Festigkeitseigenschaften einiger Treibriemenmaterialien. Von Professor P. Stephan in Altona. (Schluß von S. 22 d. Bd.) STEPHAN: Festigkeitseigenschaften einiger Treibriemenmaterialien. 3. Die gewebten Riemen. Material der gewebten Riemen ist Baumwolle oder Kamelhaar, das allerdings häufig mit Wolle anderer Herkunft gemischt wird. Die gesponnenen Fäden werden zu mehreren miteinander verzwirnt, und diese Zwirne werden dann auf dem Maschinenwebstuhl zu Riemen verwebt. Textabbildung Bd. 331, S. 43 Abb. 7.Gebräuchliche Bindung gewebter Riemen Längsdurchschnitte durch das am häufigsten vorkommende Gewebe von Riemen mittlerer Breite und Stärke zeigen die schematischen Abb. 7. Meistens werden beim Weben je zwei nebeneinander liegende Kettenfäden gleichzeitig angehoben und gesenkt, so daß die in den Abb. 7b und c einfach gezeichneten Fäden tatsächlich doppelt hintereinander liegen. Um den Riemen gut zusammenzuhalten, ist dann ein Zusammenfassen aller in derselben Ebene übereinander gelegener Schußfäden nötig, was nach den Abb. 7a und d durch nur einfach vorhandene Kettenfäden erfolgt, die von einem zweiten Kettenbaum des Webstuhles abrollen. Für die Uebertragung der auf den Riemen wirkenden Zugkräfte kommen naturgemäß nur die flach gewellten Fäden der Abb. 7b und c in Betracht. Textabbildung Bd. 331, S. 43 Abb. 8.Bindung starker gewebter Riemen Schwächere Riemen zeigen nur drei und bisweilen auch nur zwei Schußfäden übereinander, die immer wesentlich stärker sind als die Kettenfäden; dicke Riemen haben entsprechend mehr Schußfäden in einer Querreihe. Bei den ganz starken Riemen über 10 bis 12 mm Stärke ist die Bindung gewöhnlich die in den Abb. 8a bis 8d dargestellte. Es sind auch wieder je zwei Kettenfäden zuerst nach Skizze Abb. 8b von den Schußfäden durchzogen, dann umgekehrt nach Skizze Abb. 8c; die Zusammenfassung geschieht nun aber nach den Abb. 8a und 8d. Die Folge ist, daß hier auch diese Querbindefäden zum guten Teil an der Uebertragung der Zugkraft mitwirken. Nach Versuchen des Verfassers übernimmt jeder der stark gewellten Kettenfäden halb so viel Kraft wie jeder der anderen flach gewellten von gleicher Stärke. Die fertigen Riemen werden durch Walzen etwas vorgespannt und gleichzeitig zusammengepreßt, und zwar die dünneren recht erheblich, während die dickeren nur leicht gedrückt werden, damit die Biegungsspannung auf der Riemenscheibe nicht zu groß wird. Zum Schluß wird das Gewebe noch imprägniert, d.h. die Baumwollriemen werden mit Leinöl gründlich durchtränkt, auf die Kamelhaarriemen wird eine gewöhnlich rot oder dunkelbraun gefärbte Leimlösung äußerlich aufgetragen. Manchmal werden die Kanten der letzteren durch Auftragen einer dickeren Leimschicht noch besonders gehärtet. Textabbildung Bd. 331, S. 43 Abb. 9.Schwacher Baumwollriemen Ein typisches Abbild der Ergebnisse eines Zug- und Dehnungsversuchs von langer Dauer an einem Baumwollriemen gibt Abb. 9 wieder. Als Abszissen sind die Dehnungen in v. H. und als Ordinaten die Spannungen in kg/cm2 aufgetragen. Die oberste Linie verbindet die Augenblickswerte der Spannungen, die zweite die nach drei Minuten beobachteten, die dritte Linie die nach vier Stunden festgestellten und die unterste die nach sechs Jahren bei der betreffenden Dehnung noch herrschenden Spannungen oder umgekehrt die Spannungen, die nach sechsjähriger gleichbleibender Beanspruchung die zugehörigen Dehnungen hervorgerufen. Es ergab sich durchweg, daß bei gewebten Riemen der Spannungsabfall mit der Zeit wesentlich größer ist als bei Lederriemen. Man kann den Zusammenhang zwischen Zeiten und Spannungen bei gleichbleibender Dehnung durch eine Hyperbel darstellen, deren Ordinaten (Spannungen) in einer arithmetischen Reihe fallen, während die Abszissen (Zeiten) in einer geometrischen Reihe mit dem Exponenten 1,8 zunehmen. Gleichen Spannungsabfall erreicht man in den Zeiten zwischen 3 Minuten, 4 Stunden, 18 Tagen, 6 Jahren. Textabbildung Bd. 331, S. 44 Abb. 10.Starker Baumwollriemen Aus der Abb. 9 ist zu ersehen, daß sich die Belastungskurve bei kurzen Zeiten aus zwei geradlinigen Stücken zusammensetzt. Im ersten Teil findet die Dehnung statt, ohne daß sich das Gewebe irgendwie lockert; bei etwa 7½ v. H. Dehnung fängt eine gewisse Lockerung an, die sich bald durch schmale Querspalte äußerlich kenntlich macht, wobei die in Abb. 7b schräg liegenden Teile der Kette sich flacher strecken. Für die sechsjährige Beanspruchungsdauer besteht der erste Teil des Linienzuges aus einer einzigen Geraden; wo sich an die gerade Strecke der gekrümmte Teil ansetzt, liegt die Streckgrenze des Baumwollfadens, die bei der Verwendung in der Praxis nicht überschritten werden darf. Sie wird nach einer Dehnung von 12 bis 15 v. H. erreicht, wenn der Riemen nicht erheblich vorgestreckt ist, bei gut vorgestreckten Riemen liegt die Grenze bei 8 bis 10 v. H. Dehnung. Die sechs Jahre hindurch zulässige Beanspruchung beträgt bei diesen besonders dichten Riemen [γ = 1,16 g/cm3] aus Baumwolle bester Qualität 49 at, bei weniger dichten Riemen [γ = 1,06 g/cm3] aus ungefähr gleichem Material 36 bis 37 at; bei Baumwolle der meist gebräuchlichen Qualität und mittlerer Dichtigkeit des Gewebes [γ = 1,07 – 1,10 g/cm3] erhielt Verfasser σS = 32 – 33 at. Man bemerkt, daß die Festigkeit der Riemen in einem gewissen Grade von der inneren Reibung der Fäden aneinander beeinflußt wird. Im allgemeinen pflegt sich die Fabrikation durch Wahl des Materials, der Riemenstärke und der Teilung, in der sich die gleichliegenden Fäden nach Abb. 7 wiederholen, – 2,5 bis 3,3 mm – so einzurichten, daß bei der Streckgrenze nach dreiminutlicher Beanspruchung die Festigkeit 180 kg/cm2 gemessen wird. Die Dehnungsziffer beträgt im Mittel in der Nähe der Streckgrenze etwa 1 : 12000, sie schwankt zwischen 1 : 10000 bis 1 : 14000 cm2/kg. Die Abb. 10 zeigt die gleichen Belastungskurven eines 13 mm starken, lose gewebten Riemens (γ = 0,96 g/cm3 trotz eines dünnen Kupferdrahtes im Schußgarn), dessen Längsschnitte die Abb. 8 wiedergab. Wie man sofort erkennt, war der Riemen nicht vorgedehnt. Erst bei einer Dehnung von etwa 10 v. H. gehen die Kurven in gerade Linien über; nach 20 v. H. Gesamtdehnung (σS = 32 at bei sechsjähriger Beanspruchung) ist die Unstetigkeitsstelle erreicht, bei der das Gewebe stark auseinandergeht, jedoch steigt die Spannung noch bis zu der Gesamtdehnung 28 v. H. (σS = 44 at bei sechsjähriger Beanspruchung), der Riß erfolgt erst bei 33 v. H. Dehnung. Vor dem ersten Unstetigkeitspunkt hat die Dehnungsziffer den Wert 1 : 5150 cm2/kg. Die einzelnen Baumwollfäden, aus denen sich die Zwirngarne zusammensetzen, haben bei den mittleren und geringen Riemenstärken in der Kette meist 0,1 mm Stärke. Aus den obigen Feststellungen ergibt sich dann, daß ein solcher mit Leinöl getränkter Baumwollfaden an der Streckgrenze eine Zugkraft von 46 g aufzunehmen vermag und bei besonders guter Qualität der verwendeten Baumwolle sogar 57 g. Belastungskurven eines Kamelhaarriemens gibt die Abb. 11 wieder, es gelten dafür alle Bemerkungen zu der Abb. 9. Die Kurven setzen sich, bis die Streckgrenze erreicht wird, aus drei geradlinigen Stücken zusammen. Bei einer Dehnung von im Mittel 6,5 v. H. fängt das Gewebe an sich zu lockern; die Streckgrenze wird je nach der Größe der Vorstreckung des Riemens bei im Mittel 17,5 oder 33 v. H. Dehnung erreicht. Textabbildung Bd. 331, S. 44 Abb. 11.Kamelhaarriemen Die sechs Jahre hindurch zulässige Anspannung des Riemens schwankt naturgemäß je nach der Qualität des den Zug übertragenden Kamelhaargarnes und der Dichtigkeit des Gewebes zwischen 22 bis 50 kg/cm2; ein häufiger Mittelwert ist 37 kg/cm2. Die Teilung, in der sich auf der Riemenbreite dieselben Fäden wiederholen, wechselt zwischen 2,85 und 3,3 mm. Die kleinere Teilung findet sich meist bei den geringeren Qualitäten, die größere bei den besseren, so daß als Festigkeitswert an der Streckgrenze bei dreiminutlicher Beanspruchung vielfach 150 kg/cm2 gefunden wird, oft steigt dieser Wert allerdings auch auf 180 kg/cm2. Die Dehnungsziffer unterliegt ziemlich bedeutenden Schwankungen. Sie beträgt auf dem ersten Teil der Belastungskurve vor Eintritt der Gewebelockerung im Mittel 1 : 3000 cm2/kg, dahinter liegt sie zwischen 1 : 2500 bis 1 : 6000 cm2/kg. Bei gleichbleibender Beanspruchung wird die Streckgrenze des Kamelhaarfadens von 0,2 mm Stärke in sechs Jahren erreicht unter der Belastung 66 g bei der Marke Prima lose gesponnen, 84 „ „ „ „ Prima fest gesponnen, 104 „ „ „ „ Extraprima fest gesponnen, 164 „ „ „ „ „Monopol„ fest gesponnen. Allerdings ist zu bemerken, daß die Bezeichnungen, für die keine einheitliche Norm festgesetzt ist, etwas durcheinander gehen, so daß die genannten Zahlen für die Marke Prima auch schon Qualitätsunterschiede enthalten. Was einige Firmen schon als „Extraprima“ kennzeichnen, ist bei anderen erst „Prima“. Die beste Qualität hat überall irgend einen Phantasienamen wie den oben aufgeführten. 4. Die Tuchriemen. Das Grundmaterial der Tuchriemen ist ein ziemlich dichtes einfaches Baumwollgewebe von im Mittel 1,0 bis 1,1 mm Stärke, dessen Kette durchweg aus kräftigeren Faden besteht als der Schuß. Der Riemen wird aus einer oder mehreren Tuchbahnen durch Zusammenschlagen in mehrere übereinander gelegte Lagen gebildet. Bei den genähten, meist rot imprägnierten Tuchriemen werden die Lagen durch kräftige Nähfäden, die mit der Maschine in 7 bis 10 mm langen Stichen der Länge nach 6 bis 10 mm voneinander entfernt durch den Riemen genäht werden, verbunden. Um das gute Zusammenlegen zu erleichtern und besonders um die Baumwolle elastisch zu erhalten, wurde das Tuch schon vorher mit Leinöl imprägniert. Der fertige Riemen wird, um die Oberfläche zu glätten, stark gewalzt, aber dabei infolge der Vernähung fast garnicht gestreckt. Zuletzt erhält er einen dichten Ueberzug eines mit Leinöl angemachten roten Farbstoffes, dessen Hauptzweck ist, die Poren, so weit zu schließen, daß das Riemeninnere nicht durch langsames Austrocknen des Leinöles spröde wird. Eine Zusammenstellung der Ergebnisse eines Dehnungsversuchs ist in Abb. 12 wiedergegeben. Die Streckgrenze wurde im Mittel bei einer Dehnung von 17,5 v. H. erreicht. Man entnimmt der Abbildung, daß die Spannungsabnahme bei gleichbleibender Dehnung nicht dem für die anderen Materialien gültigen Gesetz folgt, sondern mit wachsender Zeit langsamer vor sich geht. Die bei einer bestimmten Dehnung aufgenommenen Spannungskurven haben ebenfalls Hyperbelform, es gilt aber für sie der Zusammenhang (σ – a) • (t + b)x = C, worin sich die Zahlenwerte a, b, x, C für jedes Intervall ändern. Der Betrag b ist jedenfalls stets so klein, daß er von der siebenten oder achten Minute an außer Acht gelassen werden kann. Diese Abweichung von dem normalen Verhalten der anderen Riemenarten rührt anscheinend von der Vernähung her, die gewisse Ungleichmäßigkeiten in die Spannungsverteilung hineinbringt, denn wenn etwa bei der Herstellung die Nähfäden zu stark gespannt wurden und deshalb zum guten Teil reißen, ehe die Streckgrenze der Fäden des Tuches erreicht ist, so nähert sich das Verhalten wieder sehr dem der ungenähten Balatariemen. Textabbildung Bd. 331, S. 45 Abb. 12.Genähter Tuchriemen In den Tuchen werden die Kettengarne durch die Schußgarne viel fester gehalten als bei den gewebten Riemen, so daß sich die einzelnen Baumwollfasern nicht so leicht gegeneinander bewegen und verschieben können. Die Folge davon ist eine erheblich größere Festigkeit des fertigen Riemens. Während der 0,1 mm starke geölte Faden der gebräuchlichen Qualität in den gewebten Riemen an der Streckgrenze bei dreiminutlicher Anstrengung im Mittel 265 g trägt und nach sechsjähriger Beanspruchung 48 g, sind hier die entsprechenden Zahlen 305 und 145 g. Im gebrauchsfertigen Riemen ist die Spannung an der Streckgrenze bei dreiminutlicher Dauer der Beanspruchung im Mittel 185 at und bei sechsjähriger noch 80 at. Die Dehnungsziffer beträgt bei Dehnungen von 10 bis 17 v. H. im Mittel 1 : 8500 cm2/kg. Bei den Balatariemen werden die Tuchlagen durch eine Balataschicht miteinander verklebt, außerdem haben sie auf der nicht auf der Scheibe laufenden Außenseite noch eine Balatadeckschicht. Die zeichnerische Auftragung der Ergebnisse eines Zugversuches zeigt Abb. 13. Da hier die Tuchlagen durch ein elastisches Klebmittel verbunden sind, so trifft für den Spannungsabfall bei gegebener Dehnung das Reihengesetz mit guter Annäherung wieder zu. Die Spannung sinkt in arithmetischer Reihe, während die Zeiten in einer geometrischen mit dem Exponenten 1,8 zunehmen. Textabbildung Bd. 331, S. 46 Abb. 13.Balatariemen Auffällig ist, daß die Spannungslinien gleicher Zeitdauer der Beanspruchung einen ausgeprägten Knick bei 14 bis 16 v. H. Dehnung zeigen, allerdings nur bei der Marke „Extraprima“, während bei der Marke „Prima“ dieser Knick nicht erscheint. Die Streckgrenze wird bei wenig vorgestrecktem Material bei 19 bis 23 v. H. Dehnung erreicht, der Bruch bei 21 bis 25 v. H. An der Streckgrenze beträgt die Spannung nach sechsjähriger Beanspruchung im Mittel 170 g für einen Faden von 0,1 mm Stärke bester Qualität; bei der geringeren Qualität ist die Festigkeit nur zwei Drittel davon, bei der mittleren das 0,8-fache. Bei der guten Qualität kann als zulässige Beanspruchung des fertigen Riemens bei sechsjähriger Dauer der Anstrengung im Mittel 160 at angesehen werden. Die Dehnungsziffer liegt bei stärkeren Dehnungen zwischen 1 : 9000 bis 1 : 12000 cm2/kg. In der Nähe der Streckgrenze gilt durchweg der letztere Wert. 5. Die geflochtenen Riemen. Geflochtene Riemen werden unter dem Namen Epatariemen von der Mannheimer Seilfabrik A.-Q. in den Handel gebracht. Das Material derselben ist fast ausschließlich Baumwolle. Der Zug wird nahezu allein aufgenommen von starken Innenschnüren, die parallel ausgespannt sind und z.B. bei 7 mm Riemenstärke aus je 36 nur ganz lose miteinander verdrehten Fäden von im Mittel 0,6 mm Stärke bestehen. Je acht Bindeschnüre, die ebenfalls ziemlich lose gezwirnt sind, sind mit der Maschine um die Kettenschnüre so herumgeflochten, daß eine gute Querbindung entsteht und die Zugschnüre wie in einem Futteral stecken, das allein den Verschleiß auf den Riemenscheiben auszuhalten hat. Die Seitenkanten des Riemens bestehen aus je acht dünneren, dichten Kantengarnen. Textabbildung Bd. 331, S. 46 Abb. 14.Epatariemen Nach dem Verflechten werden die Riemen zwischen Walzen stark gepreßt und gut vorgespannt. Hieraus ergibt sich als eine Haupteigentümlichkeit, daß sie eine sehr geringe Dehnung besitzen, die zwischen 4 bis 10 v. H. schwankt. Die Ergebnisse einer langzeitigen Zugprobe gibt Abb. 14 wieder. Der Spannungsabfall bei gegebener Dehnung läßt sich, abgesehen von einigen Abweichungen in den ersten beiden Stunden, sehr gut durch eine von der dritten Minute beginnende arithmetische Reihe darstellen, wenn die Zeiten eine geometrische Reihe mit dem Exponenten 2 bilden. Tabelle 3. Material MittleresEinheits-gewichtg/cm2 Streckgrenze je nach Qualitätkg/cm2 Dehnungsziffercm2/kg Leder Kuhhaut Rücken Lende Flanke Eichenlohe-GrubengerbungGewöhnliche lohgare GrubengerbungModerne GerbungHydrodynamische Gerbung 0,85–0,950,95–0,99        1,040,90 125  85  80245 115  70  65210 155  90  85245 1 : 2500 Kernleder1 : 5000 „Prima“1 : 3500 Doppelriemen Chromgerbung 0,80 115 130 175 1 : 2500–1 : 3000 „Prima“ Gewebte Riemen I II III Baumwolle dünn fest                            lose 1,161,07   49  36 –  32 1 : 10000–1 : 14000         „         stark 0,96   –   44 1 : 5150 Kamelhaar 1,05   50   37   22 1 : 2500–1 : 6000 Tuchriemen Genähte Riemen 1,10   –   80 – 1 : 8500 Balatariemen 0,92 160 130 105 1 : 9000–1 : 15000 Geflochtene Riemen Epata 1,00 130 100   80 1 : 15000–1 : 25000 Da die den Zug aufnehmenden Schnüre nur ganz lose verdreht sind, um die Biegungsbeanspruchung der Fäden beim Uebergang über die Riemenscheibe so klein wie möglich zu halten, so tritt hier das umgekehrte ein, wie oben bei den Tuchriemen erwähnt wurde. Die einzelnen Baumwollfasern der Fäden können sich verhältnismäßig leicht gegeneinander verschieben, und die scheinbare Festigkeit des Materials sinkt entsprechend. Je nach der Qualität der Baumwolle ist unter Annahme einer sechsjährigen Beanspruchung einzusetzen für einen Faden von 0,1 mm Stärke 29 bis 39 bis 49 g Zugkraft, also für den 0,6 mm starken das 36-fache. Ueberschlägig kann man die Kantenschnüre auf jeder Seite als je eine Zugschnur von etwa gleicher Tragfähigkeit rechnen wie die inneren Schnüre und erhält so leicht die zulässige Anstrengung eines gegebenen Riemens. Werden die obigen Verhältniszahlen innegehalten, so beträgt σ ~ 130 – 110 – 80 at je nach der Qualität der verwendeten Baumwolle. Die Dehnungsziffer der Epatariemen ist eine sehr kleine, sie beträgt im Mittel etwa 1 : 15000 cm2/kg während der ersten Belastungsstufen und geht in der Nähe der Streckgrenze herunter bis auf 1 : 25000 cm2/kg. 6. Zusammenfassung. Die wichtigsten Angaben sind nochmals in der Tab. 3 zusammengestellt. Bemerkt sei dazu, daß die Einheitsgewichte von Leder nicht unwesentlich von der Fettung abhängen; die ersten Zahlen gelten für wenig gefettetes, die zweiten für stark gefettetes Leder. Die Angaben „Rücken, Lende, Flanke“ bei Leder sind naturgemäß keine Qualitätsbezeichnungen wie die I, II, III bei den anderen Materialien.