XXVI. Versuche von Hick über die Reibung der Ledermanschetten in hydraulischen Preßcylindern. Nach dem Engineer, vol. XXI p. 393; aus den Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleißes in Preußen, 1866 S. 159. Mit Abbildungen auf Tab. II. Hick, über die Reibung der Ledermanschetten in hydraulischen Preßcylindern. Ueber das Verhältniß zwischen dem in einer hydraulischen Presse von der Flüssigkeit ausgeübten Gesammtdruck und dem von dem Kolben übertragenen nutzbaren Druck hat es lange an zuverlässigen Versuchen gefehlt. Die einzigen bisher veröffentlichten Resultate waren die des Dr. Rankine, welcher angibt, „daß nach seinen und des Hrn. More Versuchen die Reibung zwischen dem Kolben und der Manschette ungefähr ein Zehntel der Gesammtwirkung des Wassers auf den Kolben zu seyn scheint, in jedem Falle ein Neuntel bis ein Elftel.“ Aber der in die Augen springenden Thatsache nicht zu gedenken, daß die Reibung eines hydraulischen Kolbens sich mit dem Durchmesser desselben ändern muß, zeigen die folgenden sehr wichtigen Versuchsreihen, welche wir jetzt veröffentlichen, daß, wenn die Oberflächen in völlig gutem Arbeitszustand sind, die Reibung eines Preßkolbens von gewöhnlicher Größe viel weniger als ein Zehntel des Gesammtdruckes beträgt. Wie zu ersehen ist, wurden die Versuche mittelst eines bewunderungswürdig sinnreichen und vollkommenen Apparates ausgeführt, der gemeinschaftlichen Erfindung des Civilingenieurs Hrn. John Hick aus Bolton (eines Mitgliedes der vorigen Regierungs-Commission, welche mit der Prüfung der Kettenkabel und Anker beauftragt war) und des Hrn. Lüthy, eines geschickten Ingenieurs in seinen Diensten, des Erfinders einer sinnreichen und eigenthümlichen hydraulischen Packpresse. Wir können hinzufügen, daß die Idee zu diesen in höchst wissenschaftlicher und gründlicher Weise angestellten Versuchen bei Hrn. Hick vor einiger Zeit durch Hrn. Paget angeregt wurde; diesem Herrn sind die Resultate bereitwillig zur Verfügung gestellt worden, und seiner Gefälligkeit verdanken wir unsererseits die Zeichnung und die Einzelheiten, welche wir jetzt veröffentlichen. Es ist ein glückliches Zusammentreffen, daß diese Arbeit gerade von Hrn. Hick geleitet wurde, da der Vater dieses Herrn, der verstorbene Hr. Benjamin Hick aus Bolton – der gewöhnlichen Annahme entgegen – der eigentliche Erfinder der sich selbst dichtenden Manschette war, welche jetzt bei hydraulischen Pressen allgemein üblich ist; über die Reibung derselben bei verschiedenem Druck sind nun von dem Sohn des Erfinders Versuche angestellt worden. Diese interessante historische Thatsache wird in einem eigenhändigen, noch existirenden Briefe von dem Sohne des berühmten Bramah an den verstorbenen Hrn. Hick anerkannt. Eine Prüfung der beigegebenen Zeichnung, Fig. 12 und 13, wird die Construction des angewendeten Apparates erkennen lassen. Auf den ersten Blick ist zu ersehen, daß zur Erlangung genauer Resultate keine Mühe oder Kosten gescheut wurden, und man kann annehmen, daß dieselben für immer das Wesen und den Betrag der Reibung sich selbst dichtender Packungen bei hydraulischen Maschinen, bei denen die Oberflächen Vergleichsweise neu und in gutem Arbeitszustand sind, feststellen. Bei Anstellung der Versuche war es augenscheinlich zunächst erforderlich, durch einen zuverlässigen Apparat den nutzbaren Druck zu bestimmen, welcher von dem belasteten Kolben p – der der besseren Unterscheidung wegen der Druckkolben genannt werden mag – auf das Wasser ausgeübt wird. Der angewendete Kolben bestand aus Stahl, hatte 1/2 Zoll Durchmesser und konnte mittelst eines sorgfältig getheilten Hebels, welcher mit festen und verschiebbaren Gewichten versehen war, mit einem Druck bis zu 3 1/2 Tonnen belastet werden; der Hebel und die Verbindungsglieder bewegten sich auf gehärteten Stahlschneiden. Dieser Kolben p gieng frei durch einen Stopfbüchsendeckel aus Messing und dann durch eine becherförmige Lederscheibe. Es ist klar, daß der Nettodruck auf das Wasser gleich seyn muß der Belastung des Kolbens weniger dem Gewicht, welches zur Ueberwindung der Reibung des Kolbens in dem Stopfbüchsendeckel und der Lederscheibe erforderlich ist. Um den Betrag dieser Reibung zu finden, wurde ein zweiter Kolben f angewendet, welcher mit dem Druckkolben gleichen Durchmesser hatte und der Reibungskolben heißen mag. Dieser Kolben ging erst durch einen Stopfbüchsendeckel und eine Lederscheibe, dann durch einen mit Flüssigkeit unter Druck gefüllten Raum, und endlich wieder durch eine Scheibe und einen Stopfbüchsendeckel. Die drei Scheiben und Stopfbüchsendeckel wurden in allen Dimensionen genau gleich gemacht, so daß sie mit einander vertauscht werden konnten, und der durch das Wasser gehende Theil des Reibungskolbens, d.h. die Entfernung von Scheibe zu Scheibe war gerade doppelt so lang als der des Druckkolbens zwischen der Scheibe und dem inneren Ende desselben. Der Druckkolben wurde dann durch den oben erwähnten Gewichtshebel belastet und dazu der auf die Querdurchschnittsfläche des Kolbens bezogene Luftdruck addirt. Mittelst eines anderen graduirten Gewichtshebels wurde dann bestimmt, welches Gewicht erforderlich war, um den Reibungskolben f überhaupt zu bewegen. Dieß Gewicht stellte die Reibung zweier Stopfbüchsendeckel, zweier Leder und der doppelten Länge des dem Wasserdruck ausgesetzten Kolbens dar, und durch Subtraction der Hälfte desselben von der Belastung des Druckkolbens erhielt man genau den Nettodruck des letzteren auf das Wasser. Dann wurden die Lederscheiben und Stopfbüchsendeckel mit einander vertauscht, um zu sehen, ob die Reibung bei allen gleich wäre; man fand jedoch keinen wahrnehmbaren Unterschied. An dem Apparat war ein Fogg'sches Quecksilbermanometer angebracht, und die Stellung des Quecksilbers in dem Standrohr wurde jedesmal notirt, wenn der Nettodruck auf das Wasser festgestellt worden war. Nachdem man so einen genauen Druckmesser erhalten hatte, wurden die Versuche über die Reibung der Ledermanschetten an Preßkolben von verschiedenem Durchmesser angestellt. Der zu diesem Zweck construirte Apparat bestand aus einem verticalen Gestell, in welchem ein kurzer Cylinder von verschiedenem Durchmesser leicht befestigt werden konnte. An dem oberen Theil des Gestelles hieng eine Stahlstange, deren Lasthaken mit dem Preßkolben P verbunden war, welcher ganz durch den an jedem Ende mit einer Ledermanschette versehenen Cylinder ging. Durch eine kleine Druckpumpe wurde Wasser in den Cylinder gepumpt und auf den jedesmal gewünschten Druck gebracht; der Mann an der Pumpe konnte die Stellung des Quecksilbers in dem Manometer beobachten. Der Hebel des Druckkolbens wurde jedesmal bis zu dem entsprechenden Druck belastet, um so als Regulator während der Messung der Reibung des Preßkolbens zu dienen, welche mittelst der Stahlstange, die behufs langsamer Bewegung des Preßkolbens hinreichend belastet war, leicht erhalten wurde; das Gewicht des Preßkolbens selbst wurde genau in Rechnung gezogen. Die Hälfte des zur Bewegung des Preßkolbens angewendeten Gewichtes gab die Reibung einer Ledermanschette. Um gewiß zu seyn, daß der Druck in dem Cylinder dem von dem erstbeschriebenen Apparat und dem Manometer angegebenen Druck gleich war, wurden alle drei Apparate in gleichen Entfernungen von einander aufgestellt und durch Röhren von gleicher Länge, mit gleichem inneren Durchmesser und einer gleichen Anzahl von Biegungen verbunden. Um festzustellen, ob das gegen die Seiten des Preßkolbens drückende Wasser irgend einen Einfluß auf die Resultate hätte, wurden längere Cylinder angefertigt, in denen die Länge des dem Wasser ausgesetzten Preßkolbens ein Mehrfaches der Länge der ersteren war, wobei wieder dieselben Manschetten angewendet wurden; bei gleichem Druck fand jedoch kein bemerkenswerther Unterschied statt. Reibung der Lederscheibe für Preßkolben von einem halben Zoll Durchmesser. Neue und steife Lederscheibe. Schongebrauchtes Leder. Zweites Leder. GesammteBelastung einesPreßkolbensvon 1/2 ZollDurchmessen. ReibungderScheibe. Reibungin Proc. dergesammtenBelastung. ReibunginPfunden. ReibunginProcenten. ReibunginPfunden. ReibunginProcenten. Pfund. Pfund.      50 13 26,0     9,0 18,0     9 18,0      100    12,5 12,5     8,5 8,5 13 13,0      150 18 12,0   11,5 7,6 15 10,0      200 20 10,0   13    6,5 20 10,0      250 23 9,6 13,5 5,4 23 9,6    300 27 9,0 14,7 4,9 27 9,0    350 18 5,1 15,4 4,4 29 8,2    400 23 5,6 16,5 4,1 31 7,7    450 26 5,7 18    4,0 34 7,5    500 25 5,0 19    3,8 37 7,4    600 26 4,3 20    3,3 38 6,3    700 32 4,5 23,3 3,3 44 6,2    800 38 4,7 24    3,0 45 5,6    900 35 3,9 28    3,1 48 5,3 1,000 33 3,3 33    3,3 48 4,8 1,100 40 3,6 35,2 3,2 48 4,3 1,200 50 4,1 40,8 3,4 50 4,1 1,300 50 3,8 Reibung der Ledermanschette für Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser. – Neues und steifes Leder mit magerer Schmierung. Nettodruckauf einen Preßkolbenvon 1/2 ZollDurchmesser. EntsprechenderDruck pro Quadratzoll. Druck aufeinen Preßkolbenvon 4 ZollDurchmesser. Reibungdes Leders inPfunden. Reibungin Procentender Belastung. Pfund. Pfund.   37   188,7   2368 110 4,6       87,5   446,2   5600 117 2,0   –––––––––– 132   673,2   8448 125 1,48 180 918 11520 130 1,12 227 1157,7 14528 171 1,17 273 1392,3 17472 214 1,22 332 1693,2 21248 228 1,07 377 1922,7 24128 280 1,16 424 2162,4 27136 334 1,23 475 2422,5 30400 389 1,27 574 2927,4 36736 459 1,25 Nettodruckauf einen Preßkolbenvon 1/2 ZollDurchmesser. EntsprechenderDruck pro Quadratzoll. Druck aufeinen Preßkolbenvon 4 ZollDurchmesser. Reibungdes Leders inPfunden. Reibungin Procentender Belastung. Pfund. Pfund.   668 3406,8 42752   543 1,26   762 3886,2 48768   641 1,31   865 4411,5 55360   753 1,36   967 4931,7 61888   823 1,33 1060 5406    67840 1047 1,54 1150 5865    73600 1147 1,55 –––––––––––– Durchschnittlicher Procentsatz von 15 = 1,28 Reibung der Ledermanschette für Preßkolben von 3 Zoll Durchmesser. – Gut geschmiertes Leder. Textabbildung Bd. 183, S. 123 Länge des den Preßkolben berührenden Leders; Nettodruck auf einen Preßkolben von 1/2 Zoll Durchmesser; Entsprechender Druck pro Quadratzoll; Druck auf einen Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser; Reibung des Leders in Pfunden; Reibung in Procenten der Belastung. Reibung der Ledermanschette für Preßkolben von 8 Zoll Durchmesser. Neues und magergeschmiertes Leder. Schon gebrauchtes, fettgeschmiertes Leder. Nettodruck aufeinen Preßkolb.von 1/2 ZollDurchmesserin Pfunden. EntsprechenderDruck pro Quadratz. Druck aufeinen Preßkolbenvon 8 ZollDurchmesser. ReibunginPfunden. Reibungin Proc. derBelastung. ReibunginPfunden. Reibungin Proc. derBelastung.   87   443,7   22272 102 0,46   94 0,42 135   688,5   34560 162 0,47 145 0,42 180   918,0   46080 207 0,45 180 0,39 227 1157,7   58112 255 0,44 186 0,32 273 1392,3   69888 321 0,46 216 0,31 321 1637,1   82176 385 0,47 271 0,33 369 1881,9   94464 415 0,44 274 0,29 419 2136,9 107264 547 0,51 290 0,27 463 2361,3 118528 569 0,48 355 0,30 562 2871,2 143872 690 0,48 374 0,26 651 3320,1 166656 866 0,52 433 0,26 755 3850,5 193280 889 0,46 560 0,29 852 4345,2 218112 1047   0,48 590 0,27 952 4855,2 243712 1121   0,46 682 0,28 1052   5365,2 269312 1320   0,49 862 0,32 1150   5865,0 294400 1475   0,50 942 0,32 1250   6375,0 320000 1600   0,50 1056   0,33 –––––––– ––––––––             Durchschnittlicher Procentsatz von 17 =   0,474   0,316 Versuchsresultate. Die Reibung nimmt mit dem Druck zu. Die Reibung der Leder nimmt bei Preßkolben von verschiedenem Durchmesser, wenn der auf die Einheit der Querschnittsfläche bezogene Druck derselbe bleibt, mit dem Durchmesser oder mit den Quadratwurzeln der bezüglichen Gesammtbelastungen zu. Die Länge der Leder hat keinen Einfluß auf die Reibung des Preßkolbens. Bei verschiedenen Versuchen wurden die Leder nach der ersten Probe um die Hälfte und nach dem zweiten Versuch um ein Viertel der ursprünglichen Länge abgeschnitten, und die Resultate waren in allen drei Fällen wesentlich dieselben. Dieß führte zu der Annahme, daß das gegen die Seiten des Preßkolbens drückende Wasser eine Reibung erzeuge, welche der von dem Leder unter Einwirkung des Wassers per Flächeneinheit erzeugten Reibung gleich sey. Deßhalb wurden neue Cylinder versucht, in denen eine doppelte Länge des Preßkolbens dem Druck ausgesetzt war, und die Reibung war wieder dieselbe. Hieraus ist ersichtlich, daß die Länge des Leders und die Länge des Preßkolbens in dem Cylinder sehr wenig oder praktisch gar keinen Einfluß auf die gesammte Reibung haben. In der That scheint es, daß die ganze Reibung gerade da erzeugt wird, wo das Leder aus der Nuth vortritt und sich an den Preßkolben anlegt. Die mit Manschetten aus ganz neuem, steifem und wenig geschmiertem Leder an einem Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser angestellten Versuche ergeben als größte Reibung 1,55 Proc. des Druckes auf die Fläche von 12,56 Quadratzoll und als kleinste Reibung 1,07 Proc. Nimmt man unter diesen ungünstigen Umständen also bei einem Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser 1,5 Proc. an, so hat man vollständige Sicherheit. Acht und vierzig Versuche mit bereits gebrauchten und gut geschmierten Ledermanschetten ergaben eine durchschnittliche Reibung von 0,72 Proc. des Druckes auf einen Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser. Bei einigen Versuchen stieg die Reibung bis auf 1 Proc., bei anderen fiel sie bis auf 0,5 Proc., die Abweichungen betrugen somit 0,5 Proc. Vier und dreißig Versuche mit einem Preßkolben von 8 Zoll Durchmesser zeigen im Durchschnitt eine Reibung von 0,395 Proc. des Druckes auf 50,26 Quadratzoll Fläche. Bei einigen dieser Versuche stieg die Reibung bis auf 0,52 Proc., während sie bei anderen bis auf 0,26 Proc. sank; die Abweichungen betrugen also nur ungefähr ein Viertel Proc. Nimmt man daher die Reibung der Ledermanschetten in hydraulischen Pressen oder anderen hydraulischen Maschinen, welche sich in gutem arbeitsfähigen Zustand befinden, für Preßkolben von 4 Zoll Durchmesser auf 1 Proc. oder für Preßkolben von 8 Zoll Durchmesser auf 0,5 Proc. an, so kann man sicher seyn, daß dieß in den meisten Fällen zutreffen wird. Aus den Versuchen ist folgende Formel abgeleitet: F = DPC worin F die Gesammtreibung der Ledermanschette; D der Durchmesser des Preßkolbens in Zollen; P der Druck pro Quadratzoll; C ein Coefficient, und zwar: C = 0,0471 für neue oder schlechtgeschmierte Leder; C = 0,0314 für Leder, welche in gutem Zustande und gut geschmiert sind. Ist der Druck pro Kreiszoll gegeben, so wird die Formel: F = DP₀C₀ worin F die Gesammtreibung der Ledermanschette; D der Durchmesser des Preßkolbens in Zollen; P₀ der Druck pro Kreiszoll; C₀ ein Coefficient und zwar: C₀ = 0,06 bei magerer Schmierung; C₀ = 0,04 bei fetter Schmierung. Um das Vorstehende völlig klar zu machen, wird es gut seyn, einige Beispiele auszuwählen. Erstes Beispiel: Die Reibung der Ledermanschette eines 12zölligen Preßkolbens bei guter Schmierung ist für einen Druck von 5000 Pfd. pro Quadratzoll (oder ungefähr 333 Atm.): F = 12 . 5000 . 0,0314 F = 1884 Pfund. Der Gesammtdruck auf den 12zölligen Preßkolben beträgt: 113 . 5000 = 565000 Pfund, mithin die Reibung nach obigem Resultat: 1884/565000 =0,0033 oder ein Drittel Procent. Zweites Beispiel: Bei einem 5zölligen Preßkolben und 6500 Pfund Druck pro Kreiszoll (oder ungefähr 550 Atm.) beträgt die Reibung des Leders: F = 5 . 6500 . 0,04 F = 1300 Pfund. Der Gesammtdruck auf den 5zölligen Preßkolben beträgt: 25 . 6500 = 162500 Pfund und die Reibung ist: 1300/162500 = 0,008 oder acht Zehntel Procent. Die folgende Tabelle gibt in gedrängter und übersichtlicher Form den Reibungswiderstand in Procenten des Gesammt-Wasserdruckes für Preßkolben von 2–20 Zoll Durchmesser. DZolle. FProcent. DZolle. FProcent. DZolle. FProcent. DZolle. FProcent. 2 2,00   7 0,57 12 0,33 17 0,23 3 1,33   8 0,50 13 0,30 18 0,22 4 1,00   9 0,44 14 0,28 19 0,21 5 0,80 10 0,40 15 0,26 20 0,20 6 0,66 11 0,38 16 0,25