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.)