Ueber neuere Versuche mit Schmirgelscheiben. Ueber neuere Versuche mit Schmirgelscheiben. Textabbildung Bd. 319, S. 433 Fig. 1. Professor M. Grübler in Dresden veröffentlichte in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure (1903. S. 195–202) die Ergebnisse der Festigkeitsversuche, welche er im Jahre 1902 mit Schmirgelscheiben deutscher und amerikanischer Firmen angestellt hatte. Die Versuche bestätigten vollkommen die aus theoretischen Erörterungen folgende Voraussetzung, dass in einem durch Zentrifugalkraft beanspruchten Ringkörper die Tangentialspannungen für das Reissen desselben maassgebend sind, und, da sie am Lochrande ihren Höchstwert erreichen, bei der kritischen Umfangsgeschwindigkeit radiale Risse hervorrufen, welche, von innen nach aussen gehend, die Zerstörung des Körpers bewirken. Die von Prof. Grübler für die Höchstspannung σ1 am Lochrande abgeleitete Formel lautet: \sigma_1=\frac{3}{4}\,\frac{v^2\,\cdot\,\gamma}{g}\,\left[1+\frac{1}{3}\,\cdot\,\left(\frac{r_1}{r}\right)^2\right], wobei v die Umfangsgeschwindigkeit des Ringkörpers in m/s (am äusseren Umfang gemessen), γ das Gewicht des Materials in kg/cbm, g = 9,81 m/s die Beschleunigung der Schwere, r1 und r den inneren bezw. äusseren Halbmesser des Ringkörpers bedeuten. Es muss darauf hingewiesen werden, dass diese Beziehung unter Vernachlässigung des Eigengewichtes und der Querkontraktion, und in der Voraussetzung der Homogenität des Materials und der Proportionalität der Spannungen und Dehnungen abgeleitet wurde. Ferner führen die Ergebnisse der Versuche zu dem Schlusse, dass bei Zugrundelegung obiger Formel für σ1 die üblichen Umfangsgeschwindigkeiten der Schmirgelscheiben ohne Gefährdung der Betriebssicherheit vergrössert werden könnten, und zwar würden Umfangsgeschwindigkeiten von 31,1 m/s für vegetabilisch gebundene Scheiben, 27,0 m/s für mineralisch gebundene und 23,8 m/s für keramisch gebundene Scheiben bei einem Sicherheitskoeffizienten von 10 als zulässig gelten können. Inwiefern nun die in Wirklichkeit beim Reissen der Scheiben eintretenden Spannungen mit den berechneten übereinstimmen, war bei den erwähnten Versuchen nicht Reiter in den Bereich der Untersuchung gezogen worden; ferner war die bedeutendste russische SchmirgelfabrikN. Struck in St. Petersburg nicht zum Wettbewerb mit aufgefordert worden. Es erschien daher nicht unwichtig, im Interesse der heimischen Industrie, in Russland ähnliche Versuche auszuführen und dabei auch die Bruchspannung direkt zu bestimmen. Die Firma N. Struck stellte hierzu im Jahre 1903 ihre Versuchseinrichtung und die Versuchsobjekte zur Verfügung der Kaiserlich Russischen Technischen Gesellschaft. Nicht unerwähnt möchte ich lassen, dass der genannte Verein bereits im Jahre 1880 Schmirgelscheiben auf ihre Festigkeit untersucht hatte gelegentlich der Expertise der Landes - Industrieausstellung; meines Wissens waren diese Versuche die ersten in ihrer Art. Sie wurden in der Struckschen Fabrik ausgeführt. Die Scheibe der Firma Struck (Durchmesser 302,5 und Dicke 14 mm) wurde bei 5760 Touren (Umfangsgeschwindigkeit v = 91,18 m/s) zersprengt (zulässige Umdrehungszahl 1700–1800), während eine Scheibe von Ransome (Durchmesser 304, Dicke 19,75 mm) nur 4608 Touren (v = 73,34 m/s) ausgehalten hatte. Das spezifische Gewicht der Struckschen Scheibe betrug 2,71, das der Ransomeschen 2,86. Der Versuch bestätigte vollkommen das günstige Urteil der Experten über die ausgestellten Scheiben einheimischer Provenienz. Die neueren Versuche sollten die gangbarsten Grössen und Sorten der Struckschen Scheiben berücksichtigen; demgemäss sollten sie etwa 350 mm Durchmesser und 38 mm Dicke haben und den Bezeichnungen C, CT, T entsprechen; die fabrikmässig hergestellten Sorten sind nämlich B M (sehr weich), M (weich), C M (mittelweich), C (mittel), C T (mittelhart), T (hart) und B T (sehr hart). Von diesen Sorten wählte die mit Ausführung der Versuche betraute Kommission am Versuchstage eine Anzahl Scheiben aus dem Lagerbestande aus, welche bezeichnet, gemessen und gewogen wurden behufs Bestimmung des spezifischen Gewichtes. Da ferner eine Kontrolle der oben mitgeteilten Grüblerschen Formel durch unmittelbare Zerreissversuche wünschenswert erschien, Probekörper aber aus fertigen Scheiben wegen deren bedeutenden Härte nicht ausgeschnitten werden konnten, so beschloss die Kommission, einige Scheiben direkt anfertigen zu lassen zugleich mit aus dem gleichen Material hergestellten Probekörpern, welch' letztere genau der gleichen Bearbeitung wie die Scheiben selbst unterworfen werden sollten. Da in der Fabrik über die Herstellung jeder einzelnen Scheibe genau Buch geführt wird, war eine Verwechslung der Probekörper so gut wie ausgeschlossen. Die zu den Zerreisversuchen benützte Maschine unterschied sich von der Grüblerschen hauptsächlich dadurch, dass die Welle, auf welcher die zu untersuchende Scheibe befestigt wurde, genau der in der Praxis üblichen Arbeitsweise entsprach: sie lag wagerecht in gewöhnlichen Lagern, während sie bei der Anordnung von Prof. Grübler frei aufgehängt war, in welchem Falle die Scheibe unter besonders günstigen Verhältnissen arbeitete. Textabbildung Bd. 319, S. 434 Fig. 2. Textabbildung Bd. 319, S. 434 Fig. 3. Die Welle mit der Schmirgelscheibe G (Fig. 1) wurde mittels Riemscheiben D C (Uebersetzung 1 : 7,5) von einer Rotationsdampfmaschine A von vier Pferdekräften in Bewegung gesetzt. Durch Drosseln des durch das Ventil B zuströmenden Dampfes konnte die erforderliche Tourenzahl (bis zu 1600) erhalten werden. Das Gewicht E diente zur Belastung des Riemens; es wurde übrigens während der Versuche entfernt, da bei der starken Reibung höhere Umdrehungszahlen nicht erreicht werden konnten. Die Tachometerwelle F wurde von der Welle aus durch Schneckenübersetzung angetrieben (Uebersetzung 1 : 6). Das Schneckenrad lief in Oel. Das Tachometer wurde vor und nach den Versuchen probiert und richtig befunden. Die Welle mit der Schmirgelscheibe G wurde jedesmal auf der Drehbank zentriert und dann an Ort und Stelle nochmals ausprobiert. Zum Schutz der mit der Ausführung der Versuche betrauten Kommissionsmitglieder diente eine aus starken Bohlen hergestellte und mit Eisenblechen und Winkeln armierte Haube H, welche durch Winkeleisen mit den Trägern J verschraubt war, die ihrerseits mit dem Fundament verbunden wurden. Innen war die Vorrichtung mit Stücken aus weichem Holz ausgefüttert, welche noch mit einem kurzen Baumwollriemen ausgeschlagen wurden. Nach jedem zweiten oder dritten Versuch musste die ganze innereVerkleidung neu ersetzt werden, da die einzelnen Holzklötze durch die Splitter der Schmirgelscheiben bald vollständig zerfasert wurden. Dank den genannten Sicherheitsmaassregeln wurden Unglücksfälle verhütet. Eigentümlich waren die durch die hohe Tourenzahl verursachten beständigen wellenförmigen Schwankungen des geführten (oberen) Riementrums, welche in Fig. 2 – allerdings nicht sehr scharf – zur Darstellung gekommen sind. Das Handrädchen rechts oben sitzt auf der verlängerten Spindel des Dampfventils B (Fig. 1). Das Spannungsgewicht E der Fig. 1 ist in Fig. 2 weggelassen. Textabbildung Bd. 319, S. 434 Fig. 4. Textabbildung Bd. 319, S. 434 Fig. 5. Die Versuche fanden am 13. und 14. Mai 1903 in der Schmirgelfabrik des Herrn N. Struck statt. Die Kommission wählte aus dem Lagerbestande 14 Stück Schmirgelscheiben aus; ausserdem waren 7 Stück, wie oben erwähnt, besonders zu dem Ver- Fig. 4. suche hergestellt worden mit den erforderlichen Probekörpern; endlich wurden noch 3 Stück amerikanische Scheiben (von der Firma Norton) auf Veranlassung der Kommission für die Versuche angeschafft. Einige der Scheiben hatten Bleifutter, deren Gewichte nach Sprengung der Scheiben bestimmt wurden behufs Ermittlung des spezifischen Gewichtes der Scheibe. – Die Befestigung der Scheiben erfolgte durch gusseiserne Backen mit Hilfe von Schrauben und unter Zwischenlage dünner Pappringe. – Die Ergebnisse der Versuche sind in Tab. I (S. 435) zusammengestellt. Die Kommission verzichtete darauf, sämtliche der ausgewählten Scheiben den Zerreissversuchen zu unterwerfen und wählte drei Nortonsche und dreizehn Strucksche Scheiben aus; die übrigen wurden nur zur Bestimmung des spezifischen Gewichtes herangezogen. Die Korngrösse (Vertikalspalte 5) wurde von dem Fabrikanten angegeben; zur Kontrolle wurden Bruchstücke mehrerer Scheiben (mit organischer und mineralischer Bindung) im Laboratorium der Struckschen Fabrik auf die Korngrösse untersucht, nachdem man das Bindemittel durch geeignete Behandlung entfernt hatte, wobei es sich ergab, dass der grössere Teil des Rückstandes der angegebenen Korngrösse entsprach; vollkommene Uebereinstimmung konnte natürlich nicht erzielt werden wegen der Ungleichmässigkeit der Maschen in den in der Praxis gebräuchlichen Sieben. So z.B. ergab sich bei der Scheibe N 22, bei welcher die Korngrösse mit N 16 bezeichnet war, dass 11,6 v. H. der Masse N 10 entsprach, 66 v. H. = N 16, 8,8 v. H. = N 20, 8 v. H. = N 24, 2 v. H. =N 30, 1,2 v. H. = N 36 und 2,4 v. H. = N 40. Die NN bezeichnen, wie üblich, die Maschenzahl auf einen Zoll desjenigen Siebes, welches das Material eben noch durchlässt. Annähernd entsprechen die NN 16, 20, 24, 30, 36 den Korngrössen von 1,4, 0,9, 0,7, 0,6 und 0,5 mm. – Vertikalreihen 14 und 15 geben die Umdrehungszahlen und Geschwindigkeiten am äusseren Umfange, Tabelle 1. Textabbildung Bd. 319, S. 435 No. der Scheibe; Firma; Handelsmarke; Bindung; Korngrösse; Aeusserer Durchmesser; Innerer Durchmesser; Durchmesser des Futters; Dicke der Scheibe; Scheibe mit Futter; Futter; Scheibe ohne Futter; Gewicht des Materials; Tourenzahl; Umfangsgeschwindigkeit; beim Bersten der Scheiben; Spannung beim Bersten; ausgerechnet; nach Versuchen; Bemerkungen; Grenzwerte; Mittelwerte; zersprang in sechs Teile (Fig. 4); auch die gusseisernen Backen wurden zerstört; zersprang in drei Teile; zersprang in vier Teile (Fig. 5); konnte nicht gesprengt werden; zersprang in drei Teile; auch die gusseisernen Backen wurden gesprengt (Fig. 6); zersprang in zwei Teile bei einer Tourenzahl von weniger als 1000; zersprang in vier Teile (Fig. 9); zersprang in vier Teile und viele Splitter. Am Herstellungsort auf 2500 Touren geprüft. Zulässig 1400 Touren; zersprang in fünf Teile und viele Splitter. (Fig. 7); zersprang in vier Teile; zersprang in vier Teile. Viele Splitter welche beim Bersten der Scheiben beobachtet wurden; die Klammergrössen bei den Scheiben NN 4–6, welche nicht gesprengt werden konnten, sind die beobachteten Höchstwerte. Die Nortonscheibe N 8 zersprang merkwürdigerweise in zwei Teile (während alle übrigen 3–5, meistens vier Hauptrisse zeigten), und zwar bei einer Tourenzahl, welche bedeutend geringer war als die zulässige. Textabbildung Bd. 319, S. 436 Fig. 6. Textabbildung Bd. 319, S. 436 Fig. 7. Die äussere Besichtigung der Scheibe hatte nach Aussage der Fabrikingenieure durch nichts einen Fehler verraten, und war genau in der gleichen sorgfältigen Art auf der Welle befestigt und zentriert worden, wie die übrigen Scheiben; die wahrscheinlichste Erklärung dieses eigentümlichen Vorfalles besteht in der Voraussetzung, dass während des Transportes durch irgend einen Stoss oder sonst unvorsichtige Behandlung innere Spannungen entstanden sein könnten. Auch hier sind die Werte eingeklammert. – Die Vertikalreihen 16–18 enthalten die Bruchspannungen, und zwar sind die Werte in 16 nach der Grüblerschen Formel berechnet, in 17 und 18 Versuchswerte angegeben, erhalten durch Zerreissen der Probekörper. Es waren meist vier bis sechs Probekörper hergestellt worden zu den Scheiben N N 5–7, 13 und 16; Reihe 17 gibt die zum Teil rechterheblichen Schwankungen an welche die Versuche ergaben, Reihe 18 die Mittelwerte. Die Zerreissversuche wurden teils mit gewöhnlichen Amslerschen Zerreissmaschinen für Zemente, teils mit der Werdermaschine des Technologischen Instituts Kaiser Nikolaus I. zu St. Petersburg ausgeführt. Wirschen, dass die Versuchs werte mit den berechneten nicht stimmen; sie betragen etwa 50–80 v. H. der berechneten Werte; eine Gesetzmässigkeit lässt sich wegen der geringen Zahl der Versuche nicht feststellen, doch scheint es, dass die grössten Unterschiede bei den Scheiben mit organischer Bindung auftreten. Die Erklärung für die Unterschiede der berechneten und der durch Versuche gefundenen Werte liegt wohl darin, dass das Material derSchmirgelscheiben ein Gemenge zweier Körper von sehr verschiedenen Eigenschaften bildet, auf welches die Voraussetzungen keine Anwendung finden können, unter denen die theoretische Formel berechnet wurde. Die hohen Werte der Bruchspannungen der Struckschen Scheiben mit organischer Bindung erklären sich durch die gute Durcharbeitung der Masse durch ein besonderes, von der Fabrikverwendetes Walzverfahren. Textabbildung Bd. 319, S. 436 Fig. 8. Textabbildung Bd. 319, S. 436 Fig. 9. Scheibe N 1 hatte die Ringform (Fig. 3), welche eine besonders gute Ausnützung des Schleifmaterials und eine sehr zuverlässige Befestigung gestattet; der erhöhte innere Rand der Scheibe passt in konisch ausgedrehte Nuten der gusseisernen Backen. Die Scheibe zersprang in sechs grössere Stücke, von denen sich einige kleinere beim Auftreffen auf die Teile der Schutzhaube trennten. Der erwähnte erhöhte Rand der Scheibe blieb zum Teil erhalten (Fig. 4), da auch die ebenfalls zur Darstellung gebrachten Backen zersprengt wurden. Fig. 5 und 6 stellen die ebenfalls organisch gebundenen Scheiben (NN 3 und 6) dar, welche in vier bezw. drei Hauptteile zerrissen wurden, wobei die Risse, wie auch sonst stets, ziemlich radialverlaufen und von der Mitte ausgehen. Fig. 7 stellt die keramisch gebundene Scheibe N 11, Fig. 8 die mit Magnesit gebundene Scheibe N 16 dar. Hier haben wir vier Hauptrisse, ausserdem aber eine grosse Zahl kleinerer Stücke, welche infolge der geringeren Zähigkeit des Materials beim Antreffen auf die Schutzvorrichtung entstanden sein müssen. Fig. 9 zeigt die Nortonsche Scheibe N 8 mit vier fast genau rechte Winkel bildenden Hauptrissen. Tabelle II. Bindung Versuche, angestellt Gewicht eines dm3in kg Geschwindigkeit beimBersten der Scheibenin m i. d. Sek. Spannungen beim Bersten der Scheibenin kg f. d. qcm durch mit Scheibender Firmen Grezwerte Mittel Grezwerte Mittel Grenzwerte Mittel Grezwerte Mittel ausgerechnet nach den Versuchen Kera-misch die Technische Ge-sellschaftProf. GrüblerProf. Benjamin N. StruckNortondiverseNorton 2,05 bis 2,472,31   „  2,382,10   „  2,47– 2,3152,3352,316–   69,7 bis 83,8  73,7   „  97,6  64,7   „  85,6  58,4   „  87,7   76,8  85,5  74,5  78,4   76,6 bis 132,4  98,4   „  169,5  67,0   „  137,0– 104,3133,9100,1–   98,6 bis 104,1––– 101,4––– Minera-lisch die Technische Ge-sellschaftProf. Grübler N. Struckdiverse 2,54 bis 2,892,40   „  2,90 2,6802,692   71,9 bis 106,1  71,9   „  101,2   88,4  84,0 100,7 bis 241,6115,3   „  189,2 163,8149,4 54,2 bis 78,9–   62,7– Organisch Die Technische Ge-sellschaftProf. GrüblerProf. Benjamindesgl. N. StruckdiverseH.m. Messingdr. 3,21 bis 3,502,40   „  2,90–– 3,2992,781–– 107,8 bis 124,6  78,0   „  110,4  87,4   „  92,5  97,0   „  98,0 113,5  95,9  89,9  97,5 290,3 bis 391,0134,0   „  287,0–– 331,2205,4–– 142,1 bis 236,8––– 182,2––– Tabelle II enthält eine Zusammenstellung der Hauptresultate der St. Petersburger Versuche im Vergleich zu denen von Prof. Grübler, sowie von Prof. Benjamin in Amerika (American Machinist 1903, S. 1421); zu letzteren bemerke ich, dass sie sich ausschliesslich auf amerikanische Scheiben bezogen, darunter auch auf solche, bei denen die Festigkeit durch Einlage von Messingdraht erhöht worden war. Die Tabelle zeigt, dass die bei unseren Versuchen erhaltenen kritischen Geschwindigkeiten der Nortonscheiben froher sind als gewöhnlich; es ist nicht unmöglich, dass durch einen Beobachtungsfehler die Tourenzahl der Scheibe N 9 zu hoch angegeben ist, da sich so grosse kritische Geschwindigkeiten wie 97,591 m/s bei anderen Versuchen flicht gefunden haben (bei den Grüblerschen Versuchen war das Mittel 71,8 m/s); es würden sich dann die Werteder Tabelle II für Nortonscheiben entsprechend reduzieren. Beim Vergleich der mittleren Bruchspannungen der keramischen Scheiben, die untereinander fast vollständig stimmen, ist zu berücksichtigen, dass 104,3 kg/qcm das Mittel aus Versuchen mit vier Scheiben, 101,4 kg/qcm, dagegen aus Versuchen mit Probekörpern aus dem Material einer einzigen Scheibe bildete, so dass diese zwei Werte nur eine zufällige Uebereinstimmung zeigen. Prof. G. v. Doepp, St. Petersburg.