Ueber Prüfung der Schmiermittel mit specieller Berücksichtigung der Petroff'schen Methode. Von A. Künkler. Ueber Prüfung der Schmiermittel mit specieller Berücksichtigung der Petroff'schen Methode. Nach Ansicht Petroff'sEine neue Methode zur Beurtheilung der Schmieröle von Dr. J. Lew, D. p. J. 1891 280 * 16. 40. ist der Reibungswiderstand zweier geschmierten Körper abhängig von 1) der inneren Reibung des Schmiermittels, 2) der Reibung des Schmiermittels mit den geschmierten Flächen, 3) der Geschwindigkeit, mit der sich eine Fläche auf der anderen bewegt, 4) der Grösse ihrer Berührungsfläche in nicht geschmiertem Zustande, 5) der Dicke der schmierenden Schicht, 6) dem Reibungscoefficienten bezieh. dem Drucke auf die schmierende Schicht. Somit gilt ihm als Hauptmoment für die Beurtheilung des Reibungswiderstandes die innere Reibung, neben welcher noch die äussere Reibung des Schmiermittels mit den geschmierten Flächen in Betracht kommt. Beide Grössen bestimmt er mittels eines eigens dazu construirten Apparates und die gefundene Grösse der inneren Reibung eines Schmiermittels ist nach Petroff's Methode der für die Beurtheilung der Schmierfähigkeit maassgebende Factor. Diese Auffassung ist aber nur unter der Voraussetzung richtig, dass lediglich eine innere und äussere Reibung des Schmiermittels stattfindet, nicht auch eine Reibung der Gleitflächen mit einander, und auch dann ist sie nur bedingungsweise richtig, wie aus folgender Betrachtung hervorgeht. Die Schmierung hat den Zweck, die directe Berührung der Maschinentheile mit einander zu verhindern. Das zwischen den Gleitflächen befindliche Schmiermittel muss daher fest an denselben haften und darf ihrem Drucke nur allmählich weichen. Durch das feste Anhaften an beiden Gleitflächen bildet das Schmiermittel zwei Schichten, in welche die Reibung von den festen Gleitflächen verlegt und, da dieselben flüssig (Oel) oder weich (Fett) sind, auf das geringste Maass beschränkt wird. Die an der sich bewegenden Gleitfläche, z.B. an einem Lagerzapfen, haftende und mit diesem sich bewegende Schmierschicht reibt sich mit der an dem ruhenden Lager haftenden ruhenden Schmierschicht. Die Bewegung, welche hierdurch innerhalb der an dem Zapfen haftenden Schmierschicht hervorgerufen wird, pflanzt sich in dieser in der Weise fort, dass die der Berührungsfläche der Schmierschichten nächst befindlichen Theilchen am meisten in ihrer Bewegung mit und in der Richtung des Zapfens aufgehalten werden und gegen diesen zurückbleiben; weniger die in der Mitte der Schmierschicht befindlichen und am wenigsten die an dem Zapfen selbst haftenden Theilchen. Zugleich wird die an dem Lager haftende ruhende Schmierschicht in der Richtung des Zapfens in Bewegung versetzt, welche nach der Lagerfläche zu allmählich abnehmend sich in gleicher Weise fortpflanzt, wie die Bewegung in der Schmierschicht an dem Zapfen. Es entsteht daher ausser der Reibung der Schmierschichten mit einander und in denselben, der inneren Reibung, noch eine Reibung derselben mit Zapfen und Lager, die äussere Reibung des Schmiermittels. Letztere wird ferner dadurch hervorgerufen, dass die an den Gleitflächen haftenden Theilchen dem Drucke weichen und durch andere ersetzt werden. Vom Standpunkte der Reibungsverminderung aus kommt bei Beurtheilung eines Schmiermittels in Betracht: 1) Die Schlüpfrigkeit (Adhäsion, Capillarität). Sie bewirkt das feste Anhaften des Schmiermittels an den Gleitflächen. Genügende Schlüpfrigkeit ist das erste und wesentlichste Erforderniss eines Schmiermittels, da ohne sie eine Schmierung überhaupt nicht möglich ist. Je grösser die Schlüpfrigkeit, desto vollständiger die Trennung der festen Gleitflächen und desto kleiner die Reibung derselben. Eine theoretisch vollständige Trennung der Gleitflächen lässt sich in der Praxis nicht herbeiführen denn auch das schlüpfrigste Schmiermittel weicht dem Drucke und die Gleitflächen verschleissen mit der Zeit. Um so grösseres Gewicht ist daher auf hohe Schlüpfrigkeit des Schmiermittels zu legen. 2) Die Zähflüssigkeit (Cohäsion, Viscosität). Je kleiner dieselbe ist, desto geringer die innere Reibung und desto besser das Schmiermittel. 3) Die äussere Reibung. Sie ist die Folge der sich fortpflanzenden inneren Reibung und wird desto kleiner, je schwerer sich diese fortpflanzen kann, also je zähflüssiger das Schmiermittel ist. Indem sie sich verkleinert, wächst somit die innere Reibung, jedoch in etwas grösserem Maasse, so dass innere und äussere Reibung zusammengenommen bei einem dünnflüssigen Schmiermittel kleiner sind als bei einem zähflüssigen. Ferner ist sie abhängig von der Schlüpfrigkeit. Je schlüpfriger ein Schmiermittel, desto weniger werden seine an den Gleitflächen haftenden Theilchen verdrängt und durch neue ersetzt, desto geringer also deren Reibung an denselben. Die Grösse der äusseren Reibung wird wohl meist von der Schlüpfrigkeit des Schmiermittels abhängen und ist im Uebrigen ein Factor von nur geringer Bedeutung. Es erfüllt sonach das Schmiermittel, welches bei grösster Schlüpfrigkeit die geringste Zähflüssigkeit besitzt, am vollständigsten den Zweck der Reibungsverminderung und ist vom allgemeinen theoretischen Standpunkte aus als das beste zu bezeichnen; es ist das absolut schmierfähigste. Wenn daher von Schmierfähigkeit im Allgemeinen die Rede ist, so ist darunter die absolute Schmierfähigkeit zu verstehen im Gegensatze zur relativen, der Schmierfähigkeit in einem einzelnen Falle unter bestimmten Bedingungen. Anders ist die Beurtheilung eines Schmiermittels vom Standpunkte der Praxis aus, von der wichtigen Preisfrage ganz abgesehen. Man verlangt von einem Schmiermittel: 1) dass es genügende Schlüpfrigkeit besitzt, um ein Warmlaufen der Maschinentheile zu verhindern, 2) dass sein Verbrauch ein möglichst geringer ist, was wesentlich von seiner Zähflüssigkeit abhängt, dass es also möglichst zähflüssig ist. Bei gerade genügender Schlüpfrigkeit wird immerhin nur ein sehr kleiner Theil des unmittelbar an den Gleitflächen haftenden Schmiermittels durch den Druck entfernt, da sonst die directe Berührung der Gleitflächen, auch nur an wenigen Stellen, ein Warmlaufen der Lager zur Folge haben würde. Man verlangt daher eine mehr als genügende Schlüpfrigkeit nur dann, wenn dadurch eine Ersparniss im Verbrauche herbeigeführt wird oder der Verschleiss der Gleitflächen geringer wird; letzteres ist nur mit der Zeit zu ermitteln. Dagegen leistet die im Verhältnisse zur Adhäsionskraft (Schlüpfrigkeit) weit kleinere Cohäsionskraft (Zähflüssigkeit) des Schmiermittels dem Drucke nur geringen Widerstand; sie wird leichter überwunden und das Schmiermittel continuirlich zwischen den Gleitflächen herausgepresst, und dies um so mehr, je geringer die Cohäsionskraft des Schmiermittels ist. Da die Ersparniss, welche man in Folge dessen bei Verwendung zähflüssiger Schmiermittel erzielt, eine wesentliche, die innere Reibung aber ein nicht sichtbarer, ohne weiteres festzustellender Factor ist, so schenkt man letzterer wenig Beachtung. Dies vielfach mit Unrecht; denn man geht in der Verwendung zähflüssiger Schmiermittel sogar so weit, wie es sich mit dem Gang bezieh. der nothwendigen Tourenzahl der Maschine noch verträgt und die Anwendung von consistentem Fett, dessen innere Reibung die grösste ist, findet immer mehr Anwendung, selbst bei rasch rotirenden Maschinen. Es ist also vom Standpunkte der Praxis aus für jeden einzelnen Fall dasjenige Schmiermittel das beste zu nennen, welches bei grösster Schlüpfrigkeit eine möglichst grosse Zähflüssigkeit besitzt, letztere jedoch nur bis zu dem Grade, dass der Vortheil des geringeren Verbrauches den Nachtheil der inneren Reibung noch überwiegt; ein solches Schmiermittel ist als das relativ schmier fähigste zu bezeichnen. Daher empfiehlt es sich für Maschinen mit grosser Tourenzahl, bei welchen die innere Reibung ein wesentlicher Factor ist, ein dünnflüssigeres Schmiermittel zu wählen, für solche mit geringer Tourenzahl aber, namentlich bei starker Belastung, ein zähflüssigeres, da im letzteren Falle die Bedeutung der inneren Reibung gegen die des geringeren Verbrauches zurücktritt. In jedem einzelnen Falle ist das Schmiermittel mit Rücksicht auf die innere Reibung, die Grösse seines Verbrauches und vor allem seine Schlüpfrigkeit zu wählen. Während man die rasch rotirenden Spindeln der Spinnmaschine mit Rücksicht auf die grössere innere Reibung mit einem dünnflüssigen Schmieröl schmiert, verwendet man mit Vortheil zum Schmieren der Lager der Betriebsmaschine und Welle mit Rücksicht auf die geringere innere Reibung und den grösseren Druck ein zähflüssigeres und schlüpfrigeres. Dass man unter Umständen mit einem absolut schmierfähigeren Schmiermittel schlechtere Resultate erzielen kann, als mit einem weniger schmierfähigen, erhellt aus dem Vergleiche des absolut schmierfähigeren Rapsöles mit gutem russischen Maschinenöl von 0,908/10 spec. Gew., dessen Zähflüssigkeit bei 40° C. nahezu die doppelte des Rapsöles ist. Bei nicht zu schnellem Gange der Maschine, so dass der Unterschied in der inneren Reibung der Oele nur wenig oder nicht in Betracht kommt, und bei massiger Belastung wird das russische Oel, namentlich bei hoher Aussentemperatur, wesentlich sparsamer schmieren. Bei steigender Belastung wird seine Schlüpfrigkeit (Adhäsionskraft) mehr und mehr überwunden, das Oel in grösserem Maasstabe zwischen den Gleitflächen herausgepresst und dann erst ein Punkt eintreten, wo der Verbrauch des russischen Oeles ein ebenso grosser ist, wie der des Rapsöles. Bei noch weiter steigender Belastung wird schliesslich die Schlüpfrigkeit des russischen Oeles zu sehr überwunden und ein Warmlaufen der Lager eintreten, während das Rapsöl in Folge seiner grösseren Schlüpfrigkeit dann noch eine gute Schmierung ermöglicht. Im ersteren Falle wäre also das russische Oel dem absolut schmierfähigeren Rapsöl vorzuziehen, da es sich in diesem Falle als das relativ schmierfähigere erweist. Die wichtigste Eigenschaft eines Schmiermittels ist unbedingt seine Schlüpfrigkeit. Ein Schmiermittel von grösster Schlüpfrigkeit ist für nahezu alle Fälle brauchbar, wogegen die Eigenschaft der grösseren oder geringeren Zähflüssigkeit erst dann von Bedeutung wird, wenn die erste Bedingung der genügenden Schlüpfrigkeit erfüllt ist. Bei Prüfung der Schmiermittel nimmt daher die Schlüpfrigkeit die erste Stelle ein. Von den zahlreichen Oelprobirmaschinen, die man zu diesem Zwecke construirt hat, ermöglicht keine, die absolute Schmierfähigkeit oder die Schlüpfrigkeit allein mit annähernder Sicherheit zu bestimmen. Um dies zu erreichen, müsste die Belastung bis zur jedesmaligen Ueberwindung der Adhäsionskraft des Schmiermittels gesteigert werden, wodurch eine Veränderung der Gleitflächen eintreten und damit die Hauptbedingung für das Gelingen vergleichender Versuche nicht mehr vorhanden sein würde. Die Dauerhaftigkeit des Schmiermittels, zu deren Bestimmung eine Maximalbelastung nicht erforderlich ist, kann ebenfalls nicht als sicherer Maasstab dienen, da sie nicht allein von der Schlüpfrigkeit, sondern auch von der Zähflüssigkeit abhängig ist. Dagegen kann die relative Schmierfähigkeit, die Schmierfähigkeit mit Rücksicht auf innere Reibung und Verbrauch für einen bestimmten Fall mittels der Oelprobirmaschine bestimmt werden. So würde z.B., um auf den früher besprochenen Vergleich des Rapsöles mit dem russischen Maschinenöl zurückzukommen, mittels der Oelprobirmaschine festgestellt werden können, dass im ersteren Falle bei massiger Belastung das russische Oel sich als vortheilhafter erweist. Dagegen könnte schon nicht mehr die Belastung constatirt werden, bei welcher das russische Oel nur noch ebenso gut schmiert, wie das Rapsöl, weil dann schon die Gleitflächen zu sehr leiden. Noch viel weniger kann aus diesem Grunde festgestellt werden, um wie viel das Rapsöl schlüpfriger ist, als das russische Oel, welch grössere Belastung seine Adhäsionskraft verträgt. Aber auch die Prüfungen auf relative Schmierfähigkeit geben vielfach unsichere Resultate, was in der Construction der Maschinen, der nur kurzen Versuchsdauer, dem Verbrauche einer nur geringen Menge des Schmiermittels und den sich nicht gleich bleibenden Gleitflächen seinen Grund hat. Mittels der Petroff'schen Methode, welche die Schlüpfrigkeit nicht berücksichtigt, lässt sich in keiner Weise weder die absolute noch die relative Schmierfähigkeit bestimmen. Der Petroff'sche Apparat leistet im Wesentlichen dasselbe, wie die weiter unten zu erwähnenden einfachen Viscosimeter. Die Frage der Schmierfähigkeit eines Schmiermittels wird daher nach wie vor die Praxis entscheiden. Aus ihr wissen wir, dass die meisten zur Schmierung verwendeten vegetabilischen und animalischen Schmiermittel an Schlüpfrigkeit die Mineralöle, auch die besten amerikanischen Cylinderöle, bei Weitem übertreffen, und dass Mineralöle von gleicher Farbe (gleichem Grad der Reinigung) um so schlüpfriger sind, je zähflüssiger sie sind. Letzterer Umstand gab Veranlassung zur Construction der Viscosimeter, und in diesen haben wir wenigstens ein Mittel, festzustellen, ob ein Mineralöl schlüpfriger ist als ein anderes, während man für vegetabilische und animalische Oele ein solches Mittel nicht hat, vielmehr über ihre grössere oder geringere Schlüpfrigkeit im Vergleiche unter einander meist im Unklaren ist. Denn letztere ist sehr gross und hält die grössten Belastungen aus, so dass uns auch die Praxis nur wenig Aufklärung hierüber gibt. Da die Schlüpfrigkeit in erster Linie das Maass der absoluten Schmierfähigkeit bestimmt und die Zähflüssigkeit, welche dasselbe mindert, weit weniger in Betracht kommt, so erkennen wir in dem zähflüssigeren (schlüpfrigeren) Mineralöl das absolut schmierfähigere, und da ferner die absolute Schmierfähigkeit mit der relativen bei Mineralölen vielfach zusammenfällt oder von dieser nicht sehr unterschieden ist, auch meist das relativ schmierfähigere. Denn bei den Mineralölen wächst mit der Schlüpfrigkeit die Zähflüssigkeit, die innere Reibung wird grösser und der Verbrauch kleiner. Nimmt man an, dass die beiden letzten Factoren sich gegenseitig aufheben, so fällt die absolute Schmierfähigkeit mit der relativen zusammen. Es ist daher durchaus falsch, aus der grösseren inneren Reibung eines Mineralöles zu folgern, dass dasselbe weniger schmierfähig sei; oder Mineralöle mit dem Rapsöle auf Grund der inneren Reibung zu vergleichen, wie dies bei der Petroff'schen Methode geschieht. Die hierbei ausgesprochene Behauptung, dass ein Mineralöl um so schmierfähiger sei, je mehr sich seine Curve der inneren Reibung der des Rapsöles nähere, ist irrig; denn gerade das Gegentheil ist der Fall. Je grösser die innere Reibung eines Mineralöles, je weiter seine Curve von der des Rapsöles entfernt ist, desto näher kommt seine Schmierfähigkeit der des Rapsöles. Erreicht wird die Zähflüssigkeit des letzteren auch von den zähflüssigsten Mineralölen nicht. Ein Mineralöl aber von der Zähflüssigkeit des Rapsöles ist ein sehr mittelmässiges Schmiermittel, welches nur bei geringer Belastung verwendet werden kann. Die grössere Zähflüssigkeit eines Mineralöles gibt uns indessen nur an, dass dasselbe schmierfähiger ist als ein anderes weniger zähflüssiges; um wie viel es schmierfähiger ist, können wir auf Grund der erhaltenen Viscositätszahlen nicht einmal annähernd schätzen. Es ist daher auch, ganz gleichgültig, ob die Zähflüssigkeit mittels einer Capillare oder eines weiteren Röhrchens gemessen wird, für welches das Poisseul'sche Gesetz nicht mehr gilt. Die Viscosimeter und namentlich der einfache Engler'sche Apparat erfüllen in dieser Hinsicht vollständig ihren Zweck. Sie werden ihn auch dann noch erfüllen, wenn es gelungen sein wird, die Schlüpfrigkeit eines Oeles auf andere Weise genau zu ermitteln und sie nur noch zur Bestimmung der inneren Reibung verwendet werden, da dieser Factor so wesentlich hinter den Factor der Schlüpfrigkeit zurücktritt und in der Praxis meist nicht einmal beachtet wird. Ist es auch wahrscheinlich, dass zwei Mineralöle von gleicher Zähflüssigkeit, von denen das eine ein mehr einheitliches Product, das andere ein Mischproduct von dünnflüssigen und zähflüssigen Oelen ist, nicht gleich schlüpfrig sind, desgleichen zwei Mineralöle gleicher Zähflüssigkeit, aber verschiedener Provenienz, so sind die Unterschiede in der Schlüpfrigkeit immerhin gering. Und scheint auch bei einem amerikanischen Cylinderöle eine Ausnahme vorzuliegen und der Unterschied erheblich zu sein, so werden wir uns doch nach wie vor zur Prüfung der Mineralöle mit Sicherheit der Viscosimeter bedienen. Bei vegetabilischen und animalischen Schmiermitteln und Mischungen dieser mit Mineralölen sind wir auf die Erfahrungen der Praxis angewiesen, solange es nicht gelingt, die Schlüpfrigkeit (Adhäsion, Capillarität) auf die eine oder andere Art zu ermitteln. Ihre Bestimmung, sei es in Capillarröhren, sei es zwischen Metallplatten durch Druck, scheitert zunächst an dem verschiedenen Flüssigkeitsgrade der Schmiermittel, welche nur bei gleichem Flüssigkeitsgrade geprüft werden können. Um diesen zu erreichen, müssten dieselben auf verschiedene Temperaturen erwärmt werden, welche aber die Adhäsionskraft in hohem, uns nicht weiter bekanntem Maasse beeinflussen. Die sonstigen Eigenschaften der Schmiermittel, Reinheit, Harzen, Säuren u.s.w., obwohl für die relative Schmierfähigkeit mitbestimmend, sind ebenso wie die Preisfrage absichtlich nicht weiter erwähnt, da dieselben nicht allgemein sind, sondern nur einzelnen, nicht allen Schmiermitteln zukommen. Bezüglich der Flamm- und Brennpunktsbestimmungen sei noch bemerkt, dass dieselben nur bei Mineralölen Zweck haben. Sie sind einerseits, wenn es sich um den Vergleich von Maschinenölen gleicher Farbe (gleichem Grad der Reinigung) handelt, neben der Zähflüssigkeitsbestimmung bedeutungslos und können in Ermangelung dieser nur angewandt werden, wenn die Oele gleicher Provenienz sind. Andererseits sind sie aber bei dem Vergleiche verschiedenfarbiger Oele das einzige Prüfungsmittel, da die dunklen Oele, wenn auch weniger schmierfähig, stets zähflüssiger sind als die hellen, und somit die Zähflüssigkeitsbestimmung nicht angewandt werden kann. Dies gilt auch für Cylinderöle, bei deren Prüfung sie überhaupt, auch bei Vergleich gleichfarbiger, neben der Zähflüssigkeitsbestimmung sehr werthvoll sind.