Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE 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).
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