Titel: Tresca, über das Hobeln der Metalle.
Autor: Tresca, H.
Fundstelle: 1872, Band 203, Nr. LXXXVII. (S. 348–352)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj203/ar203087a

LXXXVII. Ueber das Hobeln der Metalle; von H. Tresca.

Unter den verschiedenen beim Bearbeiten eines Metallblockes auftretenden Formänderungen sind sicher die beim Hobeln vorkommenden am eigenthümlichsten und am wenigsten studirt. Die Aufmerksamkeit der Constructeure hat sich nur auf das Resultat der Arbeit selbst gerichtet, ohne daß man je die abgehobelten Theile einer besonderen Prüfung für werth erachtet hätte. Die vom Meißel abgetrennten Späne können jedoch zu einer großen Zahl interessanter Bemerkungen Anlaß geben, und die Beschaffenheit der bei der eigentlichen Arbeit abfallenden Ueberreste vermag wohl die Forschungen des Physikers auf sich zu ziehen, welcher dabei vielleicht einige der kaum geahnten Geheimnisse der Molecular-Mechanik finden wird. Bei fortgesetztem Studium der Molecular-Formänderungen fand der Verfasser mehrere neue Thatsachen, die im Folgenden mitgetheilt werden.

In dem Augenblicke wo von der Masse, zu der es gehört, ein Theilchen durch die lebendige Kraft eines Schneidwerkzeuges abgerissen wird, unterliegt es zugleich der Wirkung einer äußeren Kraft und jener der inneren Kräfte, welche von den benachbarten Theilchen auf dasselbe ausgeübt werden, und es gelangt bald in einen neuen Gleichgewichtszustand, in dem man sehr häufig eine verschiedene Anordnung, eine ganz andere Structur findet, worin man die Rolle zu erkennen hat, welche die verschiedenen Eigenschaften der Materie spielen, und besonders diejenigen welche der Cohäsion und der Elasticität entspringen, welche die Art und |349| Weise des „Ausfließens oder Abfließens“ dieser Materie in die freie Luft bestimmen und ihr die ihr eigenthümlichen geometrischen Formen ertheilen. Auf Grund sehr mannichfacher Versuche und deren Erhärtung durch zahlreiche Beispiele aus der industriellen Praxis stellt der Verf. die Theorie aller beim Hobeln auftretenden Formänderungen auf, behufs der Berechnung der beim Hobeln aufgewendeten mechanischen Arbeit. Die Hauptergebnisse aus diesen Versuchen sind folgende:

1) Das Hobeln veranlaßt in dem materiellen Prisma, welches durch das Werkzeug zerschnitten wird, eigenthümliche Drücke und Formänderungen, welche nach der Gestalt des Werkzeuges und der Dicke des losgeschnittenen Prismas wechseln.

2) Diese Umstände sind leichter zu bestimmen, wenn der Körper über seine ganze Breite gehobelt wird, mittelst eines Werkzeuges mit geradliniger Schneide und einer, ebenen oder cylindrischen, wirksamen Fläche, deren Erzeugende senkrecht auf der Bewegungsrichtung und parallel zur Oberfläche des gehobelten Körpers liegen. Unter diesen Verhältnissen ist der Span eine Umformung des ursprünglichen Prismas, welche durch Verminderung der Länge erzeugt wird, in Folge eines seitlichen Abfließens der Materie unter der Wirkung des Meißels, im Sinne der Dicke des Spanes.

3) Der Coefficient der Längsverkürzung hängt von der Schärfe des Werkzeuges ab, von der Leichtigkeit mit welcher es den Span loslöst, besonders aber von der Dicke des losgelösten Spanes. Der Coefficient der Zusammenziehung oder Verkürzung ist bei dünnen Spänen kleiner, weil da das Abfließen nach der Seite leichter erfolgen kann.

4) Der Coefficient der Ausdehnung in der Richtung der Dicke wächst umgekehrt mit dem Coefficienten der Verkürzung in Richtung der Länge.

5) In der ganzen Reihe der angestellten Versuche schwankte der Coefficient der Verkürzung zwischen 0,10 und 0,60; der Verfasser besitzt Stahlspäne von mehr als 1 Millimeter Dicke, für welche dieser Coefficient 0,25 nicht übersteigt.

6) Die Trennungsfläche zwischen dem Span und dem Blocke ist stets glatt und eine genaue Nachbildung der wirksamen Fläche des Werkzeuges. Die entgegengesetzte Fläche ist stets gestreift und zeigt eine Folge von parallelen Wellen, mit um so größerer Ausbauchung, je dicker der Span ist. Diese Wellen erstrecken sich bis gegen die Ränder, wo man die Spuren eines Abfließens nach der Breite bemerkt, welche sich in sehr geringer Entfernung vom Rande verlieren. Bei dünnen Spänen sind die Streifen viel feiner und geben der ganzen Metallfläche ein sammetartiges Aussehen.

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7) Ein auf der Außenfläche vor dem Hobeln beschriebener Kreis verwandelt sich in eine Ellipse; das Achsenverhältniß in dieser Ellipse kann zur Bestimmung des Coefficienten der Verkürzung dienen; man bestimmt ihn aber besser bei Bearbeitung großer Längen.

8) Wenn die Formänderungen gewisse Grenzen überschreiten, bekommt der Span in gewissen Entfernungen Risse, und zwar erfolgt die Trennung nach den Richtungen, in welchen sich die Trennungsfurchen der eben erwähnten Wellen zeigen.

9) Wenn das Werkzeug stumpf wird, so nimmt der Coefficient der Verkürzung ab und das Hobeln wird schwieriger.

10) Die cylindrische Form des Meißels begünstigt die Arbeit sehr, und die Prüfung der Formänderungen führt zu der Meinung, daß ein hyperbolisches Profil bei Weitem das vortheilhafteste wäre.

11) In Folge des von der wirksamen Fläche des Meißels auf die Fläche des Spanes ausgeübten Druckes steigt der Span senkrecht zur Oberfläche des gehobelten Körpers in die Höhe, um sich dann zu krümmen. Die dünnen Späne wickeln sich in Form eines Cylinders mit spiralförmiger Grundfläche zusammen, wobei sich die einzelnen Spiralen genau decken. Der Halbmesser des Zusammenrollens wächst mit der Dicke.

12) Wenn die Erzeugenden des Cylinders, welcher die Wand der wirksamen Oberfläche des Meißels bildet, gegen die Ebene des Vorrückens geneigt sind, so nimmt der Span, anstatt sich zu einem Cylinder zusammenzurollen, die Form der Außenfläche einer flachgängigen Schraube an.

13) Das seitliche Anlegen eines rechteckigen Spanes an dem einen oder dem anderen seiner Ränder hat keinen merklichen Einfluß auf den Erfolg des Hobelns; der Coefficient der Verkürzung bleibt derselbe, aber die anfänglich anliegenden Ränder sind weniger gerundet und tief zerschnitten in einem Theile der Dicke des Spanes.

14) Wenn die Dicke mit der Breite vergleichbar wird, so tritt eine Ausdehnung in beiden Richtungen auf, und der Span nimmt eine ganz eigenthümliche Gestalt an, dreieckig im Querschnitt, was sich leicht aus gewissen mathematischen Betrachtungen ableiten läßt.

15) Die Anwendung eines Meißels mit gekrümmter Schneide gibt zu entsprechenden Gestalts-Aenderungen Anlaß, welche sich in derselben Weise erklären lassen.

16) Vom geometrischen Gesichtspunkte aus läßt sich die Gestaltsänderung der Späne in allen ihren Phasen in Umrissen verfolgen, welche auf vollkommen sicheren Regeln beruhen. In der ersten Phase, der „Stauchung“ (refoulement), erlangt die noch nicht vom Block abgelöste Materie in jedem ihrer Längselemente ihre schließliche Dicke und Breite. |351| In einer zweiten Phase, dem „Abfließen“ (écoulement), gleitet der Span über die Fläche des Meißels und erlangt seinen schließlichen Querschnitt. In einer dritten Phase entweicht der Span, indem er sich krümmt, in dem Maaße wie die seinen verschiedenen Längselementen ertheilten Verkürzungen einen mehr oder weniger mächtigen Einfluß auf dieselben ausüben.

17) Mit einem rechteckigen Meißel mit gleichen Seiten löst sich ein im Querschnitt quadratischer Span los in der Halbirungsebene des Flächenwinkels, welcher von den beiden abgelösten Flächen gebildet wird, wobei die Formänderung zwar verwickelter, aber ebenso übersichtlich ist, wie die der gewöhnlichen Späne.

18) Mit einem Meißel mit gekrümmter Schneide sind die Wirkungen ebenso und beleuchten die Art und Weise der Stauchung eines Körpers, welcher durch die Wirkung äußerer Kräfte auf eine seiner Flächen in den Zustand der Fluidität versetzt ist. Die Curve, nach welcher sich die Ausschweifung am Ende der beiden ersten Phasen bildet, ist ganz charakteristisch und läßt ihre Spuren auf der ursprünglich frei liegenden Fläche des Spanes zurück, in Form von gekrümmten Furchen, welche sich in stets gleicher Gestalt auf der ganzen Länge wiederholen.

19) Bei diesen Spänen gleicht die Breite angenähert der Sehne, welche die beiden Enden des von der Schneide bei jedem Gange oder Schnitte abgelösten Halbmondes verbindet.

20) Die Convexität des Spanes liegt gewöhnlich am dickeren Rande, und davon kommt nur eine Ausnahme vor in dem Falle, wo die relative Schärfe des Meißels auf die dünneren Partien einen Einfluß ausübt, welcher groß genug ist, um den des günstigeren Coefficienten der Verkürzung am dickeren Rande auszugleichen.

21) Die verwickelteren Arten des Hobelns, wie das Hobeln im Kreise, im Vollkreise oder bloß in einem Kreisbogen, verändern diese Ergebnisse nicht merklich; dieselben sind also ganz allgemein gültige.

22) Die Arbeit beim Hobeln besteht aus einem Theil welcher zum Zerschneiden, und einem Theile welcher zur Formänderung verwendet wird; für beide lassen sich theoretische Formeln entwickeln.

23) Diese Formeln zeigen, wie vortheilhaft es ist, den Meißel nach jedem Schnitte in Richtung der Spandicke stark zu verschieben, wozu sich auch der Werkzeugmaschinenbau gegenwärtig hinneigt.

24) Der vom Meißel ausgeübte Druck überträgt sich von einem Querschnittselement zum anderen, bis zur Grenze der Wirkungszone, nach einem aus diesen Formeln abgeleiteten logarithmischen Gesetze.

25) Endlich, und das ist das Hauptergebniß der vorliegenden Arbeit, |352| folgen die härtesten, wie die weichsten Metalle, bei allen Formänderungen, denselben Gesetzen, welche für alle Stoffe, welche dem Versuche unterworfen wurden, eine kaum geahnte Gleichartigkeit in ihren mechanischen Eigenschaften, weit über die Elasticitätsgrenze hinaus, darthun.

26) Die vorstehenden Ergebnisse sind vielleicht nicht ohne Interesse für die Theorie des Pfluges, welchen man als einen Hobel, der unter besonderen Verhältnissen arbeitet, ansehen kann. (Comptes rendus, t. LXXIII p. 1307; polytechnisches Centralblatt, 1872 S. 156.)

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