Titel: Prüfung der Druckfestigkeit von Portlandzement.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 305–309)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324095

Prüfung der Druckfestigkeit von Portlandzement.

Von Dr.-Ing. A. Martens, Groß-Lichterfelde.

Für die Zukunft wird für die normenmäßige Prüfung des Portlandzementes nicht mehr die Prüfung auf Zugfestigkeit maßgebend sein, sondern nur noch diejenige auf Druckfestigkeit, gemessen an Würfeln von 7 cm Kantenlänge oder etwa 50 qcm Seitenfläche. Durch einen Beschluß des Vereins Deutscher Portlandzementfabrikanten ist die Normenfestigkeit erhöht worden, das Streben der Fabrikation wird daher in nächster Zeit auf die allgemeine Erhöhung der Druckfestigkeit gerichtet sein. Die vorhandenen Druckfestigkeitsprüfer werden sich bald als zu schwach erweisen; aus diesem Grunde empfiehlt es sich, bei Zeiten für die Schaffung von neuen, einfachen, besonders für den Zweck gebauten Druckprüfern Sorge zu tragen.

Der Verein Deutscher Portlandzementfabrikanten hat mich ersucht, auf diesen Punkt öffentlich hinzuweisen und die Bedingungen aufzustellen, nach denen solche Maschinen zu bauen sind. Indem ich diesem Wunsche gern nachkomme, will ich hier zugleich einige von mir entworfene Konstruktionen mitteilen, die ich gern zur allgemeinen Benutzung freigebe1) unter der Bedingung, daß sie unter meinem Namen in den Handel gebracht werden und daß die Maschinen dem Königlichen Materialprüfungsamt zur Prüfung überwiesen werden, damit diese Maschinen zugleich das Vollkommenste darstellen, was unter praktischen Verhältnissen geboten werden kann2).

Als Grundbedingungen für die Konstruktion einer Druckpresse für die Zementprüfung wird man heute fordern können:

  • 1. Die Presse soll für 50 t Höchstleistung gebaut werden.
  • 2. Ihr Genauigkeitsgrad soll ± 1% betragen.
  • 3. Sie darf demgemäß erst von jener Belastung ab benutzt werden, die diese Genauigkeit erreicht.
  • 4. Jede Presse muß in zuverlässiger Weise geeicht werden.
  • 5. Jede Presse muß mit zwei Federmanometern mit Gradteilung versehen sein, von denen jedes für sich ein Absperrventil hat und einen reibungsfreien Maximumzeiger; ferner ist es zweckmäßig, einen einfachen, aber zuverlässigen Druckschreiber neben den Manometern aufzustellen, um als Kontrolle eine selbständige Aufschreibung neben den Ablesungen zu haben.

Entwurf A. Tauchkolben mit Stulpdichtung. Fig. 1.

Textabbildung Bd. 324, S. 305

Die Presse ist aus Stahlguß hergestellt; der untere Teil bildet den Preßzylinder, in ihn ist der obere, das Widerlager bildende Teil mit Flachgewinde eingeschraubt. Der Kopf dieses Teiles trägt eine Kugelschale, die an einer schwachen Spiralfeder aufgehängt ist, so daß die Kugel gerade zum Anliegen an ihrem Lager gebracht ist. Da die Druckflächen bei sehr häufigem Gebrauch der Maschine leicht abnutzen und uneben werden, so sind besondere Druckplatten aus hartem Stahl oder aus Hartguß vorgesehen, die, da sie auswechselbar sind, leicht nachgeschliffen werden können.

Die an der Feder aufgehängte Kugelschale legt sich vor dem Beginn der Drucksteigerung auf die obere Druckplatte zwanglos auf und der Druck erfolgt demnach |306| von selbst zentrisch und gleichmäßig über die Druckfläche verteilt3).

Der Zylinder ist nur kurz und kann auf der Drehbank leicht sauber und gut ausgeschliffen werden, so daß die Stulpenreibung- klein werden wird. Ueber die Absperrventile und Manometer wird später noch zu sprechen sein.

Entwurf B. Messdose als Presse. Fig. 2.

Textabbildung Bd. 324, S. 306

Die Presse ist hier ebenfalls als Stahlgußstück konstruiert; dieses ist im oberen Teil nach dem gleichen Modell geformt wie die Presse A, nur ist die Kugelschale in einer flachgängigen Schraube aufgehängt, um mit dieser Schraube etwaige Höhenunterschiede der Probekörper ausgleichen zu können. Die Meßdose ist unten in den Stahlgußkörper eingeschraubt. Sie ist mit einem 0,3 mm starken Messingblech M. abgeschlossen, das mit Gummiring G gedichtet ist. Dem Kolben ist ein Weg von etwa 1 mm gestattet, so daß die Zerstörung des Probekörpers allein durch die Kolbenbewegung herbeigeführt wird- die Schraube im Kopf der Presse dient also lediglich zum Ausgleich der Probenhöhe. Um den Kolben möglichst sicher und reibungsfrei zu führen, sind oben und unten je sechs Kugeln K eingelegt, die, auf schwachen Spiralfedern ruhend, genau in ihrem Loch passen; sie haben die seitliche Verschiebung des Kolbens zu verhindern; die Spiralfedern bringen jede frei werdende Kugel immer wieder in ihre Ursprungslage zurück. Der Anschluß an die Manometer, die Ventile und Schreibvorrichtung wird später gemeinsam für alle Maschinen besprochen.

Tabelle 1.


Ent-
wurf

Fig.
No.
Durchmesser des Wirksame
Kolbenfläche
f in qcm

Druck p
Atm.
Kolbens mm Zylinders mm
A 1 179,5 180 250 200
B 2 179,5 250 200
C 3 504,4 2000 25
D 3 252,37 500 100
E 4 178,43 178,63 250 200
F 5 178,43 178,43 250 200

Entwürfe C. u D. Messdose als Presse. Fig. 3.

Textabbildung Bd. 324, S. 306

Nach dem gleichen Grundsatz, aber in etwas anderen Formen, sind die Entwürfe C und D gehalten; sie sind nur durch die Größe der wirksamen Kolbenflächen voneinander unterschieden. Die Kolbendurchmesser, die Größen der wirksamen Flächen f und der zur Erzeugung der Höchstlast erforderliche Wasserdruck p ist zu allen Entwürfen in Tabelle 1 angegeben. Die Membrane M besteht beim Entwurf C aus Gummi mit Stoffeinlage, beim Entwurf D aus Gummi mit Stoffeinlage und darüberliegendem weichen Messingblech.

Entwurf E.u.F. Kolben mit Stulpdichtung. Fig. 4. u. 5.

Der Kopf der Presse ist ähnlich konstruiert wie bei den zuletzt beschriebenen Maschinen; der Stülp der Presse ist aber, entsprechend den neuesten Erfahrungen, drehbar angeordnet, um die Stulpreibung auf nahezu Null herabzudrücken. Die Kolbendichtung erfolgt beim Entwurf E durch den unteren bei S (Fig. 4a–c) drehbaren Stülp L (Fig. 4b); der Abschluß des Zylinders geschieht durch den oberen feststehenden |307| Stulp. Die Drehung des unteren Stulps geschieht mittels Schraube und Schraubenrad; sie wird durch die in zwei Stahlringen laufenden Kugeln K (Fig. 4b) erleichtert. Der Kolben soll nur eine geringe Bewegung machen, daher ist für den Ausgleich der Probenhöhe im Kopf der Presse wieder die Schraube mit eingehängter Kugel vorgesehen. Der untere Teil des Kolbens ist genau auf Maß zu schleifen und sauber zu polieren. Die Presse hat außer dem Anschluß an die Hochdruckleitung, noch eine Schraube mit Tauchkolben T (Fig. 4a), um von Hand den Druck im Zylinder steigern zu können. Die Dichtung D besteht aus Ledertrichtern mit Messingzwischenlagen. Die ganze Füllung des kleinen Zylinders für die Füllpresse reicht aus, um den großen Kolben um 1,5 mm zu lieben; sie reicht also auch aus, um einen Zementdruckkörper zum Bruch zu bringen. Wenn man die Kolbenreibung so vollkommen wie möglich ausschließen will, so wird man statt des Wassers Oel als Druckflüssigkeit verwenden; dann wird das Oel durch die Spalten und Bohrungen in der Drehvorrichtung bis zum oberen Kolbenteil fließen, dort in den Spalt eindringen und gute Schmierung bewirken. Man darf also erwarten, daß die Gesamtreibung auf einen sehr kleinen Betrag sinken wird; zugleich laufen auch die Kugeln vollkommen im Oel.

Zu Entwurf F, Fig. 5 ist zu sagen: der Kopf der Presse ist der Gleiche, wie bei Presse 25, auch der Füllkolben kann ebenso gemacht werden. Nur der Kolben ist in seine Hülle A, die am unteren Ende in zwei Reihen mit je sechs Löchern L von 2 mm Durchmesser versehen ist, genau eingeschliffen und diese Hülle ist mittels Hebels H drehbar angeordnet und mittels Kugellagerung am Zylinderdeckel abgestützt, der den Druck dieser Hülle (etwa 15000 kg) aufzunehmen hat. Der Kolben und seine bewegliche Hülle A sind auf genaues Maß zu schleifen und sauber zu polieren. Die Dichtung geschieht in diesem Falle durch den im Zylinder befestigten nicht drehbaren Stülp. Durch feine Bohrungen in der Hülle tritt die Druckflüssigkeit, am besten Maschinenschmieröl, an die Kolbenmantelfläche. Auch hier wird durch die Relativdrehung zwischen Kolben und Hülle die Reibung sehr stark vermindert. Die elastischen Formänderungen des Kolbens in der Hülle und die dadurch gedingten Aenderungen der wirksamen Kolbenfläche unter wachsendem Druck sind leicht auf ein Minimum zurückzuführen, weil sowohl das Kolben- als auch das Hüllenmaterial beiderseits unter Druck steht und hierdurch die Durchmesseränderungen nahezu aufgehoben werden können. Die Aenderungen des Zylinderdurchmessers können aber keinen Einfluß auf die wirksame Kolbenfläche ausüben. Die Drehung der Kolbenhülle erfolgt entweder von Hand oder durch einen einfachen Exzenterantrieb, der unter Umständen auch von der Preßpumpe aus besorgt werden kann.

Ueber die Manometer ist, ergänzend zu dem unter 4 Gesagten, anzuführen (vergl. Ztschr. d.V.D. Ing. 1906 S. 1313 und Mitteilungen über Forschungsarbeiten, Heft 38):

Textabbildung Bd. 324, S. 307
Textabbildung Bd. 324, S. 307

Da erfahrungsgemäß der Reibungswiderstand der Lederstulpen am Kolben eine nahezu gleichbleibende Größe ist, also einer gleichbleibenden Ablesung am Manometer entspricht, so kann man den hierdurch entstehenden Fehler auf sehr einfache Weise dadurch beinahe vollkommen ausgleichen, daß man die Gradteilung des Manometers auf einem Ring anbringen läßt, der in dem Gehäuse von außen einstellbar4) gelagert ist. Man kann dann bei der Eichung oder bei anderer Gelegenheit den Null -punkt der Teilung 50 verlegen, daß er um den Betrag der Reibung nach unten verschoben ist und die Reibung damit aus der Ablesung entfällt. In gleicher Weise läßt sich dann auch der freilich immer nur kleine Fehler ausgleichen, der aus der elastischen Nachwirkung der Manometerfeder entsteht Die Gradteilung am Manometer hat den großen Vorzuggegenüber der sonstgebräuchlichen, daß die Teilung mechanisch vollkommener und mit |308| lauter gleich dicken Strichen hergestellt wird; sie kann also sehr viel sicherer und mit viel kleineren Fehlern abgelesen werden als die gebräuchlichen Skalen. Der Umstand, daß die Gradteilung die Anwendung einer Tabelle bedingt, aus welcher mit der Ablesung als Eingang, die der Gradzahl entsprechende Kraftleistung ermittelt werden muß, fällt nicht allzu schwer ins Gewicht, denn es ist ohnehin notwendig, daß eine Presse, mit der man zuverlässige Ergebnisse erzielen will, vor der Ingebrauchnahme sorgfältig geeicht wird. Diese Eichung muß, wenn sie vollkommen sein soll, in einer mit guten Feinmeßeinrichtungen versehenen Prüfungsanstalt geschehen; hier kann man aber die Eichung leicht so vornehmen, daß die zu den Manometerablesungen gehörigen Eichtabellen zugleich den benötigten Kraftmaßstab liefern. Man ist dann sicher, daß die noch verbleibenden Fehler kleiner werden, als sie sein würden, wenn man aus den empirisch bestimmten nach Atmosphären geteilten Skalen in Umrechnung mit der gemessenen Kolbenfläche die Kraft berechnen wollte.

Textabbildung Bd. 324, S. 308
Textabbildung Bd. 324, S. 308

Ein sehr wertvolles Hilfsmittel, auf das man in keinem Falle verzichten sollte, ist die Anbringung eines guten Schleppzeigers am Manometer. Die gewöhnlich von den Manometerfabrikanten gelieferten Einrichtungen erfüllen ihren Zweck meistens gar nicht, ja sie sind oftmals ein so starkes Hindernis für genaue Arbeit, daß man sie schleunigst entfernen sollte. Ich habe daher bei dem Neubau des Amtes alle von der Firma Schaeffer & Budenberg gelieferten Manometer außer mit Gradteilung, nach Fig. 6 mit Schleppzeigern z versehen lassen die mit äußerst geringer Reibung auf ihrer Einstellvorrichtung vor der Zeigerachse des Manometers in der Glasscheibe G gelagert sind, die bei b zwischen Papier oder Leder liegt. Der Schleppzeiger zeigt seine Einstellung genau über der Manometerzeigerspitze an der Hauptskala an, so daß deren Höchsteinstellung genau erkannt wird.

Die Aufstellung eines Schreibmanometers empfiehlt sich namentlich dort, wo viele Prüfungen hintereinander vorgenommen werden müssen, wo also die Gefahr der Ermüdung des Beobachters nicht ausgeschlossen erscheint. Ich gebe hier in Fig. 7 nach meinen Plänen ein Instrument, das sich im Amt gut bewährt hat und ebenfalls von der Firma Schaeffer & Budenberg geliefert worden ist. Das Instrument kann für den gegenwärtigen Zweck allerdings einfacher gebaut werden, indem man es mit einem einfachen Schreibzeiger an Stelle des Auslösezeigers versieht. Die sprungweise Auslösung wird dann von Hand geschehen müssen, oder man muß sie von dem Druckabfall im Hauptzylinder der Presse abhängig machen, was elektrisch oder hydraulisch leicht erzielbar ist.

Textabbildung Bd. 324, S. 308

Was nun den Antrieb der Pressen angeht, so ist zu bemerken, daß er am einfachsten von einer Hochdruckleitung aus bewirkt werden kann, indessen ist für Stellen, die hierüber nicht verfügen, die Anwendung eines kleinen zur Presse mit zu liefernden Pumpwerkes möglich. Ich sehe davon ab, ein solches zu beschreiben, da ja viele Bauarten im Handel sind, die den hier zu stellenden Ansprüchen genügen.

Textabbildung Bd. 324, S. 308

Unter den Pumpen zur Erzeugung hohen Wasserdruckes sind diejenigen zu bevorzugen, die mit kleinen Kolbenquerschnitten arbeiten, weil ja nur eine sehr kleine Druckwassermenge nötig ist, um den Bruch einer Zementprobe zu erzeugen. Am besten sind diejenigen, die den Kolben mit Schraube betreiben, etwa wie in Abb. 4 gezeichnet, und wie sie vielfach bei der Manometerprüfung benutzt zu werden pflegen. Wenn man die Presse an eine Wasserleitung anzuschließen vermag, so kann man die Leergänge der Maschine mit dem Wasserleitungsdruck besorgen und braucht dann für die Erzielung des Höchstdruckes und des Bruches nur noch eine ganz geringe Druckwassermenge. Wenn nur ein Pumpwerk mit großem Kolben zur Verfügung steht, so wird man gut tun, zwischen Pumpe und Presse einen Windkessel einzuschalten. Am bequemsten wird der Betrieb, wenn man |309| eine Hochdruckleitung benutzen kann, die einen ausreichenden Druck p liefert.

In allen Fällen wird die Anbringung eines Regelventils zwischen Presse und Druckleitung nützlich sein, um die Druckwasserzufuhr nach Wunsch regeln zu können. Für diese Zwecke hat sich die nach den Normalien des Materialprüfungsamtes von den Firmen Schaeffer & Budenberg und Richard Gradenwitz-Berlin nach meinem Entwurf gelieferte Bauart gut bewährt; sie ist in Fig. 8 gegeben. Fig. 9 zeigt die Gesamtaufstellung einer Zement-Druckpresse mit Manometern und Ventilkörpern im Anschluß an eine Hochdruckleitung, so wie sie sich etwa im Materialprüfungsamt gestalten würde.

Maschinenfabriken, die geneigt sind, nach den hier gegebenen Anregungen Zementpressen für den Markt zu liefern, wollen ihre Pläne und Angebote tunlichst bald an mich oder direkt an den Verein Deutscher Portlandzementfabriken, Vorsitzenden Herrn Dr. Müller, Kalkberge-Rüdersdorf einsenden.

|305|

Die Werkzeichnungen in 1/1 Größe können vom Materialprüfungsamt erhalten werden.

|305|

Das Amt führt solche Prüfungen gegen Berechnung von Gebühren aus und gibt in seinem Zeugnis eine vollständige Krafttabelle wie weiter unten besprochen.

|306|

Die Anregung für die Anbringung des Kugellagers über den Proben gab M. Rudeloff. s. D. P. J. 1905, Bd. 320 S. 401.

|307|

Man könnte den gleichen Zweck auch wohl erreichen, indem man den Zeiger soweit gegen den Nullpunkt der Skala verschiebt, als der Betrag der Kolbenreibung ausmacht. Dies empfiehlt sich aber nicht, weil man dann die Nullpunktsverschiebungen infolge der Federänderungen des Manometers nicht sicher zu erkennen vermag, also ein sehr nützliches Merkmal für die Erkennung des guten Zustandes der Maschine einbüßen würde. Außerdem ist zu beachten, daß jede Manschettenerneuerung eine Aenderung des Reibungsbetrages und damit eine neue Nullpunkteinstellung des Zeigers oder der Skala bedingt; die leicht durch Verdrehung des Teilungsringes bewirkt werden kann, während die Zeigerverstellung Gefahren für das Manometerwerk bringt.

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