Titel: Neuere Arbeits- und Kraftmesser.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1899, Band 313 (S. 196–200)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj313/ar313045

Neuere Arbeits- und Kraftmesser.

Von Prof. Th. Pregél in Chemnitz.

(Schluss des Berichtes S. 180 d. Bd.)

L. P. Breckenridge's Dynamometer mit Druckflüssigkeit.

Zum Messen der Schnittwirkung an Hobel- und Fräsemaschinen benutzte Prof. Breckenridge von der Lehigh University den nach American Machinist, 14. August 1890, Bd. 13 * S. 4, in Fig. 30 bis 32 dargestellten Kraftmesser. Auf dem Hobelmaschinentisch a ist vermöge eines Winkelbockes |197| b der Pressencylinder c angebracht, dessen Kolben d unter Flüssigkeitspressung (Oel) sich bewegt. An demselben ist ein Winkeltisch f als Träger des Werkstückes g angeschraubt, welcher auf Walzen h seine weitere Stützung findet. Indem nun das im Support gehaltene Schneidewerkzeug k bezw. l gegen das Werkstück g zur Wirkung gelangt, wird der Schnittdruck P unmittelbar durch den Kolben d aufgefangen und die Flüssigkeitspressung durch Manometer m und Indikator r angezeigt. Um das Arbeitsdiagramm hervorzubringen, ist die Indikatortrommel an einem Schwingungshebel s mittels Fadenzugs in bekannter Art angeschlossen, wobei der Hebel seinen festen Drehpunkt in o findet.

Textabbildung Bd. 313, S. 197
Textabbildung Bd. 313, S. 197

Mit dem Schneidstahl k, bei α = 74° Schneid- und i = 9° Anstellungswinkel, wird Gusseisen, mit dem zweiten Werkzeug l, bei α = 75° Schneid- und i = 13,5° Anstellungswinkel, wird Schmiedeeisen bearbeitet. Bei den in folgender Tabelle zusammengestellten und durch die Diagramme a bis p (Fig. 33) ergänzten Versuchsergebnissen hatten die beiden Schneidstähle 22 zu 38 mm Querschnitt, während die Werkstücke 304 mm Länge, 76 mm Breite und 25,4 mm Dicke erhielten. Der Arbeitskolben des Dynamometers hatte bei D = 9,068 cm Durchmesser eine Querschnittsfläche F = 64,5 qcm.

L. P. Breckenridge. Versuche an Hobelmaschinen.

Diagramm Schnittbreite
b mm
Schnitttiefe
t mm
Manometer-
druck p kg/qcm
Mittlerer
Diagrammdruck
pm kg/qcm
Diagramm-
fläche qcm
Gesamtdruck
P kg
Schnitt-
geschwindig-
keit mm/Sek.
Effekt
mkg/Sek.
Effekt in Material

Anmerkungen
a
b
b
b
b
c
d
e
f
g
h
i
k
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
1,67
1,67
1,67
2,11
2,93
1,4
1,4
1,4
0,81
1,57
1,57
1,57
1,57
0,43
0,84
1,7
0,43
1,27
0,43
0,84
1,27
2,6
3,22
3,5
4,07
4,22
0,56
2,6
3,5
3,9
8,8
2,8
4,0
4,9
2,5
3,0
3,3
3,7
3,9
0,5
2,3
3,05
3,8
8,4
2,4
3,55
4,6
24,0
29,4
31,7
35,7
37,7
4,84
22,2
29,8
27,7
30,8
8,77
13,0
16,8
160
196
212
238
252
31,9
147
197
244
540
154
229
296
54
54
54
54
54
51
51
51
53
53
53
53
53
8,64
10,58
11,45
12,85
13,61
1,63
7,5
10,05
12,93
28,62
8,16
12,14
15,58
0,117
0,1441
0,155
0,174
0,184
0,022
0,102
0,137
0,174
0,385
0,109
0,163
0,211
Gusseisen 1Das linke Endstück war hart.
l
m
n
o
p
1,27
1,27
1,27
1,27
1,27
0,84
2,93
2,93
2,93
2,93
2,1
3,0
4,2
3,9
2,8
1,5
3,0
3,7
3,2
2,6
8,5
17,6
21,7
18,8
15,3
94,5
195
240
209
169
53
53
53
53
53
5,00
10,34
12,72
11,08
8,96
0,0672
0,1393
0,171
0,1484
0,1205
Schmiede-
eisen
2Im Werkstück waren zwei Löcher gebohrt.
3Der Stahl trifft den Lochrand.

4Ohne Oel.
5Mit Oelschmierung.

Morin-Spinney's Drehbankdynamometer.

Textabbildung Bd. 313, S. 197

Eine unmittelbare Messung der Schnittkraft an einer Drehbank ist mit dem in Fig. 34 und 35 nach American Machinist, 1893 Bd. 16 Nr. 49 * S. 4, dargestellten Morin'schen Kraftmesser leicht möglich, welcher von L. B. Spinney in der vorgeführten Form gebaut wurde. An den vorderen Spindelzapfen einer Drehbank ist ein prismatischer Block a glatt aufgeschoben, an dem die Blattfedern b sitzen, die ihren Stützpunkt an Rollenzapfen c finden, welche in der Planscheibe d der Drekbank sitzen. An einem vorstehenden Stift f des Blockes a legt sich die Winkelnase des Mitnehmers g an, in welchem das Werkstück in bekannter Weise eingespannt wird. Endlich ist an dem Block a eine Fingerschiene h angeschraubt, in welcher der Zeichenstift i festgelegt wird. Dieser |198| spielt auf einer Kreisscheibe k, welche durch das Uhrwerk l, der Spindelumlaufszahl entsprechend, gedreht wird. Unter der Einwirkung des Schnittwiderstandes wird die Winkelnase des Mitnehmers auf den Treibstift f ein Kraftmoment hervorrufen, demzufolge eine Verdrehung des Federblockes ab verursacht wird, was einen Ausschlag des Zeichenfingers hi mitbedingt. Hiermit werden Polardiagramme (Fig. 36) erzeugt, in welchen die Kraftstärken als Radien nach gegebenen Kreisen ermittelt werden. In folgendem ist eine bemerkenswerte Reihe von Schnittkräften aufgeführt, welche bei 150 mm/sek. Schnittgeschwindigkeit an einem gusseisernen Werkstück von 50 mm ursprünglichem Durchmesser bei wechselnder Schnitttiefe (Spanbreite) und Schaltung (Spandicke) gefunden wurden.

Textabbildung Bd. 313, S. 198

Schnittkraft P in kg in Gusseisen bei 150 mm/Sek. Schnittgeschwindigkeit.

Schnitttiefe t mm Schaltung λ mm für 1 Umdrehung
0,21 0,32 0,43
6,350 170 290 333
4,762 135 230 273
3,175 106 167 186
1,587 63 103 115

Fr. Bedell's Dynamometer für Dauerbetrieb.

In der Cornell University ist seit Jahren eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gleichganges von Motorwellen in Gebrauch, welche mit Vorteil zur Arbeitsmessung herangezogen werden kann. Diese von Fr. Bedell in Ithaca, N. Y., erdachte Messvorrichtung ist in der Hauptsache eine Wellenkuppelung mit federnden Zwischengliedern und optischer Beobachtung. Diese Vorrichtung ist in schematischer Zeichnung nach American Machinist, 1897 Bd. 20 Nr. 30 * S. 565, in Fig. 37 und 38 dargestellt, wobei a ein Wellenzweig mit Kuppelungsscheibe b, c die zweite Welle mit Scheibenkreuz d ist, welche durch Federwerke f verkuppelt sind. Sowohl auf b als auch auf d sind Blechringe von gleicher Grösse aufgesetzt, deren Kurvenschlitze g gegensätzliche Lage besitzen, so dass die Kreuzungsstellen i freien Durchgang einer Lichtquelle (Glühlampe) gestatten, welche als Lichtkreise erscheinen. Je nach der übertragenen Kraftstärke entsteht eine relative Verdrehung der Kuppelungsscheiben, derzufolge sich die Lichtkreise vergrössern oder verkleinern. Um nun die Grösse des Durchmessers dieser Lichtkreise, welche als Mass für die Kraft- oder Effektstärke herangezogen werden können, beurteilen zu können, wird diese Vorrichtung durch einen Schirm oder Kasten abgeblendet, und in dessen Vorderwand nur ein einziger radialstellender Schlitz h frei gelassen, durch welchen der Lichtkreis als Lichtblitz bezw. Lichtpunkt erscheint, dessen Lage durch eine Skalenteilung am Schlitzrand abgelesen wird, so dass in einem bestimmten Betriebe nach Erfordernis ohne weiteres die übertragene Effektgrösse beobachtet werden kann.

Textabbildung Bd. 313, S. 198

Ueber Dynamometer vgl. D. p. J. 1897 306 * 159, elektrisches; Morin 1895 296 * 66, Amsler-Laffon 68, Pittler * 68; Ackermann, Guggenheim 1892 286 * 32, Schmidt, Kreuz * 33; Buchelli 1891 281 255, Easton-Anderson * 255, Vnaillet * 256, * 257, Schuckert * 257, Fischinger * 257; Hefner-Alteneck, hydraulisches Dynamometer, 1889 272 * 239, Bánki 1888 269 * 148; Kohn 1888 268 * 537; Arbeitsmesser für Krafthämmer 1887 266 * 151, Carpentier * 575; Thurston, Bremszaum, 1887 264 195, Meeze * 195, Bánki * 196, Curie * 197, Raffard * 473; Walther-Meunier, Brauer 1886 259 525, Cadiat 525, Bourry * 527, Gleason Swartz * 528, E. Dick * 529, Fritsche-Bockhaker * 529; Hefner-Alteneck 1881 241 * 253.

F. Huillier's und Ch. Fremont's Leistungsversuche an Werkzeugmaschinen.

Bei diesen Versuchen sind nach Bulletin de la Société d'Encouragement, 1899 Bd. 98 Nr. 4 * S. 573, ein Morin'scher Kraftmesser mit aussenliegendem Registrierwerk, eine Prony'sche Bremse zur Bestimmung der Federdrücke für gegebene Effekte, ferner eine Vorrichtung zur Ermittelung der tangentialen Schnittkraft und eine Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Schaltungsdruckes in Anwendung gebracht worden.

Leergangversuche an einer Plan- und Spitzendrehbank von 600 mm Spitzenhöhe.

Der Antriebriemen vom Zwischendynamometer zu Deckenvorgelege hat v = 1,75 m/Sek. Geschwindigkeit eingehalten.

Bei folgenden Minutenumlaufszahlen der Planscheibe folgten Ordinaten im Diagramm

n = 18 33 55 90 in der Minute
h = 6 12 22 40 mm

bezw.

E0 = 17,5 35,0 64,1 116,6 mk/Sek.

Effekte für den Leergang des Drehbanktriebwerkes.

Demgemäss entspricht bei dieser Riemengeschwindigkeit v = 1,75 m/Sek. 1 mm Ordinate am Registrierwerk des Kraftmessers einem Effekt von .

Dagegen stellt sich die entsprechende, auf 1 Minutenumlaufszahl bezogene mechanische Arbeit (60. E0 : n) = A0 für

n; 18 33 55 90 in der Minute
auf
58,3 63,6 70,0 77,7 mkg

für den Leergang des Triebwerkes.

Mittels eines an die Planscheibe der Drehbank befestigten Bremswerkes mit L = 2 m Hebellänge wurde der mechanische Effekt für die Hebelbelastungen Q nach der bekannten Beziehung

ermittelt, wobei Q die Hebelbelastungen in Kilogramm bezeichnen, während Ed = h . 2,915 gleichzeitig der durch den Antriebriemen eingeleitete mechanische Effekt vorstellt.

Für n = 18 Minutenumdrehungen der Drehbankspindel folgen für Hebelbelastungen Q die Effekte Eb und Ed.

Q = 5 10 15 20 kg
Eb = 18,9 37,7 56,5 75,4 mkg/Sek.
Ed = 39,4 61,2 83,6 105,0 mkg/Sek.
bezw.
7,83 6,12 5,57 5,25 mkg/Sek.
Differenzen 1,76 0,55 0,32
bezw. 2,08 1,62 1,48 1,39
Differenzen 0,46 0,14 0,09

d.h. das Effektverhältnis (Ed : Eb) wird mit zunehmender Belastung günstiger, und zwar nähert sich die Differenz zwischen Q = 20 und 15 kg schon 0,1, während dieselbe zwischen 10 und 5 kg den Wert 0,46 hatte.

Dementsprechend stellt sich der für die Ueberwindung der Reibungswiderstände im Triebwerk der belasteten Drehbank gebrauchte mechanische Effekt

Er = Ed – Eb für mkg/Sek. auf

Q = 5 10 15 20 kg
Er = 20,5 23,5 27,1 25,1 mkg/Sek.

und da für n = 18

E0 = 17,7 17,5 17,5 17,5 mkg

konstant ist, so folgt

Er – E0 = 3,0 6,0 9,6 7,6 mkg
|199|

für den durch die Belastung Q der Drehbank bedingten zusätzlichen Reibungseffekt, so dass

0,16 0,16 0,17 0,10

oder R ∾ 0,16 als Koeffizient für die auf den Arbeitseffekt Eh bezogenen Zusatzreibung angenommen werden kann.

Da nun E0 für eine gegebene Spindelumlaufszahl konstant ist und da ferner R ebenfalls annähernd gleichbleibend gefunden ist, so folgt

R . Eb + E0 = Er mkg/Sek.

als der zur Ueberwindung der Triebwerkshindernisse aufgebrauchte mechanische Effekt.

Bei regelrechter Drehbanksarbeit muss notwendigerweise der Koeffizient dieses Reibungseffektes etwas abweichend ausfallen, weil einerseits das grössere Eigengewicht des Werkstücks, andererseits die Widerstände der bewegten Supportschlitten eine Verschiebung gegenüber jenem mittels Prony'scher Bremsscheibe ermittelten Effektes Eb bedingen werden. Diese Verschiebung ist schon mit Rücksicht auf die im Triebwerk zur Anwendung gebrachten verschiedenen Schmiermittel als unwesentlich zu bezeichnen, welche einen weit grösseren Einfluss auf den R-Wert haben dürften, als die Verschiedenartigkeit der vorerwähnten Belastungsweise.

Die tangentiale Schnittkraft wird durch einen Druckmesser (Toc dynamometrique) ermittelt, welcher im Wesen einem Hebelmitnehmer mit zwischengeschalteter Windungsfeder entspricht, die ihren Druckpunkt an der Planscheibe findet und in der Drehrichtung wirkt. Die Ausschwingung dieser Druckfeder wird durch einen gleicharmigen Winkelhebel gemessen, dessen Drehungsachse an der Planscheibe lagert, und von dem der eine Hebel an den Mitnehmer angelenkt ist, während der andere auf eine Schubmuffe einwirkt, die auf ein abgedrehtes cylindrisches Ende des Werkstückes gleitet, durch deren achsiale Verschiebung die Federspannung mittels Zeiger angegeben wird. Wegen der räumlichen Entfernung zwischen Federhebel und Muffenhebel ist die Winkelhebelachse als Welle ausgebildet. Entspricht nun die Uebersetzung des Zeigerhebels, welcher durch den Muff gedreht wird, jener zwischen dem Mitnehmerhebel und dem Schnittkreishalbmesser, so gibt die Anzeige der Millimeter am Zeiger zugleich den Federdruckfaktor an. Ist p = 0,5 kg/mm die Federkraft für 1 mm Federspiel, sowie l = 450 Abstand des Federmittels von der Spitzenlinie und r = 50 mm Schnittkreisradius, so wird bei 1 mm Federspiel die Schnittkraft

sein. Das Gleiche folgt, wenn nunmehr die Uebersetzung des Zeigerhebels 4,5 ist, für je 1 mm Ausschlag und 1 mm = 1 kg Skalenwert. Die Proportionalität zwischen Federspiel und Kraft ist durch direkte Belastungen von 10, 20, 30, 40 und 50 kg nachgewiesen und zu 20 mm für 10 kg bestimmt worden.

Ferner ist der Grösstwert des in die Spitzenlinie fallenden Schaltungsdruckes durch Kompression eines Bleicylinders von 12 mm Durchmesser und 10 mm Höhe bestimmt worden, welcher in einer 25 mm grossen und 40 mm tiefen Endbohrung des Werkstückes zwischen Stahlkörpern eingesetzt wird, von denen der äussere die Körnerpfanne für die Spindelspitze enthält und verschiebbar ist.

Durch vorhergehende Versuche ist die zur Verdrückung des Weichbleipfropfens von 10 mm auf 7,5 bezw. 7,0 mm Höhe erforderliche Kraft zu X = 380 bezw. 450 kg festgestellt. Damit der Bleicylinder seine achsiale Lage zwischen den Stahlkörpern nicht verliert, ist in dem beweglichen Stahlkörper eine 3 mm lange Nadelspitze vorgesehen, die in dem Bleipfropfen mittelrichtig einsetzt.

Der für ein bestimmtes, stündlich geliefertes Spangewicht G erforderliche Arbeitsaufwand A wird aus der stündlich ablaufenden Spanlänge l-m und dem tangentialen Schnittdrucke P-kg gefunden.

Mit n = 17 minutliche Umdrehungen wird eine Werkstückslänge von H = 102 mm in t = 15 Minuten abgedreht, d.h. es sind hierzu t . n = 255 Spindelumdrehungen erforderlich, was einem linearen Vorschub von

λ = 102 : 255 = 0,4 mm

für je 1 Umdrehung bezw.

Sekundenvorschub gleichkommt.

Das stündliche Spangewicht ist zu G = 4,85 kg bestimmt. Die auf 1 Stunde entfallenden Spindelumläufe betragen

a = n . 60 = 17 . 60 = 1020,

wobei der äussere Schnittkreisumfang

π . d = π . 0,102 = 0,32 m

ist, so dass die stündlich ablaufende Spanlänge

L = a . πd = 1020 . 0,32 = 326,4 m

wird.

Bei einem mittleren Schnittdruck P = 300 kg wird daher die mechanische Arbeit

L . P = 326,4 . 300 = 97920 mkg

für die Stundenleistung G = 4,85 kg betragen, so dass als spezifischen Arbeitsverbrauch

oder rund A = 20000 mkg für 1 kg Eisenspangewicht sich ergibt, während für Stahlmaterial diese spezifische Arbeit auf A = 24000 mkg und mehr ansteigt.

Bei Querhobelmaschinen wurde die grösste auftretende kg/qmm-Schnittkraft mittels eines Kupferpfropfen von d = 8 mm Durchmesser und h = 13 mm gemessen und für Schnittbreiten von 2,5 bis 3,9 mm zu Q = 210 kg/qmm Spanquerschnitt ermittelt.

Endlich ist beim Schleifstein von D = 2,0 m Durchmesser und B = 0,3 m Breite, das Werkstück von 25 . 3 = 75 qcm Angriffsfläche durch ein Hebelgewicht am Support mit Q = 200 kg Druck angepresst worden, was einer spezifischen Pressung von 200 : 75 = 2,66 kg/qcm oder at entspricht.

Bemerkenswert ist in der folgenden Zusammenstellung der Versuchsergebnisse die bei den Tischhobelmaschinen Nr. 22 und 23 mit 3- und 2facher Rücklaufgeschwindigkeit erforderlichen Effekte für den Leergang des Tisches im Vor- und Rücklauf.

Ebenso beachtlich ist in Nr. 26 der vom Schleifstein verbrauchte Effekt in Meterkilogramm für 1 kg abgeschliffenen Weichstahl, welcher annähernd 45mal so gross ist als der Effektbedarf an einer Drehbank (25000 . 45 = 1125000).

Versuche von Huillier und Frémont.

Textabbildung Bd. 313, S. 199
|200|
Textabbildung Bd. 313, S. 200
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