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Prüfgerät zur Beanspruchung feiner Fasern auf Zug
Die Erfindung betrifft
ein Prüfgerät zur Beanspruchung feiner Fasern, Fäden. Haare usw. auf Zug. Das Prinzip
derartiger, in vielen Ausführungen bekannter Geräte besteht darin, das Prüfstück
irgendwie an den Enden zu erfassen und in die Länge zu ziehen, wobei die Streckung
an einer Skala, gegebenenfalls an einem Kraftmesser, abgelesen wird. Die übliche
Anordnung von Schraubenklammern zur Ergreifung der Fadenenden hat hierbei erhebliche
Nachteile: denn die Klemmen sind bei feinen kurzen Fadenstücken schwierig zu handhaben
und lassen kein genaues Bild über das Verhalten des Prüfstückes nach Aufhören der
Zugbeanspruchung zu. Insbesondere gilt dies für die Untersuchung gekräuselter Fasern
und hinsichtlich des Verhältnisses zwischen elastischer und platischer Dehnung.
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I)as Gerät gemäß der Erfindung ist von diesem Mangel frei. Es weist
zur Erfassung des freien Endes des mit einem Kraftmesser verbundenen Prüfstückes
ein heb- und senkbares, magnetisch, insbesondere elektromagnetisch anschaltbares
Greifwerkzeug auf. Dieses Greifwerkzeug besteht vorzugsweise aus einem Magnet, der
mit einem am Ende des Prüfstückes befestigten feinen Metallstückchen zusammenwirkt.
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Durch die magnetische Schaltung des Greifwerkzeuges wird es möglich,
das Ende des zu prüfenden Fadens schnell und einfach zu erfassen und vor allem
freizugeben,
so daß sich eindeutige Aufschlüsse über den enteil der elastischen und platischen
I)eliiiuiig an der Gesamtdehnbarkeit des Fadens ergeben.
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Die Erfindung läßt es auf diese Weise zu. drei für die Beurteilung
von Textilien besonders wichtige Tests einwandfrei auszuführen, nähmlich die Bestimmung
des Kräuselungsgrades, der Kräuselungsbeständigkeit und des schon erwähnten Verhältnisses
elastiche-plastiche Dehnung. Für die Beurteilung des Gebrauchswertes von Textilien
sind gerade diese Daten von erheblicher Bedeutung. Das mit dem neuartigen Gerät
mögliche Prüfverfahren ist daher ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend an Hand
eines Ausführungsbeispieles beschrieben, das die Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. 1 zeigt die Gesamtanordnung des Prüfgerätes; Abb. 2 gibt drei
Stufen eines Testes zur Bestimmung des Kräuselungsgrades eines Fadens wieder, während
Abb. 3 vier Stufen einer Dehnungsprüfung zeigt.
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Das I>rüfgerät besteht aus einer auf einer Tischplatte aufgeschraubten
Neigungswaage 1, an der ein genau auf die Nullstellung der Waage ausgewuchteter
Alillimeterstab 2 mit ortsfest auf dieser angeordneten Fasereinspannklemme 3 pendelnd
aufgehangt ist. Die Skala des Millimeterstabes beginnt an der Unterseite der Einspannklemme.
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Vor dem Millimeterstab ist auf einer horizontalen Gleitschiene 4
ein nach rechts und links verschiebbarer Elektromagnet 5 angeordnet, der mit dem
Schalter 6 und zweckmäßig einem zur Regelung der Feldstärke vorzusehenden, nicht
gezeichneten Vorschaltwiderstand verbunden ist. Der obere Pol des Magneten (Abb.
2), der an sich auch durch einen permanenten Magneten ersetzbar wäre, ist vorzugsweise
mit einem Dielektrikum, beispielsweise einer dünnen Cellonplatte od. dgl., überzogen,
um ein Ankleben von Metallteilen zu verhindern, während der untere Pol die auf einen
beispielsweise aus Messing bestehenden Winkelhebel 7 aufgesetzte Eisenplatte anzieht.
Das freie Ende des Winkelhebels bildet zusammen mit der feststehenden Stütze eine
Zange S. die sich bei Einschalten des Stromes schließt, was dadurch bewirkt wird,
daß bei Aufsitzen der Zangebacken zwischen dem unteren Alagnetpol und der von ihm
angezogenen Eisenplatte in jedem Fall noch ein Luftspalt bleibt.
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Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, daß tlic Ölierkanten der
Greiferzange und diejenige des freien oberen Nfagnetpois bzw. Dielektrikums in einer
horizontalen Ebene liegen.
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Die den Elektromagneten tragende Gleitschiene 4 ist in senkrechter
Richtung bewegbar aii deii @ iihrungsschienen g aufgehängt und mit der Kolbenstange
10 der unter der Tischplatte angeordneten üblichen Wasserdruckpumpe 11 verbunden
und kann durch Umstellung des mit einem Dreiweghahn in bekannter Weise gekoppelten
Hebels 12 und des Reduzierventils 13 mit einstellbarer Geschwindigkeit auf und ab
bewegt bzw. in jeder beliebigen Stellung angehalten werden. Eine zwischen der Kolbenstange
10 und der Führungsschiene 9 vorgesehene, groß dimensionierte Feineinstellschraube
14 mit gekordelten Randscheiben gestattet die Nachregulierung der Höhenlage des
Elektromagneten und der Faserzange auf Bruchteile eines Millimeters.
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Die mit der Vorrichtung zu prüfenden Fasern werden mit einem winzigen
Vorspanngewicht, das die Kräuselung nicht be@inträchtigen darf, durch Ankleben eines
beispielsweise 1 mg schweren, etwa 0,02 mm dicken, runden Eisenplättchens von 2
bis 3 mm Durchmesser versehen und oben in die Faserklemme 3 (möglichst auf Gesamtlänge
frei hängend) eingespannt. Es sind dann folgende Prufungen durchführbar: a) Bestimmung
des Krauselgrades. Der Magnet wird auf der waagerechten Gleitschiene in die linke
Enstellung geschoben und mit dem Wasserdruckhebel 12 bis unmittelbar unter das Eisenplättchen
der frei hängenden Faser gefabren sowie die Länge der gerkräuselten Faser auf dem
hinter ihr liegenden Millimeterstab, der zweckmäßig helle Zahlen auf schwarzem Grund
trägt, abgelesen (Länge = l1).
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Nach Einschalten des Magneten, dessen freier Pol mit dem Dielektrikum
in dieser Stellung senkrecht unter dem freien Faserende liegt, wird der Magnet mit
der Wasserdruckpumpe so lange abwärts bewegt, bis die Faser ohne Dehnung in eine
lineare Strecklage gebracht ist, in der sie bei eingeschaltetem, aber nicht mehr
bewegtem Magneten beispielsweise 1 Minute verharrt. Die auf der Millimeterstabskala
abgelesene Strecklänge l2 wird gleichfalls festgehalten. Die zur Erzielung der Strecklage
erforderliche Kraft wird gleichzeitig auf der dabei einen leichten Ausschlag anzeigenden
Neigungswaage abgelesen.
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Nach 1 Minute wird die geradegerichtete, aber nicht ausgestreckte
Faser entweder durch allmähliche Abschwächung und Ausschaltung des Magnetfeldes
(mit Vorschaltwiderstand) oder durch Hochfahren des Magneten mit der Wasserdruckpumpe
und Ausschaltung der Stromzufuhr entlastet und kehrt in ihre Normallage zurück,
wobei auf dem Millimeterstab ein meist zwischen l1 und l2 liegender Längenwert l3
abgelesen werden kann und die Waage in ihre Nullstellung zurückkehrt. Durch die
Geradrichtung hat die Faser eine Abschwächung ihrer Kräuselung erfahren, die durch
den ermittelten Längenwert l3 angezeigt wird.
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Sinngemäß läßt sich auch ermitteln, um welchen Prozentsatz eine gekräuselte
Faser ohne Abflachung der Kräuselung gerichtet werden darf. b) Bestimmung der Kräuselungsbeständigkeit.
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Wenn gemäß vorstehenden eine Abflachung der Kräuselung auch bereits
vor Erreichung der linearen Strecklage (nicht Verstreckung) der Faser beobachtet
werden kann, werden gemaß b) die Untersuchungen bis zur völligen Entkräuselung fortgesetzt,
wozu nunmehr aber das elektromagnetische Feld allein (wegen zu geringer Masse und
Kraftlinien.
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Sammlung des winzigen Vorspannungsgewichtes) nicht mehr ausreicht.
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Zu diesem Zweck kann gemäß Abb. 1 bei ein-
fachem
Elektromagneten (ohne Zange) für diese Messungen eine kleine Eisen- oder Stahlklammer
15 von z. B. 500 mg Gewicht auf das dicht unter das Metallplättchen gefahrene Dielektrikum
aufgelegt und dabei das Metallplättchen mit der Klammer zugfrei erfaßt werden. Bei
Einschaltung und Absenkung des Magneten mit der Wasserdruckpumpe lassen sich nunmehr
erhebliche und bis zur Reißgrenze der Faser gehende Zugkräfte ausuben.
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Eine wesentlich zweckmäßigere, bereits eingangs erwähnte Ausführung,
bei der jedwede Berührung der zu prufenden Fasern von Hand vermieden ist, ist in
der in den Abb. 2 und 3 dargestellten Magnetausbildung mit zusätzlicher Greiferzange
8 dargestellt.
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Bei den Kräuselungsbeständigkeitsprüfungen wie auch denjenigen der
elastischen und plastischen Dehnungs (s.c) wird statt des freien Magnetpols (mit
dem Dielektrikum) die daneben angeordnete Zange an das Faserende gefahren und diese
bzw. das an ihm befestigte Metallplättchen bei Einschalten des Stromes von der Zange
erfaßt und festgehalten. Es erfolgt nun eine stufenweise Belastung der Faser mit
z. B. 10, 20, 30, 40, 50 usw. Prozent ihrer normalen Bruchlast unter jeweiliger
Entlastung und Ermittlung der einzelnen Werte (Belastung in Gramm, Längenwert in
Millimeter).
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Durch die Anordnung der elektromagnetisch betätigten Zange 8 in Verbindung
mit der Wasserdruckpumpe 11 und der waagerechten Gleitschiene 4 kann die zu prüfende
Faser in jeder Lage, jedem Kräuselungs- oder Enkräuselungsgrad sicher und au gleicher
Stelle erfaßt oder auch zwischendurch beliebig oft freigegeben werden und damit
in ihre Normallage zuruckkchren. c) Bestimmung der elastischen und plastischen Dehnung.
Auch diese Untersuchungen werden mit der unter b) eingehender behandelten Zangenseite
des Elektromagneten durchgefuhrt und liegen bereits teilweise im Bereich der nach
b) auszuführenden Messungen.
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Nachdem die Fasern völlig entkräuselt sind, lassen sie sich normalerweise
bis zur Erreichnung der Bruchgrenze noch um einen gewissen Prozentsatz ihrer Streckenlänge
weiter dehnen, ziehen sich aber nach Entlastung dann meist um einen Teilbetrag dieser
Dehnung wieder zusammen (elastische Dehnung).
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Da die Durchschnittsbruchlast bzw. Reißfestigkeit einer bestimmten
Fasertype durchweg bekannt ist, lassen sich unter Benutzung vorliegender Vorrichtung
Schaubilder herstellen, in denen für jeden Prozentsatz der Bruchlast einemal die
Dehnung in Millimeter, zum anderen die Faserkontraktion nach völliger Entlastung
(Faserfreigabe in der elektromagnetischen Zange) dargestellt und somit der Anteil
der elastischen und plastichen Dehnung für jeden auf der Neigungswaage ablesbaren
Belastungswert veranschaulicht werden kann.
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Die Meßbereiche werden so gewählt, daß möglichst sowohl jede praktisch
vorkommende Faserlänge (bis etwa 200 mm) wie auch jede Titerstärke auf der Vorrichtung
geprüft werden kann.
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Da der tarierte Millimeterstab am beweglichen Waagenbalken hängt
und die Unterkante der Einspannklemme im Nullpunkt des Millimeterstabes liegt, ist
eine Umspannung der Fasern oder eine Verschiebung der Meßskala während sämtlicher
unter a) bis c) angeführter Prüfungen wie auch infolge. Anwendung der elektromagnetischen
Zange eine Brührung der Faser von Hand nicht erforderlich.