Titel: | Waltjen's Reibungswaage zur Bestimmung der Güte des Schmieröls; von Prof. Dr. Rühlmann. |
Fundstelle: | Band 161, Jahrgang 1861, Nr. LXXII., S. 248 |
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LXXII.
Waltjen's
Reibungswaage zur Bestimmung der Güte des Schmieröls; von Prof. Dr. Rühlmann.
Aus den Mittheilungen des hannoverschen
Gewerbevereins, 1861 S. 31.
Mit Abbildungen auf Tab.
IV.
Rühlmann, über Waltjen's Reibungswaage zur Bestimmung der Güte des
Schmieröls.
Bis vor Kurzem fehlten immer noch geeignete Mittel, das Güteverhältniß und damit die
Auswahl von Oel- und Schmiersorten zu bestimmen, welche man, um die Reibung
auf einander bewegter Maschinentheile zu vermindern, zwischen die sich berührenden
Flächen zu bringen hat.Mac Naught's Oelprobirmaschine dient nur ganz
indirect zur Gütebestimmung der Oele als Schmiermittel. Man sehe darüber
polytechn. Journal Bd. LXX S. 108 und Bd. CXLVIII S. 189. So viel dem Verf. bekannt, war der französische Physiker und Mechaniker Hirn
Polytechn. Journal Bd. CXXXVI S. 405. der Erste, welcher zur fraglichen Bestimmung eine sogenannte Reibungswaage
in Anwendung brachte, deren Princip sich im Allgemeinen auf den sogenannten Prony'schen Zaum gründete.Später lieferte G. Dollfus einen Bericht über
seine dynamometrischen Versuche zur Ermittelung der Reibung bei Anwendung
verschiedener Oelsorten; man sehe polytechn. Journal Bd. CLIII S. 231. Indeß fehlte der Hirn'schen Waage mechanische
Vollkommenheit, ferner war sie nicht compendiös genug, um leicht transportirt, ohne
große Umstände angebracht, überhaupt ohne besondere Veränderungen möglichst
vielseitig gebraucht werden zu können.
In diesen Beziehungen verdient daher eine Reibungswaage besondere Beachtung, welche
von Hrn. Carstens Waltjen, Maschinenfabrikanten und
Eisengießereibesitzer in Bremen, construirt wurde und worauf derselbe Patente für
verschiedene deutsche Staaten erhalten hat. In Fig. 1–3 ist diese
Waage in 1/6 wahrer Größe nach einem der polytechnischen Schule in Hannover
gehörigen, von Hrn. Waltjen bezogenen Exemplare
abgebildet, wobei gleiche Theile überall mit denselben Buchstaben bezeichnet
sind.
Der ganze Apparat besteht hauptsächlich aus der eigentlichen Reibungswaage und aus
den Trieb- und Zählmechanismen. In der Grundriß-Abbildung Fig. 3 ist die
Reibungswaage entfernt gedacht, während sie in den beiden Aufrissen Fig. 1 und Fig. 2 beziehungsweise im
Verticaldurchschnitte und der Vorderansicht erscheint und mit dem Buchstaben a
bezeichnet ist. Hierbei
findet man leicht, daß diese Reibungswaage eine kreisförmige Scheibe von reichlich
10 Zoll englisch Durchmesser und von 2 1/2 Zoll Dicke bildet, die in ihrer Mitte
durchbohrt und daselbst mit einem Lagerfutter c versehen
ist, welches letztere (wie aus Fig. 2 erhellt) durch
einen Stift e am Verschieben gehindert wird. Ein Gefäß
f, unten mit einem Schraubengewinde versehen, dient
sowohl zur Aufnahme von Schmieröl als zum Festhalten des Futters, wenn man die Waage
nicht aufhängt. Eine Schale g wird zur Aufnahme etwa
herabfallenden Oeles benutzt, auch kann sie dazu dienen, Oel aufzunehmen, um den
Zapfen oder Spindelkopf d ganz im Oele tauchen zu
lassen.
Der Trieb- und Meßapparat besteht zunächst aus einer Spindel b, die mit beiden Enden gehörig in Lagern läuft, nach
rechts hin aber entsprechend verlängert und mit einem sogenannten Kopf d versehen ist, der einen gut abgedrehten Zapfen für die
Lagerschale c der Reibungswaage abgibt und worauf
letztere so gehängt wird, wie der Durchschnitt in Fig. 1 ohne weiteres
erkennen läßt.
Wie die Spindel b zur Umdrehung veranlaßt werden kann,
erhellt ebenfalls aus dem Grundrisse Fig. 3, indem r eine aus Lederscheiben gebildete Frictionsscheibe
(Würtel) ist, gegen deren Umfang (mit Hülfe einer Stellschraube v) eine gut abgedrehte Planscheibe u gedrückt werden kann, während die Achse von u die beiden Riemenscheiben p (als fest) und q (als lose) trägt. Um die
Drehgeschwindigkeit der Achse b in gehörig weiten
Grenzen vergrößern und verkleinern zu können, ist mit der Hülse t, welche die Spindel b
umgibt, eine Mutter α verbunden, deren Schraube β so gelagert ist, daß sie keine fortschreitende, sondern nur eine
drehende Bewegung anzunehmen vermag, welche letztere durch eine kleine (in der
Zeichnung weggelassene) Kurbel ertheilt wird, die man auf das Ende δ der Schraubenachse α steckt. Dadurch erreicht man offenbar, daß die Umdrehzahl der
Spindel b um so größer wird, je mehr sich der Würtel r dem Mittelpunkte der großen Planscheibe u nähert.
Der am linken Ende der Spindel b angebrachte Apparat zur
Bestimmung der Zahl von Umdrehungen, welche diese und mit ihr der Zapfen d in einer gewissen Zeit macht, besteht zunächst aus
einer in die Spindelverlängerung geschnittenen Schraube s und aus zwei in diese greifenden Scheibenrädern w und x, welche letzteren beiden von einer zur
Spindel b rechtwinkelig gerichteten Achse getragen
werden und um diese drehbar sind, wie am besten aus der im vergrößerten Maaßstabe
gezeichneten Fig.
3b
(zugleich Durchschnittszeichnung) zu erkennen ist. Die Achse der
Scheibenräder w und x wird
ferner vom horizontalen Arme eines Winkelhebels a¹ getragen, der so gedreht werden kann, daß die Räder w
und x beliebig mit der Schraube s in Eingriff kommen oder ausgerückt werden, wobei noch eine Feder b¹ mitwirkt, welche in Fig. 1 sichtbar ist.
Von den beiden gleichzeitig in die endlose Schraube s
greifenden Rädern hat x 100, dagegen w 101 Zähne, weßhalb für jede ganze Umdrehung von x das Rad w um 1/101
Umdrehung zurückbleibt, so daß, wenn man also auf der Vorderfläche des Rades w eine Marklinie anbringt, diese sich gegen die
Kreistheilung auf x um eine Einheit vorschiebt. Haben
daher beim Beginnen des Zählens die Schrauben x und w gegen einander eine solche Stellung, daß der Nullpunkt
der Kreistheilung, die Marklinie und die Spitze eines festen Zeigers y (Fig. 3b im
Durchschnitte) zusammenfallen, so erkennt man während der Bewegung stets aus der
Anzahl der Theilstriche, welche zwischen der Marklinie und dem Nullpunkte befindlich
sind, die Hunderte und durch die über der Spitze des Zeigers y befindliche Zahl der Kreistheilung die Einer der Umdrehungen, welche die
Spindel b während der Beobachtungszeit machte. Steht
beispielsweise die Marke vom Nullpunkt um 3 Theilstriche ab und fällt der feste
Zeiger y mit der Zahl 10 der Kreistheilung x zusammen, so hat die Spindel b offenbar 310 Umgänge gemacht.
Bevor wir jetzt zur Gebrauchsanweisung des ganzen Apparates übergehen, müssen wir
noch einmal speciell zur Reibungswaage zurückkehren und vor Allem auf die beiden
Warzen h aufmerksam machen, welche Fig. 2 symmetrisch zu
beiden Seiten des horizontalen Durchmessers der auf den Zapfen d (Fig. 1) gehängten Scheibe
a sichtbar sind. Die Warze links ist massiv, dagegen
die rechts cylindrisch ausgebohrt. In dieser Ausbohrung ist zunächst eine Schraube
μ angebracht und diese am Ende (links) durch
einen Stift ν so befestigt, daß eine Umdrehung
derselben nicht stattfinden kann. Die Mutter zu der Schraube μ befindet sich in einem Messingcylinder λ, dessen äußerer vorspringender Rand i, um das Angreifen zu erleichtern, geriffelt ist. Bemerkt zu werden verdient
vielleicht noch, daß das Bohrloch der rechten Warze h so
angeordnet ist, daß sein innerer Durchmesser gleich dem äußeren Durchmesser des
Cylinders λ ist.
Aus Allem dürfte aber jetzt klar werden, daß der Cylinder λ eigentlich nichts anderes als ein Schiebegewicht ist, durch
dessen Stellung die auf den Zapfen d als Achse gehängte
Scheibe a ins Gleichgewicht gebracht werden kann, wenn
solches (wie wir nachher erkennen werden) durch anderweite Umstände gestört
wird.
Ist die Schraube λ, i ganz in der Bohrung von h hineingeschoben, welchem Zustande die Zeichnung Fig. 2
entspricht, sind sonst die übrigen mit a verbundenen
Massen gehörig angeordnet, so fällt der Schwerpunkt aller Theile der Reibungswaage
in die Verticallinie m, n (von Fig. 2), welche zugleich
durch die Achse der Spindel b geht. In dieser Stellung
ist zugleich die Spitze des an a befestigten Zeigers l so gerichtet, daß sie mit der Verticallinie m, n zusammenfällt und l
überhaupt die Zunge am Balken einer gewöhnlichen Waage vertritt. Zur gehörigen
Begrenzung der Spiele, wenn die Scheibe a aus diesem
Gleichgewichtszustande gebracht ist, dienen überdieß zwei Backen l₁ und l₂
(Fig.
2).
So weit jetzt die Beschreibung des Apparates erfolgt ist, dürfte dessen Wirkungsweise
leicht zu erkennen seyn. Schiebt man nämlich den Treibriemen von der losen Scheibe
q auf die feste Scheibe p und hat man vorher die Schraube v gehörig
angezogen, so wird Umdrehung der Spindel b erfolgen,
sobald der Würtel r nur außerhalb der Mitte von u (d.h. wie in den Fig. 1 und 3) steht. Denken wir uns
die Richtung dieser Umdrehung so wie der Pfeil bei b
Fig. 2 angibt,
d.h. von rechts nach links, so wird gleichzeitig vermöge der zwischen dem Zapfen
oder Spindelkopfe d und dem Lagerfutter c entstehenden Reibung auch die große Scheibe a (d.h. die Reibungswaage im engeren Sinne) nach
derselben Richtung mit herumgenommen und zwar so weit, bis der untere Backen l₂ gegen den über h₁ befindlichen Ansatz trifft. Schraubt man nun in diesem Zustande das
Schiebegewicht λ, i so weit aus der Warze heraus,
bis die Zeigerspitze l mit dem festen Striche (der in
der Verticallinie m, n liegt) zusammenfällt, so muß dieß
der Zustand seyn, in welchem der Reibung zwischen Zapfen und Lagerschale das
Gleichgewicht gehalten, die Reibung also vom Schiebergewichte gemessen wird. Zu
letzterem Zwecke ist der Umfang des Schiebers λ
mit einer Scala versehen, und zwar ist die Theilung so angeordnet, daß die
Entfernung je zweier Theilstriche einem Neulothe entspricht, die überhaupt
abzulesenden Neulothe aber den Reibungswiderstand angeben, welcher am Umfange des
Spindelkopfs d auftritt.
Der ganze Körper a (ohne besondere Belastung) besitzt in
unserem Exemplar ein Gewicht von 34,30 Zollpfund (17,15 Kilogr.); hat daher die
Reibungsgröße (an der Scala λ, i abgelesen) 12
Neuloth betragen, so würde der Quotient als Reibungswiderstand dividirt durch die
Gesammtbelastung, d.h. der sog. Reibungscoefficient seyn:
12/343 = 0,035
Um die Scheibe a mit besonderen Belastungen ausrüsten zu
können, hat man am Umfange derselben zwei Rillen φ,
φ¹ (Fig. 1) ausgedreht, welche
zur Aufnahme von Schnüren π dienen, die mit losen
Rollen und Haken ρ zum Aufhängen von Gewichten
versehen sind.
Für Zapfenreibungsversuche sind halbe Lagerschalen beigegeben; zur Ermittelung von
gleitenden Reibungen enthält die Waage Lager, deren Reibungsfläche beliebig
verkleinert werden kann.
––––––––––
Sehr merkwürdig sind die Resultate der von Hrn. Waltjen
mit seinem Apparat angestellten Versuche, die im Allgemeinen mit denjenigen
übereinstimmen, welche Hr. Prof. Rühlmann mit den
Studirenden der speciellen Maschinenlehre der dortigen polytechnischen Schule
angestellt hat. Beiderlei Versuchsreihen theilt der Verf. mit dem Vorbehalt mit, daß
sie noch nicht mit einer solchen Ruhe, Uebung und wissenschaftlichen Sorgfalt
ausgeführt werden konnten, um im Einzelnen volle Zuverlässigkeit dafür in Anspruch
nehmen zu können; um indessen die allgemeinen Resultate zur Anschauung zu bringen,
gegen deren Zuverlässigkeit bei der genügend regelmäßigen Veränderlichkeit der
Versuchszahlen in den einzelnen Versuchsreihen kaum wesentliche Bedenken scheinen
erhoben werden zu können, so mögen nachstehend einige der mit Baumöl als
Schmiermittel erhaltenen Versuchsreihen auszugsweise mitgetheilt werden, und zwar
sind dieselben zur deutlicheren Uebersicht der Gesetzmäßigkeit durch Interpolation
nach regelmäßig wachsenden Geschwindigkeiten aus den von Hrn. Prof. Rühlmann mitgetheilten unmittelbaren Versuchszahlen
selbst abgeleitet.
Die mit n überschriebene Spalte enthält die
Umdrehungszahlen des Zapfens pro Minute; bei dem
Durchmesser = 2 Zoll engl. dieses Zapfens entspricht 100 Umdrehungen desselben pro Minute eine Geschwindigkeit der gleitenden
Bewegung
= 0,873 Fuß engl. = 0,266 Meter pro
Sec.
Die Spalten 1 bis 6 enthalten am Kopfe die Belastung incl. Eigengewicht der Waage (der das Futter haltenden Scheibe); das Futter
bestand in allen diesen Fällen aus Rothguß, der Zapfen aus Stahl. Die in den Spalten
stehenden Versuchszahlen sind die Reibungscoefficienten, welche mit den betreffenden
Belastungen multiplicirt die tangential am Umfang des Zapfens wirkenden
Reibungsgrößen geben.
Die Spalten 1–3 betreffen Versuche über Zapfenreibung im engeren Sinne, indem
das Futter eine den Zapfen halb umfassende Lagerschale war; die Spalten 4 bis 6
dagegen betreffen Versuche über die gleitende Reibung im engeren Sinne, indem das
Futter nur einen kleineren Theil der Zapfenoberfläche, nämlich 0,938 Quadratzoll
englisch Reibungsfläche bedeckte.
Die Versuche in Spalte 1 und 4 bis 6 sind von Hrn. Waltjen, in Spalte 2 und 3 von den Studirenden der polytechnischen Schule
ausgeführt.
1
2
3
4
5
6
n
34 Pfd.
34,3 Pfd.
54,3 Pfd.
32,6 Pfd.
52,6 Pfd.
72,6 Pfd.
15
0,042
0,013
0,030
0,040
25
0,020
0,070
0,005
0,018
0,029
50
0,011
0,018
0,050
0,007
0,008
0,015
75
0,012
0,014
0,038
0,008
0,008
0,008
100
0,013
0,012
0,029
0,011
0,009
0,008
125
0,014
0,011
0,025
0,011
0,009
0,009
150
0,015
0,011
0,025
0,012
0,010
0,010
175
0,016
0,012
0,026
0,013
0,011
0,010
200
0,017
0,013
0,027
0,014
0,012
0,011
300
0,023
0,018
400
0,028
500
0,033
600
0,036
700
0,039
800
0,042
900
0,050
Hiernach gibt es in allen Fällen eine gewisse Geschwindigkeit, womit ein Minimum des
Reibungscoefficienten verbunden ist; nimmt diese Geschwindigkeit ab, so nimmt der
Reibungscoefficient sehr schnell zu, bedeutend langsamer dagegen, wenn jene
Geschwindigkeit wächst.
Diese vortheilhafteste Geschwindigkeit so wie der entsprechende Reibungscoefficient
wird im Allgemeinen von dem Schmieröl, dem Material der Lagerschale und deren
Belastung abhängig seyn, worüber die nachstehende Zusammenstellung der überhaupt
unter verschiedenen Umständen beobachteten Minimalwerthe des
Zapfenreibungscoefficienten μ Aufschluß gibt.
Beobachter.
Schmieröl.
Lagerschale.
Belastung.
n
μ
Pfd.
Waltjen
Baumöl
Rothguß
34
52
0,011
Polyt. Schule
„
„
34,3
147
0,011
„ „
„
„
54,3
140
0,025
„ „
Knochenöl
„
34,3
180
0,012
„ „
„
„
54,3
186
0,035
„ „
„
Composit.-Lager
34,3
167
0,059
„ „
„
„
54,3
149
0,036
Waltjen
Mineralöl
Rothguß
34
125
0,011
Abgesehen von dem ersten Versuche des Hrn. Waltjen,
welcher mit dem unter gleichen Umständen von den Studirenden der polytechnischen
Schule angestellten Versuche schlecht harmonirt, liegen die Unterschiede der
sämmtlichen dem kleinsten μ entsprechenden Werthe
von n ohne Zweifel innerhalb der wahrscheinlichen
Beobachtungsfehler, so daß also ein Stahlzapfen von 2 Zoll Durchmesser stets bei
etwa 150 Umdrehungen pro Minute mit der geringsten
Reibung verbunden zu seyn scheint. Dieser Umdrehungszahl und diesem Durchmesser
entspricht eine Peripheriegeschwindigkeit
= 1,3 Fuß = 0,4 Meter pro
Secunde.
Daß der entsprechende Minimalwerth von μ vom
Material der Lagerschale und vom Schmieröl abhängig ist, kann nicht befremden; daß
er aber in so wesentlicher Weise, wie es nach Obigem der Fall zu seyn scheint, von
der Belastung abhängig ist und zwar je nach dem Material der Lagerschale mit
zunehmender Belastung bald wächst, bald abnimmt, würde in Verbindung mit dem
wesentlichen Einfluß der Geschwindigkeit die bisher üblichen Reibungsberechnungen
durchaus unbrauchbar machen.
Eine Bestätigung oder Widerlegung der auffallenden Resultate durch dringend
wünschenswerthe, mit möglichster Sorgfalt angestellte Versuche wird abzuwarten seyn;
wahrscheinlich spielt die Adhäsion, Capillarität und Centrifugalkraft dabei eine
bedeutende Rolle, so daß bei einem weniger vollkommenen Zustand der Schmierung, als
er im Gegensatz zu den praktischen Verhältnissen bei den obigen Versuchen
stattgefunden haben mag, und bei einem rings von der Lagerpfanne umgebenen Zapfen
mindestens ein weniger auffallendes Hervortreten der beobachteten Resultate wohl
erwartet werden darf, indem es sonst kaum erklärlich seyn würde, wie dieselben bei
früheren Reibungsversuchen übersehen werden konnten. F. Grashof. (Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Bd. V S. 143.)