwaage, einer hydraulischen Meßdose oder einer
elektrischen Kraftmeßeinrichtung der Fall.
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Die Lastmeßvorrichtung nuß zur Ermittlung der den Bruchpunkt des Prüfstreifens
bestimmenden maximalen Zuglast mit einem Schl@ppzeiger, einer Rücklaufsperre oder
einem Diagrammschreiber ausgerüstet sein.
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Durch diese Ausführung des Antriebs und der Lastmeßvorrichtung entspricht
die erfindungsgemäße Vorrichtung den entsprechenden Konstruktionen der üblichen
Geräte für die Durchführung des Zugzerreißversuches.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestatttet @@ demnach, einen Zugzerreißversuch
durchzuführen, bei den der Prüfstreifen zwar in einer beliebigen Prüfflüssigkeit
untergetaucht ist, bei den aber sonst die gleichen Bedingungen wie in nornalen Zugzerreißversuch
eingehalten sind. Es ist z.B. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne weiteres
möglich, die Vorschriften der DI@ 53 112 auf die Ermittlung der Zugfestigkeit in
einer Prüfflüssigkeit zu übertragen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist universal anwendbar. Sie kann
z.B.
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dienen zur Ermittlung der Zugfestigkeit von naßfest ausgerüsteten
Papier im Wasser, von Pergamentrohpapier in der Per gamentierflüssigkeit, von Vliessteffen
in kochender Seifenlauge, von Einlagebahnen für Dach- und Dichtungsbahnen in geschmolzene@
Bitumen etc.
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Beigefügte Abbildung zeigt ein Beispiel für die Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Messung der Zugfestigkeit von Ei@lagebahnen für Dach- und Dichtungsbahnen
in Bitumen.
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(1) stellt den Prüfstreifen da@, für den in diesem Fall die freie
Einspannlänge (zwischen den Klemmen) von 100 mm gewählt wurde, bei einer Streifenbreite
von 15 -. (2a) und (2b) sind die beiden Einspannk@@mmen, die an den Haltern (3a)
und (3b) befestigt sind. Die Halter (3a) und (3b) sind demontierbar an den Geradführungen
(4a) und (4b) angeschraubt.
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Die Geradführung (4a) bildet zusammen mit der Schraubenspindel (5)
und der Kurbel (6) den Antrieb, so daß sich die Teile (2a), (3a) und (4a) bei der
Durchführung des Zugversuchs von den Teilen (2b), (3b) und (4b) wegbewegen.
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An die Geradführung (4b) greift die Lastmeßvorrichtung an. Diese besteht
aus den Gestänge (7), das einen zun Prüfstreifen coaxialen Angriff der Belastungsfeder
(8) ermöglicht. Belastungsfeder (8) und Ableseskala (9) bilden die Federwaage zur
Ernittlung der Zugbelastung.
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Die Ratsche (10) dient als Rücklaufsperre, damit die den Bruchpunkt
kennzeichnende maximale Zugbelastung nach Durchführung des Zugversuches abgelesen
werden kann.
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Die Belastungsfeder ist nit Hilfe der Stelischraube (11) justierbar,
ebenfalls ist der @ullanschlag (12) nit einer Einstellschraube versehen.
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Zur Entlastung der Geradführung (4b) von Reibung verursachenden Kiikften
trägt das Gestänge (7) ein weiteres Lagerpaar (13).
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Die Teile (2) bis (13) bilden den eigentlichen Zugzerreißapparat (1i),
der un den an Gerätegestell (15) befestigten Drehpunkt (i6) schwenkbar und auf die
ebenfalls u Gerätegestell (15) befestigte Stütze (17) auflegbar ist. Durch Schwenken
des eigentlichen Zugzerreißapparates (14) um den Drehpunkt (16) wird der Prüfstreifen
(1) in die Prüfflüssigkeit (18) ein- bzw. aus ihr ausgetaucht.
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Die Prüffüssigkeit (18), deren Oberfläche durch die Linie (19) gekennzeichnet
ist, befindet sich in den auf den Gerätegestell (is) stehenden Behalter (20), der
von unten mittels Heizplatte (21) beheizt wird und der mit einer Wärmeisolierung
(22) umgeben ist. Die Mei@platte (21) wird vom Kontaktthermometer (23) @o gesteuert,
daß die Prüfflüssigkeit auf konstanter Temperatur, i.B. 160° C, gehalten wird.
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Da die Prüfflüssigkeit "geschm@lzenes Bitumen" ein zumindest i@ unteren
Temperaturbereich z@hflüssiges Verhalten und außerde@ schlechte Wärm@-leitfäbigkeit
aufweist, dient der Propeller (24) für eine gute Durch mischung der Prüfflüssigkeit.
Der Propeller (24) wird durch das Kontakts thermometer (25) gegen Einschaltung bei
noch zu niedriger eventuell unter dem Schmelzpunkt liegender Temperatur der Prüfflüssigkeit
geschützt.
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Mit dieser, der Erfindung entsprechenden Vorrichtung geschieht die
V@rsuch@durchführung, wie folgt: Die die Einspannklemmen (2a) und (2b) tragenden
Halter werden in die Geradführungen (3a) und (3b) eingesetzt, während sich der Apparat
(18) im hochgeklappten Zustand befindet. Der Prüfstreifen (1) wird in die Klemmen
(2a) und (2b) eingeklemmt und durch Schwenken des Apparates (14) un den Drehpunkt
(16) in die Prüfflüssigkeit (18) eingetaucht1 wobei sich das Gerät (14) auf der
Stütze (17) auflegt. Nach Verstreichen einer gewissen Einwirkungszeit für die Prüfflüssigkeit
auf den Prüfstreifen, z.B. nach 15 Minuten, wird der Zugversuch durch Drehen der
Kurbel (6) eingeleitet, wobei die Drehgeschwindigkeit der gewünschten Prüfgeschwindigkeit
entsprechend eingehalten werden nuß. Durch das Drehen der Kurbel (6) wird die Einspannklemme
(2a) über die Geradführung (4a) und @en Halter@ (3a) von der Einspannklemme (2b)
wegbewegt. Der Prufstreifen (1) nicht nun die Einspannkèèmme (2b) mit, wobei die
Geschwindigkeit der Kleine (2b) gleich der un die Dehnung des Prüfstreifens (1)
verminderten Geschwindigkeit der angetriebenen Kleine (2a) ist.
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Die Bewegung der Kleine (ab) wird über Halter (3b), Geradführung (4b)
und Gestänge (7) auf die Feder (8) übertragen, so daß sich im Prüfstreifen (1j die
des Bewegungsmechanismus entsprechende zur Lastmessung dienende Gegenkraft aufbaut.
Diese Kraft ist proportional der Federauslängung und damit proportional den Weg
den die gesante Lastmeßvorrichtung zurückgelegt hat. Er läßt sich als Veg des Gestänges
(7) an der in kp geeichten Skala (9) ablesen.
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Zerreißt der Prüfstreifen (1), so hindert die Ratsche (10) ein Zurücklaufen
der Lastmeßvorrichtung, so daß die den Bruchpunkt kennzeichnende max. Zuglast abgelesen
werden kann.
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Durch Lösen der Rücklaufsperre an der Ratsche (10) wird die Lastmeßvorrichtung
gegen den Nullanschlag (12) und somit in Ausgangsposition gebracht. Die Antriebsvorrichtung
wird entsprechend durch Zurückdrehen der Kurbel (6) in Ausgangsposition gebracht.
Nach Hochschwenken des Apparates (14) kann der zerrissene Prüfstreifen ausgespannt
und durch einen neuen ersetzt werden.
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Bei der Auswertung der Prüfung sind sogenannte "Klemmenreißer" zu
verwerfen. Klemmenreißer sind Prüfstreifen, bei denen der Bruch unmittelbar an einer
Einspannklemme eingetreten ist. Die Gefahr solcher Klemmenabrisse ist bei der Prüfung
in Flüssigkeiten besonders dann gegeben, wenn sich der Prüfstreifen unter der Einwirkung
der Prüfflüssigkeit verändert.
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Die Prüfflüssigkeit durchdringt den Prüfstreifen u. U. dort, wo er
nicht durch die Klemmen abgedeckt wird, nicht aber wo er durch die Klemmen abgedeckt
wird. An der Grenzzone kann sich dann ein zweiachsiger Span.
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nung@zustand ausbilden, der zum Klemmenabriß führt.
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Solche Klemmenabrisse werden bekämpft, indem man die Klemmen polstert,
wobei nan als Polstermaterial ein den zu prüfenden Material ähnliches Material verwenden
kann, oder/und inden man die Einspannzonen des Prüfstreifens durch Tauchen bereits
vor dem Ver@uch von der Prüfflüssigkeit durchdringen läßt.
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Mit diesem Gerät konnte gefunden werden, daß die Zugzerr@ißfestigkeit
von Rohfilzpappen in geschmolzenem Bitunen bei 160 - 170° C ca. 60 * der normalen
Zugzerreißfestigkeit, gemessen nach DIN 53 112, beträgt.
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Entsprechend beträgt die Festigkeit von Glasvliesen in geschmolzenem
Bitumen, je nach Herstellungsart des Glasvlieses, 45 - 85 % der Festigkeit, gemessen
analog DIN 53 112.