Titel: Tower's Prüfung von Schmiermitteln.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 252 (S. 12–17)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj252/ar252005

Tower's Verfahren und Apparat zur Prüfung von Schmiermitteln.1)

Mit Abbildungen auf Tafel 2.

Einem von B. Tower in London der Institution of Mechanical Engineers vorgelegten Berichte über Reibungsversuche an Zapfen ist nach Engineering, 1883 Bd. 36 S. 451 folgender Auszug entnommen.

Um bei den Versuchen einen Grundmaſsstab für die Vergleichung zu haben, beobachtete man zuerst die Reibungsverhältnisse, wenn der |13| Zapfen durch ein Oelbad geschmiert wurde. Hierbei wird der Zapfen immer mit so viel Oel versorgt, als ihm möglich ist, aufzunehmen; es stellt dies somit die vollkommenste Schmierung dar; sie ist aber auch bequem immer in derselben Weise herzustellen und bietet zudem noch den Vortheil, daſs die Temperatur des Zapfens leicht durch die Temperatur des Oelbades regulirt werden kann. Die Versuche haben gezeigt, daſs das Bad nicht voll zu sein braucht; es bleiben die Resultate dieselben, auch wenn das Gefäſs so weit leer ist, daſs das Oel eben nur noch den Zapfen berührt.

Der Zapfen, mit welchem man die Versuche anstellte, war von Stahl, 102mm dick, 152mm lang und horizontal gelagert; eine belastete bronzene Lagerschale umschloſs nur nahezu die eine (obere) Hälfte des Zapfens, also eine Belastung, wie sie wohl am häufigsten in der Praxis vorkommt; bei dem Apparate von Thurston (1877 225 * 538. 1880 236 493) werden beide Lagerschalen constant gegen den Zapfen gepreſst. Auf diese Lagerschale A (Fig. 17 und 27 Taf. 2) stützt sich ein Guſseisendeckel B, an welchem mittels zweier Bolzen ein Querstück C mit einer Stahlschneide hängt. Ueber diese Schneide, deren Entfernung vom Zapfenmittel 127mm beträgt, ist nun die Schale D mit den Belastungsgewichten gehängt. Der aus Deckel, Bolzen und Querstück hergestellte starre Rahmen ist für sich noch durch ein Gegengewicht E so ausgeglichen, daſs sein Schwerpunkt ebenfalls in die Schneide hineinfällt; wenigstens setzt dies die Ableitung der Formel für die Uebersetzungsverhältnisse voraus.

Wäre zwischen Lagerschale und Zapfen keine Reibung vorhanden, so würde das Gewicht stets senkrecht unter dem Zapfenmittel hängen bleiben; durch die Reibung wird jedoch beim Drehen des Zapfens der Rahmen so lange mitgenommen, d.h. so weit ausschlagen, bis das Moment der Gewichte dem der Reibung gleich ist.

Bezeichnet r = Radius des Zapfens (Fig. 19), s = Hebelarm der Last G, f = Reibungscoefficient, so ist Gs = fGr, folglich f = (s : r). Da r constant bleibt, läſst sich der Reibungscoefficient f aus s und dieses wiederum direkt aus dem Ausschlagswinkel des Rahmens bestimmen. Ist z.B. s = 0,1 r, so wird f = 0,1 u.s.w.

Hierbei hält es aber schwer, genau die Lage festzustellen, in welcher die Schneide sich senkrecht unter dem Zapfenmittel befindet; in Folge dessen hat man zu dem Kunstgriffe seine Zuflucht genommen, den Zapfen erst nach der einen, dann nach der entgegengesetzten Richtung unter sonst gleichen Verhältnissen laufen zu lassen. Es wird dann die Summe der beiden Werthe von s gemessen (vgl. Fig. 20); f ergibt sich hieraus zu f = (2s : d).

Um die Werthe der Coefficienten sicher und bequem ablesen zu können, ist an dem Rahmen noch ein leichter Hebel L mit einem Schreibstifte am Ende angebracht, welcher auf einem sich drehenden Papiercylinder |14| P den Ausschlag aufzeichnet. Die Uebersetzung bei dem Apparate betrug hierbei 12,5, so daſs ein Coefficient von 0,01 noch einen Ausschlag von 12mm,7 ergab, die Hälfte nach oben, die Hälfte nach unten von der Mittellage.

Bei den Vorversuchen hatte man gefunden, daſs unmittelbar, nachdem der Zapfen in der entgegengesetzten Richtung lief, die Reibung gröſser ausfiel, als wenn er einige Zeit in derselben Richtung gelaufen war. Diese Reibungssteigerung, meist mit Warmlaufen verbunden, erwies sich am gröſsten bei neuen Schalen und stieg bis auf das doppelte der normalen Reibung; bei gut eingelaufenen war sie jedoch kaum und dann nur geringe Zeit bemerkbar.

Man führte daher die Versuche in folgender Weise aus: Eine vollständige Reihe von Versuchen wurde mit stufenweise steigender Belastung vorgenommen; dann verminderte man die Belastung wieder in denselben Abstufungen bis herab zu 7k/qc, d. i. der Druck, welcher von der unbelasteten Schale herrührte. Hierauf wurde die Bewegungsrichtung umgekehrt und erst dann, wenn der Ausschlag constant blieb, wenn sich also der Zapfen für die neue Bewegungsrichtung eingelaufen hatte, die Versuchsreihe mit steigender und fallender Belastung wie früher ausgeführt. Hierbei zeigte sich nun, daſs der Ausschlag mit zunehmender Belastung abnahm, d.h. der Reibungscoefficient sich verminderte; bei sehr starken Belastungen erhielt man so geringe Diagrammhöhen, daſs die Coefficienten nicht mit der zum Vergleiche nöthigen procentualen Genauigkeit abzulesen waren; man entschloſs sich daher, weil das Moment der Reibung sich weniger zu verändern schien, das Moment selbst zu messen.

Zu diesem Zwecke fügte man dem Haupthebel einen kleinen Uebersetzungsfühlhebel M (vgl. Fig. 18) bei; die Belastung der vorn angehängten Wagschale W wurde nun so justirt, daſs M immer auf einen und denselben Punkt m einspielte. Das Gegengewicht des Haupthebels hatte eine solche Vermehrung erfahren, daſs immer etwas Gewicht in die Wagschale W gelegt werden muſste, um die Normallage der Hebel hervorzubringen, gleichviel ob der Zapfen in der einen oder in der anderen Richtung lief. Im Uebrigen wurden die Versuche genau in der oben beschriebenen Weise, mit zu- und abnehmendem Drucke auf die Flächeneinheit vollführt. Das Reibungsmoment bestimmte sich aus der kalben Differenz der in die Schale gelegten Gewichte für das Laufen in der einen und in der anderen Richtung.

Da die Temperatur von nicht unbedeutendem Einflüsse ist, wurden die vergleichenden Versuche mit der Oelbadschmierung bei einer nahezu constanten Temperatur von 32° vorgenommen und nur Temperaturschwankungen von 0,8° nach oben und unten zugelassen. Bei diesen Versuchen wurde die Belastung des Zapfens nicht so weit getrieben, daſs er zu fressen begann, um die zum Vergleiche nöthige, sich gleich |15| bleibende Oberflächenbeschaffenheit der Lagerschale und des Zapfens nicht zu zerstören, während bei den folgenden Versuchsreihen absichtlich bis zum Anfressen belastet wurde, um den gröſsten Druck auf die Flächeneinheit festzustellen, welchen Rüböl und Mineralöl zu tragen vermögen; als solcher fand sich für Rüböl 40,3k/qc mittlerer Druck auf den Zapfenlängsschnitt, für Mineralöl 44k/qc; darüber hinaus war der Druck gröſser als die Zusammenhangskraft der einzelnen Moleküle des Oeles, es trat die direkte Berührung der Metalle ein und damit das Pressen.

Im Uebrigen ergaben die Versuche mit der Oelbadschmierung, daſs die Reibung, innerhalb der in der Praxis angewendeten Druckgrenzen, fast unabhängig ist von dem mittleren Zapfendrucke auf die Flächeneinheit, daſs sie sich aber mit der Geschwindigkeit rasch vergröſsert, wenn auch nicht mit dem Quadrate der Geschwindigkeit.

Bezüglich des Einflusses der Temperatur ist nur bemerkt, daſs sich die Reibung bei steigender Temperatur vermindert; so zeigte sich der Reibungscoefficient bei 450 minutlichen Umdrehungen bei 49° nur ⅓ so groſs als der bei 16°.

Es wurden dann weitere interessante Versuche angestellt über den Werth der verschiedenen Schmiermethoden und über den Einfluſs der Anordnung der Oelnuthen, welche zugleich einen Schluſs über die Vertheilung des specifischen Druckes zulassen. Man hatte behufs Anbringung der Schmiergefäſse durch Schale und Deckel ein Loch von 13mm Durchmesser gebohrt. Als nun der noch durch Oelbad geschmierte und mit nur 7k/qc belastete Zapfen angelassen wurde, sammelte sich Oel in dem Loche und trieb den Holzpfropfen, der zum vorübergehenden Abschlüsse dienen sollte, heraus; ein hierauf angesetztes Manometer stieg allmählich bis über 13at,5 hinaus (die Skala ging nur bis 200 Pfund auf 1 Quadratzoll englisch). Der specifische Druck im Scheitel des Zapfens, oder allgemeiner ausgedrückt, in der Mantellinie, durch welche die Resultirende der Kräfte hindurch ging, erwies sich bei normal zur Kraftlinie geschnittenen Schalen mehr als doppelt so groſs wie der mittlere Druck, während er nach den Seiten hin stetig bis auf Null herab abnahm.

Die Versuche über die gewöhnlich üblichen Schmiermethoden begannen mit einem Nadelschmiergefäſse. Die Oelnuth in der Mitte der Schale und parallel zur Achse der Welle ging nahezu bis an die Enden des Lagers (vgl. Fig. 23). Es zeigte sich, daſs der Zapfen schon bei 7k/qc warm lief und nicht ein Tropfen Oel abgegeben wurde, selbst wenn das Schmiergefäſs entfernt und das Schmierloch ganz mit Oel gefüllt wurde. Wenn man. den Rahmen vorübergehend entlastete, so sank das Oel im Loche und schmierte den Zapfen; aber unmittelbar nachdem das Gewicht wieder wirkte, stieg das Oel auf seine frühere Höhe und der Zapfen wurde trocken; es erwies sich also diese Anordnung der Nuthen als ein Mittel, das Oel vom Zapfen abzustreichen, obgleich die |16| Kanten der Nuthen sorgsam abgerundet waren, so daſs sie keine direkt schabende Wirkung hervorbringen konnten.

Die nächste untersuchte Anordnung der Nuthen war die in Fig. 24 wiedergegebene: zwei wiederum zur Achse parallele Rinnen, deren Sehnenabstand 83mm oder 81 Procent vom Durchmesser betrug. Die Schmierung erfolgte zufriedenstellend und ein Anfressen trat erst bei einer Belastung von 26,7k/qc ein.

Fig. 25 und 26 Taf. 2 stellen die hierauf untersuchte Schale dar, wobei das Oel durch 2 Löcher zugeführt wurde; die beiden krummen Nuthen umschlossen einen oval geformten Raum und der durch die Schale umfaſste Bogen hatte eine Sehne von 57mm gleich 56 Procent vom Durchmesser. Die Schmierung des Zapfens war spärlich und schon bei 12,5 bis 14k/qc trat ein Warmlaufen ein.

Es mag hier noch darauf hingewiesen werden, daſs auch die Umdrehungsrichtung einer Welle von Einfluſs auf die Schmierung sein kann (vgl. Fig. 21 und 22). Wenn nämlich die Theilung der Schalen nicht normal zur Kraftrichtung erfolgt, so wird der in übertriebenem Maſse angegebene Spielraum in Fig. 21 als Oelbehälter dienen, während in Fig. 22 das Oel von der linken Schalenkante schon bei einem verhältniſsmäſsig niedrigen specifischen Drucke abgestrichen wird – ein Einfluſs, der häufig genug bei Seil- und Riemenbetrieb auſser Acht gelassen wird.

Als letzte Schmiermethode wurde die mittels eines unter dem Zapfen angebrachten Reibekissens geprüft, das durch Haarröhrchenanziehung mit Oel versorgt wird; die Schmierung erfolgt gleichmäſsig und sparsam. Mit Rüböl läuft der Zapfen bis zu 38,7k/qc Belastung, ohne angegriffen zu werden.

Nach den stattgehabten Versuchen scheint bei vollkommener Schmierung die secundliche Geschwindigkeit, bei welcher die Reibung ein Minimum ist, zwischen 0,5 und 0m,75 zu liegen; mit vermehrter Belastung und mit weniger vollkommener Schmierung steigt auch die Geschwindigkeit, bei welcher das Minimum eintritt.

Folgende Tabelle I enthält die gefundenen Reibungscoefficienten für die verschiedenen Schmiermethoden, unter so nahe wie möglich gleichen Umständen:

I) Geschwindigkeit: 150 minutliche Umdrehungen (0m,8 Umfangsgeschwindigkeit).


Rüböl

Mittlerer
Druck

Reibungs-
coefficient
Werth-
verhältniſs
Oelbad = 1
Oelbad 18,5k/qc 0,00139 1
Dochtschmierung 17,7 0,00980 7,06
Reibekissen unter dem Zapfen 19,1 0,00900 6,48
|17|

II) Vergleichung der untersuchten Schmiermittel, unter so nahe als möglich gleichen Verhältnissen. Temperatur 32°, Schmierung durch Oelbad:

Mittlerer Widerstand
Walrathöl 0,0340k
Rüböl 0,0360
Mineralöl 0,0438
Schmalzöl 0,0458
Olivenöl 0,0460
Mineralfett 0,0737

Die vorstehenden Werthe sind die mittleren Reibungswiderstände an der Umfläche der Zapfen für je 1qc Druckfläche, bei 300 Umdrehungen in der Minute (1m,6 Umfangsgeschwindigkeit), innerhalb der specifischen Belastungen von 7 bis 21,8k/qc. Sie bedeuten die relative Zähflüssigkeit der verschiedenen Schmiermittel und in ihrer Reihenfolge das relative Tragvermögen. So würde Walrathöl, welches zwar das höchste Schmiervermögen besitzt, am vortheilhaftesten für leichte Zapfen anzuwenden sein, bei schwer belasteten Zapfen oder bei höheren Temperaturen aber hinter den anderen dickflüssigeren Oelen zurückzustehen haben.

Vgl. Lamansky, Willigk bez. G. Herrmann 1883 248 * 29. 180. 247 * 442 bez. * 290. Bahn, Jähns bez. Lux 1882 243 * 324 bez. * 24.

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