DE887279C - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Widerstandsfaehigkeit von Materialien - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Widerstandsfaehigkeit von Materialien

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DE887279C
DE887279C DEN4560A DEN0004560A DE887279C DE 887279 C DE887279 C DE 887279C DE N4560 A DEN4560 A DE N4560A DE N0004560 A DEN0004560 A DE N0004560A DE 887279 C DE887279 C DE 887279C
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DE
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falling body
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hollow cylinder
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DEN4560A
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English (en)
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Ludwig Dr Ragossnig
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NATRONZELLSTOFF und PAPIERFAB
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NATRONZELLSTOFF und PAPIERFAB
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/34Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by mechanical means, e.g. hammer blows

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Description

  • Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Widerstandsfähigkeit von Materialien Die Erfindung betrifft die Ermittlung der dynamischen Widerstandsfähiglceit von Materialien, insbesondere Folien, z.B. Sackpapier. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß statische Prüfungen von Sackpapier kein allgemeingültiges Kriterium für die praktische Beanspruchbarkeit solcher Papiere darstellen. Ähnliches gilt auch für andere Materialien, die dynamischen Beansp ruchungen unterliegen, insbesondere dann, venn sie über die elastische Dehnung hinaus beansprucht werden.
  • Aus diesem Grunde wurden bereits Apparate vorgeschlagen, die der dynamischen Beanspruchung von Papiersäcken in der Praxis Rechnung tragen und die Abreißarbeit von schmalen Prubestreifen anzeigen. Die mit derartigen Einrichtungen gemessenen Werte kommen der primären dynamischen Festigkeit gleich. Diese Festigkeit stellt diejenige des betreffenden Materials vor der ersten Beanspruchung dar. Diese Festigkeit bedingt jedoch nicht allein eine mehr oder minder große energetische Beanspruchbarkeit. Außerdem sind derartige Reißvorrichtungen in bezug auf die Einspannung der Probestreifen äußerst empfindlich.
  • Kleine individuelle Unterschiede bei der Einspannung können demnach einseitige Überspannungen zur Folge haben, so daß große Streuungen eintreten können. Außerdem bedingt die Benutzung eines verhältnismäßig schmalen Probestreifens größere Schwankungen der Meßergebnisse.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wird-erfindungsgemäß eine Materialprobe so lange wiederholt einer auf sie zu einem wesentlichen Teil senkrecht einwirkenden, insbesondere gleich starken, stoß artigen Belastung unter Ausnutzung der kinetischen Fallenergie eines Gewichts ausgesetzt, bis Materialzerstörung eintritt. Dabei kann mit besonderem Vorteil die insbesondere folienartige Materialprobe waagerecht angeordnet und einer auf sie etwa lotrecht einwirkenden Belastung ausgesetzt werde Wegen der nach der Erfindung ganz oder zu einem wesentlichen Teil auf die Oberfläche der Materialprobe senkrecht einwirkenden Prüfbelastung lassen sich besonders genaue Meßergebnisse erzielen.
  • Außerdem können die hierzu notwendigen Prüfapparate besonders einfach ausgeführt und bedient werden.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. I die Gesamtdarstellung einer beispielsweisen Prüfeinrichtung nach der Erfindung, und zwar auf der linken Seite in Ansicht und rechts im Längsschnitt. Die Fig. 2 läßt eine Draufsicht längs der Ebene A-A und die Fig. 3 eine solche längs der EbeneB-B der Fig. I erkennen.
  • Die Fig. 4 gibt ein Diagramm wieder, welches der Ermittlung der aufgewandten Energie dient.
  • Schließlich veranschaulicht die Fig. 5 teilweise ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der'Erfindung im Längsschnitt.
  • Wie die Fig. I erkennen läßt, ist bei dem erfindungsgemäßen Prüfapparat zwischen zwei Schienen I und 2 ein mit zwei Schellen 3 und 4 versehener Schlitten 5 in lotrechter Richtung frei beweglich.
  • In der Schelle 4 ist eine Bodenplatte 6 mit zentrischer Bohrung 7 frei beweglich. Eine Draufsicht auf diese Bodenplatte zeigt Fig. 2. In die Schelle 3 ist fdie Deckplatte 8 eingespannt. Zwischen diesen beiden Platten befindet sich ein oben geschlossener Hohlzylinder 9. Zwischen ihn und die Bodenplatte 6 wird die zu prüfende Papierprobe 10 gelegt und durch die Spindel ei festgespannt. Diese Spindel wird zu diesem Zweck in einem Innengewinde der Deckplatte 8 nach abwärts geschraubt.
  • Unter der Papierprobe befindet sich ein Gummibelag I2 (Fig. 2) mit Aussparungen I3 am linken und rechten Ende. Die Papierprobe ist daher nur vorn und hinten festgeklemmt. Sie ist somit als breiter, waagerecht liegender eingespannter Streifen zu betrachten. Durch die Füllöffnung I4 der Deckplatte 8 werden nach erfolgter Einsparung der Papierprobe im vorliegenden Fall 200 g Stahlkugeln mit einem Durchmesser von I mm durch eine Öffnung 15 in den Hohlzylinder g gefüllt. Hierauf wird die Füllöffnung 15 verschlossen.
  • Mittels einer durch einen Elektromotor angetriebenen mechanischen Vorrichtung wird nun der gesamte mittels des Schlittens 5 an den zwei Schienen I und 2 geführte Fallkörper wiederholt, z. B. 14,5 cm, hochgehoben und auf den Amboß I6 herabfallen gelassen.
  • Wenn durch Einwirkung der Falienergie der Kugelftillung der Probestreifen zu Bruch kommt, d. h. also einen Riß erhält, so ergießen sich die Kugeln in ein Auffanggefäß 17. Dieses Auffanggefäß wird durch eine kanalförmigeAusnehmung I8 des Ambosses I6 von der Seite her so weit eingeschoben, daß es sich zentral unterhalb der Bohrung 19 des Ambosses befindet. Diese Bohrung 19 hat vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie die Innenöffnung 7 des Bodens 6 und ist auch dem Innendurchmesser des Hohlzylinders g gleich.
  • Außerdem fluchten alle drei genannten zylindrischen Hohlräume.
  • Nach dem Bruch des Probematerials wird selbsttätig der Antriebsmotor abgeschaltet. Dieser Schaltvorgang wird dadurch ausgelöst, daß die envähnten Kugeln in das Auffanggefäß I7 gelangen. Beispielsweise kann die Schaltung in Abhängigkeit von der Belastung dieses Auffanggefäßes arbeiten.
  • Die Anzahl der Würfe bis zum Bruch wird durch ein Zählwerk registriert. Diese Zahl wird im folgenden als Bruchzahl fl bezeichnet. Nach Öffnen der Spindel 11 und Herausheben des Hohlzylinders 9 kann sofort die nächste Materialprobe zur Untersuchung eingelegt werden. Die Bedienung dieser Einrichtung ist also besonders einfach. Außerdem wirken alle auftretenden Beanspruchungen auf Grund der vorhandenen Fallenergie senkrecht auf die Papieroberfläche, so daß die bei Prüfungen zustande kommenden Ergebnisse gut übereinstimmen. Außerdem wird die gesamte Papierfläche weitestgehend gleichmäßig beansprucht.
  • Die Abnahme der dynamischen Festigkeit bei einer Anzahl dz von Würfen ist An - dF = k . . dz.
  • Fm Dabei bedeutet k die Bruchkonstante, die den Grad der Abnahme der Festigkeit im Laufe der Beanspruchung charakterisiert, A die aufgewandte Energie und F die dynamische Festigkeit.
  • Die Lösung dieser Differentialgleichung ist Fo stellt die primäre dynamische Festigkeit und Zß die Bruchzahl dar.
  • Für A = I ist die linke Seite der Gleichung der Biruchzahl gleich. Diese Größe wird dynamischer Festigkeitsmodul ß benannt. Als A = l wird die Energie der Füllung von 200 g Stahlkugeln beim freien Fall aus einer Höhe von I4,5 cm, also A X = 0,029 kgm, definiert.
  • Ferner wurde festgestellt, daß für die Exponenten n und m bei allen Papiersorten n =3 und m = 2 gilt.
  • Es besteht somit die Beziehung F0³ = A³. zB.
  • 3 k Die Energie, die erforderlich ist, um beim ersten Wurf zum Bruch zu führen, errechnet sich aus der obigen Gleichung, wobei für ZB gleich I zu setzen ist. Es ist Diese Größe wird als absolute BUerstenergie bezeichnet. Sie ist jener Energie gleich, die bei vollständiger Einwirkung auf das Papier dieses zum Bersten bringt. Sie kann aus dem mit dem oben angegebenen Apparat gefundenen Wert S aus delm in Fig. 4 dargestellten Diagramm sofort entnommen werden. In diesem Diagramm sind in der Ordinatenrichtung die Werte A der absoluten Berstenergie und in der Abszissenrichtung die Werte es aufgetragen.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Prüfapparates bestehen vor allem darin, daß die mit ihm vorgenommene Prüfungsmethode weitgehend der praktischen dynamischen Beanspruchung von Papiersäcken entspricht. Die bei der Methode nach der Erfindung mögliche große Breite des Probestreifens schaltet weitestgehend Streuungen der Untersuchungsergebnisse aus. Durch die Art der Einspannung werden einseitige Spannungen in der Materialpro,be vermieden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt teilweise die Fig. 5. Diese Einrichtung kann nach Entfernen der Platten 6 und 8 in der Vorrichtung nach Fig. I benutzt werden. Die in Fig. 5 gezeigte Einrichtung kann ebenfalls mit Hilfe der Schellen 3 und 4 (Fig. I) innerhalb des Schlittens 5 eingespannt werden. Gemäß Fig. 5 besteht der Kernteil des Fallkörpers aus einer kegelförmigen Bodenplatte 20, über welche die zu einem Zylinder geklebte Papierprobe 2I gestülpt wird. Der aus diesem Papierzylinder und der ,Bodenplatte gebildete Behälter wird, z. B. mit 200 g Stahlkugeln von I mm Durchmesser gefüllt. Der so gefüllte Behälter wird dann in den Schlitten 5 eingeführt und hierauf mit der Deckplatte 22 abgedeckt und festgeklemmt. Hierauf wird aus derselben Höhe wie bei dem vorher beschriebenen Beispiel geworfen. Diese Methode liefert die Bruchzahl #. Die mit dem zuletzt beschriebenen Apparat erzielten Ergebnisse sind den Ergebnissen des zuerst beschriebenen Beispiels direkt proportional. Die zuletzt beschriebene Methode stellt die praktische Wurfbeanspruchung von Papiersäcken im kleinen dar. Dabei läßt jedoch die angegebene kegelförmige Bodenplatte 20 Beanspruchungen des Papiers zustande kommen, die zu einem wesentlichen Teil senkrecht auf die Papieroberfläche wirkten. Auch auf diesem Wege lassen sich daher verhältnismäßig sichere Prüfergebuisse erzielen.
  • Statt Papier können auch andere Materialien in der erfindungsgemäßen Weise geprüft werden. Es kommen insbesondere solche Materialien in Frage, die keine elastische Verfonnbarkeit von ins Gewicht fallender Größe besitzen. Als solche Materialien können beispielsweise Metallfolien, z.B. aus Aluminium, in Frage kommen, wie sie zweckmäßigerweise für Wickelkondensatoren benutzt werden.
  • Auch auf Kunststoffolien von sehr geringer Elastizität bezieht sich die Erfindung.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Ermittlung der dynamischen Widerstandsfähigkeit von Materialien, insbesondere von Folien, z. B. Sackpapier, dadurch gekennzeichnet, daß eine Materialprobe so lange wiederholt einer auf sie zu einem wesentlichen Teil senkrecht einwirkenden, insbesondere gleich starken, stoßartigen Belastung unter Ausnutzung der kinetischen Fallenergie eines Gewichts ausgesetzt wird, bis Materialzerstörung, insbesondere Riß, eintritt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine insbesondere folienartige Materialprobe waagerecht angeordnet und einer auf sie etwa lotrecht einwirkenden Belastung ausgesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eintritt der Materialzerstörung die Belastung selbsttätig unwirksam gemacht wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wiederholungen der wEinwirkung der Belastung, insbesondere vermittels eines Zählwerkes, registriert wird.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem periodisch hebbaren hohlen Fallkörper eine Materialprobe als Boden einspannbar ist, auf die ein in den Fallkörper einzufüllendes Belastungsgewicht, insbesondere kleine Stahlkugeln, unmittelbar und im wesentlichen in lotrechter Richtung zur Wirkung gebracht werden können.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspannung der Materialprobe ein Ring mit zwei diametral einander gegenüberliegenden, insbesondere sezgmentförmigen Erhebungen, beispielsweise aus Gummi, als Unterlage der Probe dient, auf die nach deren Einlegen der insbesondere flanschartig verbreiterte untere Rand eines unten offenen, die Belastung aufnehmenden Hohl zylinders aufsetzbar ist
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch~eine Spannvorrichtung, die Ring und Hohlzylinder gegeneinanderpreßt.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallkörper in einem auf lotrecht stehenden Schienen verschiebbaren Schlitten sitzt.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring und eine die Spannvorrichtung tragendeDeckplatte durch Spanuschellen gehalten werden, die im Schlitten befestigt sind.
  10. Io. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Belastung aufnehmende Hohlzylinder unten voll- ständig offen ist, oben hingegen nur eine verschließbare Füllöffnung besitzt.
  11. II. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Ringes und der Innendurchmesser des Hohlzylinders etwa gleich groß~sind.
  12. I2. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Fallkörpers ein Amboß vorgesehen ist, der eine zentrale Bohrung aufweist, deren Durchmesser insbesondere dem Innendurchmesser des Hohlzylinders bzw. Ringes gleich ist.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch I2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der zentralen Bohrung des Ambosses ein Auffanggefäß für das durch die Materialprobe hindurchgelangte Belastungsgewicht angeordnet ist, wobei nach Eintritt dieses Belastungsgewichts in das Auffanggefäß der Antrieb des Fallkörpers selbsttätig abgestellt wird.
  14. I4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallkörper einen Boden mit kegelförmiger Innenfläche besitzt, auf den eine zu einem Zylindermantel verklebte folienartige Materialprobe, z.B. ein Papierzylinder, aufgesetzt ist, welcher zur Aufnahme des Belastungsge!wichts dient.
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch I4, dadurch gekennzeichnet,. daß der aus dem kegelförmigen Boden und dem durch einen Deckel verschlossenen Papierzylinder gebildete Fallkörper in einem auf lotrecht stehenden Schienen verschiebbaren Schlitten sitzt.
DEN4560A 1951-07-30 1951-10-17 Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Widerstandsfaehigkeit von Materialien Expired DE887279C (de)

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