Titel: Schmieröl-Probirmaschine.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1890, Band 276 (S. 310–317)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj276/ar276046

Schmieröl-Probirmaschine.

Mit Abbildungen.

Mit dem Entwurf der nachstehend beschriebenen Schmieröl-Probirmaschine will der Vorsteher der mechanisch-technischen Versuchsanstalt, Professor Martens, dem ihm aus Interessentenkreise mehrfach geäuſserten Wunsche entgegenkommen: genau die gleiche Maschine, wie sie in der mechanisch-technischen Versuchsanstalt gebraucht wird, zu besitzen. Da indeſs die Maschine der Versuchsanstalt mit allerlei Vorkehrungen versehen ist, welche für Prüfungen, die nur praktischen Zwecken dienen sollen, überflüssig erscheinen, die jedoch den Anschaffungspreis sehr hoch stellen, so wurde von dem genannten Vorsteher die nachfolgend beschriebene Versuchsmaschine mit zwar im Wesentlichen denselben Verhältnissen wie das Vorbild, aber unter Weglassung der für praktische Zwecke überflüssig erscheinenden Vorkehrungen angegeben.

Die Maschine besteht in ihren wesentlichen Theilen aus der Welle mit dem Versuchszapfen, welche durch Riementrieb auf 200 Umdrehung |311| an der Minute gebracht wird, aus dem auf dem Zapfen reitenden Pendelkörper, welcher die Lagerschalen trägt, aus einer Wasserkühlung, welche die Wärme der Schmierschicht regelt und aus einer Schreibvorrichtung, welche auf endloses Papier den Pendelausschlag als Schaulinie verzeichnet. (Textfiguren von 1 bis 5.)

Fig. 1–5., Bd. 276, S. 311

Um nach Wunsch auch andere Geschwindigkeiten als 200 Umgehungen in der Minute zu ermöglichen, ist neben der Riemenscheibe Platz für eine zweite gelassen worden. (An der groſsen Maschine ist ein Regulator angebracht, welcher die Geschwindigkeit der Maschine |312| so regelt, daſs sie auch bei langen Prüfungen und bei Schwankungen der Geschwindigkeit der Wellenleitungen nahezu gleich bleibt.) Bei dem neuen Entwurf ist vorausgesetzt, daſs die Versuche jedesmal nur 1 bis 1½ Stunden dauern werden und daſs die Geschwindigkeitsschwankungen der Zuleitungen während dieser Zeit nur gering sind. Die Anbringung eines Deckenvorgeleges mit Ausrückvorrichtung ist gleichfalls Voraussetzung. Alle mit der Hauptwelle laufenden Massen müssen gut zentrirt sein und deshelb ist die Riemenscheibe nicht mit Speichen versehen.

Die Welle ist der Länge nach durchbohrt, so daſs man von hinten her in den hohlen Versuchszapfen ein Wasserzuleitungsrohr einführen kann, durch welches der Zapfen mittels einer Brause Vorrichtung nach Bedarf gekühlt oder erwärmt werden kann. Die Welle ist mit einer Wasserleitung oder mit einem Wasser-, beziehentlich Dampfbade zu verbinden, je nachdem gekühlt oder erwärmt werden soll. Der Wasserausfluſs erfolgt durch die hohle Welle ebenfalls nach hinten, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Diese Vorrichtung zur Regulirung der Wärme im Versuchszapfen ist nothwendig, da der Reibungscoeffizient in beträchtlichem Maſse von der Wärme der Schmierschicht abhängig ist, und man nur die Ergebnisse von Versuchen vergleichen kann, die unter völlig gleichen Bedingungen ausgeführt wurden. Deswegen muſs die Lagerschalenwärme jeweils auf einen ganz bestimmten Grad gebracht werden. Um die Brause vor Verstopfung zu schützen, ist vor dem Eintritt in die Wasserzuleitung eine Einrichtung zum leichten Einlegen eines engmaschigen Drahtsiebes angebracht. Die Brause wird auf das Zuleitungsrohr durch das verschlieſsbare Loch in der Stirnseite des Zapfens aufgeschraubt und mit einem Stift festgestellt, der Deckel hat Bajonnetverschluſs.

Der Versuchszapfen erhält einen äuſseren Durchmesser von 100 und eine Länge von 70mm. Er ist aus zähem dichtem Stahl herzustellen und ganz gleichmäſsig in Oel zu härten. Seine Lauffläche muſs ganz auſserordentlich sauber und vollkommen rund laufend geschliffen und hochglanz-polirt sein. Am besten geschieht das Schleifen in der Maschine selbst. Da die kleinste sichtbare Ungenauigkeit im Lauf den Versuch stört, so ist auf die richtige Herstellung und Erhaltung dieses Haupttheiles der Maschine ganz auſserordentlicher Werth zu legen.

Die Aufstellung muſs so bewirkt werden, daſs der Zapfen genau wagerecht liegt, da sonst der Pendelkörper nicht in der mittleren Lag verbleiben wird. Bei der Maschine der Versuchsanstalt ist der Zapfen nach geschehener Aufstellung mittels einer Schmirgelscheibe genau rund gemacht, mittels Kluppe mit Bleibacken nachgeschliffen und dann mit Polirroth polirt. Die Lagerschalen des Pendelkörpers sind zuerst durch Schaben möglichst genau auf den Zapfen gepaſst und haben dann unter Hinzufügung von Polirroth und Oel wohl 14 Tage einlaufen können, und zwar so lange, bis bei einer Anzahl von Versuchen mit ganz reine |313| Rüböl unter gleichen Bedingungen gleiche Pendelausschläge beobachtet wurden.

Der Reibungscoeffizient wird nach dem Vorgange von Thurston und Anderen durch den Ausschlag des auf den Versuchszapfen gehängten Pendelkörpers gemessen. Der Kopf dieses Pendelkörpers nimmt die drei Lagerschalen, sowie den Druckerzeuger auf, ohne zugleich das feststehende Schmierölbad zu beeinträchtigen. Die Lagerschalen aus Bronze haben eine Breite von etwa 20mm. Die beiden unteren sind fest mit dem Kopfkörper verbunden und enthalten ein Loch von 8mm Weite, welches ganz nahe der Lagerfläche liegt (Wandstärke an dieser Stelle etwa 1½ bis 2mm) und ein Thermometer aufnimmt. Die obere Schale ist beweglich und im Kopfkörper geführt. Sie hat zwei seitliche Ansätze, welche dem Pendelkörper eine Verschiebung in der Längsachse des Zapfens von 4mm gestatten. Trichterförmige Vertiefungen an diesen Ansätzen sollen das mitgerissene Oel vor dem Verschleudertwerden bewahren und veranlassen, daſs es immer wieder dem Schmierbade zugeführt wird. Der Flächendruck auf die Schmierschicht wird durch einen Napoli'schen Druckerzeuger hervorgerufen. Dieser Druckerzeuger wird in den Kopfkörper hineingeschraubt und drückt mittels seines Stempels auf die obere Lagerschale. Der Druck überträgt sich auf die Kopfplatte des Stempels und durch die abschlieſsende Gummischeibe auf das im oberen Raum des Druckerzeugers befindliche Wasser und von hier aus auf das Manometer. Durch den unmittelbaren Versuch kann leicht der den Angaben des Manometers entsprechende Druck auf die obere Lagerschale bestimmt werden.

Bei der Maschine der Versuchsanstalt geschah dies, indem man den Druckkörper in die Festigkeitsprobirmaschine spannte und für jeden Manometerstrich die auf den Stempel der Druckvorrichtung auszuübende Kraft bestimmte. Der wirksame Durchmesser des Druckerzeugers beträgt etwa 26cm, der auszuübende Druck würde also bei 6at Ablesung am Manometer rund P = 3000k sein. Bei einer Gröſse der Reibungsfläche der Lagerschale von 2 × 7 = 14qc ergibt sich daher als gröſster auf die Schmierfläche ausübbarer Druck etwa 200at. Dieser Druck wird zur Erprobung der bekannten Schmieröle sicher ausreichen. Nimmt man an, daſs die Angaben des Manometers auf 0at,05 sicher sind, so wird man den Druck P auf etwa 10 bis 12k sicher bestimmen können; die Ablesungen am Manometer lassen sich vielleicht auf 0,01 bis 0at,02 ausführen und man würde dem entsprechend die Kraftablesungen für P bis auf etwa 5k vollziehen können.

Die obere Lagerschale ist durch zwei seitliche Schrauben, von denen die vordere mit gerändertem Kopf versehen ist und deswegen leicht entfernt werden kann, gegen seitliche Verschiebungen im Pendelkörper gesichert. Diese Schale wird herausgenommen, wenn Zapfen und Lagerschalen gereinigt werden sollen. Die Reinigung geschieht durch Bestreuen |314| mit trockenem Sägemehl, Abbürsten und sorgfältiges Nachputzen mit Aether und reinen leinenen Lappen.

Die beiden unteren Lagerschalen sitzen, wie schon bemerkt, fest im guſseisernen Pendelkörper, der den Zapfen so eng umschlieſst, daſs zwischen ihm und der Versuchsfläche des Zapfens nur ein Raum von etwa 0mm,5 Dicke verbleibt. Diesen Zwischenraum füllt das zu prüfende Oel sehr leicht aus und bewirkt so eine reichliche Schmierung der oberen Schale. Um die Schmierung möglichst vollkommen und gleichartig zu machen, wurde ein Tauchbad angewendet, welches feststehend an einem besonderen Ständer angebracht ist. In dieses Bad taucht der Zapfen etwa 5 bis 10mm tief ein, wenn es eine gewisse mit einem Meſsgefäſs abgemessene Menge Oel enthält. Um den Zutritt zum Oel, sowie später das Abtropfen zu erleichtern, ist der Guſskörper unten mit einer Aussparung versehen. Das Oelbad ist doppelwandig und so eingerichtet, daſs man kaltes oder warmes Wasser, nötigenfalls auch Dampf durch das äuſsere Gefäſs leiten kann. Die Pendelstange ist durch einen das Schmiergefäſs umgreifenden Bügel mit dem Guſskörper verbunden. Sie ist mit einer Centimetertheilung versehen, so daſs unmittelbar die Entfernung des Schwerpunktes der 12k schweren Pendellinse von der Mittellinie des Versuchszapfens abgelesen werden kann. Die Linse ist zwischen 50 und 80cm beliebig einstellbar. Der Pendelkörper, ohne die Linse, ist durch ein unten an der Stange befestigtes Gegengewicht auszugleichen. Die in die unteren Lagerschalen eingelassenen Thermometer sind Stabthermometer mit eingeschmolzenem Emaillestreifen und einer Theilung von 0 bis 120°. Sie sind rechtwinklig gebogen und mit untergelegten Korkstücken und zwei Schrauben an dem Guſskörper befestigt, ihre Gefäſse in feine Metallfeilspäne gebettet, die nach Auſsen durch Schellackverkittung abgeschlossen sind. Ein drittes, loses Thermometer wird in das Oelbad eingetaucht, um dessen Wärme beständig controliren zu können. Diejenigen Kanten der Lagerschalen, an welchen das Schmieröl unter die Flächen tritt, müssen ganz schwach (etwa 0mm,5) gebrochen sein und ist der hierdurch entstehende Flächenausfall in Rechnung zu stellen.

Fig. 6., Bd. 276, S. 314

Der Ausschlag des Pendels während des Versuches gibt ein Maſs für die Reibungsarbeit beziehentlich den Reibungscoeffizienten. Er wird gemessen an den Verschiebungen eines auf Rollen geführten Schiebers, der vom Pendel mittels Kurbelschleife mitgenommen wird und eine Theilung trägt, in welcher die Constanten der Maschine bereits berücksichtigt sind. Man hat die Ablesung nur noch mit einem Factor zu multipliziren, welcher von der Gröſse des Druckes Q und von der Entfernung |315| der Pendellinse, von der Mittellinie des Zapfens abhängig ist. Aus Fig. 6 gehen die Grundlagen für die Berechnung des Versuchsergebnisses hervor, es bezeichnet:

  • r = Halbmesser des Versuchszapfens,
  • R = Entfernung der Pendellinse von der Zapfenmitte in Centimeter,
  • a = Entfernung des Mitnehmers für den Schieber von der Zapfenmitte in Centimeter,
  • G = Gewicht der Pendellinse in Kilogramm,
  • g = Gewicht des ganzen Pendels in Kilogramm,
  • P, P1, P2 = Druck des Druckerzeugers auf die Lagerschalen in Kilogramm,
  • ρ = μ (P + P1 + P2 + g) = μ Q = Reibungswiderstand in Kilogramm,
  • l = Pendelausschlag in Centimeter,
  • l1 = Mitnehmerausschlag in Centimeter.

Dann ist:

Durch Ausmessen und Gewichtsfeststellung sind zu bestimmen:

G = 12k; r = 5cm und a = 22cm,5

g kann man nach Maſsgabe der Maschine der Versuchsanstalt auf etwa 75k schätzen.

Dann würde sich ergeben:

Die Gröſse der auf dem Schieber anzubringenden Theilung würde sich hiernach berechnen:

α = 0,10667 l1 oder für α = 1

Diese Strecke ist in 100 Theile von je 0mm,938 zu theilen und jeder zehnte Theilstrich mit 0,0; 0,1; 0,2 u.s.w. zu bezeichnen. Mit Hilfe einer am Gestell angebrachten Marke (wenn gewünscht Nonius) kann man dann α bis auf 0,002 ablesen. Der gefundene Werth wird selbstredend nicht bis auf diese Gröſse genau sein, da sowohl Beobachtungsfehler in den gewogenen und gemessenen Gröſsen als auch Ausführungsfehler in den Führungstheilen vorkommen. Insonderheit kommt in letzterer Beziehung in Betracht, daſs das kugelförmige Ende des Mitnehmerstiftes genau ohne Zwang und freies Spiel in der Kurbelschleife paſst und daſs die letztere mit genau geraden und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schiebers stehenden Flanken ausgeführt ist. Endlich muſs in der Nullpunktslage des Schiebers der Schwerpunkt des Pendels genau in |316| die Senkrechte fallen und die Bewegungsrichtung des Schiebers in der Wagerechten liegen. Da sich die Ausführungsfehler nicht summiren, sondern zum Theil ausgleichen werden, so darf man annehmen, daſs das Ergebniſs bis auf 0mm,5 also α = 0,5/9,375.10 oder nahezu fünf Einheiten der dritten Dezimalen von α sicher sein wird.

Mit der unmittelbar auf einander folgenden Ablesung des Druckes (n) am Manometer, der Thermometerangaben und der Gröſse von α ist eigentlich das Versuchsergebniſs erhalten. Diese Ablesungen müſsten aber während eines gröſseren Zeitraumes in bestimmten Zwischenräumen wiederholt werden und das würde den Beobachter fortwährend an die Maschine fesseln und ihn bald ermüden. Es ist deshalb eine selbsthätige Aufzeichnung der Versuchsergebnisse vorgesehen, und kann die Mitbeschaffung des Schreibapparates nach den in der Versuchsanstalt gemachten Erfahrungen dringend empfohlen werden.

Der Schreibapparat ist in Fig. 1 bis 5 nur angedeutet und wollen wir hier auf denselben, als nebensächlichen Theil, nicht näher eingehen, vielmehr Interessenten auf die Quelle verweisen.

Da es nothwendig ist, die Versuche stets genau unter den gleichen Bedingungen auszuführen, so hat man für die Versuche zunächst sich eine bestimmte Stufenleiter für die Drucksteigerung und für die gleichzeitig inne zu haltenden Lagerschalenwärmen zu bilden und nach Einstellung des Druckes die Wasserzufuhr so zu regeln, daſs die beiden Thermometer die gewünschte Wärme anzeigen. Die Angaben des letzteren werden um ein Geringes von einander abweichen, der Unterschied ist aber nahezu gleichbleibend, weil die Reibungsarbeit oder die Wärmeabgabe in beiden Schalen wohl nur selten genau gleich sein wird. Um es den Interessenten zu ermöglichen, ihre Versuche genau auszuführen, wie es in der Versuchsanstalt geschieht, seien hier die dort benutzten Druck- und Wärmestufen mitgetheilt. Es wird bei 200 Umdrehungen des Zapfens in der Minute oder nahezu 1m/Sec. Umfangsgeschwindigkeit:

10 25 40 53 66 80 93 106 119 132 145 158 at
t = 23,5 26,8 30,0 33,2 36,8 40,7 45,0 49,5 55,0 61,4 68,0

worin f die reibende Fläche der Lagerschalen in Quadratcentimetern bedeutet. Nach Erreichung der richtigen Versuchswärme läſst man die Maschine etwa noch 5 Minuten laufen. Der Pendelausschlag wird während dieser Zeit noch um ein Geringes abnehmen; es ist aber praktisch nicht wohl möglich, bis zum Eintritt des Beharrungszustandes zu warten, weil man hierdurch viel Zeit verlieren würde, ohne wesentlich andere Ergebnisse zu erzielen.

Die Controle darüber, ob die Maschine ihre Schuldigkeit thut, ist dadurch zu führen, daſs man von Zeit zu Zeit ein reines, möglichst |317| säurefreies, raffinirtes Rüböl, das zu dem Zwecke sorgfältig aufzubewahren ist, auf der Maschine probirt. Die Reibungscoeffizienten müssen innerhalb der Fehlergrenzen unter gleichen Versuchsbedingungen die gleichen werden. Ist dies nicht der Fall, so muſs man die Maschine unter mittlerem Druck (etwa p = 50 bis 70k/qc) so lange einlaufen lassen (zuweilen tagelang), bis sie den guten Zustand wieder erlangt hat.

Um sich während des Versuches von dem guten Zustande der Maschine zu überzeugen, braucht man das Pendel nur anzustoſsen. Es muſs dann auch bei den höchsten Drucken p dem Stoſse so leicht folgen, als ob es an einer Uhrfeder aufgehängt wäre, und muſs nach mehreren Schwingungen von ganz regelmäſsig abnehmenden Ausschlägen genau wieder in die alte Lage zurückkehren.

Wegen der weiteren Einzelheiten der Versuchsausführung und der Beurtheilung der Ergebnisse verweisen wir auf die in der Quelle angezogenen Schriftstücke.

Da die erste Prüfung und Untersuchung der Maschine eine sehr sorgfältige sein muſs, so sei hier darauf hingewiesen, daſs diese auf Antrag durch die Versuchsanstalt bewirkt werden kann.

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