Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drapierungseigenschaften eines schmiegsamen Stoffes
Die Erfindung bezeiht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Drapierungseigenschaften von schmiegsamen Stoffen, beispielsweise zur Messung der Gefälligkedt und des Falles von Geweben und anderen Materialien der Bekleidungs-, Textil-, Pa pier- und Deckenindustrie. Die Fachleute auf diesem Industriegebiet suchen ständig nach besseren Methoden zur Bestimmung der Eigenschaften solchen Materials.
Die Reissfestigkeit und ähnliche Eigenschaften der Stoffe lassen sich leicht bestimmen. Leider gilt dies nicht für eine der wichtigslten Eigenschaften von schmteg samen Materialien, welche oft Gegenstand unvollkommener und willkürlicher Prtiimethoden ist Diese wichtige Eigenschaft ist die Drapierungsfähigkeit. Die Drapiv rungsfähigkeit oder der Fall wurde allgemein als eine statische Eigenschaft des schmiegsamen Materials angesehen und ist die Art und Weise, in welcher ein Stoff sich in Falten legt und herunterhängt, wenn er auf eine Form gelegt oder gehängt wird.
Die Erfinder haben verschiedene Versuche an Proben aus schmiegsamem Material durchgeführt und als Ergebnis dieser Versuche sind sie zum Schluss gekommen, dass die Drapierungsfähigkeit, um mechanisch gemessen werden zu können, als eine komplexe Eigenschaft des Mate- rials befrachtet werden muss, die sich sowohl aus statischen und dynamischen Elementen zusammensetzt.
Das nichtmechanische Verfahren zur Beurteilung der Drapierungsfähigkeit eines Materials besteht in der visuellen Betrachtung einer bestimmten Probe, die frei von einem Träger herunterhängt, und das Aussehen wird durch Vergleich mit anderen Stoffen be urteilt; ein Gesichtspunkt der Beurteilung des Aussehens besteht in der Zahl der Falten od'er sichtbaren Wellenkuppen. Diese Beurteilung basiert vollständig auf dem persönlichen Urteil und kann daher bei den einzelnen Fachleuten im weiten Bereich verschieden ausfallen.
Verschiedene mechanische Verfahren zum Messen gewisser Eigenschaften des geschmeidigen Materials sind auf diesem Gebiet entwickelt worden. Diese Vorrichtungen, obwohl sie im allgemeinen gewisse Aufgaben in befriedigender Weise lösen, besitzen nicht die Nützlichkeit und weite Anwendbarkeit wie die erfindungsgemässe Vorrichtung. Bei einer bekannten Vorrichtung wird eine Kraft ausgeübt bis das wie eine Membrane eingespannte Stoffmuster zerplatzt. Bei einer anderen Vorrichtung werden willkürlich Gewichte aufgesetzt bis der Beobachter annimmt, dass ein bestimmter Zustand erreicht ist. Bei einer weiteren Vorrichtung wird das Stoffmuster künstlich festgehalten, während eine Kraft auf dasselbe wirkt. Dieses Festhalten verhindert die natürliche Haltung des Musters in unbestimmter Weise.
Für eine getreue Messung der Dra pierungsfähigkeit, muss die Probe frei eine Deformation in mehreren Ebenen ausführen können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Messung der Drapierungseigenschaften eines schmiegsamen Stoffes besteht darin, dass ein Stoffmuster mit einem mittleren Teil an einem Träger befestigt und dann durch eine Öffnung hindurchgezogen wird, die genügend klein ist, um dem Durchtritt des Stoffmusters durch die Öffnung einen Widerstand entgegenzusetzen, und dass der dem Hindurchziehen des Musters durch die Öffnung kontinuierlich entgegengesetzte Widerstand gemessen wird.
Die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Gestell, durch ein vom Gestell getragenes, eine Öffnung aufweisendes Organ, durch einen durch die Öffnung dringenden Träger, der in einer Ebene senkrecht zur Querschnittsebene der Öffnung sowie relativ zu dieser Ebene verschiebbar ist, durch ein schmiegsames Stoffmuster, das am einen Ende des Trägers befestigt ist, ohne dass der Rand des Musters behindert wird, wobei das Muster, das eine wesentlich grössere Flächendimension als der Öffnung querschnitt aufweist, frei herunterhängen kann und längs seines Randes eine natürliche Lage einnimmt, durch Mittel zur Verschiebung des Trägers mit dem Stoffmuster, um das Stoffmuster durch die Öffnung hindurchzuziehen,
wobei das Stoffmuster mit dem Rand der Öffnung in Berührung gelangt und durch Mittel, welche mit dem Träger in Wirkungsverbindung stehen, um die Kräfte zu messen, welche dem Durchtritt des Stoffmusters durch die Öffnung entgegenwirken.
Diese Vorrichtung gestattet die Messung der Dra pierungseigenschaften von geschmeidigem Material, während sich dasselbe in einer natürlichen Lage befindet und ohne dass dieses Material einer Spannung ausgesetzt wird. Sowohl die statischen als auch die dynamischen Eigenschaften werden mechanisch gemessen, so dass sich der Erfindungsgegenstand dazu eignet, die Drapierungseigenschaften von Geweben, Folien, Filmen und anderen geschmeidigen Stoffen zu messen.
Dank der rein physikalischen Messung ist das erfindungsgemässe Verfahren als Massstab für die Qualitätskontrolle eines schmiegsamen Stoffes besonders wertvoll.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird von den Erfindern Kinesimeter genannt, um auf die Funktion dieses Gerätes hinzuweisen.
Vorzugsweise ist ein Kraftwandler vorgesehen, zur Messung aller Kräfte, welche dem Durchtritt des Stoffmusters durch die Öffnung entgegenwirken. Der Kraftwandler kann mit einem Anzeigegerät gekuppelt sein, welches eine Kraft anzeigt als Ergebnis der verschiedenen mit dem Kraftwandler gemessenen Einzelkräften oder Kraftkomponenten. Diese Kraft ist ein Kennzeichen für die Drapierungseigenschaften des betreffenden Materials. Diese Kraftkomponenten sind von der besonderen Richtung abhängig, in welcher die Spannung im zu prüfenden Stoffmustier während dies Versuches erzeugt wird. Verschiedene Stoffe verhalten sich in dieser Beziehung verschieden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben, welche Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Teilansicht des ertindungsgemässen Kinesimeters ,
Fig. 2 eine Vorderansicht des erfindungsgemässen Kinesimeters ,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Mittel zum Befestigen des Stoffmusters,
Fig. 4 eine Ansicht der erfindungsgemässen Befestigung eines Stoffmusters und die Öffnung, durch welche das Muster hindurchgezogen wird,
Fig. 5 eine typische Registrierstreifien-Aufzeichnung der Kräfte, welche beim Hindurchziehen des befestigten Musters durch die Öffnung in der Lage des Musters gemäss Fig. 4 auftreten,
Fig.
6-9 ähnliche Darstellungen, aus denen die beim Hindurchziehen des Musters durch die Öffnung aufeinanderfolgenden Zustände ersichtlich sind, sowie die bei entsprechenden Kräfte, die bei den verschiedenen Zuständen auftreten, und
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Teiles der Vorrichtung gemäss einer anderen Ausführungsform.
Die Zeichnungen sich als schematische Darstellungen aufzufassen, die lediglich zur Illustrierung dienen.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der in Fig. 1 dargestellte Kinesimeter besitzt ein Gestell 1 von dem ein Teil eine Öffnung 2 bildet, in der sich eine Stange 3 befindet. An der Stange 3 ist ein Halter 4 befestigt, der das schmiegsame Stoffmuster 5 hält. Die Stange 3 wird durch eine geeignete Vorrichtung gehoblen und gesenkt. Ein Kraftwandler 6 ist an der Vorrichtung ; befestigt. Dieser Kraftwandler misst die Kräfte, welche bei der Bewegung der Stange 3 entstehen, wenn das Stoffmuster (5) den Rand der Öffnung 2 streift.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besitzt ein Gestell 7 mit einem beweglichen, waagrecht stehenden Kopf 9 und einer Plattform 10, die sich unter dem Kopf befindet. Ein Kraftwandler 11 dient zur Verbindung der starren Stange 12 mit dem beweglichen Kopf, so dass die Stange sich mit dem Kopf bewegt, wenn der Kopf gehoben und gesenkt wird, und jede Kraft, welche der Bewegung der Stange entsprechend der Bewegung des Kopfes entgegenwirkt, wird durch den Kraftwandler abgetastet. Die Verbindung des Kraftwandlers mit dem Kopf kann entweder starr oder gelenkig sein.
Ein Ring 13 mit einer Öffnung 14 ist starr am Gestell 7 an einer geeigneten Stelle über der Plattform
10 befestigt. Die genaue Lage dieses Ringes ist nicht wesentlich für das Funktionieren der Vorrichtung. Jedoch muss für gleichmässige Versuchsergebnisse, die Ebene der Öffnung 14 des Ringes 13 senkrecht zur Bewegungsebene des waagrechten Kopfes 9 stehen.
An dem freien Ende der Stange 12 ist ein Halter 15 befestigt.
Gemäss Fig. 3 ist dieser Halter an der Stange 12 in ihrer Mitte mit Hilfe einer Hülse 16 befestigt. Für eine einfache Verbindung wird ein Bolzen 17 verwendet, durch den die Hülse an der Stange befestigt ist. Der Bolzen wird durch zusammenpassende Bohrungen in der Stange und in der Hülse gesteckt. Der Halter 15 setzt sich zusammen aus einer oberen Scheibe 18 und einer unteren Scheibe 19. Ein schmiegsames Muster 5 wird annähernd in der Mitte zwischen die Scheiben 18 und 19 gelegt. Die Scheiben werden dann mit Hilfe eines Bolzens 20 zusammengeklemmt, der durch die Löcher in der Mitte der Scheiben hindurchdringt und 9n die Hülse eingeschraubt ist. Die Art der Befestigung ermöglicht es dem Stoffmuster frei über die untere Kleminscheibe herunterzuhängen.
In dieser Weise wird jede durch die Befestigung verursachte Spannung am Umfang des Stoffes vermieden. Die Scheiben 18 und 19 sind rund und etwas kleiner im Durchmesser als die Öffnung 14, so d'ass ein kleiner Spalt zwischen den Scheiben und der Öffnung vorhanden ist, wenn die Scheiben durch die Öffnung hindurchtreten. Die untere Scheibe kann durch einen nach unten gerichteten Konus ersetzt werden, der in ähnlicher Weise an der Scheibe befestigt werden kann und der das Stoffmuster in ähnlichler Weise hält.
Für einen vollständigen Versuch muss der Ring 13 gegenüber der Stange 12 so angeordnet werden, dass sich die Stange in der Öffnung mindestens um die Länge des geschmeidigen Musters 5 verschieben kann, wenn das befestigte Muster durch die Öffnung 14 hindurchgezogen wird. Dieser Gesichtspunkt wird aus dem nächstfolgenden Abschnitt der Beschreibung besser ver stündlich.
Gemäss Fig. 2 ist der Kraftwandler 11 in geeigneter Weise mit einer Anzeigevorrichtung 21 verbunden.
Die Anzeigevorrichtung zeigt die Kräfte, an welche der Bewegung des befestigten Musters durch die Öffnung entgegenwirken in dem sich der Raum zwischen dem Rand der Öffnung und dem Rand der Scheiben durch das Material des zu prüfenden Musters füllt.
Zur Bewegung der Stange 12 kann jedes geeignete Mittel verwendet werden. Das verwendete Mittel sollte imstande sein, eine kontinuierliche Bewegung von gleichbleibender Geschwindigkeit während des ganzen Prüfvorganges zu gewährleisten, wenn das Muster durch die Öffnung hindurchgezogen wird. Das Antriebsorgan sollte auf verschiedene Geschwindigkeiten umschaltbar sein, um einen langsamen oder schnellen Durchtritt des zu prüfenden Materials zu ermöglichen. Eine übliche Geschwindigkeit der Bewegung des Musters durch die Öffnung beträgt etwa 30 cm pro Minute. Diese Geschwindigkeit wurde bei vielen Versuchen verwendet.
Es wurden jedoch auch andere Geschwindigkeiten verwendet und ergaben befriedigende Resultate.
Der Ring 13 kann aus irgendeinem im wesentlichen starren Material bestehen. Dies gilt auch für die Befestigungsscheiben 18 und 19. Es wurde sowohl Kunststoff als auch harter Stahl verwendet. Dank den verschiedenen Reibungskoeffizienten der verschiedenen Stoffe besitzt jedes der gewählten Materialien eine etwas andere Wirkung auf das Versuchsergebnis. Die Ringdicke wurde keinen besonderen Versuchen unterzogen, die Erfinder setzen eine optimale Dicke voraus, jedoch wird jede Dicke zu einer funktionierenden Vorrichtung führen.
Ein Öffnungsdurchmesser von 5 cm zusammen mit Scheiben von einem Nenndurchmesser zwischen 2,5 bis 5 cm ergeben befriedigende Resultate. Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit als auch Übereinstimmung mit der individuellen Bewertung durch Fachleute kann durch eine sorgfältige Wahl des Verhältnisses zwischen Öffnung und Befestigungsscheiben erreicht werden. Eine weitere Veränderliche ist die Grösse und Form des geschmeidigen Stoffmusters. Versuche haben gezeigt, dass ein kreisförmiges Stoffmuster mit einem Durchmesser von 25 cm in Kombination mit einer Öffnung von 5 cm Durchmesser und mit einem kleinen Spalt zwischen dem Rand der Öffnung und dem Rand der Befestigungsscheiben befriedigende Resultate ergibt.
Die Form der Öffnung und der entsprechenden Scheiben muss nicht notwendigerweise rund sein um gute Ergebnisse zu erhalten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine kreisrunde Öffnung es ermöglicht, dass das geschmeidige Muster frei herunterhängt und sanft eine gleichmässige Lage einnimmt. Die Gleichmässigkeit erzeugt ähnliche Falten am Umfang der Scheiben und fördert damit die Gleichmässigkeit der Resultate
Bei einem typischen Versuch wurde das Muster 5 durch Scheiben festgeklemmt. Dann wurde das Muster auf die Plattform abgesenkt, auf der es eine flache Lage einnimmt. Der waagrechte Kopf 9 wurde dann mit der Stange 12 und dem Muster angehoben.
An einer bestimmten Stelle hebt sich das bewegte Muster von der Plattform ab und gelangt dann in Berührung mit dem Rand der Öffnung 14, wobei der Kraftwandler auf den Widerstand reagiert, der durch die Bewegung der Stange infolge der Berührung des Musters mit dem Öffnung rand auftritt. Wenn eine kontinuierliche Aufzeichnung der jeweiligen Werte der Kräfte, die zum Durchziehen des schmiegsamen Musters notwendig sind, drchgefthrt wird und eine bekannte Zeitskala verwendet wird, so kann die Arbeit durch Integrierung bestimmt werden.
Es ist auch leicht zu erkennen, dass gewisse Berge und Täler aufgezeichnet werden, wenn die Widerstandskraft sich ändert.
In Fig. 4 bis 9 sind die verschiedenen Phasen des Vorganges dargestellt, wie sie sich bei dlem oben beschriebenen Versuch abspielen.
Fig. 4 zeigt den Beginn des Versuches, wobei das Muster 5 in eine Lage oberhalb der Plattform gebracht wurde, so dass es frei vom Halter herabhängt, ohne dass eine Spannung am Rande des Musters erforderlich ist.
Das Material berührt noch nicht den Rand der Öffnung 14.
Fig. 5 zeigt eine Registrierstreifen-Aufzeichnung der Kräfte, welche dem Durchtritt des Materials durch die Öffnung 14 entgegenwirken. Entsprechend der Stellung des Musters gemäss Fig. 4, zeigt die Aufzeichnung auf dem Reglstrierstreifen den Wert Null an. Die Null-Ablesung wird dadurch erreicht, dass die Eigengewichte ausgeglichen werden. Wenn die Stange 12 sich aufwärtsbewegt, so beginnt das Muster 5 die Öffnung 14 zu berühren.
Fig. 6 zeigt ein mittleres Stadium des Versuchsab- laufes. Das Muster ist teilweise durch die Öffnung hindurchgezogen worden.
In Fig. 7 ist der Verlauf der Kraft in diesem mittleren Stadium teilweise dargestellt. Von der Stelle zu Beginn der Berührung wächst die auf das Material durch die Berührung mit der Öffnung ausgeübten Kraft entlang einer glatten Kurve auf ein erstes Maximum 23, das als Knickpunkt bezeichnet wird. In der Regel zeigen die Versuche, dass dieser Punkt der höchste ist, der durch die Beziehung zwischen Klemmscheiben und Öffnung bestimmt ist. Anschliessend an den Knickpunkt erscheint üblicher Weise ein zweites Maximum 24 im Kraftverlauf, das annähernd auf halbem Wege beim Durchziehen des Musters. durch die Öffnung auftritt. Dieser Punkt wird als Zugpunkt bezeichnet und kann durch Veränderung des Verhältnisses zwischen der Grösse der Öffnung und der Klemmscheibe gesteuert werden.
In Fig. 8 ist das befestigte Muster nach dem Durchtritt durch die Öffnung gezeigt, und
In Fig. 9 ist die vollständige Aufzeichnung auf dem Registrierstreifen mit dem Knickpunkt und dem Zugpunkt gezeigt. Der Zugpunkt stellt den Beginn einer progressiven Abnahme bis zur vollständigen Abflachung dar. Diese Abflachung ist von einem, eher plötzlichen Abfall auf Null gefolgt, wenn das Muster aus der Öffnung aus tritt.
Gemäss der allgemeinen Praxis wurden empirische Beziehungen entwickelt zur Bestimmung des Knickpunktes und der Arbeit in Abhängigkeit der Dicke und Dichte des Musters. Anfängliche Versuche waren auf nicht gewobene Stoffe gerichtet. Es hat sich gezeigt, dass Proportionalität zwischen der Knickpunktablesung und der integrierten Ablesung besteht. Dieser Propor- tionalität ist für jeden der untersuchten Stoffe verschieden. Ferner ergab sich eine bestimmte Beziehung zwischen der grössten Ablesung und der Dichte des Stoffes bei einer gegebenen Dicke.
Im Hinblick auf die einleitenden Untersuchungen wird von den Erfindern vorausgesehen, dass die mit der beschriebenen Vorrichtung erzeugten Kurven dazu dienen können, um die Drapierungseigenschaften mit dem physikalischen Aufbau des Stoffes in gegenseitige Beziehung zu bringen.
Eine typische Klassifikation der Stoffe in Werten der Kinesimeter-Abllesung ist wie folgt: Stoff g Stoffgewicht Dicke gim2 S gm2 mm
Azetat 10 57 0,1
Seide 19 106 0,19 Trump Tuch 34 118 0,25
Waschstoff 58 126 0,19
Baumwollgewebe 500 327 0,53
Die zweite Kolonne gibt den Knickpunkt in Gramm.
In Fig. 10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Bei diesem Beispiel ist der Ring 13 mit einer Federwaage oder einem anderen einfachen Kraftwandler verbunden. Wenn eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Ring ausgeübt wird, so reagiert der Kraftwandler entsprechend und misst die Kraft. Diese Kraft entsteht durch die Berührung des bewegten Musters 5 mit der Öffnung 14.
Der Kraftwandler kann mit einer kontinuierlich aufzeichnenden Ablesevorrichtung 31 verbunden sein.
Aus den obigen Ausführungen ist leicht ersichtlich, dass die Stange 12 durch irgendeinen geeigneten Träger ersetzt werden kann, und seine Bewegung gegenüber dem Ring kann durch irgendein geeignetes mechanisches Mittel erfolgen. Es ist auch ersichtlich, dass der Kreuzkopf durch verschiedene Organe ersetzt werden kann, z. B. durch einen beweglichen Arm, ohne die Qualität der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Es können noch viele andere Modifikationen durch die Erfinder vorgenommen werden, die beim Lesen der obigen Beschreibung nahegelegt werden.