Grundlagen für die Reibungsmessung an Garnen und Zwirnen PDF
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FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 1536 Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Pranz Meyers von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt DK 531.43.001.4:677.061+677.062 Prof. Dr.-Ing. Walther Wegener Dipl.-Ing. Bernhard Schuler Institut für Textiltechnik der Rhein.-WestJ. Techn. Hochschule Aachen Grundlagen für die Reibungsmessung an Garnen und Zwirnen WESTDEUTSCHER VERLAG KÖLN UND OPLADEN 1965 ISBN 978-3-663-06331-5 ISBN 978-3-663-07244-7 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-07244-7 Verlags-Nr. 011536 © 1965 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen Gesamtherstellung : Westdeutscher Verlag Inhalt 1. Einleitung ..................................................... 7 2. Versuchs gerät für die Messung der Reibungskoeffizienten. . . . . . . . . . . . . 8 3. Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten ........... 9 3.1 Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten bei bewegtem Faden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2 Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten bei stillstehendem Faden (statischer Reibungskoeffizient) 10 3.2.1 Das Eichen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3 Versuchsdurchführung und -auswertung ...................... 13 4. Die Abhängigkeit der Reibungskoeffizienten von verschiedenen Einflüssen 14 4.1 Einfluß der Versuchsbedingungen ........................... . 14 4.1.1 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Faden- geschwindigkeit .......................................... . 14 4.1.2 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit vom Umschlingungs- winkel .. . .. . . . .. ... . ... . ... . .. . ... ... ... . .. . .. . . .. . ... . ... 16 4.1.3 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der vor dem Reibkörper angreifenden Kraft SI ............................ 18 4.2 Der Einfluß des Reibkörpers auf die Reibungskoeffizienten. . . . . .. 19 4.2.1 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit vom Reibkörper- durchmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19 4.2.2 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Oberflächen rauhigkeit der Reibkörper ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 4.2.3 Die Reibungskoeffizienten bei verschiedenen Härten des Reibkörpers 26 4.2.4 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Reibkörper- temperatur ................................................ 29 4.3 Der Einfluß des Prüfmaterials auf die Reibungskoeffizienten ..... 31 4.3.1 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Garn- und der Zwirndrehung . .... ... . . ... . ... . ... . ... . .. . ... . ... . ... ... .. 31 4.3.2 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Garnnummer . 37 4.3.3 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Avivagemenge 37 4.3.4 Die Reibungskoeffizienten geschlichteter Fäden. . . . . . . . . . . . . . . .. 39 5 4.4 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit vom Prüfklima ...... 41 4.4.1 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Raumtemperatur 41 4.4.2 Die Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit ........................................... 42 5. Die Veränderung der Reibungskoeffizienten zu Beginn eines jeden Einzelversuches .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43 5.1 Der Versuchsaufbau ........................................ 43 5.2 Die Versuchsdurchführung .................................. 44 5.3 Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44 6. Die Bestimmung der Ablagerungen auf dem Reibkärper ............. 47 6.1 Die Versuchs durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47 6.2 Versuchsergebnisse ... " . " ............... " . . . . . .. . .. . .. . .. 47 7. Der Feuchtigkeitsverlust der Fäden beim Reibvorgang . . . . . . . . . . . . . .. 49 8. Die Reibung von Fäden ......................................... 52 9. Zusammenfassung............................................... 53 Literaturverzeichnis ................................................ 55 6 1. Einleitung Bei der Verarbeitung von Textilien tritt oft Reibung auf. Die Reibung kann sowohl zwischen den Textilmaterialien als auch zwischen dem Textilmaterial und den aus Metall, Porzellan oder Sinter keramik hergestellten Führungsorganen erfolgen. Bedingt durch die Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit [1] kommt dem Reibungsverhalten in den letzten Jahren eine besondere Bedeutung zu. Die Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit ist bei den fadenverarbeitenden Maschinen besonders augenfällig, und bei diesen können die Fadenführung und die Faden bremsung beträchtliche Schwierigkeiten bereiten. Bei der Bewegung zweier sich berührender Körper ergibt sich an der Berührungs fläche ein bewegungshemmender Widerstand, die Reibungskraft. Die Höhe der Reibungskraft hängt u. a. von der Art der Reibung ab. Es ist zwischen einer Fest körperreibung, einer Flüssigkeitsreibung und einer Mischreibung zu unter scheiden [2, 3]. In der vorliegenden Arbeit wird hauptsächlich das Reibungsverhalten von Garnen und Zwirnen behandelt, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten über einen Reibkörper aus nichttextilen Stoffen geführt werden. Daneben kamen Versuche, bei denen die Relativgeschwindigkeit der Fäden gegenüber dem Reibkörper an- [r:] nähernd 0 betrug, zur Durchführung. Die bei diesen Bedingungen er mittelten Reibungskoeffizienten werden im folgenden als statische Reibungs koeffizienten bezeichnet. Dadurch soll zum Ausdruck gebracht werden, daß der Faden ruht und der Reibkörper mit einer sehr geringen Geschwindigkeit [:~]) ( v = 0,028 bewegt wird. 7 2. Versuchsgerät für die Messung der Reibungskoeffizienten (Abb.1) Die Messung der Reibungskoeffizienten wurde mit dem F-Meter R 1082 T der Firma Rothschild, Zürich, durchgeführt. Es wird mit diesem Gerät die vor dem kreiszylindrisch ausgebildeten Reibkörper angreifende Kraft SI und die hinter Abb. 1 F-Meter R 1082 T der Firma Rothschild, Zürich diesem Reibkörper vorhandene Kraft S2 bestimmt. Die automatische Auswert einrichtung dieses Gerätes für die Bestimmung der Reibungskoeffizienten beruht auf dem Gesetz für Festkörperreibung, das - auf die Reibung eines Fadens an einem kreiszylindrischen Körper angewendet - zu der Eytelweinschen Gleichung 1 [J. = - (ln S2 -ln SI) (1) cx führt. Hierin bedeuten: [J. = Reibungskoeffizient cx = Umschlingungswinkel SI = Vor dem Reibkörper angreifende Kraft S2 = Hinter dem Reibkörper vorhandene Kraft Der Aufbau des Gerätes wurde in den Veröffentlichungen [2] und [4] beschrieben. In der Veröffentlichung [2] wird der Nachweis geführt, daß die nach diesem Prinzip ermittelten Reibungskoeffizienten einen Mittelwert der am Reibkörper auf tretenden, unter Umständen örtlich verschiedenen Reibungskoeffizienten darstellen. 8 3. Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten 3.1 Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten bei bewegtem Faden In der Abb. 2 ist der Versuchsaufbau schematisch dargestellt. Der Faden Fa wird von der Krone Kr über eine Fadenbremse Br nach dem Abzugswalzenpaar Aw geführt, läuft von dort nach einer Umlenkrolle U 1 und passiert dann eine Be lastungsrolle Be. Anschließend gelangt er zum Meßkopf MI (Messen der Kraft SI), umschlingt den fest angeordneten Reibkärper Re und läuft zum Meßkopf M2 (Messen der Kraft S2). Darauf kommt der Faden nochmals zum Abzugswalzen paar Aw zurück und wird schließlich mittels einer Weife We aufgewunden. Die Belastungsrolle Be dient zum Spannungsausgleich des mit gewissen Spannungs schwankungen vom Aufmachungskärper ablaufenden Fadens. Weitere Einzel heiten, wie beispielsweise das Eichen, sind in der Veräffentlichung [2] beschrieben. Abb. 2 Schema der Fadenführung bei der Bestimmung der Reibungskoeffizienten am bewegten Faden Kr = Krone mit Prüfgerät MI = Meßkopf für SI Br = Fadenbremse Re = Reibkörper Aw = Abzugswalzenpaar M2 = Meßkopf für S2 Ul Umlenkrolle 1 Fa = Faden Be = Belastungsrolle mit Gewicht U2 = Umlenkrolle 2 We = Weife mit Krone 9 3.2 Versuchsaufbau für die Messung der Reibungskoeffizienten bei stillstehendem Faden (statischer Reibungskoeffizient) Da sich bei sehr kleinen Fadengeschwindigkeiten der Faden ruckweise in den Meßköpfen weiterbewegt, würden, wenn der Versuchsaufbau nach Absatz 3.1 auch für die Bestimmung des statischen Reibungskoeffizienten beibehalten bliebe, an den Meßköpfen zeitlich nicht zusammengehörige Meßwerte aufgenommen werden. Dieser Umstand gäbe zu einem Fehler bei der Ermittlung des Reibungs koeffizienten Anlaß. Es ist deshalb für die Bestimmung des statischen Reibungs koeffizienten eine andere Meßanordnung zu verwenden. Diese Meßanordnung ist so zu gestalten, daß die Ergebnisse für beide Arten des Versuchsaufbaues mit einander verglichen werden können. Es kommt also darauf an, den statischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Reibkörpern und nach den gleichen Aus wertungsmethoden zu bestimmen wie bei den Versuchen mit einem bewegten Faden. Die in der Abb. 3 dargestellte Meßanordnung entspricht dieser Forderung. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Versuchsaufbau ist nunmehr der Reib körper drehbar angeordnet. Der Antrieb des Reibkörpers erfolgt durch einen Elektromotor über ein Reibradgetriebe mittels eines Seiltriebes. Die Übersetzung I I I I I I I I i I I i Sn,...j St I I---Fa I. &I . . 1 I r'-t"- '-"""'"'{ ßs g Abb.3 Versuchsaufbau zur Ermittlung der statischen Reibungskoeffizienten Sn = gespannte Schnur St = Stativ SI = Vor dem Reibkörper Re = Reibkörper angreifende Kraft S2 Hinter dem Reibkörper Sg = Spanngewicht vorhandene Kraft Bg = Belastungsgewicht M Meßkopf Fa = Faden 10 ist so gewählt, daß sich ein Punkt am Umfang des Reibkörpers in einer Stunde um 10 [ern], d.h. in einer Sekunde um 0,028 [mm] weiter bewegt. Diese Geschwindigkeit läßt sich durch Verschieben des Reibrades auf dem Planrad des Reibradgetriebes für den jeweils verwendeten Reibkörperdurchmesser erzielen. Der Faden Fa umschlingt den Reibkörper Re in der aus der Abb. 3 ersichtlichen Weise. Das eine Ende des Fadens wird mit einem Gewicht Bg von der Größe SI belastet; das andere Ende wird an dem Meßstift eines Meßkopfes M befestigt. Es ist darauf zu achten, -daß der Befestigungspunkt des Fadens stets an derselben Stelle des Meß stiftes liegt, da sonst Meßfehler auftreten würden, die auf den unterschiedlich langen Hebelarm für die Kraftübertragung auf den Meßkondensator zurück zuführen wären (Abb. 4b). ' 67 _._ ; _.L --:$--'-"r--1": Fa . a t---- Abb. 4 Darstellung der Fadenführung am Meß S F. . s kopf bei a) der Bestimmung der Fadenkraft bei j~D-nl hohen Fadengeschwindigkeiten, b) der Bestimmung der Fadenkraft bei \l)[J7 Stillstand des Fadens Fa = Faden S = Fadenkraft Ms = Meßstift b Für die Meßwerterstellung fanden wieder das F-Meter R 1082 T der Firma Roth schild, Zürich, und ein Meßkopf dieses Gerätes Verwendung. Der Analogteil zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten nach der Eytelweinschen Beziehung [GI. (1)] wurde am Funktionsschalter des Gerätes abgeschaltet. Der Meßkopf fand direkt zur Kraftmessung Verwendung. Er ist eigentlich nur zur Messung der Fadenzugkraft für einen schnell bewegten Faden gedacht. Die Fadenführung erfolgt dann nach der in der Abb.4a dargestellten Weise. Aus der Abb.4b ist jedoch zu ersehen, daß der Meßkopf auch zur Bestimmung des statischen Reibungskoeffizienten benutzt werden kann, wenn eine entsprechende Belastung vorgesehen wird. Eine Überprüfung ergab, daß bei dieser Belastungsart die Anzeige ebenfalls der Belastung proportional ist. Dies ist auf die fast weglose Messung der Kraft zurückzuführen. Das an dem einen Ende des Fadens Fa wirk same Belastungsgewicht Bg von der Größe Si ist als längliche Platte ausgebildet. Eine entsprechend angebrachte Schnur Sn verhindert ein Drehen des Belastungs gewichtes (Abb. 3). 11
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