Titel: A. Martens, über Festigkeitsuntersuchungen mit Papier.
Autor: Martens, A.
Fundstelle: 1885, Band 258 (S. 289–294)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj258/ar258094

Einfluſs der Länge und Breite der Probestreifen auf die Ergebnisse der Festigkeitsuntersuchungen von Papier; von A. Martens.

Mit Abbildungen.

In den Mittheilungen aus den Königlichen technischen Versuchsanstalten zu Berlin, 1885 * S. 3 ff. sind von A. Martens die Ergebnisse von Versuchen veröffentlicht, welche in der „Papier-Prüfungsanstalt“ ausgeführt worden sind, um den Einfluſs der Länge und Breite der Probestreifen auf die Festigkeitseigenschaften derselben klarzulegen. Der betreffenden Abhandlung ist folgender Auszug entnommen.

Die Veranlassung zu diesen Untersuchungen entsprang zunächst praktischen Rücksichten: die meisten für die Untersuchung an die Papier-Prüflingsanstalt eingesendeten Papiere entsprachen dem deutschen Normalformat 33cm × 21cm. Man war daher sehr bald gezwungen, von der ursprünglich angenommenen Normallänge von 300mm auf 180mm zurückzugreifen, und es wurde nunmehr nöthig, durch eine eingehende Untersuchung die zwischen den 180mm, 300mm und anderen Streifenlängen bestehenden Beziehungen festzustellen. Die Untersuchungen sind mit einem selbstregistrirenden Reusch'schen Zerreiſsapparat (1880 235 * 414) durchgeführt worden, an welchem verschiedene dem Bedürfnisse entsprechende Verbesserungen angebracht waren. Von diesen sei hier namentlich eine sich wohl auch für andere Zwecke als nützlich erweisende Einspannvorrichtung hervorgehoben, welche hier wiedergegeben ist. Der Papierstreifen wird um die Keileinlage geschlungen und von der Seite her eingeschoben, worauf er nach vorausgegangenem Anziehen mit der Hand sich von selbst festklemmt. Der Probestreifen muſs bei der neuen Klemmvorrichtung sich immer normal einspannen, wenn man das Streifenende so um den Keil legt, daſs die über einander fallenden Papierränder sich genau decken. Da man das Einspannen bequem auſserhalb der Maschine ausführen kann, wird der Streifen beim Einspannen geschont. Die Klemmen sind ferner so construirt, daſs die Keileinlagen schief in den mit Leder ausgefütterten Mäulern liegen, derart, daſs das zu zerreiſsende Papierstück wagerecht und ohne Biegung aus dem Maule heraustritt. Es ist jedoch bei diesen Klemmen von vornherein nöthig, die Keileinlage scharf vorzuschieben, damit die Unrichtigkeit des Diagrammes, welche durch den Vorgang des Festziehens des Keiles immer entsteht, möglichst verringert wird.

Textabbildung Bd. 258, S. 289
Bevor mit den Versuchen selbst begonnen wurde, ist der Apparat eingehend auf seine Fehlerquellen untersucht worden. Als solche sind |290| zu nennen: der Todtgang in den Zahnrädern, welcher bei den Diagrammen mit Be- und Entlastung störend auftreten kann, die Durchbiegung des Widerlagsbockes, die Durchbiegung des Bettes, die zeitliche Federänderung, die Fehler in der Schreib- und Einspannvorrichtung und die Ablesungsfehler. Da die Festigkeitsuntersuchungen auch von der Belastungsgeschwindigkeit abhängen, ist behufs späterer Feststellung dieses Einflusses die Dauer eines jeden Versuches mit aufgezeichnet worden. Lufttemperatur und Feuchtigkeit werden wohl ebenfalls in den Versuchsprotokollen mit vermerkt worden sein.

Die zu den Versuchen verwendeten Papiere waren folgende: Druckpapier von B. Sigismund in Berlin, welches aus 25 Proc. Leinen- und 75 Proc. Baumwollfasern bestehen und einen Aschengehalt von 2 bis 3 Proc. haben sollte; ferner 6 Sorten Urkundenpapier von Gebrüder Ebart in Spechthausen b. Eberswalde, welche aus reinen Lumpen in drei verschiedenen Gewichten 124, 99 und 87g/qm hergestellt sein sollten, wobei von jeder Sorte ein Theil der Probebogen rauh, ein anderer satinirt war. Für diese Papiere sind in der Voruntersuchung folgende Zahlenwerthe gefunden worden:

Tabelle I.

Durchschnitt aus je 5 Versuchen,
wobei Streifenlänge l = 180 mm,
Streifenbreite b = 15 mm
Druck-
papier von
B. Sigis-
mund
Urkundenpapier von Gebr. Ebart, aus reinen Lumpen
Stark Leicht, gerippt Leicht, velin
rauh satinirt rauh satinirt rauh satinirt
Gewicht für 1qm g 89 124 105 99 95 87 89
Dicke mm 0,098 0,195 0,137 0,130 0,103 0,110 0,090
Aschengehalt % 2,5–2,9 1,5 1,25 1,25 1,5 1,75 1,5
Reiſslänge in km1
3,88
2,19
4,75
3,72
4,98
3,72
4,57
3,60
5,07
4,13
4,74
3,85
5,15
4,08
Dehnung in Procent
2,24
2,9
3,1
6,3
3,1
5,1
3,2
5,5
2,3
5,0
2,7
5,3
3,0
5,2
Arbeitsmodul in mk
auf 1g2

0,058
0,043
0,096
0,152
0,103
0,126
0,097
0,132
0,078
0,138
0,085
0,136
0,103
0,142

1 || bezieh. ⊥ bedeutet: Streifen parallel bezieh. senkrecht zum Maschinenlaufe geschnitten.

2 In der Originalabhandlung steht bei Arbeitsmodul als Benennung immer kgm/m, soll aber wohl heiſsen kgm/g, d. i. Kilogrammmeter auf 1g Substanz.

Zur Bestimmung des Einflusses der Länge und Breite der Probestreifen auf die Festigkeitseigenschaften sind weitere 514 Versuche angestellt worden. Da es sich hierbei nur um einen relativen Vergleich der Festigkeit genau gleicher Probestücke verschiedener Länge und Breite handelte, so konnte man sich mit der einfachen Berechnung der Bruchbelastung für die Breiteneinheit p und eine unbestimmte Dicke begnügen und von der etwas zeitraubenderen Bestimmung der Reiſslänge und des Arbeitsmoduls Abstand nehmen: Die Breite b selbst hat keinen ausgesprochenen Einfluſs auf die specifische Bruchbelastung p und auf die Bruchdehnung d; es sei deshalb hier in Tabelle II nur der Einfluſs der Länge l auf die Dehnung mitgetheilt. Die Versuche ergaben auſserdem, daſs sich die

|291|

Tabelle II: l = Streifenlänge, p = Bruchlast in Kilogramm für 1mm Streiefenbreite und δ = Dehnung in Procent der Anfangslänge.

Textabbildung Bd. 258, S. 291
Bemerkung:

Die Dehnungsprocentziffern δn für die Normallänge l = 180mm sind aus graphischen Darstellungen der obigen Mittelwerthe erhalten; pm ist der Mittelwerth von p für alle Streifenlängen.

Der Einfluſs des Satinirens auf die Bruchlast und Dehnung ist durch die am Schlusse jeder Gruppe angegebenen Verhältniſszahlen (bezogen auf den rauhen Zustand = 1) kenntlich gemacht.

|292|

Breitenverminderung höchst wahrscheinlich auf die ganze Streifenlänge gleichmäſsig erstreckt; eine örtliche Einschnürung an der Bruchstelle konnte nicht nachgewiesen werden.

Die specifische Bruchbelastung p scheint für alle benutzten Längen und Breiten unverändert zu bleiben, während die Längendehnung δ in Procent, bezogen auf die Anfangslänge l, mit zunehmender Länge l abnimmt und mit zunehmender Breite zu wachsen scheint.

Daſs die Bruchlast mit der Länge des Streifens etwas abnimmt, ist im Allgemeinen nicht auffallend, da mit der Länge des Streifens die Wahrscheinlichkeit wächst, daſs in derselben eine besonders schwache Stelle enthalten ist. Daſs die Dehnung mit der Länge des Streifens abnimmt, dürfte ebenfalls erklärlich sein, wenn man eine besonders starke örtliche Dehnung an der Bruchstelle selbst voraussetzt. Läſst man diese örtliche Dehnung und den Einfluſs eines unveränderlichen Fehlers gelten, so würde sich die lineare Ausdehnung d aus der gleichmäſsig sich vertheilenden Dehnung αl und der constanten β zusammensetzen und die Diagrammcurve für die Dehnung δ in Procent der Anfangslänge würde eine Hyperbel ergeben nach der Gleichung: .

Ob sich diese örtliche Dehnung erst am Ende des Versuches zeigt, oder ob sie schon von Anfang an ihre Wirkung geltend macht, lieſse sich nach Ansicht des Referenten auch dadurch nachweisen, daſs man die Diagramme auf eine Einheitslänge zurückführen und vergleichen würde; es müſste dann der Kopf des Diagrammes die Abweichungen und damit zugleich das Beginnen dieser örtlichen Dehnung anzeigen.

Die wahrscheinlichen Werthe von α und β könnten aus den obigen Versuchsergebnissen unter Zuhilfenahme der Methode der kleinsten Quadrate ermittelt werden; jedoch dürfte der praktische Werth dieser Arbeit gegenwärtig noch von geringem Belange sein, weil nicht eine hinlänglich groſse Zahl von verschiedenen Papieren in dieser Richtung hin untersucht worden ist.

Aus den Zahlenwerthen selbst geht ferner hervor, daſs man ohne wesentliche Abweichungen von den mit gröſseren Längen erhaltenen Ergebnissen befürchten zu müssen, die Streifenlängen von 180mm als normale Längen annehmen darf (180mm läſst sich auch in der Querrichtung noch aus dem deutschen Reichsformate 21 × 33cm herausschneiden). Für praktische Zwecke sind die Ziffern, welche mit den Normällängen erhalten werden, unmittelbar vergleichbar mit denjenigen, welche mit gröſseren Längen erhalten werden.

Tabelle I läſst auch den Einfluſs der Maschinenlaufrichlung und den des Satinirens auf die Festigkeitseigenschaften u.s.w. erkennen.

Senkrecht zur Laufrichtung des Papieres ist für die vorliegenden Papiere die Reiſslänge im Mittel um 21 Proc. kleiner als die der Streifen, welche parallel zur Laufrichtung herausgeschnitten worden sind; die |293| Dehnung dagegen vermehrt sich um durchschnittlich 88, der Arbeitsmodul um etwa 50 Proc. Constructionsverhältnisse der Papiermaschine, Trocknungsverhältnisse können aber diese Zahlen bedeutend ändern.

Aus der gröſseren Dehnbarkeit senkrecht zur Maschinenrichtung läſst sich bei Papieren, namentlich aber bei Aktendeckeln u.s.w., praktischer Nutzen ziehen, indem man die Bruchlinie des Schreibpapier es oder des Aktendeckels in die Längenrichtung verlegt. Der Bogen wird wegen der gröſseren Dehnbarkeit in der Querrichtung nunmehr ein viel öfteres Hin- und Herbiegen vertragen, als wenn die Bruchlinie in der Richtung senkrecht zum Maschinenlaufe liegt.

Durch das Satiniren wurde eine Verminderung der Dicke um durchschnittlich 23 Proc. hervorgerufen, zugleich auch eine mittlere Verminderung des Gewichtes für das Quadratmeter um 6,7 Proc., also eine Vergröſserung der Fläche des Bogens erzeugt. Die Verlängerung des Bogens wird jedenfalls hauptsächlich nach der beim Satiniren inne gehaltenen Laufrichtung eintreten. Die Reiſslänge hat in Folge des Satinirens durchschnittlich um 8 Proc. zugenommen. Die Bruchbelastung auf die Breiteneinheit ist daher, da die Gewichtsverminderung der Flächeneinheit ungefähr 7 Proc. beträgt, nahezu dieselbe geblieben. Die Dehnungsfähigkeit hat durch das Satiniren etwas abgenommen und auch der Arbeitsmodul scheint nur wenig verändert zu sein.

Ueber den Einfluſs des Satinirens, namentlich auch über die Beantwortung der Frage, in welcher Richtung man das Papier beim Kalandern durch die Walzen laufen lassen soll, sind von der Papier-Prüfungsanstalt erschöpfendere Untersuchungen in Aussicht gestellt.

Bezüglich der Papiereintheilung (vgl. 1881 241 105. 358. 1882 246 441) sei noch angegeben, daſs in der vorgenannten Anstalt die Papiere in folgende Gruppen geordnet werden:

I) Papiere, welche nur Hanf- und Leinenfasern mit geringem Zusätze von Baumwollfasern enthalten und deren Aschengehalt nicht höher als 2,5 Proc. ist.

II) Papiere, welche nur Hanf-, Leinen- und Baumwollfasern mit geringem Zusätze von Zellstoff enthalten und deren Aschengehalt nicht höher als 3 Proc. ist.

III) Papiere von beliebiger Zusammensetzung, jedoch ohne Zusatz von Holzschliff und mit nicht mehr als 15 Proc. Asche.

IV) Papiere von beliebiger Stoffzusammensetzung und mit beliebigem Aschengehalte.

Innerhalb dieser Stoffgruppen sind alsdann einzelne Klassen gebildet, welche nach den Mitteln aus den Reiſslängen in der Richtung des Maschinenlaufes und senkrecht dazu geordnet werden. Hierbei sind noch die Werthe der Dehnungen (ebenfalls als Mittelwerthe berechnet) und die Werthe für den Widerstand gegen Zerknittern hinzugefügt, welche erfahrungsmäſsig |294| den übergeschriebenen Reiſslängen am besten entsprechen. Die einzelnen Klassen sind folgendermaſsen gebildet:

1 2 3 4 5 6
Reiſslänge nicht weniger als m 6000 5000 4000 3000 2000 1000
Dehnung nicht weniger als % 4,5 4 3 2,5 2 1,5
Widerstand gegen Zerknittern nicht
weniger als

Nr.

6

6

5

4

3

2

Hierbei sind den für den Widerstand gegen Zerknittern eingesetzten Zahlen folgende Bedeutungen zu Grunde zu legen: 0 = auſserordentlich gering, 3 = mittelmäſsig, 7 = auſserordentlich groſs.

E. M.

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