Untersuchungen über Schmieröle; von S. Lamansky. Mit Abbildung. Lamansky's Untersuchungen über Schmieröle. Im Auftrage der k. russischen technischen Gesellschaft unternahm ich eine Untersuchung von Schmierölen und dabei ist es mir gelungen, einige neue Thatsachen zu ermitteln, auf welche ich mir erlaube, aufmerksam zu machen. Bei dieser Untersuchung stellte ich mir als Aufgabe, das Verhältniſs, welches zwischen der Schmierfähigkeit der Oele und ihren physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung besteht, näher zu erforschen, da die Kenntniſs dieses Verhältnisses von praktischer Bedeutung ist, sowohl bei der rationellen Gewinnung Benennung der Oele. Spec. Gewichtbei 15° SpecifischeZähigkeitbei 19° Gehalt anKohlenstoffProc. Gehalt anWasserstoffProc. Ent-flammungs-punkt Ent-zündungs-punkt Cylinderöl, G 0,917 191 86,27 12,71 2270 2740 Maschinenöl, 1a G 0,914 102 86,03 12,92   213   260 Waggonöl, G 0,914   80 86,43 12,71   148   182 Waggonöl, R 0,911   70 86,45 12,76   157   187 Naphtarückstände, N 0,910   55 86,96 12,82   134   162 Oleonaphta 0, R 0,910 121 86,53 12,83   219   257 Waggonöl 0, G 0,907   60 86,03 12,96   158   183 Maschinenöl 1b, G 0,907   59 86,29 12,92   203   254 Oleonaphta 1, R 0,904   66 86,55 12,99   201   242 Maschinenöl 2, G 0,898   20 86,33 13,09   171   201 Oleonaphta 2, R 0,894   20 86,49 13,05   184   222 Oleonid 16, R 0,884   28 86,19 13,62   185   217 Oleonid 12, R 0,881   24 86,20 13,53   187   214 Oleonid höchster Qualität, R 0,881   26 86,14 13,73   188   224     Olivenöle. Huile vierge 0,916   23 76,70 12,03 Ol. prov. opt. rect. I 0,916   22 76,71 11,96 Ol. prov. opt. rect. II 0,916   22 76,66 11,84     Walrathöle. Winter-oil 0,879     9 79,16 12,59 Summer-oil 0,875     8 79,43 12,63 der Schmieröle, als auch der Auswahl derselben zum Schmieren der verschiedenen Maschinen. Zu diesem Zwecke wurden Oele verschiedenen Ursprunges genommen und zwar Walrath, Oliven- und Mineralöle. Vorstehende Tabelle zeigt die von mir untersuchten Oele, geordnet nach ihrem specifischem Gewichte unter den im Handel gebräuchlichen Benennungen und mit Angabe ihrer chemischen Zusammensetzung.Die chemische Untersuchung aller Oele ist von Hrn. W. Tiesenhold im Laboratorium des Hrn. Prof. Dr. Fr. Beilstein ausgeführt worden. Die sämmtlichen Mineralöle waren aus kaukasischem Naphta in den Fabriken von V. J. RagosineRogosine und Comp. und G. J. Glück dargestellt worden. Mit Ausnahme der Waggon-Oele waren sie durchsichtig, von gelbrother Farbe und fluorescirten ziemlich stark. Die „Oleonid“ genannten Oele aus der Fabrik von RagosineRogosine waren vollkommen wasserklar, wurden jedoch bei längerem Stehen an der Luft durch Einwirken des Lichtes stark gelb. Beim Vergleichen der Oele nach ihrem specifischen Gewichte stellte sich das Cylinder-Oel von Glück als das dichteste heraus und als das leichteste von den Mineralölen das Oleonid, welches zum Schmieren von Nähmaschinen und Uhrwerken benutzt wird. Von den organischen Oelen waren die Walrathöle die leichtesten und die Olivenöle die schwersten. Wie die chemische Untersuchung gezeigt, enthielten alle Mineralöle ungefähr 86 Proc. Kohlenstoff und 13 Proc. Wasserstoff, die Olivenöle ungefähr 76 Proc. Kohlenstoff und 12 Proc. Wasserstoff und die Walrathöle 79 Proc. Kohlenstoff und 12 Proc. Wasserstoff. Schlieſst man die Waggon-Oele aus, so kann man in Betreff fast aller Mineralöle sagen, daſs je dichter das Oel ist, desto höher liegt der Entflammungs- und Entzündungspunkt. Da die Kenntniſs der Zähigkeit eines Oeles von gröſserer Wichtigkeit bei Beurtheilung dessen Werthes ist, so ist sehr wünschenswerth, eine bestimmte Definition derselben festzustellen. Die Zähigkeit einer Flüssigkeit wird durch die innere Reibung ihrer Molecüle bedingt. In der Physik definirt man sie bekanntlich als die Kraft, welche nöthig ist, um zwei Flüssigkeitsschichten von der Einheit der Oberfläche mit einer solchen Geschwindigkeit an einander zu verschieben, daſs die eine in Beziehung auf die andere in der Sekunde um die Entfernung zweier Molecüle vorrückt. Die Zähigkeit einer Flüssigkeit kann durch die Ausfluſszeit einer unter bestimmtem Druck aus einem Rohre von bestimmten Abmessungen strömenden Flüssigkeitsmenge gefunden werden. Wie Versuche gezeigt haben, ist die Zähigkeit einer Flüssigkeit direkt proportional ihrer Ausfluſszeit; folglich kann man nach der Aufluſszeit gleicher Menge zweier Flüssigkeiten aus einem engen Rohre ihre Zähigkeit mit einander vergleichen. Zur praktischen Bestimmung der Zähigkeit der Oele lieſs ich den nebenan veranschaulichten Apparat herstellen. Derselbe besteht aus zwei concentrischen Messingcylindern, von denen der innere, zur Aufnahme des Oeles dienende sich auf ein cylindrisches Metallstück stützt, das von einem 1mm breiten, nach auſsen mündenden Kanäle durchbohrt wird. Zum Schlieſsen des Kanales dient ein am Boden des äuſseren Cylinders angebrachter Schieber, ähnlich einem Mikroskopsdiaphragma. Nachdem der innere Cylinder bis zur Marke mit Oel gefüllt, wird in dem äuſseren das Wasser gegossen, welches mittels durch das Rohr von unten geleiteten Dampfes bis zur gewünschten Temperatur erwärmt werden kann. Sobald das Oel letztere angenommen hat, wird durch den Schieber der Kanal geöffnet und die Zeit beobachtet, welche zum Ausfluſs von 100cc des Oeles erforderlich ist. Textabbildung Bd. 248, S. 31 Ist die Ausfluſszeit von 100cc destillirten Wassers aus diesem Apparate ermittelt, so kann, wenn diese Zeit als Einheit angenommen wird, die Zähigkeit der Oele im Verhältniſs der Zähigkeit des Wassers bei gleicher Temperatur verglichen werden. Dieses Verhältniſs nenne ich die specifische Zähigkeit des Oeles. Dieser Begriff ist durchaus nicht neu; in der Chemie hat man bekanntlich mehrere Untersuchungen über Zähigkeit verschiedener chemischer Verbindungen im Vergleich mit der des Wassers, in welchen die Ausfluſsmethode benutzt wurde. Wenn auch in der Technik sich der Begriff der specifischen Zähigkeit eingebürgert haben wird, so werden wir im Stande sein, die Oele ihrer Zähigkeit nach zu vergleichen, was bis jetzt nicht möglich ist. Es wäre sehr wünschenswerth, daſs die Bestimmung der Zähigkeit jedes Oeles wenigstens bei drei verschiedenen Temperaturen, z.B. 10°, 30° und 50°, vorgenommen würde, weil vorliegende Untersuchung gezeigt hat, daſs die Zähigkeit der Oele verschiedenen Ursprunges sich sehr verschieden mit der Temperatur ändert (vgl. F. Fischer 1880 236 * 495). Zur genaueren Ermittelung der Abhängigkeit der Zähigkeit von der Temperatur stellte ich eine Reihe von Versuchen über die innere Reibung nach der Methode von Poisseulle an. Derselbe leitete bekanntlich aus seinen Versuchen eine empirische Formel ab, welche nachher von HagenbachPoggendorff's Annalen, 1860 Bd. 119 S. 385. auf mathematischem Wege gefunden und folgendermaſsen ausgedrückt wurde: v=\frac{\pi\,r^4p}{8\,z\,l}, wo v die Flüssigkeitsmenge, r den Radius des Rohres, l dessen Länge, p die Differenz des Druckes am Anfang und Ende des Capillarrohres und z die Reibungsconstante oder die Zähigkeit der Flüssigkeit bezeichnet. In meinen Versuchen, welche vollkommen denen von Poisseulle glichen, jedoch ohne Ausübung eines Druckes auf die ausströmende Flüssigkeit, war die Flüssigkeitsmenge gleich 2cc,36, die Länge des Rohres 330mm und dessen Durchmesser 1mm,425. Die Ausfluſszeit war, wie die unten stehenden Zahlen zeigen, für die verschiedenen Oele sehr verschieden und änderte sich sehr bedeutend mit der Temperatur: Oele Spec. Gewichtbei 15° Ausfluſszeit in Sekunden bei 0° 9° 16° 25° 80° 83° 94° 97° Cylinderöl 0,917 38175 – 6546 – – 122 41 – Oleonid 0,881   2408 –   762 483 – – – 31 Huile vierge 0,916 – 810   548 372 62 – – – Walrathöl 0,879 – 312   215 146 –   37 – – Aus den angeführten Zahlen geht hervor, daſs, je gröſser die Zähigkeit eines Oeles, desto gröſser auch der Einfluſs der Temperatur auf dieselbe ist. Auch in physikalischer Hinsicht bieten die Mineralöle ein besonderes Interesse, da keine andere Flüssigkeit bis jetzt bekannt ist, bei welcher der Einfluſs der Temperatur auf die innere Reibung bezieh. Zähigkeit so scharf ausgedrückt ist, wie z.B. beim Cylinder-Oel. Die starke Veränderlichkeit der Mineralöle mit der Temperatur ist nicht eine Eigenthümlichkeit eines Oeles dieser oder jener Fabrik, sondern kommt als allgemeine Eigenschaft allen aus der Naphta darstellbaren Oelen zu, angefangen von Naphtarückständen bis hinauf zu den theuren, gut gereinigten Oelen. Die Zähigkeit der Oele organischen Ursprunges, wie Walrathund Olivenöle, verändert sich verhältniſsmäſsig wenig mit der Temperatur (vgl. 1880 236 496). Die Untersuchung der Capillarerscheinungen der Oele verschiedenen Ursprunges zeigte, daſs hier nur ein ganz unbedeutender Unterschied besteht; denn in den Röhren gleichen Durchmessers stiegen alle Oele fast bis zu ein und derselben Höhe. Der einzige scharfe Unterschied, der sich bis jetzt bei den Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften der Oele verschiedenen Ursprunges herausgestellt hat, ist die innere Reibung und das Verhalten derselben zur Temperatur. Die Schmierfähigkeit der Oele wurde durch Messen der Reibung mit Hilfe des Apparates von Déprez und Napoli (vgl. 1877 226 * 30) bestimmt. In diesem Apparate bestehen die reibenden Theile aus zwei Scheiben, einer unteren eisernen Planscheibe, welche mit bestimmter Geschwindigkeit gedreht wird, und einer oberen, in welcher drei Messingschneiden eingesetzt sind, mit welchen diese Scheibe die untere berührt. Die bei Drehung entstehende Reibung wird durch einen besonderen graphischen Apparat als Curve aufgezeichnet und die Gröſse der Reibung kann in Kilogramm ausgedrückt werden. Auf die untere Scheibe wurde eine bestimmte Menge, gewöhnlich 1g auf 1qc des zu untersuchenden Oeles gegossen. Die reibende Fläche hat 30qc. Die Belastung wechselte von 3 bis 25k auf 1qc und die Geschwindigkeit von 60 bis 120 Umdrehungen in der Minute. Die Versuche zeigten, daſs die Reibung bei Zunahme der Belastung wächst, anfangs ziemlich proportional, dann langsamer und endlich tritt bei einer bestimmten Belastung und Temperatur für jedes Oel eine Grenze ein, wo die Reibung wieder stark zu wachsen beginnt. Mit Zunahme der Geschwindigkeit wächst die Reibung gleichfalls. Die bis jetzt erst angestellten Versuche beziehen sich hauptsächlich auf die Ermittelung der Abhängigkeit der Reibung von der Belastung bei Anwendung verschiedener Oele. Die Temperatur des umgebenden Oele Spec. Gew.bei 15° SpecifischeZähigkeit Die Reibungscoefficienten bei Belastung auf 1qc mit Kilogramm: Temperatur 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 beiBeginn amEnde Walrathöl 0,875 8 0,0055 0,0044 0,0035 0,0037 0,0033 0,0034 0,0035 0,0109 – – – – 11,8° 12,4° – – 0,0066 0,0040 0,0032 0,0028 0,0027 0,0025 0,0062 – – – – – 25,8 25,4 Huile vierge 0,916 23 0,0111 0,0096 0,0092 0,0081 0,0070 0,0063 0,0059 0,0058 0,0077 – – – 13,2 14,4 – – 0,0100 0,0086 0,0076 0,0063 0,0054 0,0047 0,0044 0,0140 – – – – 21,0 22,4 Oleonid 12, R 0,881 24 0,0200 0,0133 0,0109 0,0107 0,0096 0,0082 0,0071 0,0062 0,0059 0,0055 – – 11,3 14,4 – – 0,0077 0,0093 0,0076 0,0066 0,0066 0,0066 0,0066 – – – – – 19,6 20,7 Oleonaphta 1, R. 0,904 66 0,0533 0,0333 0,0276 0,0233 0,0203 0,0182 0,0160 0,0141 0,0126 0,0126 0,0126 –   5,4 11,2 – – 0,0477 – 0,0244 – 0,0167 – 0,0127 – 0,0105 0,0090 – – 12,2 16,6 – – 0,0210 0,0146 0,0130 0,0119 0,0106 0,0095 0,0082 0,0072 0,0066 0,0062 – – 21,6 23,6 Waggonöl 0, G 0,907 60 0,0400 0,0231 0,0204 0,0177 0,0154 0,0136 0,0122 0,0109 0,0098 0,0093 0,0092 –   7,4 11,6 – – 0,0260 – 0,0163 – 0,0109 – 0,0084 – 0,0069 0,0071 – – 21,6 23,8 Maschinenöl 1 a, G 0,914 102 10,0477 – 0,0257 – 0,0203 – 0,0165 – 0,0126 – 0,0117 – 10,4 15,5 – – 0,0311 – 0,0223 – 0,0165 – 0,0124 – 0,0104 0,0112 – – 24,0 27,8 Naphtarückstände 0,910 55 10,0311 – 0,0161 – 0,0115 – 0,0088 – 0,0082 – 0,0075 0,0082 10,2 17,6 Raumes schwankte bei diesen Versuchen zwischen 5 und 22°. In der Tabelle auf S. 33 sind die beim Schmieren mit verschiedenen Oelen, bei verschiedener Belastung und Temperatur ermittelten Reibungscoefficienten zusammengestellt. Bei jeder Belastung machte die untere Scheibe eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen, 625 bis 1250; die Dauer der einzelnen Umdrehung war 1 Sekunde in 1 Sekunde. Um den störenden Einfluſs der Temperatur des umgebenden Raumes zu verringern, waren die Versuche entweder in stark geheiztem, oder bis auf 5 bis 10° abgekühltem Zimmer ausgeführt worden. Im ersten Falle wurde die untere, das Oel enthaltende Scheibe vorher mittels Spirituslampen erwärmt. Bei Versuchen in abgekühltem Zimmer war die Temperatur sämmtlicher Metalltheile des Apparates gewöhnlich um einige Grad unter der Temperatur des umgebenden Raumes. Aus den angeführten Reibungscoefficienten der verschiedenen Oele kann man folgende allgemeine Schluſsfolgerungen ziehen: 1) Der Reibungscoefficient wird mit Zunahme der Belastung bei allen Oelen und bei allen Temperaturen beständig kleiner und zwar bis zu einer bestimmten Grenze, worauf er dann wieder gröſser wird. Für ein und dasselbe Oel beginnt diese Zunahme des Reibungscoefficienten, wenn die Temperatur niedrig ist, bei gröſserer Belastung, als wenn die Temperatur hoch ist. So z.B. trat beim Walrathöl diese Zunahme in einem bei 12° angestellten Versuche bei einer Belastung von 17k ein, war die Temperatur 25°, schon bei 15k. Dasselbe wurde beim Olivenöl beobachtet; bei 13° fand die Zunahme bei der Belastung von 19k statt, bei 21 dagegen schon, bei 17k. 2) Der Reibungscoefficient aller Oele war bei höherer Temperatur für alle Belastungen kleiner als bei niedriger. Dieser Einfluſs der Temperatur auf den Reibungscoefficienten tritt bei Mineralölen bedeutend schärfer hervor. 3) Die Reibungscoefficienten der untersuchten Oele organischen Ursprunges, der Walrath- und Olivenöle, waren die geringsten und veränderten sich verhältniſsmäſsig mit der Temperatur wenig. Dieses Resultat liefert einen direkten Hinweis auf einen Zusammenhang zwischen der Schmierfähigkeit eines Oeles und dessen Zähigkeit. 4) Unter den Mineralölen besitzt den kleinsten Reibungscoefficient das Oleonid, welches sich auch durch seine geringe Zähigkeit auszeichnet. Der Einfluſs der Temperatur auf den Reibungscoefficienten dieses Oeles ist bedeutend gröſser als auf den des Olivenöles, welchem dieselbe specifische Zähigkeit zukommt, was am besten auf verschiedenen Ursprung der Oele auf ihr Verhalten bei Veränderung der Temperatur hinweist. 5) Von allen bis jetzt untersuchten Mineralölen besitzt das Maschinenöl 1a von Glück den gröſsten Reibungscoefficient und die gröſste Zähigkeit. 6) Die Schmierfähigkeit des Oleonaphta I, des Waggon-Oeles 0 und der Naphtarückstände ist, nach den angeführten Reibungscoefficienten zu ertheilen, fast ein und dieselbe. 7) Der Einfluſs der Temperatur auf den Reibungscoefficienten ist am besten aus den Versuchen mit Oleonaphta I zu beurtheilen. Bei ein und derselben Belastung von 5k wurde der Reibungscoefficient durch Erhöhung der Temperatur auf 16° fast um dieselbe Gröſse (von 0,0333 bis 0,0146) kleiner als durch Vergröſserung der Belastung auf 12 k/qc (von 0,0333 bis 0,0141) bei ein und derselben Temperatur. In diesem Umstände liegt ein direkter Hinweis auf die Nothwendigkeit oder den Vortheil einer guten Beheizung des Arbeitsraumes, wenn die Maschinen mit Mineralölen geschmiert werden. 8) Die groſse Zähigkeit der Mineralöle ist, wie die bis zu einer Belastung von 25 k/qc ausgeführten Versuche zeigen, durchaus kein Vorzug eines Schmiermaterials. Die angeführten Versuche lassen eine Berechnung der Reibungsarbeit bei der Anwendung verschiedener Schmieröle zu. Zu diesem Zwecke muſs der in der Zeiteinheit von der unteren Scheibe durchlaufene Weg, gemessen in Meter, mit der in Kilogramm ausgedrückten Reibung multiplicirt werden. Unsere Scheibe durchlief in einer Sekunde 0m,7069; die Reibungsarbeit in 1 Sekunde ist daher für: Walrathöl bei einer Belastung von 15k und bei 12,4° = 1,13mk Olivenöl „ „ „ „ 15 „ „ 13,8 = 1,88 Oleonid „ „ „ „ 15 „ „ 13,8 = 2,26 Oleonaphta I „ „ „ „ 21 „ „ 16,6 = 4,24 Waggonöl 0 „ „ „ „ 21 „ „ 11,6 = 3,45 Naphtarückstände „ „ „ „ 23 „ „ 16,0 = 4,51 Maschinenöl 1 a, G „ „ „ „ 23 „ „ 16,0 = 5,74 Nach diesen die Reibungsarbeit bezeichnenden Zahlen läſst sich der relative Werth in der Anwendung der verschiedenen Schmieröle beurtheilen, wobei man natürlich den Verbrauch an Brennmaterial oder im Allgemeinen eine Ersparung der nützlichen Arbeit des Motors im Auge haben wird. Die bis jetzt erhaltenen Resultate sind alle mittels des Apparates Déprez und Napoli gewonnen worden; Versuche mit dem Apparat von Thurston (1875 225*538. 1880 236 493), welche die Möglichkeit gewähren, auch die auf der Achse stattfindende Reibung zu untersuchen, sind im Gange und ich hoffe bald über Resultate von parallel mit beiden Apparaten angestellten Versuchen berichten zu können. Petersburg, Februar 1883.