Titel: Gill über Verminderung der Reibung an Maschinen.
Autor: Gill, Thomas
Fundstelle: 1822, Band 8, Nr. XLIX. (S. 391–400)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj008/ar008049

XLIX. Ueber Verminderung der Reibung an Maschinen. Von Hrn. Thom. Gill.

In dessen technical Repository. Mai 1822. S. 341.144)

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Die zwei vorzüglichsten Quellen aller Reibung und des hiedurch entstehenden Verlustes an Kraft bei den Maschinen sind die Abnüzung der Zähne an ihrem Räderwerke, in Folge der unzwekmäßigen Form derselben, und das Reiben der Achsen auf ihren Lagern.

Es ist von der höchsten Wichtigkeit, den wirkenden Flächen der Zähne eines Rades, Triebstokes oder Zahnstokes etc. eine solche Form zu geben, daß sie, in Folge derselben, sich mit der höchsten Leichtigkeit über einander bewegen können. Bei den Verfassern der verschiedenen Elementar-Werke finden wir eine unendliche Mannigfaltigkeit der widersprechendsten Meinungen über die beßte Form der Zähne zur Erreichung dieses wünschenswerthen Zwekes. Die Franzosen, welche ihrem großen Mathematiker, Camus, in seinen über diesen Gegenstand verunglükten Ideen folgen, verderben die Zähne ihrer Räderwerke, und das große Ansehen des sel. Professors Robison hat, auch in England, überall ähnliche Resultate herbeigeführt, wo sein irriges Sistem |392| in Bezug auf diesen Gegenstand angenommen wurde. Es ist daher wahrlich hohe Zeit, daß man einmal zu richtigeren Ideen über einen so höchst wichtigen Gegenstand gelangt, und daß die Kräfte unserer Maschinen nicht mehr zum Verderben der Räderwerke derselben versplittert werden, statt daß man dieselben gehörig zur Erreichung der verschiedenen Zweke, zu welchen sie bestimmt sind, anwendet. Wir glauben unserem großen Manufaktur-Lande einen wesentlichen Dienst zu erweisen, wenn wir uns bemühen, durch Beschreibung der Methoden, deren sich unsere vorzüglichsten Mechaniker, Boulton und Watt, Bramah, Madslay etc. seit vielen Jahren mit dem beßten Erfolge, und mit der größten Leichtigkeit bedienen, alle Streit-Fragen über diesen Gegenstand beizulegen.

Es gibt nur zwei krumme Linien, welche zu diesem Zweke taugen: die Cycloide und die Epicycloide. Die Cycloide entsteht durch die Linie, welche ein in dem Umfange eines Kreises befestigt gedachter Punkt während der Bewegung des Kreises auf einer geraden Linie beschreibt, oder ein auf einer geraden Linie befestigter Punkt, welche sich auf einem Kreise bewegt. Diese Cycloide paßt für Zähne der Räder, welche in Zahnstöke eingreifen, oder, in jenen Fällen, wo der eine Körper sich in einem Kreise, der andere in einer geraden Linie sich bewegt. Professor Robison irrte sich, wo er glaubte, die Cycloide auf Zähne von Rädern und Triebstöken anwenden zu können, welche beide sich im Kreise bewegen; denn hier kann nur die Epicycloide angewendet werden. Diese Epicycloide entsteht durch jene Linie, welche ein in dem Umfange eines Kreises befestigt gedachter Punkt während seiner Bewegung auf einem anderen Kreise beschreibt. Camus hat die Epicycloide für die Zähne der Räder und Triebstöke gewählt; allein, durch einen unglüklichen Zufall, bildet er diese Linie nicht auf die |393| einfachste, und von unseren beßten Mechanikern allgemein befolgte Weise, durch Umdrehung der Kreise der ersten Durchmesser der Räder und der Triebstöke auf einander, sondern er gibt sich die Mühe, die krummen Linien der Zähne seiner Räder zwischen einem Kreise des ersten Durchmessers des Rades und einem anderen, dessen Halbmesser der Halbmesser des Triebstokes, und wieder umgekehrt eben so für seine Triebstöke zu erzeugen: er gibt sich also doppelt Mühe, einzig und allein um die Zähne seines Räderwerkes zu verderben.

Nachdem wir nun diese Hauptmißgriffe angedeutet haben, wollen wir zur Mittheilung eines solchen praktischen Unterrichtes übergehen, durch welchen jeder nur etwas gebildete Arbeiter im Stande seyn wird, die Zähne an den Rädern, Triebstöken und Zahnstöken auf die beßte und einfachste Weise zu verfertigen, so wie nämlich das Resultat vieljähriger Erfahrung an großen Mühlwerken sie am vorteilhaftesten zeigte, indem sie eine Reihe von Jahren über, während sie gebraucht wurden, ihre ursprüngliche Form nicht im Geringsten veränderten, zum deutlichen Beweise, daß diese Form allein die geeignete ist.

Im Jahre 1803, bald darauf, nachdem er Zeuge dieser wohlthätigen Resultate war, hat der Verfasser mit Vergnügen die Gelegenheit benüzt, die ihm der Herausgeber von Imison's Elements of Science et Art darboth, einen Zusaz zu dem Werke beizufügen, das Imison ursprünglich unter dem Titel: The School of Arts herausgab: der Kupferstich war, nach der Zeichnung des Verfassers, von Hrn. Lowry gestochen, und hievon liegt hier ein genaues Contour bei.

Fig. 1. Tab. VII. zeigt Theile eines Rades, und eines Triebstokes. AB ist die, durch punktirte Linien angezeigte Berührungs-Linie des Rades, und CD die Berührungs-Linie |394| des Triebstokes. Diese Berührungs-Linien gehören den ursprünglichen Durchmessern an, nach welchen die Verhältnisse und Größen des Rades und des Triebstokes berechnet werden. Jene Theile der Zähne, welche zwischen den Berührungs-Linien und den Rändern des Rades und des Triebstokes zu liegen kommen, müßen Halbmesser, oder zu Linien werden, welche von den Theilungs-Punkten in den Berührungs-Linien zu den Mittelpunkten des Rades und des Triebstokes gezogen werden. Die gekrümmten Theile über den Berührungs-Linien, welche bis an das Ende der Zähne reichen, müßen Theile von Epicysloiden seyn. Um diese zu erzeugen, lasse man zwei Bogen-Ausschnitte oder Theile von Kreisen, welche mit den Halbmessern der Berührungs-Linien gezogen wurden, auf einem ebenen Eichen- oder anderem Brette zeichnen, das nicht weniger als einen halben Zoll dik ist, und dann genau nach diesen krummen Linien sägen, oder auf irgend eine andere Weise in diese Form bringen. Man vergleiche Fig. 2 und 3. Die erste von diesen Figuren hat genau dieselbe Krümmung mit der Berührungs-Linie des Triebstokes CD, und die zweite dieselbe mit dem Rade AB. Man lasse hierauf schief in jedes derselben ein Loch bohren, das ungefähr ein Viertelzoll von der Kante an einer Seite anfängt, und an der Kante der gegenüberstehenden Seite sich endet. In jedes dieser Löcher muß ein Nagel bc eingetrieben werden, bis die Spize desselben unten etwas hervorragt, wie bei EE. Diese Spize muß dann zugefeilt werden, so daß sie genau in dem Umfange des Kreises bleibt, und gerade lang genug ist, um einen Eindruk auf irgend einer unter ihr gestellte Fläche hervorzubringen. Sie muß ferner zugerundet und kegelförmig gemacht werden, so, daß sie eine glatte ebene Linie zu zeichnen vermag. Nachdem man hierauf die Seiten oder kreisförmigen Kanten dieser Ausschnitte mit gepülvertem |395| Harze gerieben hat, befestige man den Ausschnitt Fig. 2, auf der Berührungs-Linie des Triebstokes, und bringe den zeichnenden Stift des anderen Ausschnittes Fig. 3, nach und nach auf alle Theilungen der Zähne in der besagten Berührungs-Linie. Man drüke die Kante desselben dicht an die Kante des befestigten Ausschnittes, und lasse sie sich um dieselbe, ohne daß sie auf die eine oder auf die andere Seite glitscht, so lang herumdrehen, bis sie die für alle Zähne des Triebstokes geeigneten krummen Linien gezeichnet hat. Man nehme hierauf den kleinen Ausschnitt von dem Triebstoke ab, und befestige den großen auf der Berührungs-Linie des Rades, und fahre fort, die krummen Linien der Zähne des Rades mit dem zeichnenden Stifte in dem kleinen Ausschnitte genau auf dieselbe Weise, wie bei dem Triebstoke die Zähne des Triebstokes beschrieben wurden, zu zeichnen. Die Zähne an einem Senkungs-Triebwerke (bevel geer) können gleichfalls zum Theile Halbmesser, zum Theile Epicycloiden seyn.

Wir wollen nun die Methode zeigen, nach welcher die Epicycloide auf die Däumlinge (lifting-cocks or cams) bei Schmiede-Hämmern, und ähnlichen Maschinen, angewendet werden kann, wenn beide sich bewegende Körper Kreisbögen beschreiben. Da in diesem Falle nur ein Zahn oder Däumling auf einmal wirkt, haben wir nur zwei Kreis-Ausschnitte zu bilden; den einen mit dem Halbmesser des Wellbaumes oder der Stelle, wo der Däumling auf das Schwanz-Stük des Hammers zu wirken anfängt (Fig. 4), und den anderen mit einem Halbmesser, der der Entfernung der Achse des Hammers von dem obigen Halbmesser gleich ist, wie AB. Man befestigt hierauf den Kreis-Ausschnitt CD auf die oben angegebene Weise auf einem Kreise von gleichem Halbmesser, welcher auf irgend einer schiklichen ebenen Fläche aufgezogen ist, versieht den anderen Ausschnitt, AB, mit einem zeichnenden Stifte, und beschreibt sodann, auf die oben angegebene |396| Weise, die auf die hebenden Däumlinge geeigneten krummen Linien. Jener Theil des Schwanzes des Hammers, auf welchen sie wirken, braucht nur flach gemacht, und in eine Linie gebracht zu werden, welche durch beide Achsen läuft.

Fig. 5 stellt Theile eines Zahnstokes und eines Triebstokes dar. CD ist der erste Durchmesser oder die Berührungs-Linie des Triebstokes, und AB die Berührungs-Linie des Zahnstokes. Die Seiten der Zähne des Triebstokes sind, von der Berührungs-Linie an, bis zu ihrem Grunde, wie Halbmesser geformt, wie in Fig. 1, und die Seiten der Zähne des Zahnstokes unter der Berührungs-Linie sind gerade Linien, welche auf die Berührungs-Linie senkrecht stehen. Die gekrümmten Theile der Zähne an dem Triebstoke, wie an dem Zahnstoke, werden in Form einer Cycloide auf folgende Weise gebildet. Man versieht sich mit einem Kreis-Ausschnitte von gleichem Halbmesser mit der Berührungs-Linie des Triebstokes, und mit einem geraden Lineale. Beide müßen an ihren Kanten den zeichnenden Stift führen. Man befestige hierauf den Kreis-Ausschnitt auf der Berührungs-Linie des Triebstokes, und zeichne alle die gekrümmten Theile der Zähne des Triebstokes, indem man den zeichnenden Stift an die Kante des Lineales anlegt, und nach und nach in alle Theilungen der Berührungs-Linie des Triebstokes bringt, und auf eine oder die andere Seite des Kreis-Ausschnittes, ohne zu glitschen, hinrollt. Man befestige ferner das Lineal auf der ersten Linie, oder auf der Berührungs-Linie des Zahnstokes, nehme den Ausschnitt von dem Triebstoke herab, bringe den zeichnenden Stift in die Eintheilungen der Berührungs-Linie des Zahnstokes, und rolle denselben, wie oben gesagt wurde, auf dem Lineale nach einer oder nach der anderen Seite so lang, bis auf diese Weise alle krummen Linien der Zähne des Zahnstokes gezeichnet sind.

Fig. 6 stellt Theile einer Stampfe in einem Pochwerke |397| einer Pulver-Mühle oder Hanfbreche vor, und den Schaft derselben mit den Däumlingen. AB ist eine Linie, welche mit jenem Theile des Armes der Stampfe korrespondirt, auf welchen die hebenden Däumlinge zuerst wirken. CD ist die Berührungs-Linie der Achse, oder der Grund der krummen Linien, welche die Däumlinge bilden. In diesem Falle ist es nicht nöthig, daß man sich die Mühe gibt, und Ausschnitte verfertigt. Man begnügt sich damit, daß man einen Theil eines Kreises mit dem Halbmesser der besagten Berührungs-Linie auf irgend einem Brette beschreibt, und mehrere kleine Nägel oder Zweke in diesen Kreisbogen so einschlägt, daß sie ungefähr einen halben Zoll über das Brett hervorragen. Dann befestigt man einen Faden an dem äußersten Nagel, und macht an dem anderen Ende desselben eine Schleife, in welche man einen zeichnenden Stift, oder einen Bleistift E stekt; man spannt diesen Faden straff an, und macht auf diese Weise aus ihm Tangenten auf den Bogen CD. Auf diese Weise wird der zeichnende Stift auf dem flachen Brette eine krumme Linie beschreiben, die ein Theil einer Cycloide, und die geeignete Form für die Däumlinge des Wellbaumes ist. Der Arm der Stampfe muß dort, wo der Däumling auf ihn wirkt, flach, und so gestellt seyn, daß, in dem Augenblike, wo der Däumling zuerst auf ihn wirkt, er in eine nach dem Mittelpunkte, des Wellbaumes hin gerichtete Linie zu liegen kommt.

Wie man Patronen verfertigen kann, um sich die Anwendung der Cycloide und Epicycloide auf die Zähne der Räder und Triebstöke zu erleichtern.

Da es in jedem Falle langweilig, und in einigen Fällen sogar unmöglich ist, diese krummen Linien auf jedem Zahne eines Rades oder Triebstokes aufzuzeichnen, wollen wir hier eine leichte Methode angeben, wie man sich eine Patrone oder einen Muster-Zahn verfertigen, und diese Patrone mit |398| Leichtigkeit nicht nur auf die großen Räder und Triebstöke von Mühlen, sondern auch auf die Zähne der kleineren Räder an Baumwollen-Spinmaschinen, bei Stok- und Sakuhren etc. anwenden kann.

Nachdem man die Halbmesser der Berührungs-Linien bestimmt, und mit denselben korrespondirende Ausschnitte vorgerichtet hat, nachdem man ferner noch die Höhe und Tiefe der Zähne bestimmt, und die Berührungs-Linien in Zähne und in Räume getheilt hat, nimmt man, für Räder und Triebstöke, statt daß man die Ausschnitte unmittelbar auf die Räder und Triebstöke selbst auflegte, eine Messing- oder andere schikliche Metall Platte, aa in Fig. 7, und befestigt sie (mittelst Stiften, die durch Löcher in ihren Eken gestekt werden,) auf irgend einem flachen Brette, und beschreibt dann auf derselben mittelst eines Zirkels oder Stok-Zirkels die mit dem ersten Durchmesser oder mit der Berührungs-Linie, und den Spizen und dem Grunde der Zähne korrespondirenden Linien. Man befestigt hierauf die korrespondirenden Ausschnitte auf ihren korrespondirenden Berührungs-Linien, und beschreibt mit dem in dem anderen Ausschnitte befestigten Stifte jenen Theil der Epicycloide, welcher von der Berührungs-Linie bis an die Spize der Zähne reicht. Nachdem hierauf die befestigten Ausschnitte abgenommen wurden, zieht man von dem Anfange der krummen Linie in der Berührungs-Linie bis an den Grund der Zähne einen Halbmesser; und, nachdem man die Metallplatte von dem Brette abgenommen hat, feilt oder formt man eine Kante derselben von b bis b genau nach diesen gezogenen Linien, und eben so die obere und untere Kante nach den darauf beschriebenen Kreisbögen. Das besondere Stük von c bis c145) kann gleichfalls entfernt werden. Man nehme sodann ein Brett (oder, |399| bei kleineren Werken) ein Stük Metall von gehöriger Dike und Breite, und von solcher Länge, daß es wenigstens über zwei Zähne reicht, beschreibe auf demselben einen Kreisbogen dd, dessen Halbmesser genau der Spize der Zähne gleich ist, und nachdem man ein Ende desselben von b bis d gespalten hat, befestige man in diesem Spalte die obenerwähnte Metallplatte mit jenem Theile, mit welchem sie über die Linie bd hervorragt, wohl beachtend, daß sie so in den Spalt paßt, daß sie genau mit der Lage korrespondirt, in welcher sie erzeugt wurde; d.h., daß der Halbmesser der Patrone genau nach dem Mittelpunkte des Kreisbogens dd des so gespaltenen Stükes Holzes hinsieht, und der ähnliche Bogen bd der Patrone mit diesem Bogen in Berührung steht. In dieser Lage muß sie sodann mittelst Löcher, die man durch beide Stüke bohrt, und vernietet, befestigt werden, und dadurch eine hervorstehende Schulter an jeder Seite der Patrone bilden, wie Fig. 8 zeigt. Wenn hierauf die Spizen der Zähne nach ihrem gehörigen Durchmesser zugedreht sind, darf man bloß die gehörige Patrone an jede Theilung in ihrer ersten oder Berührungs-Linie anlegen, und, indem man zugleich die Schulter derselben auf den Spizen der Zähne ruhen läßt, mittelst zweier Operationen (indem man nämlich mit den Seiten der Patrone abwechselt) die genaue Figur eines jeden Zahnes auf seine beiden Enden zeichnen, und die Zähne hernach nach dieser Figur zuformen.

Bei Zahnstöken hat dasselbe Verfahren Statt, nur mit der Ausnahme, daß hier auf der auf der Metallplatte gezogenen ersten oder Berührungs-Linie ein gerades Lineal befestigt werden muß, und dann muß jener Theil der Cycloide, welcher von der Berührungs-Linie bis an die Spize der Zähne reicht, mittelst eines in dem Kreis-Segmente, welches mit der Berührungs-Linie des Triebstokes, der in den Zahnstok eingreift, korrespondirt, befestigten zeichnenden Stiftes erzeugt werden. |400| Nachdem dieß geschehen ist, muß das Lineal abgenommen, und eine Linie unter rechten Winkeln von der Berührungs-Linie auf den Grund der Zähne gezogen werden. Nachdem man hierauf die Kante der Metallplatte nach der besagten krummen und geraden Linie zugeformt hat, muß sie in eine Spalte eingepaßt werden, welche in ein Lineal von gehöriger Dike gemacht wird, um zu jeder Seite eine Schulter übrig zu lassen, so daß, wenn sie, auf die Spizen der Zähne des Zahnstokes gelegt wird, ihre ursprüngliche Linie mit jener der Zähne am Zahnstoke korrespondirt, wodurch, mittelst zweier Operationen, die Figur der Zähne auf ihren Enden auf dieselbe Weise, wie die der Zähne und Triebstöke, aufgezeichnet werden kann.

Wir haben zwar erst neulich einen Aufsaz des Hrn. White über diesen Gegenstand im 3 Heft des VII. Bd. unseres polytechn. Journales mitgetheilt; allein die Sache ist zu wichtig, als daß sie nicht von allen Seiten beschaut und besprochen werden sollte. A. d. Ueb.

|398|

Wir sehen nur ein c im Originale. A. d. Ueb.

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