Die Vorrichtung zum Aufzeichnen der Bruchlast und Dehnung besteht
aus dem Zeichenstift _C_ und der Zeichenwalze _B_. Letztere ist auf
die Zugstange des Wagens _A_ drehbar aufgesteckt und durch zwei
Kegelräder und Stahlbändchen mit dem Gestell derart verbunden, daß
jede Verschiebung des Wagens _A_ eine Drehung der Zeichenwalze _B_
herbeiführt.
Zum Antrieb dient ein im Gestell gelagertes Handrad, welches beim
Drehen unter Vermittelung einer Schraube eine Schraubenfeder spannt.
Die Federspannung wird durch die Achse der Zeichenwalze _B_ auf den
Wagen _A_ und somit auf den eingespannten Probestreifen übertragen.
Der Zeichenstift _C_ wird dabei, der Federspannung entsprechend, in
der Richtung der Achse der Zeichenwalze verschoben; gleichzeitig folgt
der Wagen _A_ dem Zuge der Feder um soviel, als der Probestreifen
sich bis zum Bruche dehnt. Diese Verschiebung des Wagens _A_ hat eine
Drehung der Zeichenwalze _B_ zur Folge, so daß eine Kurve aufgezeichnet
wird, deren Ordinate der Festigkeit und deren Abscisse der Dehnung des
Probestreifens entspricht.
[Illustration: Fig. 17.]
Die Zeichenwalze _B_ ist verstellbar eingerichtet, so daß es möglich
ist, mehrere Schaulinien nebeneinander zu zeichnen.
Nach dem Bruch des Probestreifens hindern zwei Sperrklinken das
Zurückschnellen der Feder. Bei geringer Spannung kann die Auslösung
der Feder mit der Hand geschehen, indem man den Wagen _A_ soweit nach
rechts zieht, daß die Sperrklinken aufgehoben und nach links umgelegt
werden können; hierauf läßt man den Wagen nach links gleiten, bis die
Feder in ihre Ruhelage gekommen ist. Bei größerer Spannung dagegen
muß die Auslösung mit Hilfe der Schraubenmutter und des Handrades
vollführt werden. Der Wagen wird mittels der angebrachten Haken mit dem
Gestell verbunden, dann werden die Sperrklinken nach dem Drehen des
Handrades nach links gelegt, und die Feder wird durch Rückwärtsdrehen
des Handrades in ihre Ruhelage gebracht.
Das Ausmessen der gezeichneten Linien geschieht in folgender Weise.
Auf einer Glasplatte (Fig. 17) befinden sich zwei parallele Linien _d_
und _e_ und eine hierzu senkrechte _oc_; der Kraftmaßstab ist entlang
dieser Senkrechten und der Dehnungsmaßstab entlang der unteren Linie
_e_ angebracht; beide Maßstäbe haben den Nullpunkt gemeinschaftlich bei
_o_. Man legt die Glasplatte mit der geteilten Seite derart auf die
Schaulinien, daß sich die Abscisse _AA_{1}_ (Nulllinie) zwischen den
Linien _de_ befindet. Nunmehr bringt man ein Lineal _F_ an die untere
Kante dieser Glasplatte, hält das Lineal fest und verschiebt die Platte
an letzterem soweit, bis die Senkrechte _oc_ die Bruchstelle bei _B_
schneidet. In dieser Stellung der Glasplatte liest man die Bruchlast
bei _B_ und die Dehnung am Prozentmaßstab ab. Da alle Schaulinien eine
gemeinschaftliche Nulllinie haben, so kann man die Glasplatte, indem
man sie ohne weiteres dem Lineal entlang verschiebt, über jede einzelne
Schaulinie bringen und die Werte ablesen. (Die Teilungen sind auf der
unteren, dem Papier zugekehrten Seite der Glasplatte eingraviert, man
liest deshalb die Werte ohne parallaktischen Fehler ab.)
Jedem Prüfer werden zwei Schraubenfedern von 10 und 20 kg höchster
Kraftleistung beigegeben.
[14] Er wurde indessen eingehend beschrieben, weil er wohl noch
an manchen Stellen, namentlich zur Ausführung wissenschaftlicher
Prüfungen, in Gebrauch ist; ferner hat er geschichtliche
Bedeutung, denn +Hartig+ und +Hoyer+ haben ihn bei ihren
grundlegenden Arbeiten über die Einteilung der Papiere nach
Reißlänge und Dehnung benützt.
Berechnung der Reisslänge.
Während die beim Zerreißen von Papier gefundene Bruchdehnung
unmittelbar zur Beurteilung herangezogen werden kann, ist dies bei
der Bruchlast ausgeschlossen, da sie mit der Breite und Dicke des
Probestreifens wechselt. Eine Verteilung der Bruchlast auf den
Querschnitt würde mit großen Fehlern behaftet sein.
Man hat deshalb, um von dem Einfluß der Breite und Dicke des
Streifens unabhängig zu werden, nach +Hartigs+ Vorschlag den von
+Reuleaux+ geschaffenen Begriff der +Reißlänge+ eingeführt.
Man versteht unter Reißlänge diejenige Länge eines Papierstreifens von
beliebiger (aber gleichbleibender) Breite und Dicke, bei welcher er,
an einem Ende aufgehängt gedacht, infolge seines eigenen Gewichtes am
Aufhängepunkt abreißen würde. Diese Länge kann aus der ermittelten
Bruchlast abgeleitet werden. Ist z. B. _G_ das Gewicht eines 0,18
m langen Streifens in g, welcher bei einer Belastung von _K_ kg
zerreißt, so muß berechnet werden, wie lang der Streifen sein muß,
um _K_ kg schwer zu sein; d. h. wenn man diese gesuchte Länge mit _x_
bezeichnet:
0,18 _x_ 0,18
------ = ---- oder _x_ = ------ · _K_.
_G_ _K_ _G_
Die schließliche Angabe der Reißlänge erfolgt dann meist in m, während
die Berechnung der kleineren Zahlen wegen in km erfolgt.
Aus dieser +Hartig+schen Formel ist ohne weiteres ersichtlich, daß die
Breite des Streifens keinen Einfluß auf die Reißlänge ausüben kann;
bei Verdoppelung der Breite würde z. B. zwar eine Verdoppelung von
_K_ eintreten, aber auch gleichzeitig eine solche von _G_, so daß das
Verhältnis wieder dasselbe wäre.
Die +Hoyer+sche Formel zur Berechnung der Reißlänge lautet:
R = (_p_ / _g b_) 1000 m.
(_R_ = Reißlänge in Metern, _p_ = Bruchlast in Grammen, _b_ = Breite
des zerrissenen Streifens in Millimetern, _g_ = Gewicht eines
Quadratmeters des untersuchten Papiers). Diese Formel zu benützen, wird
sich besonders in Fabriken empfehlen, da hier das Quadratmetergewicht
bekannt ist; man kann dann das Auswiegen der Streifen sparen.
Der weiteren Besprechung über die Berechnung der Reißlänge mögen die
bei Prüfung eines Normalpapiers 3a ermittelten Werte zu Grunde gelegt
werden.
+Versuchs-Ergebnisse.+
===================================================================
Maschinenrichtung
---------+---------------------------------------------------------
| | | Gewicht der
| | | fünf Streifen
| | +-------------+-----------
Streifen | Bruchbelastung | Bruchdehnung | lufttrocken | bei 100° C
aus dem | | | | getrocknet
Bogen | | | |
| | | |
Nr. | kg | % | g | g
=========+================+==============+=============+===========
1 | 7,46 | 2,4 | |
2 | 6,84 | 2,3 | |
3 | 7,38 | 2,4 | |
4 | 6,49 | 2,4 | |
5 | 6,31 | 2,5 | |
---------+----------------+--------------+-------------+-----------
Summe | 34,48 | 12,0 | 1,220 | 1,128
---------+----------------+--------------+-------------+-----------
Mittel | 6,90 | 2,4 | | 0,226
===================================================================
Querrichtung
---------+----------------+--------------+-------------------------
| | | Gewicht der
| | | fünf Streifen
| | +-------------+-----------
Streifen | Bruchbelastung | Bruchdehnung | lufttrocken | bei 100° C
aus dem | | | | getrocknet
Bogen | | | |
| | | |
Nr. | kg | % | g | g
=========+================+==============+=============+===========
1 | 3,85 | 5,4 | |
2 | 3,80 | 5,3 | |
3 | 4,04 | 4,5 | |
4 | 4,20 | 5,0 | |
5 | 3,97 | 5,1 | |
---------+----------------+--------------+-------------+-----------
Summe | 19,86 | 25,3 | 1,233 | 1,140
---------+----------------+--------------+-------------+-----------
Mittel | 3,97 | 5,1 | | 0,228
Aus dem Unterschied in dem Gewicht der Streifen bei Zimmerwärme und bei
100° C. getrocknet ergibt sich zunächst für das Papier ein mittlerer
Feuchtigkeitsgehalt von 7,5%.
Nach der oben angeführten Formel für die Reißlänge ergibt sich ferner
für die Maschinenrichtung eine Reißlänge von rund 5,5 km = 5500 m, für
die Querrichtung eine solche von 3,15 km = 3150 m, im Mittel also 4325
m.
Als mittlere Bruchdehnung ergibt sich ohne weiteres 3,8%.
Auf Grund dieser Mittelwerte[15] würde die Einreihung des Papiers in
eine der sechs Festigkeitsklassen erfolgen.
Den Bruch: Länge durch Gewicht des Streifens, mit welchem man, wie oben
gezeigt, die durch den Versuch gefundene Bruchbelastung multiplizieren
muß, um die Reißlänge zu erhalten, nennt man die +Feinheitsnummer+
des Papiers. Da sich diese bei gleicher Länge der Probestreifen für
unsere gewöhnlichen Schreib- und Druckpapiere innerhalb gewisser
Grenzen bewegt, so ist eine Tabelle aufgestellt worden, welche bei
einer Streifenlänge von 0,18 m für die am meisten vorkommenden Gewichte
(0,100 bis 0,419 g) die direkte Ablesung der Feinheitsnummer gestattet.
Mit Hilfe der Tabelle vereinfacht sich die Berechnung der Reißlänge
bedeutend, indem man nur die unter dem Werte für das mittlere
Trockengewicht der geprüften fünf Streifen stehende Zahl mit der
mittleren Bruchbelastung in kg und mit 1000 zu multiplizieren hat, um
die Reißlänge in Metern zu erhalten.
Auf die Berechnung des Arbeitsmoduls, der den Begriff der Reißlänge
und Dehnung in sich vereinigt, indem er den Arbeitsaufwand und zwar
in Meterkilogramm darstellt, bezogen auf einen Streifen von 1 m Länge
und 1 g Gewicht, soll nicht eingegangen werden, da von der Einreihung
des Arbeitsmoduls in die für die Normalpapiere aufgestellten Tabellen
Abstand genommen ist.[16] Wer sich eingehender hierüber unterrichten
will, findet nähere Angaben in der Originalarbeit von Prof. +Hartig+ in
Dresden (Papier-Zeitung 1881).
[15] Die von verschiedenen Seiten aufgestellte Forderung, für die
Einteilung der Papiere nicht nur die Mittelwerte vorzuschreiben,
sondern auch für das Verhältnis der Querfestigkeit zur
Längsfestigkeit Bestimmungen zu treffen, wird man auf die Dauer
nicht von der Hand weisen können.
[16] Vergl. a. +Hoyer+, Entstehung und Bedeutung der Papiernormalien.
1888. S. 13.