Titel: SAWWIN: Die Kühlung des Werkzeuges.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 103–105)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327030

DIE KÜHLUNG DES WERKZEUGES.

Experimentelle Prüfung des Wirkungsgrades von flüssigen Schmier- und Kühlmitteln.

Von N. N. Sawwin, Professor an dem Polytechnischen Institut zu St. Petersburg.

(Fortsetzung von S. 90 d. Bd.)

III.

Der benutzte Apparat ist im Längsschnitt in Fig. 2 abgebildet; Fig. 3 und 4 sind Details des Fräskopfes und des Kalorimeterbodens.

Textabbildung Bd. 327, S. 103

Auf dem Tische der Drehbank ist das gußeiserne Hilfslager E mit der fest in dasselbe eingezogenen Hülse befestigt; die Achse der Hülse fällt genau mit der Zentrumslinie der Werkzeugmaschine zusammen. Im Innern der Hülse dreht sich der Stahlzylinder B mit dem eingeschraubten Zylinderboden C, dessen Bolzen D in die entsprechenden Falzen der Mitnehmerscheibe der Werkzeugmaschine eingreifen. Auf dem kegelförmigen Ende des Zylinders B sitzt unbeweglich die Fassonflasche J mit zwei Zylindern H des Dynamometers, die in die Flasche eingeschraubt sind. In den Zylindern bewegen sich die Kolben mit den Rollen; das in die Zylinderhohlräume eingegossene Oel wird durch untereinander verbundene Bohrungen u zum Indikator geführt.

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Der Stahldorn A, welcher in die Scheibe Z' mündet und an ihr durch einen Splint festgemacht wird, dringt mit seinem Ende in die Bohrung des Zylinders B ein, welche ihm als Führung dient. Auf diesem Dorn sitzt auf einem Längskeil der gleicharmige Hebel F mit den Rollen G. Bei Drehung der Zylinder drücken die Rollen der Kolben auf die Rollen G und zwingen den Dorn A, sich zu drehen; diese Bewegung überträgt sich auf die Scheibe Z', den Dorn O und den auf letzterem sitzenden Fräskopf.4) Infolge des Werkzeugdruckes auf den Gegenstand M werden die Kolben H ein wenig in die Zylinder eindringen und auf die Flüssigkeit einen Druck ausüben, der durch den Indikator notiert wird. Aus der Beschreibung geht hervor, daß mittels dieses Dynamometers die Summe der auf die Spindelachse bezogenen Reibungsmomente, zwischen Werkzeug und Span in der Längsrichtung gemessen wird, mit anderen Worten: die Summe der tangential zum Werkstück und normal zur Spindelachse der Werkzeugbank auftretenden Reibungen. Bei Messung der Schneidarbeit konnten im gegebenen Fall das dynamometrische System bedeutend vereinfacht werden, indem das Dynamometer für Achsialdruck fortgelassen wurde, da die Arbeit dieses Druckes weniger als 0,1 v. H. der Gesamtarbeit betrug und daher vernachlässigt werden konnte.

Textabbildung Bd. 327, S. 104

Der Schneidvorgang setzte sich aus zwei Bewegungen zusammen: Die Hauptbewegung (das Drehen) wurde dem Werkzeug R, der Vorschub (geradlinige Vorwärtsbewegung) dem Werkstück M erteilt.

Das aus dünnem polierten Messingblech gefertigte Kalorimetergefäß K besaß einen eingeschraubten Messingboden Z: L ist eine Gummizwischenlage. Der Boden Z ist in eine Ebonitscheibe TV eingelassen und außerdem mit ihm durch Schrauben t verbunden. Ihrerseits ist die Ebonitscheibe mittels der Stiftschrauben S am gußeisernen Ring T angebracht, der von der gußeisernen Büchse Q engumschlossen und an ihr befestigt ist; die Büchse Q ist mit dem Support der Drehbank verbunden. Durch den Boden Z ist wagerecht in den oberen Teil des Kalorimeters ein kupfernes, vielfach durchlöchertes Rohr U eingeschraubt, in welchem ein in 0,02 geteiltes Baudinthermometer untergebracht wurde. Das Metallstück M sitzt auf Stützen in einer Stahlhülse, die in die Oeffnung eines Vorsprunges des Bodens Z eingepaßt ist. Der linke zweite Boden des kalorimetrischen Gefäßes hat eine Stopfbüchse mit Ledereinlage zum Abdichten der Verbindung mit dem Stahldorn O, der an seinem rechten Ende den Fräskopf S mit zwei Werkzeugen R trägt; letztere werden durch Stiftschrauben z gehalten und durch Einstellschrauben reguliert (Fig. 3). Der Dorn O ist mittels der Schrauben t' mit der Ebonitscheibe W verbunden, die ihrerseits mit Stiftschrauben S' in der gußeisernen Scheibe Z angebracht ist.

Das Wasser im Kalorimeter wird von einem Rührer v durchmischt, der auf die Achse eines elektrischen Kleinmotors (1/40 PS und etwa 4000 Touren i. d. Min.) gesetzt ist; die Konsole des Motors ist an einem Vorsprung der gußeisernen Scheibe T angebracht. Um eine bessere Durchmischung der Flüssigkeit und möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im kalorimetrischen System zu erreichen, ist sowohl das Werkstück M als auch der Dorn O hohl gefertigt; mit seinem rechten Ende mündet der Dorn O in die Bohrung des Werkstückes, die ihm als Führung dient; außerdem befindet sich im Innern des Dornes O eine Führungshülse g. Durch die Oeffnungen a zirkuliert Flüssigkeit durch den Dorn; zum Rührer kommt die Kalorimeterflüssigkeit von rechts und fließt dabei, wie Fig. 4 zeigt, durch Oeffnungen und Kanäle b, d und e im Boden Z.

Zwecks Wärmeisolierung ist das Kalorimeter von einem Doppelgefäß Y, zwischen dessen Wandungen sich Wasser befindet, umgeben; dieses Gefäß ist an den Eisenring T angeschraubt.

Bei Bestimmung des thermischen Schneideffekts mußte jedesmal die spezifische Wärme der Versuchsflüssigkeit im Kalorimeter K bekannt sein. Zur Vereinfachung dieser Bestimmung wurde in den mechanischen Werkstätten unseres Instituts ein besonderes Doppelkalorimeter konstruiert, das bei bequemer Handhabung für meine Zwecke genügend genau arbeitete. Dieses Kalorimeter (Fig. 5) ist vom Meister der Werkstätten, J. G. Ussatschew, mit großem Geschick und der ihm eigenen Hingabe gebaut und hat bei vorliegender Arbeit vortreffliche Dienste geleistet.

Zwei genau gleichgroße Kalorimetergefäße A aus poliertem Messing von je 1 l Inhalt sind auf Holzstützen in den Schutzhüllen B untergebracht. In die Kalorimeter tauchen zwei in gleicher Weise angefertigte und gleichschwere |105| Heizkörper D, Hohlzylinder aus poliertem Messing, in deren Innerem isoliert durch Asbest und Glimmer, Konstantandraht aufgewickelt ist. Die Drahtenden gehen durch Rohre K, welche in die Heizkörper eingelötet und an dem Querholz E befestigt sind; letzteres wird durch ein Kurbelgetriebe G H und die Schnurrolle J vom Motor M auf- und abbewegt. Die Kalorimetergefäße A samt den Schutzhüllen können leicht gesenkt, wozu man die Brettchen unter ihnen wegzieht, und dann die Heizkörper freigelegt werden. Die in 1/50° geteilten Thermometer sitzen in einem Querholz R. Der Apparat ist mit dem Elektromotor und Schalter zum Ein- resp. Ausschalten des Heizstromes auf einer gemeinsamen hölzernen Grundplatte P montiert. Die Drahtwindungen beider Heizkörper werden hintereinander geschaltet; der Heizstrom – von einer 110 V-Leitung unter Vorschaltung einer gewöhnlichen Glühbirne – bewirkt in beiden f. d. Zeiteinheit die gleiche Wärmeausscheidung; die ausgeschiedene Wärme wird an die Kalorimeterflüssigkeit sehr schnell abgegeben, da die Heizkörper gleichzeitig als Rührer dienen und an ihrem oberen und unteren Ende noch besondere Querplatten tragen. Man hat es in der Hand, den Temperaturanstieg durch längere oder kürzere Dauer des Erhitzens in den gewünschten Grenzen zu halten. Die Genauigkeit, deren die Apparatur fähig ist, hängt in erster Linie davon ab, ob der Widerstand beider Heizkörper genau gleich ausgefallen ist. Bei der Wicklung werden die Drähte gedehnt, und zwar nicht immer in gleichem Maße. Es ändert sich daher der Widerstand nicht in gleicher Weise. Die Anlötung des Drahtes an die Leitung ändert gleichfalls den Widerstand. Nach längerem, minutiösem Abgleichen gelang es, in beiden Heizkörpern denselben Widerstand (56 Ohm) zu erreichen; der Draht war 0,25 mm stark.

Die Versuche wurden folgendermaßen angestellt: In eins der Kalorimetergefäße A wurde destilliertes Wasser getan, ins andere das gleiche Gewicht Versuchsflüssigkeit; die Temperaturen der beiden Flüssigkeiten wurden ausgeglichen (obgleich Differenzen bis zu 1° in der Anfangstemperatur zulässig waren); die Rührer, d.h. die Heizkörper werden durch den Motor in mechanische Bewegung versetzt und machen 50 bis 100 Touren i. d. Min.; hat sich die Temperatur beider Flüssigkeiten eingestellt, so wird der Heizstrom für 2–3 Min. eingeschaltet, ohne mit der Rührung aufzuhören. Nach Ausschaltung des Stromes wird noch bis zum Einstellen eines regelmäßigen Temperaturganges gerührt, was gewöhnlich, selbst bei wenig wärmeleitenden Oelen, nur 2–3 Min. in Anspruch nimmt.

Da beide Kalorimeter und ihre Heizkörper genau dieselbe Größe haben, so gleicht die spezifische Wärme der Versuchsflüssigkeit dem Verhältnis des Temperaturanstieges des Wasserkalorimeters zu dem Temperaturanstieg der Versuchsflüssigkeit. Ein Versuch, bei dem in beiden Kalorimetern Wasser erwärmt wurde, zeigte, daß man auf diesem Wege genügend genaue Resultate erhält. War die Anfangstemperatur beider Kalorimeter gleich, so divergierte die Temperatur derselben nach dreiminutiger Stromwirkung nicht merklich; differierten die Anfangstemperaturen um 1°, so stieg diese Differenz nach 3 Min. auf 1,01°, d.h. sie blieb ungefähr in den Genauigkeitsgrenzen der benutzten Thermometer. Die Thermometer gleicher Bauart und Konstruktion differierten in ihren Angaben um höchstens 0,01°.

Wird die spezifische Wärme von Oelen parallel mit der spezifischen Wärme von Wasser bestimmt, so ist der Temperaturanstieg im Oelkalorimeter größer als im Wasserkalorimeter; daraus ergeben sich ungleiche Bedingungen für Wärmeverluste; für genauere Bestimmungen sind entweder Korrektionen auf die Abkühlungsverluste anzubringen – wodurch die einfache Methode kompliziert wird und sich dann in nichts von der gewöhnlichen kalorimetrischen unterscheidet – oder es ist die spezifische Wärme des Oels nicht mit Wasser, sondern mit derjenigen eines Normalöles von homogener Zusammensetzung und konstanten physikalischen Eigenschaften zu vergleichen, dessen spezifische Wärme bekannt ist. Berechnungen zeigten, daß bei Bestimmung der spezifischen Wärme von Leinöl unter gewöhnlichen Bedingungen – also mit Wasser als Vergleichsstoff – bei 2-minutigem Erwärmen und einer Enddifferenz beider Kalorimeter von 2°, die durch ungleichen Wärmeverlust beider Kalorimeter entstehenden Fehler den Zahlenwert der spezifischen Wärme erst in der dritten Dezimale beeinflussen und in jedem Falle unter 0,01 bleiben.

Die Fehler, welche entstehen durch ungleiche Widerstandsänderungen des Konstantendrahtes bei verschiedener Erwärmung derselben in Flüssigkeiten, deren spezifische Wärmen stark differieren, sind so gering, daß sie ganz außer Betracht bleiben können.

Das beschriebene Kalorimeter gibt bei einfacher Behandlung und Eliminierung aller Korrektionen (dank der direkten Vergleichsmethode mit der Normale – dem Wasser) genügend genaue Resultate, wenigstens für technische Zwecke; wesentlich neu dürfte in der Anordnung die Benutzung der Heizkörper als Rührer sein.

(Schluß folgt.)

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Vergl. N. N. Sawwin „Ueber den Schneidwiderstand der Metalle“, Leipzig 1909, S. 17–19.

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