Titel: Bornemann, über den Kraftbedarf zum Lochen der Kesselbleche.
Autor: Bornemann, C. R.
Fundstelle: 1856, Band 140, Nr. LXXIV. (S. 327–332)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj140/ar140074

LXXIV. Notiz über John Jones' Versuche über den Kraftbedarf zum Lochen von Kesselblechen; von C. R. Bornemann.

Aus dem Civilingenieur, neue Folge, Bd. I S. 216.

Im polytechnischen Centralblatt, Jahrgang 1854 S. 9, fand sich eine interessante Tabelle über den Kraftbedarf beim Lochen von Kesselblechen nach den Versuchen des Engländers John Jones. Da dieselbe wohl einige Berücksichtigung verdient, lassen wir sie hier vereinfacht und anders arrangirt folgen, um einige Betrachtungen daran knüpfen und interessante Resultate daraus ableiten zu können.

Die Maaße und Gewichte nachstehender Tabelle sind englische. Unter Schnittfläche wird hier verstanden das Product aus dem Umfange des gestoßenen Loches (oder des Stempels) in die Blechstärke, und in der vierten Rubrik ist unter der Aufschrift „Belastung pro Quadratzoll“ das Gewicht angegeben, welches pro Quadratzoll Schnittfläche nöthig war, um die Durchlochung zu bewirken. Nach den ursprünglichen Angaben betrug z.B. der erforderliche Druck, um ein 1/8 Zoll starkes Blech mit einem 1/4 Zoll starken Stempel zu durchlochen, 3 Ton. 7 Cntr. 2 Quarters und 26 Pfd. oder 6802 Pfd. Da nun der Umfang des Stempels 0,7854 Zoll, also die Schnittfläche 1/8 . 0,7854 = 0,9082 Quadratzoll beträgt, so ist die Belastung pro Quadratzoll = 6802/0,0982 = 69284 Pfd.

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Textabbildung Bd. 140, S. 328
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In vorstehender Tabelle sind in der 5ten und 6ten Columne Mittelzahlen aus den durch Klammern zusammengefaßten Beobachtungen gegeben, deren Abgränzung allerdings willkürlich ist, welche aber geeigneter sind, um die Abnahme des Kraftaufwandes bei steigenden Querschnitten erkennen zu lassen, als die Haupttabelle.

Bei näherer Betrachtung dieser Tabelle zeigt sich, daß der Kraftaufwand einfach dem Producte aus der Lochweite und Blechstärke proportional ist oder der Schnittfläche, und nicht, wie vielleicht zu erwarten gewesen wäre, einer höheren Potenz der Blechstärke. Dieser Widerstand nähert sich also hierin der absoluten Festigkeit. Indessen zeigen die Zahlen der 4ten Columne ziemliche Verschiedenheiten und lassen im Allgemeinen eine Abnahme bemerken, wie namentlich aus den Mittelwerthen in der 6ten Columne hervorgeht. Die Verschiedenheiten sind sehr erklärlich durch die Verschiedenheiten in der Qualität der Bleche und die Unsicherheiten solcher Versuche, bei denen sogar noch die Zeit, wie lange die Belastung gewirkt hat, mit angemerkt werden möchte; die beobachtete Verminderung des Widerstandes möchte aber der allgemeinen Beobachtung zu subsumiren seyn, daß die Festigkeit bei größerem Querschnitte stets etwas geringer ist, als bei geringerem, namentlich bei Schmiedeisen.

Will man von dieser Abnahme abstrahiren, so erhält man als Mittelwerth aus sämmtlichen Versuchen 59948 Pfd. engl. pro Quadratzoll oder circa Kilogramme pro Quadratmillimeter.

Nimmt man aber die Mittelzahlen der 5ten und 6ten Columne zum Anhalten, so läßt sich mittelst der Methode der kleinsten Quadrate eine Formel finden, welche diese Werthe besser repräsentirt. Man findet, wenn F den Querschnitt des Schnittes in Quadratzollen, K den Kraftaufwand pro Quadratzoll in Pfunden bedeutet:

K = 62725 – 2822,34 F

oder für Metermaaß, wenn F in Quadratmillimetern, K in Kilogrammen gegeben wird:

K = 44,102 – 0,003076 F.

Der Kraftaufwand, welcher zur Durchstoßung eines runden Loches vom Durchmesser d in ein Blech von der Stärke s (beides in engl. Zollen gegeben) verlangt wird, ist also ausgedrückt durch

Kπds = (62725 – 2822,34 πds) πds Pfunde
= (197056 – 27857 ds) ds.

Cresy citirt in seiner Encyclopedia of Civil-Engineering Vol. II. ältere Versuche mit Durchstößen, wonach zum Durchdrücken eines Stempels von

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0,5'' Durchmesser durch ein Blech von 0,08'' Stärke 6025 Pfd.
0,5'' „ „ „ „ „ 0,17'' „ 11950 „
0,5'' „ „ „ „ „ 0,24'' „ 17000 „

Belastung erforderlich gewesen sind. Derselbe Durchstoß von 1/2 Zoll Durchmesser verlangte zum Lochen von Kupferplatten von 0,08 und 0,17 Zoll Stärke Belastungen von resp. 3983 und 7883 Pfd. engl.

Aus diesen Versuchen folgt also ebenfalls eine Abnahme des Widerstandes bei wachsender Schnittfläche und zwar beträgt der Widerstand für die Eisenbleche pro Quadratzoll

bei 0,1256 0,2675 0,377 Quadratzoll Schnittfläche
47970 44673 45093 Pfund,

also bedeutend weniger als nach den Versuchen von John Jones.

Für Kupferblech ergibt sich

bei einer Schnittfläche von 0,1256 0,2675 Quadratzoll
der Kraftaufwand pro Quadratzoll 31712 29469

Die Mittelwerthe sind also

für Eisenblech 44434 Pfund
für Kupferblech 30590 „

und hiernach würde der Kraftaufwand bei Kupferblech zu 0,688 von demjenigen zum Lochen von Eisenblech anzusehen seyn; nimmt man aber den Mittelwerth aus den Jones'schen Versuchen zur Basis, so wäre er nur circa halb so groß.

Cresy leitet aus obigen Versuchen die Vorschrift ab, daß man den Kraftbedarf zum Lochen von Eisenblech und Kupferblech erhalte, wenn man das Product aus dem Durchmesser in die Blechstärke in Zollen mit den Zahlen 150000 und 96000 multiplicire. Eigentlich würde nach den Mittelwerthen folgen:

Kπds = 44334 πds = 139592 ds für Eisenblech
und 30590 πds = 96102 ds für Kupferblech.

Die Versuche von Jones ergaben aber nach dem Mittelwerthe für Eisenblech

Kπds = 188400 ds Pfund.

Es ist nun noch interessant zu vergleichen, in wie weit diese Festigkeit mit anderen Festigkeiten übereinstimmen dürfte.

Nach Jones beträgt, um es zu wiederholen, im Mittel beim Durchstoßen die Festigkeit 42 Kilogr., nach Cresy 31 Kilogr. pro Quadratmillimeter; die Fairbairn'schen Versuche über die Festigkeit der Kesselbleche gegen das Zerreißen ergeben dagegen nach Morin Leçons de mécanique pratique, 4. partie. Paris 1853“ nahe 37 Kilogr., sonach |331| findet zwischen diesen beiden Festigkeiten kein zu großer Unterschied statt, doch erscheint es räthlich, die Angaben von Jones anzunehmen, wonach der Widerstand beim Durchstoße das 1,135fache der Zugfestigkeit beträgt.

Die meiste Aehnlichkeit dürfte übrigens zu dem Widerstande beim Durchstoße der Widerstand gegen das Abscheren oder Zerschneiden von Nieten, Bolzen und dergl. haben. Hierüber sind Versuche angestellt worden von Fairbairn, die aber mehr den Zweck gehabt zu haben scheinen, die Festigkeit der verschiedenen Methoden der Vernietung zu prüfen, als den Widerstand zu ermitteln, welchen die Niete dem Abscheren entgegenstellen. Die Angaben wenigstens, welche das Werkchen von Tate „Die Festigkeit eiserner Balken und Träger“ enthält, genügen nicht, um letzteren zu berechnen.

Neuere Versuche über diesen Gegenstand theilt dagegen Morin in dem oben citirten Werke mit, welche von Gouin und Comp. in der Art angestellt wurden, daß eiserne cylindrisch abgedrehte Bolzen zwischen stählernen Gabeln gefaßt, und durch angehängte Gewichte zerrissen wurden. Hierbei ergab sich: daß

bei Durchmessern von 8 10 12 16 Millim.
die Bruchbelastung betrug 3270 3155 3148 3183 Kilogr.

pro Quadratcentimeter, und daß derselbe sich, wenn die Bolzen heiß vernietet wurden, statt 3183 Kilogr. bis auf 3255 Kilogr. belief, also um 2 1/4 Proc. vermehrt war.

Zunächst bemerkt man auch bei diesen Versuchen die Abnahme der Festigkeit bei wachsendem Querschnitte; doch sind die Versuche nicht zahlreich genug, um das Gesetz dieser Abnahme daraus ableiten zu können. Vergleicht man dann den Mittelwerth, welcher aus diesen Versuchen resultirt, und zu 31,89 oder 32 Kilogr. pro Quadratmillimeter anzunehmen ist, mit dem Mittelwerthe der Versuche von Jones über das Lochen der Bleche, den wir zu 42 Kilogr. fanden, so zeigt sich, daß der Widerstand gegen das Abscheren etwa nur 0,8 von letzterem Widerstande beträgt. Die angewendeten Eisensorten lassen übrigens eine Vergleichung zu, obgleich die Versuche in verschiedenen Ländern und also wahrscheinlich auch mit verschiedenen Eisensorten vorgenommen wurden. Denn die Gouin'schen Versuche wurden mit einem Eisen angestellt, welches unter 40 Kilogr. Belastung riß, und bekanntlich beträgt auch die mittlere Zugfestigkeit der englischen Bleche nach Fairbairn 22,5 Ton. pro Quadratzoll oder 40 Kilogramme pro Quadratmillimeter.

Sonach hat man denn schließlich folgende Coefficienten über die drei verglichenen Widerstände:

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Widerstand gegen das Lochen 42 Kilogr. pro Quadratmillimet.
„ „ „ Zerreißen 40 „ „ „
„ „ „ Abscheren 32 „ „ „
wozu wir noch den
Widerstand gegen das Zerdrücken 25 „ „ „
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