DE69001746T2 - Vorrichtung zur messung von mechanischen eigenschaften einer probe, bzw. textilien. - Google Patents
Vorrichtung zur messung von mechanischen eigenschaften einer probe, bzw. textilien.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von mechanischen Eigenschaften einer Probe und insbesondere einer Textilprobe.
- Unter mechanischen Eigenschaften versteht man hauptsächlich, aber nicht beschränkend, das Dehnverhalten und die Reißfestigkeit unter Zugbeanspruchung.
- Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung der fraglichen Art, die dazu geeignet ist, diese mechanischen Eigenschaften in einer oder zwei genau bestimmten Richtungen zu messen.
- Wenn das Dehnverhalten eines Materials in einer seiner Hauptrichtungen gemessen werden soll, verwendet man bis jetzt einen Kraftmesser, bei dem zwei Klemmen die beiden äußeren Enden eines aus diesem Material herausgeschnittenen Streifens einklemmen. Der Streifen ist in der Richtung herausgeschnitten, entlang derer man die Messung durchzuführen wünscht. Wenn man das Dehnverhalten entlang zweier genau bestimmter, insbesondere zueinander rechtwinkliger Richtungen, zum Beispiel entlang des Schusses und der Kette im Falle eines Textilmaterials zu messen wünscht, muß man in der Tat zwei aufeinanderfolgende Messungen durchführen oder einen zweiachsigen Kraftmesser verwenden. Eine Vorrichtung dieser Art ist insbesondere kostspielig, da ein solcher Apparat mit zwei Kraftmesser ausgestattet ist. Er erweist sich weiterhin als relativ groß und schwierig handhabbar, so daß es undenkbar ist, eine solche Vorrichtung in großer Stückzahl zu vertreiben.
- Die Druckschriften US-A-2 850 895 und GB-A-2 029 971 beschreiben Vorrichtungen zum Messen der mechanischen Eigenschaften von Textilien, bei denen die Probestücke mit Klemmen gehalten sind. In der Druckschrift US-A-2 568 731 wird die Zugbeanspruchung auf die Fäden der Textilprobe entlang zweier zueinander rechtwinkliger Richtungen mit Hilfe von Gewichten ausgeübt.
- Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie schlägt eine Vorrichtung zum Messen der mechanischen Eigenschaften, insbesondere des Dehnverhaltens eines in Form eines Streifens vorliegenden Materials vor, die günstig herzustellen, einfach zu bedienen und ebenso zuverlässig wie ein Kraftmesser ist.
- Diese Vorrichtung zum Messen der mechanischen Ei genschaften einer Probe in Form eines Streifens, der an seinen Enden zwischen zwei klemmen befestigt ist und auf einem Sockel ruht, weist auf:
- - zwei zueinander parallele Umlenkzylinder, die beiderseits des Sockels angeordnet sind und über die der Streifen umgelegt ist, auf den über die Klemmen auf die beiden freien Enden eine Zugbeanspruchung gleicher Stärke ausgeübt ist,
- - zwei bewegliche Stangen, die jeweils auf der einen Seite an den Klemmen und an der anderen Seite an zwei Winkelstücken über zwei bewegliche Gabelstücke befestigt sind, wobei die beiden Winkelstücke in einer Ebene liegen und fest mit zwei, jeweils einer ersten und zweiten, parallelen Achse verbunden sind und untereinander über eine Zugstange verbunden sind, dessen zwei äußere Enden über Gabelstücke an den Winkelstücken angebracht sind, wobei die beiden Winkelstücke in der sie aufweisenden Ebene zueinander ähnlich sind,
- - einen an der ersten Achse fest angebrachten Hebelarm, dessen Richtung immer parallel zu der Richtung ist, die durch die Jeweils durch die Drehachse der ersten Achse und der zweiten Achse und die Drehachse der die Stangen an den Winkelstücken befestigenden Gabelstücke verlaufende Gerade festgelegt ist und
- - einen Gewichtsträger, der an dem freien Ende des Hebelarmes befestigt ist und der zur Aufnahme von Massenstücken bekannter Größe dient.
- Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man, um an den freien Enden eines in Form eines Streifens vorliegenden Probestückes eine veränderbare Zugbeanspruchung Jeweils gleicher Intensität oder die Erscheinung des Dehnverhaltens zu erzeugen, bekannte Vorrichtungen und Bauteile gemäß eines besonderen Aufbaus vorsieht, wo man nun zeitabhängige Vorgänge messen kann.
- Dabei ist vorteilhaft, daß
- - die ersten und zweiten Achsen durch Kugellager aufweisende Lager gehalten sind,
- - die Verbindung der Stangen mit den Klemmen mittels Gelenke erfolgt,
- - die Gabelstücke an Kugellager befestigt sind,
- - der das Probestück aufnehmende Sockel heizbar ist,
- - die Messung der mechanischen Eigenschaften und insbesondere des Dehnverhaltens mittels eines Photometers oder Jedes anderen Bildverarbeitungssystems erfolgt, das oberhalb des Sockels angeordnet ist,
- - die mechanischen Eigenschaften in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen meßbar sind, wobei die Zugbeanspruchung auf jeden der beiden zueinander rechtwinkligen und aus dem gleichen Material hergestellten Streifen mittels zweier, zu der oben beschriebenen Vorrichtung ähnlichen und voneinander unabhängiger Vorrichtungen erfolgt und
- - die Hebelarme in ihrer oberen Stellung unabhängig voneinander mit einem Haken verriegelbar sind, der mit einem an der zweiten Achse angebrachten Griffstück versehen ist.
- Die Art und Weise, wie die Erfindung ausgeführt werden kann und die sich daraus ergebenden Vorteile treten besser anhand des beispielhaft und nicht beschränkend mit Hilfe der beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.
- Die Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fall der Messung des Dehnverhaltens in einer einzigen Richtung.
- Die Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung im Fall der Messung des Dehnverhaltens in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen.
- Die Fig. 3 und 4 zeigen in schematischen Teilansichten die Verriegelungseinheiten der Vorrichtung gemäß der Erfindung jeweils in Betriebsstellung und in Ruhestellung.
- Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel zeigt eine Vorrichtung zum Messen des Dehnverhaltens eines aus einem Textilmaterial, zum Beispiel einer Plane, entnommenen Probestückes. Diese Messung erfolgt in einer einzigen Richtung, zum Beispiel entlang der Kette.
- Ein Streifen (1) dieses Materials ist flach auf dem Sockel (2) angeordnet. Dieser ist metallisch und kann vorteilhafterweise heizbar sein, insbesondere wenn die beschleunigte Durchführung von Messungen zum Dehnverhalten erwünscht ist, so daß auf diese Weise eine Beschleunigung des Alterungsprozesses des Materials und somit dessen zeitabhängige Beobachtung durchführbar ist.
- Vorteilhafterweise, aber nicht unbedingt notwendig, ist der Streifen (1) auf dem Sockel (2) über eine transparente Platte gehalten, die zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial mit der gleichen Oberfläche wie der Sockel (2) gefertigt ist und auf diesem mittels Schrauben befestigbar ist, von dem die Befestigungsöffnungen (3) dargestellt sind.
- Die beiden freien Enden (5) und (7) des Streifens (1) sind über zwei zueinander parallele und frei drehbare Umlenkzylinder (4) und (5) umgelenkt. Diese beiden freien Enden (6) und (7) sind jeweils an zwei selbstverriegelnde und selbstverklemmende Klemmen (8) und (9) befestigt, die üblicherweise für Sicherheitsgurte im Bereich der Kraftfahrzeuge und der Luftfahrt verwendet sind.
- Jede der beiden Klemmen (8) und (9) ist über eine Stange (12) und (13) mit einem Winkelstück (14) und (15) fest verbunden. Diese Stangen sind vorteilhafterweise durch einen Schraubspanner gebildet, der eine leichte Vorspannung vor der Belastung gewährleistet und der ein genaueres Anbringen des Streifens (1) auf dem Sockel (2) gestattet.
- Diese Schraubspanner (12) und (13) sind an den Klemmen (8) und (9) über bewegliche Gelenke (10) und (11) befestigt. Auf diese Weise ist die auf die beiden Enden (6) und (7) des Streifens (1) eines Materials, von dem die Messung der mechanischen Eigenschaften und insbesondere des Dehnverhaltens gewünscht ist, ausgeübte Zugbeanspruchung unabhängig von der Position des Streifens in den Klemmen. Weiterhin erlaubt dieses Gelenk die bewegliche Ausfederung der Stange, die in diesem Ausführungsbeispiel auf einige Grad beschränkt ist.
- Das andere Ende der Schraubspanner (12) und (13) ist über ein zugehöriges Gabelstück (16) und (17) an einem Winkelstück (14) und (15) befestigt. Dieses Gabelstück ist ebenfalls beweglich und an den Winkelstücken (14) und (15) über Gelenke angebracht, um möglicherweise auftretende Reibungskräfte weitestgehend zu begrenzen.
- Die beiden Winkelstücke (14) und (15) sind Jeweils an einer ersten Achse (21) und einer zweiten Achse (22) fest angebracht, die zueinander parallel sind. Diese beiden Achsen (21) und (22) sind an dem Tragrahmen der Gesamtheit der Vorrichtung über Kugellager (23) und (24) befestigt.
- Nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung sind die beiden Winkelstücke (14) und (15) in der gleichen Ebene angeordnet und in dieser Ebene zueinander ähnlich. Die beiden Winkelstücke (14) und (15) sind tatsächlich identisch.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die beiden Winkelstücke (14) und (15) miteinander über eine Zugstange (18) verbunden. Diese Zugstange ist mittels Gabelstücke (19) und (20) an den beiden Winkelstücken (14) und (15) verbunden und gleichermaßen an Gelenken befestigt, um die Reibungskräfte weitestgehend zu begrenzen. Die erste Achse (21 ) ist über einen Hebelarm (25) betätigbar, dessen Richtung parallel zu der Richtung der Geraden verläuft, die durch den jeweiligen Mittelpunkt der ersten Achse und zweiten Achse (21) und (22) und der jeweiligen Drehachse der Gelenke der Gabelstücke (16) und (17) bestimmt ist.
- Das freie Ende des Hebelarmes (25) weist einen Gewichtsträger (26) auf, der über ein Gabelstück (27) und ein Gelenk beweglich befestigt ist. Dieser Gewichtsträger ist dazu bestimmt, Massenstücke (28) bekannter Größe aufzunehmen.
- Bringt man nun ein Massenstück auf den Gewichtsträger (26) auf, ergibt sich daraus aus dem Aufbau der Vorrichtung und der Schwerkraft eine Drehung des Hebelarmes (25) entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. 1 dargestellt, und ruft eine Drehung der ersten Achse (21) in der gleichen Richtung hervor. In dem beschriebenen Beispiel ist das Verhältnis zwischen der Zugkraft auf die Enden (6) und (7) des Streifens (1) und der Stärke der durch Massenstücke (28) hervorgerufenen Kraft gleich 5. Zum Beispiel erzeugt ein Massenstück (28) von 60 kg eine Zugkraft von 3000 Newton. Dies ruft einerseits die Drehung des Winkelstückes (14) gleichermaßen entgegen dem Uhrzeigersinn hervor, das zur Folge hat, daß einerseits eine Zugkraft auf das Ende (7) des Streifens (1) ausgeübt ist und andererseits eine Drehung des Winkelstückes (15) ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn herbeigeführt ist, wobei diese Drehung ebenfalls eine Zugbeanspruchung auf das Ende (6) des Streifens (1) nach sich führt.
- Unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften des Aufbaus bleibt die durch die beiden Winkelstücke (14) und (15) ausgeübte Zugbeanspruchung unabhängig von der Stellung des Hebelarmes (25) auf seinem Drehweg für ein gegebenes Massenstück (28) konstant. Konstruktionsbedingt verändert sich in der Tat der Wert des durch die Schraubspanner (12, 13) in Bezug auf die Vertikale gebildete Winkel sehr wenig, typischerweise in der Ordnung von wenigen Grad. Nun trägt lediglich der Kosinus dieses Winkels in der Berechnung des Beitrages der Massenstücke (28) bei, wenn berücksichtigt wird, daß die Kraftmomente der Jeweiligen Gravitationskräfte (der Massenstücke (28)) und die Zugbeanspruchung auf die Enden (6, 7) das System in Gleichgewicht halten. Typischerweise ist die Veränderung der Zugbeanspruchung auf die Enden (6, 7) weniger als 0,1 % über den gesamten Weg des Hebelarms (25).
- Das Dehnverhalten ist nunmehr durch die Messung des Abstandes zweier zuvor im Bereich des Mittelpunktes des Streifens auf dem Sockel (2) aufgebrachter Markierungen bestimmbar. Dieser Abstand ist von Hand mit unterteilten Linealen, vorteilhafterweise aber über nicht dargestellte, oberhalb des Sockels angebrachte Photometer meßbar.
- Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls zur Messung der mechanischen Eigenschaften einer Probe in zwei Richtungen verwendet werden. Diese Messung kann insbesondere in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen, zum Beispiel entlang des Schusses und der Kette eines Stoffstückes, durchgeführt werden. Wie man in der Fig. 2 sehen kann, weist in diesem Fall die Vorrichtung zwei zu den vorangehend beschriebenen gleichartigen, zueinander rechtwinklig aufgebauten Einheiten auf. Diese beiden Einheiten sind vollständig voneinander unabhängig. Um sicherzustellen, daß die ausgeübte Zugbeanspruchung gleichzeitig angreift, ist die Vorrichtung jedoch mit einer Verriegelungseinheit (29) versehen, die an einer an jedem der zweiten Wellen (22) fest verbundenen Klaue (30) angeordnet ist. Diese Verriegelungseinheit (29) ist fest mit einem Griff (31) verbunden, der zu dieser genau rechtwinklig steht. Dieser Griff (31) ist gelenkig um eine an dem Tragrahmen der Vorrichtung vorgesehenen Achse (32) angebracht, um dessen Drehung und gleichermaßen das Einklappen der Verriegelungseinheit und die Freigabe der Klaue (30) zu gestatten. Diese Befreiung erlaubt weiterhin die Drehung der zweiten Achsen (22) und dazu in Folge die der ersten Achsen (21) unter Berücksichtigung der Abhängigkeit über die Zugstange (18).
- Es ist anzumerken, daß jede Vorrichtung eine Verriegelungseinheit (29) ebenso wie die mit dieser zusammenarbeitende Elemente aufweist. Auf diese Weise sind die beiden Griffe (31) der Verriegelungseinheiten zueinander benachbart angeordnet, um einem einzelnen Benutzer die gleichzeitige Freigabe der beiden Belastungen zu gestatten und die sofortige Zugbeanspruchung auf jedes der Enden der beiden zueinander rechtwinkligen Streifen hervorzurufen.
- Die so beschriebene Vorrichtung erlaubt in einfacher Weise, Messungen von mechanischen Eigenschaften, insbesondere des Dehnverhaltens und speziell des einachsigen und zweiachsigen Dehnverhaltens und der Reißfestigkeit unter Zugbeanspruchung eines Probematerials, durchzuführen und dies, ohne hohe Material kosten zu erfordern. Weiterhin ist die Bedienung eines solchen Gerätes einfach und erfordert kein qualifiziertes Personal.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Messen der mechanischen
Eigenschaften einer Probe in Form eines Streifens (1), der an
seinen Enden (6, 7) zwischen zwei Klemmen (8, 9)
befestigt ist und auf einem Sockel (2) ruht, weist auf:
- zwei zueinander parallele Umlenkzylinder (4, 5),
die beiderseits des Sockels (2) angeordnet sind und über
die der Streifen (1) umgelegt ist, auf den über die
Klemmen (8, 9) auf die beiden freien Enden (6, 7) eine
Zugbeanspruchung gleicher Stärke ausgeübt ist,
- zwei bewegliche Stangen (12, 13), die jeweils auf
der einen Seite an den Klemmen (8, 9) und an der anderen
Seite an zwei Winkelstücken (14, 15) über zwei
bewegliche Gabelstücke (16, 17) befestigt sind, wobei die
beiden Winkelstücke (14, 15) in einer Ebene liegen und
fest mit zwei, jeweils einer ersten und zweiten,
parallelen Achse verbunden sind und untereinander über eine
Zugstange verbunden sind, dessen zwei äußere Enden über
Gabelstücke an den Winkelstücken (14, 15) angebracht
sind, wobei die beiden Winkelstücke (14, 15) in der sie
aufweisenden Ebene zueinander ähnlich sind,
- einen an der ersten Achse (21) fest angebrachten
Hebelarm, dessen Richtung immer parallel zu der Richtung
ist, die durch die Jeweils durch die Drehachse der
ersten Achse (21) und der zweiten Achse (22) und die
Drehachse der die Stangen (12, 13) an den Winkelstücken
(14, 15) befestigenden Gabelstücke verlaufende Gerade
festgelegt ist und
- einen Gewichtsträger, der an dem freien Ende des
Hebelarmes (25) befestigt ist und der zur Aufnahme von
Massenstücken bekannter Größe dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Achse (21) und zweite Achse (22) in
Kugellager (23, 24) befestigt sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Stangen
(12, 13) mit den Klemmen (8, 9) mittels Gelenke
ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gabelstücke an Lager
(23, 24) befestigt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (2) heizbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen (8, 9)
selbstverriegelnd und selbstverklemmend sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sie ein über dem Sockel (2)
angeordnetes Photometer oder ein Bildverarbeitungssystem
aufweist, das das Messen der mechanischen Eigenschaften
und insbesondere des Dehnverhaltens erlaubt.
8. Vorrichtung zum Messen der mechanischen Ei
genschaften einer Probe in Form eines Streifens in zwei
zueinander rechtwinkligen Richtungen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zugbeanspruchung auf jeden der
zueinander rechtwinkligen Streifen über zwei ähnliche,
voneinander unabhängige, in den Ansprüchen 1 bis 7
beschriebenen Vorrichtungen ausgeübt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hebelarme (25) in oberer Position mittels
eine einen gelenkigen Griff (31) aufweisende
Verriegelungseinheit (29) verriegelbar sind, wobei diese Einheit
(29) mit einer an den zweiten Achsen (22) fest
angebrachten Klaue (30) zusammenarbeiten.
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