Titel: Coleman, über Anwendung der Mineralöle als Maschinenschmiere.
Autor: Coleman, Joseph James
Fundstelle: 1873, Band 210, Nr. XXXIV. (S. 195–205)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj210/ar210034

XXXIV. Ueber die Anwendung der Mineralöle als Maschinenschmiere; von J. J. Coleman.

Vorgetragen in der Sitzung der schottischen Ingenieure vom 26. November 1872. – Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement October 1873, S. 560.

Mit einer Abbildung.

Für die Mechaniker war es stets ein schwierig zu befriedigendes Bedürfniß, zum Schmieren der Maschinen ein gutes, dabei nicht zu theures und dem Verderben möglichst wenig unterworfenes Oel zu haben.

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Sobald die Ingenieure ihre Wahl auf besondere Oele richten, welche sie für die zur Erfüllung des angestrebten Zweckes am besten geeigneten halten, so entsteht ein ungewöhnlicher Zudrang von Käufern, welcher eine übermäßige Preissteigerung im Gefolge hat. Ein neueres Beispiel davon gab uns das Schmalzöl (Schweinefettöl, huile de saindoux), auf welches sich eine Zeit lang alle Welt geworfen hatte und das in Folge davon den Preis von 70 Pfd. St. per Tonne erreichte und lange behauptete; ferner das Sperm- oder Walrathöl, dessen Preis bis zu 20 Sh. per Gallon (etwa 5,70 Fr. per Liter) stieg.

Da die Nachfrage nach Schmierölen in Folge der riesigen Entwickelung aller Industriezweige unaufhörlich zunimmt, so ist leicht zu begreifen, daß es von Tag zu Tag schwieriger wird, sich solche zu vernünftigen Preisen zu verschaffen.

Das Olivenöl war noch im Jahre 1872 zu einem verhältnißmäßig nicht zu hohen Preise zu beziehen, ist aber im Laufe der letzten fünfzehn Jahre doch nach und nach in die Höhe gegangen. So kostete es in den Jahren 1865 bis 1870 57 Pfd. 6 Sh. 11 Pence per Tonne.

Diejenigen Eisenbahngesellschaften, welche früher dieses Oel gebrauchten, verwenden jetzt anstatt desselben das gereinigte Rüböl (Colzaöl); aber auch letzteres ist, gleich den übrigen Oelen, im Preise gestiegen, obgleich in den Jahren 1865 bis 1870 die Einfuhr von Pflanzenölen nach England und Schottland doppelt so groß geworden ist, als sie in den Jahren 1855 bis 1860 war. Andererseits dürfen wir nicht unberücksichtigt lassen, daß wir in Bezug auf die Versorgung mit diesen Oelen in gewissem Grade vom Continentalmarkte abhängig sind, wo die verschiedenen internationalen Agenturen einander starke Concurrenz machen. Während des letzten deutsch-französischen Krieges waren die Oelpreise um 40 Proc. gestiegen und gleichzeitig hatten die Verfälschungen solche Dimensionen angenommen, daß es einmal eine Zeit lang sehr schwierig war, sich reines Rüböl zu verschaffen.

Das eben Gesagte genügt, um die wichtige Rolle nachzuweisen, welche das Mineralöl als Maschinenschmieröl spielen kann, und zwar nicht allein vom ökonomischen Gesichtspunkte aus, sondern auch hinsichtlich der gewissermaßen unbegrenzt reichlichen Menge, in welcher es England zu Gebote steht, gegenüber der einheimischen Production von Pflanzenölen, welche auf 10,000 Tonnen jährlich geschätzt wird.

Bisher wurde das Mineralöl fast nur zum Einölen der Spindeln in Spinnereien benutzt; Alles läßt jedoch hoffen, daß es sehr bald noch mannichfache andere Verwendungen finden wird. Wir reden hier |197| nur von dem künstlichen Mineralöle, d.h. demjenigen welches durch Destillation der bituminösen oder sog. Oelschiefer gewonnen wird.

In den ersten Zeiten der Fabrication dieses Oeles hatte dasselbe eine häßliche Farbe und einen widerwärtigen Geruch. Die Sorgfalt, welche bei seiner Anwendung zu beobachten ist und die Nothwendigkeit, Versuche anstellen zu müssen, um die beste Art und Weise seiner Benutzung aufzufinden, sind die Ursachen, weßhalb diejenigen welche zuerst dieses Oel zu verwenden versuchten, nicht den gleichen Erfolg gehabt haben, wie diejenigen welche dasselbe in neuerer Zeit zu verschiedenen Zwecken benutzten.

In Britannien ist die große Fabrik wohlbekannt, welche James Young vor mehr als zwanzig Jahren zum Zwecke der Verarbeitung und Verwerthung der schottischen Bogheadkohle durch Destillation anlegte. Das Merkwürdigste dabei ist, daß diese Fabrik nicht etwa zu dem Zwecke gegründet wurde, ein zur Beleuchtung bestimmtes Oel zu produciren, sondern in der Absicht, den Spinnereibesitzern eine Substanz zu liefern, welche beim Einölen der Spindeln das zu jener Zeit sehr theuer gewordene Spermöl (Wallrathöl) zu ersetzen im Stande sey. Young's Bemühungen wurden von so gutem Erfolge gekrönt, daß die Benutzung des Mineralöles zu dem eben gedachten speciellen Zwecke nach und nach sehr bedeutende Dimensionen annahm; heutzutage wird bei 75 Procent von sämmtlichen Spindeln in England kein anderes Schmiermittel verwendet. Im Anfange bildete das Paraffinöl, welches in unseren Tagen allgemein zur Beleuchtung verwendet wird, nur einen von den Abfällen der Fabrication, weil man die eben erwähnte Benutzungsweise damals noch nicht kannte und weil eine zum Brennen des genannten Oeles geeignete Lampe noch zu erfinden war. Erst lange Zeit nachher trat der ausgedehnte Industriezweig der Paraffinöle in's Leben; derselbe stieß in der ersten Zeit auf zahlreiche Schwierigkeiten, es gelang aber dem Erfinder durch seine Energie und unermüdliche Beharrlichkeit, alle Hindernisse zu besiegen und der Schöpfer eines der interessantesten und kolossalsten chemischen Industriezweige unseres Zeitalters zu werden.

Man schätzt die Menge der in den mit der Fabrication von Mineralöl sich beschäftigenden schottischen Werken jährlich zur Destillation kommenden Bogheadkohle auf 800000 Tonnen; die Production dieser Werke beläuft sich auf 25000000 Gallons oder 113500000 Liter Rohöl, welches dann gereinigt wird und 10000000 Gallons (45400000 Liter) Beleuchtungsöl, ungefähr 10000 Tonnen Maschinen- oder Schmieröl, 5800 Tonnen Paraffin und 2350 Tonnen schwefelsaures Ammoniak |198| liefert. In der nachstehenden kleinen Tabelle sind die wichtigsten der aus dem Rohöle gewonnenen Producte angegeben:

Tabelle I.

Bezeichnung der Producte mittlere
Dichtigkeit
Destilationstemperatur
Naphta 0,750 26,85° bis 122,05° Cels.
Oel zu Beleuchtungszwecken 0,815 122,05° bis 318,05° Cels.
Paraffin
Schmieröl
0,880
0,890
318,05° bis 458,05° Cels.

Das zur Reinigung des Rohöles angewendete Verfahren besteht darin, die verschiedenen Producte durch den in großen eisernen Retorten ausgeführten Destillationsproceß von einander zu trennen; da man aber diese Producte nur mit Unreinigkeiten von dunkler Farbe und starkem Geruche gemischt erhält, so werden sie dann, und zwar jedes für sich, einer chemischen Behandlung unterworfen, deren Zweck ist, sie zu reinigen.

Bringt man Rohöl in eine mit Vorlage oder Condensator versehene Retorte und erhitzt die letztere mit ihrem Inhalte, so geräth dieser in's Sieden und entwickelt Dämpfe, welche sich im Halse der Retorte condensiren. So lange die Temperatur nicht über 122,05° C. steigt, destillirt nur Naphta über, deren Menge selten mehr als 5 Proc. beträgt; von 122,05° bis 318,05° geht Leuchtöl über; zwischen 318,05° und 458,05° endlich condensirt sich in der Vorlage ein Gemisch von Schmieröl und Paraffin. Daraus ergibt sich, daß der Siedepunkt des Schmier- oder Maschinenöles ebenso hoch liegt, wie der des Olivenöles, des Rüböles und des Wallrathöles.

Auf die verschiedenen Operationen, aus denen die schließliche chemische Behandlung der einzelnen Producte besteht, können wir hier nicht näher eingehen. Für die vorliegende Mittheilung genügt es zu bemerken, daß das Schmieröl zuletzt stets mit einer schwachen Alkalilösung gewaschen wird, bevor es in den Handel kommt, daß folglich das fertige Product nicht die mindeste Spur von Säure enthält, während sich dasselbe von den pflanzlichen und thierischen Oelen für gewöhnlich nicht sagen läßt, indem dieselben in Folge eines Säuregehaltes sehr häufig das Kupfer und das Messing angreifen.

Wir sagten, daß das Schmieröl gleichzeitig mit dem Paraffin überdestillirt. Die Gegenwart des letzteren ist für die Qualität des ersteren durchaus von keinem Vortheile; es findet vielmehr das Gegentheil statt, indem ein Paraffingehalt des Schmieröles dasselbe geneigt macht in der |199| Kälte dick zu werden, zu gerinnen. Glücklicherweise macht es der Handelswerth des Paraffins nothwendig, gleichzeitig aber auch vortheilhaft, beide Substanzen von einander zu trennen. Zu diesem Zwecke wird die sinnreiche von Kirk erfundene Maschine zur Eiserzeugung angewendet, mittelst welcher sich leicht eine Kälte von 12° C. unter Null hervorbringen läßt. Nachdem das Gemisch von Paraffin und Schmieröl mittelst dieser Maschine zum Gerinnen gebracht worden ist, füllt man es in Säcke und unterwirft es der Wirkung einer hydraulischen Presse, wobei das Oel abläuft, während das Paraffin als Preßkuchen in schuppiger Form zurückbleibt.

Das auf diesem Wege gewonnene Maschinen- oder Schmieröl besitzt folgende Eigenschaften:

1) es hat keinen unangenehmen Geruch;

2) da sein Siedepunkt über 308,05° C. liegt, so enthält es gar keinen schädlich wirkenden flüchtigen Bestandtheil;

3) an der Luft ist es vollständig unveränderlich, absorbirt keinen Sauerstoff und verschmiert die Maschinentheile nicht, wie dieß bei manchen anderen Oelen der Fall ist, namentlich bei heißer Witterung;

4) mit anderen Oelen zusammen angewendet, verhindert es dieselben, die Maschinentheile zu verschmieren und ermöglicht daher, die Maschinen leichter in gehörig reinlichem Zustande zu erhalten;

5) die zum Putzen verwendeten und von dem Schmieröle durchdrungenen Lappen bieten, wenn sie aufgehäuft werden, die Gefahr, von selbst in Brand zu gerathen, nicht dar.

Allen diesen guten Eigenschaften gegenüber besitzt das Mineral-Schmieröl doch einen großen Fehler; man wirft ihm nämlich vor, daß es zu wenig Körper hat, daß es zu dünnflüssig ist, so daß es ohne einen Zusatz sogar nicht für die Spinnereispindeln verwendet werden könnte.

Das Wallrathöl, welches für diese Art von Spindeln seit lange sehr geschätzt wurde, besitzt eine eigenthümliche Consistenz, eine Klebrigkeit, welche es für diesen Zweck ganz besonders geeignet macht. Nimmt man einen Trichter mit verengter Oeffnung und füllt ihn mit Wallrathöl, so ist zum Auslaufen der ganzen Flüssigkeitsmenge eine Zeit von fünf Minuten erforderlich; füllt man den Trichter hingegen mit reinem Mineralschmieröl, so läuft dasselbe, bei derselben Temperatur, binnen fast drei Minuten vollständig ab; bei Schmalzöl dauert das Auslaufen sieben Minuten.119) Beurtheilt man darnach die Klebrigkeit der |200| Flüssigkeit, die Zähigkeit des Oeles, so sieht man, daß das Wallrathöl in dieser Beziehung zwischen den beiden anderen Oelen in der Mitte steht. Bereitet man sich dagegen ein Gemisch von z.B. gleichen Theilen Mineralöl und Schmalzöl, so findet man, daß dieses Gemisch zum Hindurchlaufen durch den Trichter beinahe ebenso viel Zeit gebraucht als das Wallrathöl; letzteres besitzt aber gerade denjenigen Grad von Klebrigkeit, welcher nöthig ist, um einerseits das Adhäriren der mit einander in Berührung befindlichen Metallflächen zu verhindern, andererseits dem Verschmieren vorzubeugen, durch welches die Reibung der arbeitenden Organe, wie z.B. der Spinnereispindeln mit Geschwindigkeiten von 2000, 3000 bis sogar 10,000 Umdrehungen per Minute, stets vermehrt wird.

Zum Schmieren zarter Maschinentheile, wie z.B. der erwähnten Spindeln, braucht das Schmieröl nicht so viel Körper zu haben, als dieß zum Schmieren von gröberer Maschinerie erforderlich ist; die Erfahrung hat in der That gezeigt, daß die Spindeln sehr oft zum Stehen kommen, wenn man sie mit gewöhnlichem Olivenöl (Baumöl) schmiert. Der Verfasser ist daher durch seine zahlreichen Versuche überzeugt, daß, wenn das Wallrathöl die für diesen Zweck genügenden besonderen Eigenschaften besitzt, dieser Umstand einfach daher rührt, daß es an sich selbst den erforderlichen Grad von Klebrigkeit hat, einen Grad, welchen man auch bei dem Mineralöle genau erzielen kann, wenn man demselben auf künstliche Weise durch einen passenden Zusatz eines anderen Oeles den ihm mangelnden Grad von Körper ertheilt. Die Folgerungen daraus lassen sich leicht voraussehen; das Mineralöl, welches in so reichlicher Menge producirt wird und dessen Preis im Verhältnisse zu dem der anderen Oele so niedrig ist, könnte, wenn es in zweckmäßiger Weise versetzt wird, zum Schmieren der groben Maschinerie dienen, eine neue Verwendungsweise, welche sicherlich nicht gering anzuschlagen wäre.

Vor ungefähr drei Jahren beschäftigte sich der Verfasser speciell mit dieser Frage, und auf Veranlassung des Directors der Young'schen Werke, des Hrn. J. Orr. Ewing, und durch die Güte des Hrn. Wheatley, Directors der Locomotivwerkstätten der North British Railway, wurde die Abführung einer ersten Versuchsreihe in dieser Richtung ermöglicht.

Der erste Punkt, auf welchen die Untersuchung sich zu richten hatte, war der, zu bestimmen, ob ein Gemisch von Mineralöl und einem von den gewöhnlichen fetten Oelen (Colza- oder Repsöl, Olivenöl, Ricinusöl, Ochsenklauenöl etc.) den Zweck zu erfüllen vermöge.

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Demzufolge wurden mit verschiedenen Gemischen dieser Art bei Locomotiven einerseits auf der Route zwischen Glasgow und Edinburgh, andererseits auf der zwischen Carlisle und Edinburgh Versuche abgeführt. Für jedes Gemisch wurde die Temperatur der Achsbüchsen der beiden Vorderräder, sowie die Temperatur der atmosphärischen Luft sorgfältig notirt; dieß geschah am Ende der Fahrt bei Schnellzügen und während der Fahrt wiederholt bei gewöhnlichen Zügen.

Die ersten Versuche ergaben im Allgemeinen ungünstige Resultate. Mit 40 Proc. Mineralöl im Gemische erfolgte vollständiges Mißlingen, mit 30 Proc. zuweilen Warmlaufen; mit 20 Proc. war das Resultat ein mittelmäßiges. Definitiv läßt sich sagen, daß, abgesehen von dem Vortheile welcher durch den Zusatz einer sehr geringen Menge Mineralöl insofern erreicht wird als derselbe ein leichtes Sauberhalten der Maschine gestattet und ein Verschmieren ihrer Organe verhindert, ein bloßes Gemisch aus Mineralöl und einem fetten Oele nicht Körper genug besitzt, um zum Schmieren einer so schweren Maschine, wie einer Locomotive, mit Vortheil verwendet werden zu können.

Könnte man aber nicht dem Mineralöle den ihm mangelnden Körper mittelst irgend eines chemischen Processes ertheilen? Dieß war die Frage, welche sich der Verfasser zunächst stellte, indem er von der Zusammensetzung des Rüböles, des Schmalzöles und des Olivenöles, welche nichts Anderes als Verbindungen von Fettsäuren mit Glycerin sind, ausging. Dadurch kam er auf den Gedanken, ein neues Gemisch zusammenzusetzen, zu welchem Kautschuk zu nehmen sey, um diesen in dem Gemisch eine ganz specielle, passende Rolle spielen zu lassen.120) Dieses neue Gemisch wurde bei einer Anzahl von Fahrten verwendet, deren vergleichende Resultate in der nachstehenden Tabelle II verzeichnet sind.

|202|

Tabelle II.

Erhöhung der Temperatur der Treibräderachsen der Locomotiven, im Vergleich zu der Temperatur der Atmosphäre.

Textabbildung Bd. 210, S. 202

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß die aus der Differenz zwischen der Temperatur der Atmosphäre und derjenigen der Achsbüchse resultirende mittlere Temperaturerhöhung am Ende der Fahrt bei den gewöhnlichen Zügen bei Benutzung des Schmierölgemisches von Ewing und Coleman 21° Fahr. (11,66° C.) betrug, dagegen 29° Fahr. (16,1° C.) bei Benutzung von Colzaöl; bei Extrazügen betrug die mittlere Temperaturerhöhung im ersteren Falle 54,5° F. (30° C.) und im zweiten Falle 64° F. (35,4° C.).

Diese vom Verfasser durchweg controllirten Resultate sind überzeugend und es ist von Wichtigkeit, die Thatsache zu constatiren, daß seit dem Bekanntwerden der eben mitgetheilten Versuche mehrere große Eisenbahngesellschaften das neue Schmieröl mit Erfolg anwenden, an welchem sie überdieß die gute Eigenschaft anerkennen, die Maschinen weniger zu verschmieren, als das Colza- oder Rüböl.

Wie groß auch die wohl erwiesenen Vorzüge einer Neuerung seyn |203| mögen, so weiß man doch mit welchen Schwierigkeiten die Einführung und Anwendung derselben zu kämpfen hat, und somit ist es erklärlich, daß auch bei dem Eisenbahnwesen die Vorurtheile und Befürchtungen der Maschinenführer nicht ganz leicht zu beseitigen waren. Mehrere derselben ziehen es vor, bei sehr starken Locomotiven das neue Schmiermittel im Gemisch mit einem thierischen oder pflanzlichen Oele anzuwenden; bei gewöhnlichen Locomotiven hingegen erscheint ein solcher Versatz nicht nothwendig.

Neuerlich wurden an einer 3 Zoll (75 Millimet.) im Durchmesser haltenden Welle von mindestens einer halben Tonne Gewicht, welche mit einer Geschwindigkeit von 25000 Umdrehungen per Stunde umlief, zwei neue Reihen vergleichender Versuche abgeführt.

Bei der ersten Versuchsreihe war die seit drei Tagen umlaufende Welle bald mit Rüböl und anderen im Handel zu beziehenden Schmiermitteln, bald mit dem Ewing-Coleman'schen Präparate geschmiert worden. Täglich nach Verlauf von je vier Arbeitsstunden wurde die Erhöhung der Temperatur des Metalles im Vergleiche zur Temperatur der Atmosphäre untersucht, und bei den gewöhnlichen Schmierölen im Mittel zu 41° F. (22,8° C.), bei dem neuen Schmiermittel dagegen zu 26° F. (14,8° C.) gefunden.

Bei der zweiten Versuchsreihe ließ man die Welle im Anfange trocken laufen, bis sie sich auf 150° F. (fast 66° C.) erhitzt hatte; dann wendete man abwechselnd die verschiedenen Schmiermittel an, um ihr Abkühlungsvermögen zu erproben Im Verlaufe von vier Stunden war das Metall in Folge des Schmierens mit Colzaöl und den anderen Oelen im Durchschnitt auf 120° F. (49,28° C.), durch das Ewing-Coleman'sche Schmieröl auf 104° F. (40° C.) abgekühlt worden.

Zur einfachen und raschen Ermittelung des Grades von Körper oder Klebrigkeit, welchen die als Maschinenschmiere zu benutzenden Oele besitzen, hat der Verfasser den in der nachstehenden Figur abgebildeten Apparat erfunden.

A ist ein Cylinder aus dickem Glase, welcher zur Aufnahme des zum Erhitzen dienenden Wasserdampfes bestimmt ist.

B ist ein gleichfalls aus Glas bestehender, in A concentrisch angebrachter Cylinder, welcher das zu probirende Oel enthält; sein unterer Theil ist zu einem Trichter verlängert, dessen Ende mit einem Hahne versehen ist. Mittelst Kautschukstopfer in Form ringförmiger Scheiben, wird der zwischen beiden Cylindern bleibende Raum, welcher die Dampfkammer bildet, geschlossen.

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Textabbildung Bd. 210, S. 204

D ist der Kolben, welcher das den Dampf liefernde Wasser enthält und mittelst einer Weingeistlampe erhitzt wird.

E Kautschukrohr, welches den Dampf aus D in den zwischen den Cylindern A und B befindlichen Raum leitet.

F Gefäß zur Aufnahme des aus dem Apparate tretenden Oeles.

G Dampfaustrittsrohr.

H Thermometer, welches in das Oel taucht.

Um mittelst dieses Apparates ein Schmieröl auf seine Klebrigkeit (seinen Körper) zu untersuchen, füllt man den Cylinder B bis zu einer bestimmten Höhe mit demselben und läßt dann in den Cylinder A den Dampf eintreten. Nachdem das Oel die Temperatur von 120° F. (49,28° C.) erreicht hat, öffnet man den am trichterförmigen Ende des Cylinders B angebrachten Hahn und notirt die zum vollständigen Ausfließen des Oeles erforderliche Zeit. Die Vergleichung der in dieser Weise ausgeführten Beobachtungen ergibt den relativen Klebrigkeitsgrad der Schmieröle. Die |205| Dimensionen des Apparates sind so berechnet, daß deutsches Rüböl (Colzaöl), welches der Verfasser als Typus gewählt hat, zum vollständigen Ausfließen genau acht Minuten Zeit erfordert. Mittelst dieses Verfahrens hat der Verfasser die nachstehende Tabelle entworfen:

Tabelle III.

Relative Klebrigkeit (Körper) verschiedener Schmieröle.

Ausflußzeit.
Deutsches Rüböl (Colzaöl) 8 Min. Sec.
französisches deßgl. 11
Schmalzöl 7
Ochsenklauenöl 8 30
Robbenöl 6 30
Wallrathöl 5
reines Mineralöl 2 45
gewöhnliches Ewing-Coleman'sches
Schmieröl

8


30

für Eisenbahnzwecke bestimmtes Schmieröl 11

Diese höchst einfache Methode genügt, um auf rasche Weise die Klebrigkeit eines Oeles zu bestimmen; sie ist die einzige, welche in den Werken der großen Gesellschaft: Young's Paraffin light and mineral Oil Company jetzt angewendet wird.

|199|

Obschon der Verfasser es nicht besonders sagt, so versteht es sich doch von selbst, daß in den angeführten drei Fällen die Höhe der Flüssigkeitssäule im Trichter dieselbe seyn muß.

|201|

Der Verfasser, welcher auf diese Erfindung ein Patent genommen hat, gibt leider das Datum desselben nicht an, und geht auch auf die Darstellungsweise seines Productes nicht weiter ein.

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