Automobiltechnisches Handbuch Ergänzungsband [13. Aufl., Reprint 2022] 9783112676561, 9783112676554

Table of contents :
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Baustoffausnutzung und Schwingungsfestigkeit
Schrauben-Durchmesser-Bestimmung
Gummi als Baustoff am Kraftwagen
Kraftstoffe
Einiges über Schmierung und Schmiermittel
Normung
Grundlegende Berechnungen für Kraftfahrzeuge
Motoren
a) Gestaltungsgrundlagen und Betriebsbedingungen
b) Zweitakt-Benzinmotoren
c) Fahrzeug-Dieselmotoren
d) Schalldämpfer
e) Neuere Kraftstoffpumpen
f) Lagerungen für Verbrennungsmotoren und Lagermetalle
Getriebe
Schwingachsen
Vorderradantrieb
Federung
Lenkung
Räder, Felgen und Reifen
Rahmen
Selbsttragende Wagenkasten
Kleinstfahrzeuge
Fahrzeuge für Sonderzwecke, Omnibusse und Schwerstlastwagen
Sauggasbetrieb bei Kraftfahrzeugen
Krafträder

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Automobiltedinisdies Handbuch Ergänzungsband zur

Dreizehnten

Auflage

Herausgegeben

von

Richard Bussien VDI

unter

Mitarbeit

von

Paul G r o d z i n s k i , VDI, Dipl.-Ing. — Ernst G r o p p , VDI, Ingenieur — W a . O s t w a l d , VDI — Karl

Schwaiger,

Dipl.-Ing. — Dir. E. M e i e r — L. P t a c z o w s k i , Ingenieur — Herbert Z a b i n s k i , Dipl.-Ing.

Mit 307 Abbildungen

#

1935 VERLAG

V O N M. K R A Y N

• BERLIN

W

Copyright 1935 by M. Krayn, Berlin W Alle Rechte, namentlich das der Übersetzung, vorbehalten Printed in Germany

Druck Braildstetter,

Leipzig

Vorwort Die schnell fortschreitende Entwicklung der Kraftfahrzeug-Konstruktionen hat es erforderlich gemacht, zu den noch vorhandenen Handbüchern der 13. Auflage in Form eines Ergänzungsbandes das technisch Neue und Interessante zu bringen, das sich bis Ende 1934 ergeben hat. Bei der Herausgabe dieses Ergänzungsbandes sind alle die Abschnitte berücksichtigt, deren Inhalt infolge der fortgeschrittenen Entwicklung ergänzt werden mußte. Besondere Berücksichtigung fanden hierbei die nationalen Belange in bezug auf eingeführte Baustoffe, Baustoffausnutzung unter weitgehendster Berücksichtigung der Eigendeckung, was insbesondere bei den Kraftstoffen wesentliche Bedeutung hat. Der Ergänzungsband ist an sich in seinen einzelnen Abschnitten als abgeschlossenes Ganzes zu betrachten, wobei Hinweise auf die Abschnitte des automobiltechnischen Handbuches 13. Auflage zur Erleichterung der Benutzung beitragen. Der Verlag h a t mit finanziellen Opfern ermöglicht, daß der Ergänzungsband bei Bestellung des Automobiltechnischen Handbuches ohne Preiserhöhung mitgeliefert wird; deshalb sei ihm besonders an dieser Stelle gedankt. Im August 1935. Der Herausgeber: Richard Bussien

Inhaltsverzeichnis Baustoffausnutzung und Schwingungsfestigkeit Dauerbruch Dauerfestigkeit Auswertung der Forschungsergebnisse Formziffer Empfindlichkeitszahl und Kerbwirkungszahl Oberflächenziffer Sicherheitszuschlag Dauerfestigkeitszahlen Konstruktion Schraubendurchmesser-Bestimmung Gummi als Baustoff am Kraftwagen Werkstoff Eigenschaften Berechnung und schwingungstechnische Eigenschaften Lebensdauer Verbindung zwischen Gummi und Metall Anwendungen Kraftstoffe I . Eigendeckung 1. Leuchtgas 2. Methan 3. Ruhrgasol 4. Fropan und B u t a n 6. Sauggas 6. Benzin 7. Benzol 8. Alkohol 9. Sicherheitskraftstoff 10. Gasöl 11. Kohlenstaub II. Die motorische Verbrennung A. Klopffestigkeit und ZündWilligkeit B. Beeinflussung der motorischen Verbrennung C. Glühwandmotor D. Das Klopfen I I I . Kraftstoffeigenschaften Einiges über Schmierung und Schmiermittel a) Halbtrockene Schmierung b) Vollkommene Schmierung c) ölregenerierung d) Eigendeckung Normung Isa-Passungen im K r a f t f a h r b a u

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Seite

1 2 4 8 9 9 10 10 10 11 14 17 17 17 17 18 18 19 23 23 28 28 28 29 30 31 31 32 32 32 32 33 33 34 35 36 37 38 38 42 43 44 45 46

Seite

Grundlegende Berechnungen für Kraftfahrzeuge 50 Widerstände eines Kraftfahrzeugs 50 Bremsen 54 Schwerpunktlage 56 Fahrleistungs-Diagramm 57 Motoren 60 a) Gestaltungsgrundlagen und Betriebsbedingungen 60 Verdichtungsgrad, Verdichtungsdruck, Verdichtungstemperatur 62 Ventilöffnung 64 Ventile, Ventilsitze 64 Ventilfedern 65 Nockenwelle 67 Ventilstößel 68 Zündkerzen 69 Gaskanäle 69 Zylinder 71 1. Verbrennungsraum 71 2. Laufbahn 71 3. Wasserraum 74 4. Zylinderkopf 75 Kolben und Pleuelstange 75 1. Kolbenbaustoffe 75 2. Kolbentemperaturen 76 3. Kolbenkonstruktion 76 Kolbenringe 81 Pleuelstangen 84 Kurbelwelle 85 Schwingungen 87 Schwingungsdämpfung 89 Kurbelwellenbaustoffe 90 Gegossene Kurbelwellen 90 Antriebe der Nockenwelle und Nebenapparate 91 b) Zweitakt-Benzinmotoren 92 c) Fahrzeug-Dieselmotoren 97 I. Allgemeines 97 I I . Die verschiedenen Diesel-Arten 99 HI. Konstruktiver Aufbau 107 IV. Einspritz-Pumpen und -Düsen 111 d) Schalldämpfer 115 Schalldämpferbauarten 119 e) Neuere Kraftstoffpumpen 122 Kraftstoffreiniger 125 f) Lagerungen für Verbrennungsmotoren und die Lagermetalle . 126 Getriebe 131 Schwingachsen 146 Vorderradantrieb 155 Federung 165 Blattfeder-Aufhängungen 165 Schraubenfeder-Aufhängungen 168 Berechnung der Schrauben (Druck-) Federn 171 Stabfederung 172 Federdämpfung 175 Stabilisatoren 179 V

Seite

Lenkung 180 Neue Lenkgetriebe 180 Einzelradlenkung 181 Radstellung 184 Einfluß der Radaufhängung und der Federung auf die Lenkung . . 186 Räder, Felgen und Reifen 188 Rahmen 190 Selbsttragende Wagenkasten 198 Kleinstfahrzeuge 202 Fahrzeuge für Sonderzwecke, Omnibusse und Schwerstlastwagen . . 210 Sauggasbetrieb bei Kraftfahrzeugen 218 Krafträder 226

VI

Vorzugsbedingungen zum Bezug des Hauptbandes des

„Automobiltechnischen

Handbuches",

13.

Auflage

(M. Krayn, technischer "Verlag, Berlin W 35). Als Käufer des Ergänzungsbandes des „Automobiltechnischen Handbuches", 13. Auflage, bestelle ich 1 Exemplar des „Automobiltechnischen Handbuches" zum ermäßigten Preise von RM. 22,50 (statt RM. 30,—). Dieser ermäßigte Preis wird nur eingeräumt bei Bestellungen auf diesem Bestellschein. Dieser Bestellschein kann jeder Buchhandlung zur Ubersendung an den Verlag übergeben werden.

Ort und

Datum:

Name:

Baustoffausnutzung und Schwingungsfestigkeit E r n s t G r o p p , VDI. Stuttgart Zug-, Druck- und Biegeversuche nach den Vorschriften des Deutschen Verbandes f ü r die Material-Prüfungen in der Technik (DVM) liefern eindeutige Kennziffern f ü r die Abnahmeprüfung der Werkstoffe. Die dabei ermittelten Werte gelten nur f ü r einmalige statische Beanspruchung. Wenn besondere Ansprüche an den Werkstoff gestellt werden, sind diese Untersuchungen durch andere Prüfungen zu ergänzen. Versuche zur Ermittlung der D a u e r f e s t i g k e i t sind bereits vor hundert Jahren gemacht, umfassend und gründlich zuerst von W ö h l e r , der 1870 seine Erkenntnisse aus zwölfjähriger Arbeit veröffentlichte. E r bestimmte das Verhältnis der zulässigen Belastungen bei wechselnder, schwellender und ruhender Dauerbeanspruchung zu 1 : 2 : 3 beziehungsweise 33:66:100. B a c h ließ in seinen Grundlagen f ü r „Elastizität und Festigkeit", die 1889 herauskamen, unter Berücksichtigung ungenauer Bestimmung der Spannungsverteilung für seine Belastungsfälle I I I , I I und I zunächst das Verhältnis 30:50:100 zu und ging dann später auf die von Wöhler bestimmten Werte zurück. Bei neueren Untersuchungen an Proben mit sorgfältigst hergerichteter Oberfläche ist man bis auf die Zahlen 50:80:100 gekommen. Bei Kerbwirkung am Probestab, d. h. Störung des parallelen Kraftflusses durch Querschnittsunstetigkeiten können diese Werte jedoch bis auf 5:50:100 herabgeben. Die früher verwendeten Flußstähle hatten ein günstiges Verhältnis Dauerfestigkeit: Zugfestigkeit und eine geringe Kerbempfindlichkeit. Die Großabnehmer, besonders die Eisenbahnverwaltungen, sorgten f ü r gleichmäßige Beschaffenheit durch genaue Abnahmevorschriften. Ständige Überwachung, reichliche, durch Erfahrung ermittelte „Sicherheitszuschläge" und gründliches Erproben neuer Konstruktionen hielten die Betriebsunfälle durch Dauerbrüche in engen Grenzen. Erst die neueren schnellaufenden Maschinen und besonders der moderne Schnellverkehr mit seinen hohen Ansprüchen an größte Leistungen bei äußerster Gewichtsbeschränkung haben Konstruktion, Fertigung und Werkstofforschung in dieser Frage vor neue Aufgaben gestellt. D i e s e b e s t e h e n im b e s o n d e r e n d a r i n , g ü n s t i g e B e t r i e b s v e r h ä l t n i s s e zu s c h a f f e n , d i e w i r k l i c h e n B e t r i e b s b e a n s p r u c h u n g e n zu e r m i t t e l n u n d d i e E r k e n n t n i s s e d e r W e r k s t o f f forschung richtig auszuwerten. Beim Kraftfahrzeug sind die hauptsächlichsten Schwingungserreger: der Motor, das Ausgleichgetriebe und die Fahrbahn. Gute Lagerung, geringes Gewicht und sorgfältiger Ausgleich der schwingenden Massen, richtige Berechnung und Auswuchtung der umlaufenden Teile, Dämpfung der Drehschwingungen an der Kurbelwelle, günstige Verteilung der Kraftimpulse und sorgfältige Herstellung sind bewährte Vorbeugungsmittel gegen Dauerbrüche an der Maschine und den damit starr verbundenen Teilen. Eine zweckentsprechende, freischwingende Aufhängung des Motors kann weiterhin verhüten, d a ß das Fahrzeug durch zusätzliche, von der Antriebsmaschine ausgehende K r ä f t e beansprucht wird. I m Fahrwerk liegen die Verhältnisse schwieriger. Bereifung, Räder, Achsen, Lenkung und Federung müssen die Stöße der Fahrbahn aufnehmen, 1

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und je besser diese Teile durchgebildet werden, desto höhere Ansprüche werden durch höhere Fahrgeschwindigkeiten an sie gestellt. Verminderung der schwingenden Massen, Verwendung großer Reifenquerschnitte, zweckentsprechende Anordnung der schwingenden Teile zur Vermeidung örtlicher Überbeanspruchung und gute Abstimmung der Federung sind die erprobten Mittel, um die erzeugten Schwingungen für das Fahrzeug ungefährlich und für den Benutzer weniger bemerkbar zu machen. Der D a u e r b r u c h Fast alle Brüche, die im normalen Fahrbetrieb auftreten, sind Dauerbrüche, d. h. Brüche, die durch vielmalig wiederkehrende Anstrengungen entstanden sind, deren Größe weit unter der Bruchfestigkeit des Werkstoffs liegt. Ihre Form und ihr Aussehen geben bereits einige Aufschlüsse über ihre Entstehung. Wir unterscheiden bei ihnen deutlich einen matten, samtartigen Teil, die Dauerbruchfläche und die glänzende, kristallartige, durch Gewaltbruch entstandene Restbruchfläche. In der Daucrbruchfläche zeigen sich bei einem durch Biegungsbeanspruchungen entstandenen Bruch meist Flächenstreifen, die mit der Richtung des Bruches fortschreiten. Sie stellen die nach Ruhepausen oder Zeiten geringer Beanspruchung neu entstandenen Vergrößerungen der Dauerbruchfläche dar. Bei ihrer Beurteilung ist zu beachten, daß der Bruch an Stellen größerer Beanspruchung schneller fortschreitet als an anderen, und daß bei gleichmäßiger, dauernder Wechsellast die Geschwindigkeit seines Fortschreitens ungefähr mit dem Quadrat der Finrißtiefe wächst. Nach O s c h a t z 1 ) lassen sich aus der Lage, Form und Größe des Restbruches folgende Schlüsse ziehen: Restbruch einseitig, Bruchfront geradlinig: E n t s t a n d e n durch einseitige Dauerbeanspruchung. Der Bruch beginnt bei A. Da die P u n k t e B, B weiter von der neutralen Achse entfernt sind als C, sind sie s t ä r k e r b e a n s p r u c h t und schreiten schneller f o r t als C. Ungefähr in der neutralen Achse h a t sich die zuerst bogenförmige B r u c h f r o n t zu einer Oeraden gestreckt. ( B i l d 1.) Oft e n t s t e h t bei einseitiger B i e g u n g auch ein B r u c h a n s a t z an der dem ersten A n r i ß gegenüberliegenden Stelle des Umfangs. ( B i l d 2.) Bild 2

R e s t b r u c h in d e r M i t t e , q u e r ü b e r den ganzen Querschnitt laufend: E n t s t a n d e n durch zweiseitige Biegung. B e i s t a r k e r Überbelastung s y m m e t r i s c h zur neutralen Achse m i t bogenförmiger B r u c h f r o n t in beiden L a s t r i c h t u n g e n . ( B i l d 3.) B e i geringer Überbelastung B r u c h f r o n t in einer L a s t r i c h t u n g bogenförmig, in der anderen gerade, weil durch zufällige Verletzungen ( K e r b e n ) der Oberfläche der D a u e r bruch eingeleitet ist und der A n r i ß auf der anderen S e i t e erst einsetzt, n a c h d e m hierdurch der Q u e r s c h n i t t vermindert ist. ( B i l d 4.) Restbruch in d e r M i t t e , k o n k a v oder konvex linsenförmig, Teile mit umlaufenden Kerben: E n t s t a n d e n durch zweiseitige B i e g u n g . B e i wechselsprödem W e r k s t o f f und starker Bild 3 Bild 4 Ü b e r b e l a s t u n g s c h r e i t e t der B r u c h am U m fang schneller f o r t als im K e r n und der R e s t b r u c h h a t die in Bild 5 dargestellte F o r m . E i n wechselzäher W e r k s t o f f zeigt ein Bruchaussehen nach Bild 6. A l l s e i t i g e B i e g u n g an u m l a u f e n d e n T e i l e n e r z e u g t e i n e n D a u e r b r u c h wie in B i l d 7 u n d 8 d a r g e s t e l l t . : ) Gesetzmäßigkeiten des Dauerbruchs und Wege zur Steigerung der Dauerhaltbarkeit von Dr.-Ing. Oschatz (1933). Heft 2 der Mitteilungen der Materialprüfanstalt an der Technischen Hochschule D a r m s t a d t . VDI-Verlag, Berlin.

2

Die E i n r i ß g e s c h w i n d i g k e i t ist a m R a n d e g r ö ß e r a l s in d e r M i t t e , d i e B r u c h f r o n t erhält dadurch Parabelform. N a c h Überschreiten der Mitte sucht der Dauerbruch

Bild 5

Bild 6

Bild 7

Bild 8

d i e R e s t b r u c h f l ä c h e zu u m k l a m m e r n . Bei g r o ß e r Ü b e r b e l a s t u n g e n t s t e h t ein B r u c h a u s s e h e n n a c h Bild 7, bei k l e i n e r e r Ü b e r l a s t h ä l t d e r R e s t q u e r s c h n i t t l ä n g e r u n d zeigt e i n e F o r m e n t s p r e c h e n d Bild 8. Allseitige Biegung an Teilen mit umlaufenden Kerben: Die Restbruchfläche l i e g t in d e r M i t t e . G r o ß e Restbruchflächen deuten auf s t a r k e , kleine auf g e r i n g e Bild 9 Bild 10 Bild 11 Ü b e r b e l a s t u n g . (Bild 9.) Bei g e r i n g e r Ü b e r l a s t v e r l a g e r t sich d e r R e s t b r u c h o f t w i e in Bild 10 u n d 11 a n g e d e u t e t . W e l l e n m i t Q u e r b o h r u n g zeigen bei u m l a u f e n d e r B i e g u n g d i e s e l b e n B r u c h f o r i n e n w i e bei z w e i s e i t i g e r B i e g u n g . S i e h e Bild 12 u n d 13.

Bild 12

Bild 13

Bild 14

Zug-Druckbeanspruchung f ü h r t zu ähnlichen Brucherscheinungen wie Biegung. V e r d r e h u n g e r z e u g t in z y l i n d r i s c h e n T e i l e n e i n e n s p i r a l i g e n B r u c h , dessen D a u e r b r u c h f l ä c h e d u r c h d i e B e w e g u n g d e r F l ä c h e n g e g e n e i n a n d e r v e r r i e b e n s i n d . (Bild 14.) Bei T e i l e n m i t u m l a u f e n d e n K e r b e n liegt er in d e r d u r c h d e n K e r b g r u n d g e g e b e n e n E b e n e u n d ist s t r a h l e n f ö r m i g g e z a c k t a u s g e b i l d e t . D i e R e s t b r u c h f l ä c h e liegt in d e r Drehachse.

f ü r andere als kreisförmige Querschnitte gelten die gefundenen Gesetzmäßigkeiten sinngemäß. Scheinbare Abweichungen von den gezeigten Grundformen entstehen durch die Einflüsse benachbarter Formelemente, Unstetigkeiten und Eigenspannungen im Werkstoff. Die Größe der Restbruchfläche wird durch die sich aus den Betriebsverhältnissen ergebenden Zufälligkeiten beeinflußt. Der Weg des Dauerbruchs ist eine Normalfläche zu den sich mit dem Fortschreiten des Bruches ändernden Zonen der größten Spannungen, deren Lage etwa dem Schema nach Bild 15 entspricht. Der Verlauf dieser Spannungszonen, die bei der Darstellung in einer Ebene Bild 15 als Spannurigslinien gezeichnet werden, wird ermittelt durch Messung der unter Belastung auftretenden Dehnungen an einem plattenförmigen Modell des zu untersuchenden Querschnitts. Bei unsymmetrischen Körpern stößt diese sehr zeitraubende Arbeit auf große Schwierigkeiten. Man versucht dann, ein angenähertes Bild des Verlaufs der Spannungslinien durch Messungen an Modellen aus elastischen Stoffen, durch Aufzeichnung der ihnen ähnlichen Strömungserscheinungen in ent sprechenden Querschnitten oder durch 1*

optische Messungen a n durchsichtigen Modellen zu erhalten. H i e r m u ß die Meßtechnik einsetzen u n d Geräte schaffen, die es ermöglichen, an der fertigen Maschine, möglichst im Betrieb u n d a n mehreren Stellen gleichzeitig, Ort, R i c h t u n g u n d Größe der Höchstspannungen u n d des Spannungsverlaufs im allgemeinen schnell zu ermitteln. Ein wertvolles Hilfsmittel zur Feststellung der Hauptspannungen nach Lage und Richtung ist das Maybachsche Dehnungslinienverfahren. Die zu untersuchenden Bauteile werden mit einein besonderen Lack überzogen und dann ähnlich wie im Betrieb belastet. Dabei entstehen Sprünge in der Lackschicht. Die zuerst auftretenden Sprünge kennzeichnen Lage und Richtung der Spannungsspitzen; durch die später entstehenden wird die Verteilung der Spannungen an der Oberfläche des Teils deutlich sichtbar gemacht. Ihre Größe kann jedoch nur durch direkte Dehnungsmessungen gefunden werden.

Dauerfestigkeit U n t e r Dauerfestigkeit versteht m a n die bei dynamischer Beanspruchung ermittelten Festigkeitsziffern. Zur Unterscheidung von der, besonders f ü r unter hoher T e m p e r a t u r beanspruchte Werkstoffe wichtigen Dauerstand-

Bild 16

festigkeit bezeichnet m a n sie genauer als Dauerwechselfestigkeit oder Schwingungsfestigkeit. Die D a u e r f e s t i g k e i t ist d e f i n i e r t als die G r ö ß e einer sinusförmig an- und abschwellenden W e c h s e l b e a n s p r u c h u n g , die ein Werkstoff beliebig lange aushält. Das von Wöhler entwickelte P r ü f v e r f a h r e n entspricht dieser Definition vollkommen u n d wird deshalb als d a s einwandfreie Kontrollverfahren angesehen. Eine Anzahl gleicher Probestäbe eines Materials wird nacheinander geprüft, indem die umlaufenden Stäbe d u r c h eine Biegelast bis zum Bruch beansprucht werden. Die Belastung wird von Stab zu S t a b geringer gewählt, bis eine Belastungsstufe erreicht ist, unter der die Probe bei beliebig häufigem Lastwechsel nicht m e h r bricht. Die hierbei benutzte Belastung in k g / m m 2 heißt die Dauerbiegefestigkeit. T r ä g t m a n die Ergebnisse dieser Versuche in ein Koordinatensystem mit gleichmäßiger Teilung ein, d a n n erhält m a n die in Bild 16 dargestellte sogenannte Wöhler-Kurve. Die Wöhler-Kurve geht bei Stahl zwischen 1 u n d 10 Millionen Lastwechseln in eine Asymptote über, deren Ordinate d e r gesuchten Dauerfestigkeit entspricht. Aus Versuchen bis zu 1 Milliarde Lastwechseln ist festgestellt, d a ß 10 Millionen Lastwechsel zur einwandfreien Feststellung der Dauerfestigkeit von Stählen ausreichen. Bei Nichteisenmetallen wird der 4

Übergang der Wöhler-Kurve in die Waagerechte erst bei 20 bis 100 Millionen erreicht. Bei Monelmetall und Duralumin genügen dazu selbst 300 Millionen noch nicht. Benutzt man zur Darstellung des Versuchs ein Schaubild nach Bild 17 mit doppelt logarithmischer Teilung, dann wird die Wöhler-Kurve zu einer

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Bild 17

schräg verlaufenden Geraden, die mit einem Knick in eine Waagerechte übergeht. Die Ordinate dieser Oeraden stellt wiederum die Dauerfestigkeit dar. Zur genaueren Kennzeichnung pflegt man die Zahl der Lastwechsel, bis zu der der Versuch durchgeführt ist, anzugeben. Bei Stahl geht man meist bis 5 • 106, bei Nichteisenmetallen bis 10 • 106 und bei Leichtmetallen bis 20 • 106 Lastwechsel. Bei den üblichen Lastwechselfrequenzen von 1000 bis 6000 in der Minute dauern diese Versuche mehrere Tage. Neuere Prüfverfahren zielen darauf ab, den sehr langwierigen Versuch abzukürzen. Ein viel benutztes Verfahren hierzu ist das von L e h r angegebene1). Lehr prüft unter stetiger Steigerung der Belastung die schwingende Formänderung, die Temperatur und die aufgenommene Leistung eines Probestabes. Der Versuch dauert etwa 20 Minuten, er wird solange fortgesetzt, bis ein starkes Ansteigen der Temperatur und der aufgenommenen Leistung SPUHNUNG k^frmn.*eintritt. Die gefundenen Werte werden in ein Schaubild eingetragen Bild 18 (Bild 18), und aus der Lage der Punkte B, B' und D läßt sich mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit die Dauerfestigkeit ermitteln. ' ) Die Abkürzungsverfahren zur Ermittlung der Schwingungsfestigkeit von Materialien. Dissertation 1925.

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Auf besonders dafür geeigneten Maschinen kann man die Versuche auch mit zusätzlichen statischen Belastungen (Vorspannungen) durchführen. Dabei werden Lastwechsel zwischen ungleich großen oberen und unteren Grenzspannungen erzeugt. Trägt man die dauernd zulässigen Schwingungsbeanspruchungen in Abhängigkeit von verschieden großen Vorspannungen in ein Koordinatensystem ein, dann erhält man das in Bild 19 gezeigte Dauerfestigkeitsschaubild. In Bild 19 stellen die Ordinaten a, b und c die Grenzwerte für wechselnde, schwellende und ruhende Belastung dar (Belastungsfall I. I I und I I I nach Bach): Z ( J G

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a ist der obere Spannungsausschlag für die größte, um die Mittelspannung 0 wechselnde Belastung, die der Werkstoff dauernd aushält, die D a u e r f e s t i g k e i t . 6 stellt die Grenze der oberen Grenzspannung dar, die bei Lastwechsel zwischen 0 und einem Größtwert dauernd ertragen wird, die U r s p r u n g s festigkeit. c ist die D a u e r s t a n d f e s t i g k e i t . E i n Lastwechsel findet nicht mehr statt. d ist gleichlang gewählt, wie die Mittelspannung. Die Mittellinie des .Schaubildes ist daher unter 45° geneigt. Die Mittelspannung ist die durch Montage, Eigengewicht, Betriebsdruck oder Temperatur erzeugte Vorspannung. Ihre Größe wird bei schwingender Belastung bestimmt durch das arithmetische Mittel aus oberer und unterer Spannung. 6

Einen wichtigen A u s s c h n i t t a u s d e m D a u e r f e s t i g k e i t s - S c h a u b i l d bringen die vom F a c h a u s s c h u ß f ü r M a s c h i n e n e l e m e n t e beim V D I herausgegebenen „ A r b e i t s b l ä t t e r f ü r den K o n s t r u k t e u r " . Diese A r b e i t s b l ä t t e r sollen durch S i c h t u n g u n d W e r t u n g d e r bisher ermittelten Z a h l e n , d u r c h einheitliche B e g r i f f s b e s t i m m u n g e n u n d d u r c h R i c h t linien f ü r die A u s w e r t u n g d e r Forschungsergebnisse die G r u n d l a g e f ü r eine wirklichkeitsgetreue F e s t i g k e i t s r e c h n u n g geben. Die ersten B l ä t t e r bringen z u n ä c h s t eine Anzahl von D a u e r f e s t i g k e i t s - S c h a u b i l d e r n f ü r die g e n o r m t e n M a s c h i n e n - B a u s t ä h l e u n d Chromnickelstähle. Die hier g e w ä h l t e D a r s t e l l u n g s a r t weicht insofern von d e r in Bild 19 gezeigten a b , als n u r die Zugseite des G e s a m t d i a g r a m m s wiedergegeben und die Diag r a m m f l ä c h e nach oben n u r bis zur Streckgrenze f ü r die jeweils dargestellte Belastungsart g e f ü h r t ist. In d e m d a r ü b e r liegenden Gebiet t r e t e n bleibende Verformungen auf, eine B e a n s p r u c h u n g über diese Grenze hinaus darf d a h e r n i c h t in die R e c h n u n g eingestellt w e r d e n .

Für die Werkstoffaviswahl ist neben der Dauerfestigkeit die D ä m p f u n g s f ä h i g k e i t des Materials von besonderer Bedeutung. Sie hat ihre Ursache in bisher noch nicht eindeutig geklärten Vorgängen infolge elastischer Nachwirkungen und inneren Verformungen bei Beanspruchungen, die bleibende Formänderungen in den Kristallen nach sich ziehen. Die Dämpfungsfähigkeit wird durch Messung der Leistung gefunden, die ein Prüfstab bei stetig gesteigerter Belastung aufnimmt. Im Schaubild zeigen sieh dabei kennzeichnende Punkte, die das Gebiet der rein elastischen Nachwirkungen, das der zunehmenden Veränderungen im Innern des Gefiiges und das der rein plastischen Verformung erkennen lassen (siehe auch Bild 18). In den VDI-Arbeitsblättern ist die Dämpfungsfähigkeit der Werkstoffe durch die Empfindlichkeitsziffern bzw. Kerbwirkungszahlen bewertet. Es sind eine Reihe von Formeln aufgestellt worden, die die Größe der Dauerfestigkeit aus der Zerreißfestigkeit oder der Streckgrenze ableiten sollen. Sie haben wenig praktischen Wert, da sie zu Fehlschlüssen bis zu ± 20% führen können. Kerbzähigkeit und Dauerfestigkeit sind zwei grundsätzlich verschiedene Werkstoffeigenschaften. Ein auf dem Pendelschlagwerk als spröde erkanntes Material kann wechselzähe sein und ein Material mit hoher Kerbzähigkeit wechselspröde. Die mit dem Dauerschlagwerk ermittelten Zahlen haben keine Beziehungen zur Dauerfestigkeit, da das hierbei angewandte Verfahren der Definition der Dauerfestigkeit nicht entspricht. Es ist jedoch festgestellt, daß zwischen Dauerschlagfestigkeit und Dauerwechselfestigkeit grundsätzlich kein Unterschied besteht. Wenn Einrichtungen geschaffen werden, um die Beanspruchung der Proben sorgfältig zu ermitteln und Versuchsreihen, dem Wöhlerschen Verfahren entsprechend, mit abgestufter Schlagenergie durchgeführt werden, kommt man auf dieselben Ziffern wie beim Schwingungsversuch. Erhebliche Überschreitungen der Schwingungsfestigkeit vermindern diese nicht merklich, wenn sie die Streckgrenze nicht erreichen und nur begrenzt oft eintreten. Bei höheren Temperaturen sinkt die Dauerfestigkeit von Stahl etwa proportional der Zugfestigkeit. Bei Temperaturen bis zu — 40° n i m m t sie fast doppelt so stark zu wie die Zugfestigkeit, während die Kerbzähigkeit bei Cr-Ni-Stählen wenig, bei Kohlenstoffstählen sehr stark abnimmt. Bei Leichtmetallen ist die Steigerung der Dauerfestigkeit bei tieferen Temperaturen nur gering 1 ). Beim Vergüten der Stähle wächst die Dauerfestigkeit e t e a in demselben Maße wie die Zugfestigkeit. Die Festigkeitssteigerung durch Kaltverformung kann in demselben Sinne wirken, jedoch nicht so stark wie die Vergütung. Ausschlaggebend ist dabei, ob durch die Verformung bleibende, zusätzliche Spannungen entstanden sind und ob diese einen Abbau odej^eine Erhöhung der Spannungsspitzen im beanspruchten Teil bewirken. 2

ning.

) Die Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe bei tiefen Temperaturen von W. SchwinZ. d. VDI. 1935 Heft 2.

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Durch Nitrierhärtung kann je nach Tiefe der nitrierten Schicht und ihrem Verhältnis zum Querschnitt des Bauteils eine bedeutende Steigerung der Dauerfestigkeit erzielt werden. Sie wird in der gehärteten Schale größer als im Kern. Dauerbrüche nehmen daher bei nitrierten Stücken meist ihren Anfang in Inneren, an der Grenze zwischen Kern und Schale. Besonders beachtlich ist, daß die Kerbwirkung kleinerer Risse, Bearbeitungsriefen und Querschnittsunstetigkeiten ganz aufgehoben wird, und daß die Nitrierhärtung einen wirksamen Schutz gegen nachträgliches Entstehen solcher Kerben durch Verletzungen, Korrosion usw. darstellt. Dieselben Erscheinungen treten in geringerem Maße auch bei der Einsatzhärtung auf. Die Dauerfestigkeitszahlen werden an gut polierten Proben von geringem Durchmesser ermittelt. Bei ihrer Anwendung in der Festigkeitsrechnung ist zu beachten, daß die Oberflächen der Werkstücke weniger gut bearbeitet sind, teilweise noch Guß-, Walz- oder Schmiedehaut haben, und d a ß entkohlte Randzonen vorhanden sein können. Über den Einfluß der Probengröße und Form bringen M a i l ä n d e r und B a u e r s f e l d 1 ) u. a. folgende Werte: Cr-Ni-W-Stahl f ü r Kurbelwellen, vergütet Zugfestigkeit 91—93 kg/mm 2 Dehnung 15,5—15% Durchmesser der Probe Dauerbiegefestigkeit 7,5 50 kg/mm 2 Drehschwingungsfestigkeit 14 28 30 23,5 „ 45 20 Zu beachten ist ferner, daß größere Stücke mit starken Querschnittsunterschieden in ihren einzelnen Teilen verschieden hohe statische und ebenso verschieden hohe Dauerfestigkeit haben. Dauerbeanspruchung in korrodierenden Mitteln, z. B. schon in Leitungswasser, setzt die Dauerfestigkeit erheblich herab. A u s w e r t u n g der

Forschungsergebnisse

Mit der Kenntnis der Dauerfestigkeit von sorgfältigst hergestellten Proben einfachster Form und verhältnismäßig geringen Durchmessers haben wir gegenüber der älteren Rechnungsart nicht viel gewonnen, wenn es nicht gelingt, den Sicherheitsfaktor, der eigentlich ein Unsichcrheitsfaktor ist, in zahlenmäßig erfaßbare Einzelfaktoren zu zerlegen. Man hat, um dieses Ziel zu erreichen, Schwingungsprüfmaschinen gebaut, die fertige Konstruktionsteile mit zusammengesetzter .Schwingungsbeanspruchung und bei einstellbaren Vorspannungen untersuchen. Derartige Maschinen sind naturgemäß recht teuer und die auf ihnen durchzuführenden Versuche nehmen sehr viel Zeit in Anspruch. Man kann sich wohl mit ihrer Hilfe an das gesetzte Ziel herantasten; es ist aber anzunehmen, daß man durch Messung der Beanspruchung direkt im Betriebe schneller und ohne erhebliche Unkosten zum Erfolge kommen würde. Für diesen Zweck sind bereits eine Anzahl von Apparaten entwickelt, die aber immer noch mehr oder weniger Laboratoriumsinstrumente darstellen. Eine interessante Neuerung auf diesem Gebiete sind die elektrodynamischen Schwingungsmeßgeräte nach Dr. Reutlinger, im besonderen die sogenannten Liliput-Geräte, die mit Hilfe kleiner Geberinstrumente die Beschleunigungen und damit die Größe der Beanspruchung, die statischen periodischen und aperiodischen Dehnungen, die Schwingungsgeschwindigkeiten usw. erfassen. Mehrere Geber werden auf einen Empfänger geschaltet, der die Feststellungen auf einem Filmband in Diagrammform festhält. Dabei ist zwar vorausgesetzt, daß die zu untersuchende Konstruktion bereits ausgeführt ist. Durch die auf diesem Wege zu gewinnenden Erkenntnisse würde man jedoch der Lösung der Aufgabe ani schnellsten näherkommen.

Die K e n n t n i s der w i r k l i c h e n ,

durch äußere Kräfte,

') Technische Mitteilungen der Krupp -4. G. 1934, Heft 5.

8

Mon-

t a g e - und T e m p e r a t u r e i n f l ü s s e e r z e u g t e n S p a n n u n g e n i s t d i e e r s t e V o r a u s s e t z u n g f ü r e i n e r i c h t i g e B e r e c h n u n g . W e n n sie b e k a n n t s i n d , k a n n m a n s i c h a u c h ein B i l d ü b e r die bei den gegebenen B e t r i e b s b e d i n g u n g e n wichtigen Werkstoff eigenschaften machen. In den VDI-Arbeitsblättern werden die notwendigen Unterlagen gesammelt, um die Anwendung der Dauerfestigkeitszahlen in der Festigkeitsrechnung zu ermöglichen. Dazu gehören die sowohl durch die Form des Werkstückes wie durch die Eigenschaften des Werkstoffes bedingten „Formziffern" und „Kerbwirkungszahlen" zur Berechnung der auftretenden höchsten Spannungen, die „Empfindlichkeitsziffern" zur Berechnung von Kerbwirkungszahlen für _ Werkstoffe, von denen bisher —:—i ^ nur die Formziffern bekannt sind und die Arbeitsblätter zur Ermittlung der bei den am häufigsten angewendeten Formgebungselementen auftretenden Spannungsspitzen. Die Formziffer Bild 20 Bild 21 Querschnittsübergänge rufen örtliche Spannungserhöhungen hervor. Diese größten Spannungen sind für die Dauerbeanspruchbarkeit maßgebend. Die Formziffer gibt an, wieviel mal die Höchstspannung größer ist als die mittlere oder Nennspannung a„. Die Bilder 20 bis 23 zeigen die bei Zug- und DruckBild 22 Bild 23 spannungen und bei Biegespannungen durch Kerben hervorgerufenen Spannungsspitzen. Die Formziffer ist stets — ; wie aus Bild 23 zu ersehen ist, kann sie unter Umon ständen auch kleiner als 1 werden. Empfindlichkeitsziffer und Kerbwirkungszahl Werkstoffe, deren Kerbempfindlichkeit gering ist, nennt man wechselzähe. Sie haben die Eigenschaft, bei der höchsten Dauerbelastung die größten Spannungsspitzen ungefährlich zu machen. Wechselspröde Werkstoffe dagegen haben dies Vermögen in geringerem Maße. Das verschiedene Verhalten der Werkstoffe, in dieser Beziehung wird durch die Bild 24 Empfindlichkeitsziffer ausgedrückt. Ihre Bedeutung ist in Bild 24 erläutert. Sie gibt an, auf das wievielfache des oberhalb a n liegenden Teils der Spannungsspitze diese durch den gegebenen Werkstoff abgebaut wird. Ihre Größe errechnet sich aus — — — . 9

Die Oberflächenziffer Der Oberflächenzustand der Werkstücke hat einen erheblichen Einfluß auf ihre Dauerfestigkeit. Aus Bild 25 nach dem VDI-Arbeitsblatt 1 sind die Kennziffern f ü r die hierdurch bedingte Verminderung der Dauerfestigkeit zu entnehmen. Bedeutung der Kennlinien: a feinstbearbeitet (poliert), b geschliffen, c geschruppt, il mit ringförmigem Spitzkerb, e mit Walzhaut. / Korrosion mit Leitungswasser, y Korrosion mit Salzwasser. Die Oberflächenziffer gibt an, auf welchen Betrag der zulässige Spannungsausschlag zu verringern ist, um den Einf lu ß des BearbeitungszustanBild 25 des zu berücksichtigen. Mit plastischer Formänderung verbundene Verletzungen durch Druck oder Schlag haben geringe Wirkungen, Scheuerstellen an Einspannungen, Naben u. ä. wirken nahezu wie die in Bild 25 gekennzeichneten Spitzkerben. Sicherheitszuschlag Die nach Berücksichtigung aller durch Form, Werkstoff und Oberflächenzustand gegebenen Faktoren ermittelten oberen Spannungsausschläge sollen nach dem Vorgehen im Flugzeugbau um einen Sicherheitszuschlag von 25% erhöht in die Rechnung eingesetzt werden. Dauerfestigkeitszahlen Die in der Literatur genannten Zahlen für die Dauerfestigkeit sind für die Praxis nur dann verwendbar, wenn die Versuchsbedingungen, die Zusammensetzung und die Wärmebehandlung des untersuchten Materials bekannt sind. In den Werbeschriften der Hersteller sind diese Zahlen bisher noch selten. Für alle Elektronlegierungen, soweit sie für mechanische Beanspruchung bestimmt sind, sind die Werte der Dauerbiegefestigkeit im Katalog angegeben. Sie schwanken bei Gußlegierungen zwischen 5,5 und 11 und bei Preßund Schmiedelegierungen zwischen 7 und 15 kg/mm 2 . Für Hydronalium werden sie mit etwa 6 kg/mm 3 bei Sandguß, 6—7 kg/mm 2 bei Kokillenguß und 7—8 kg/mm 2 bei vergütetem Kokillenguß angegeben. Silumin hat nach den Angaben der Hersteller folgende Dauerbiegefestigkeiten : Silumin-Beta Sandguß 6,5 kg/mm 2 Kokillenguß 10 kg/mm 2 Silumin-Gamma angelassen Sandguß 6,5 kg/mm 2 Kokillenguß 10 kg/mm 2 Silumin-Gamma vergütet Sandguß 8,5 kg/mm 2 Kokillenguß 11 kg/mm 2 . 10

Duralumin hat nach Untersuchungen der D V L eine Wechselfestigkeit von 14—17,7 kg/mm 2 j e nach Legierung und Behandlung. Für die Admos-Legierungen werden im Katalog folgende Werte bekannt gegeben.

Legierung W 2 Legierung H 2 Turbo Topal Admiro 5

19 kg/mm 2 16 „ 20 „ 23 „ 21 „

Konstruktion Beim Konstruieren ist darauf zu achten, daß durch Mildern der Kerbwirkung die Spannungsspitzen verringert werden, und daß Schlagkräfte, die durch Abnutzung oder Lockern von Verbindungen entstehen können, Verbuche Thum-Staedet T.HOarmsfadt Bructwertauf (thftnlitelt er*»tt&i)

Protrtäch antltandirrer Oauerbruch im ersten 6«windeganq dor Müller

Kraft hm en verlauf zwischen Bötzen und Mutter

Bild 26

sicher vermieden werden. Durch Wegnahme von Werkstoff kommt man oft zu größerer Dauerhaltbarkeit, wenn sich dadurch die Spannungen auf ein Schlagarbeit

cmKg

Versuche Thum-Staedet T.H• Darmstadt

II

Dauenchlagzugfeshglteil unity

RT

>S to' Schlagzahl

fr&e Setting* \ O /f J 1 tnnt Oauer/e€t.fK&t J ¿ 0 | LI \ oo

Bild 2. H o h e Geschwindigkeiten

Gleichmäßige Gewichtsverteilung auf Vorder- und Hinterachse: Fahrwiderstand bei K von 0,3, 0,45, 0,6 und 0,75, Wagenquerschnitt F = 1,5 m 2 , Wagengewichte von G = 800, 1000, 1200 und 1500 kg. Der Schnittpunkt von Vortriebskraft und Fahrwiderstand ergibt unten die höchst erreichbare Geschwindigkeit. Durch Verlegung des Schwerpunktes näher zu der getriebenen Achse läßt sich eine günstigere Wirkung der Vortriebskraft erzielen. Weit vorn im Fahrzeug liegender Kraftangriffspunkt, also Vorderradantrieb und Formgebung des Fahrzeugkörpers bringen weitere Erfolge. Kurvenfahrt: Fliehkraft „ G-v* . . C — in k g .

a = S t e i g u n g der B a h n ( Ü b e r h ö h u n g s w i n k e l ) , B i l d 3. ') Die Autobahn 15 (1934) S. 699 u . f.

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G e s c h w i n d i g k e i t s g r e n z e v„ in km/Std. durch Schleudern in Kurven rund v, = 11,3

r

l-/-tg«

v„ = 11,3 } r • j

bei überhöhter Kurve,

bei nicht überhöhter Kurve.

Achsdrücke. Die für ein zu entwerfendes Fahrzeug erforderlichen Achsdrücke sind den Bedingungen der Fahrtmechanik (siehe vorstehende Ausführungen) zu entnehmen. Allgemein kann bei belastetem Fahrzeug angenommen werden: Personenwagen: 0,5G je Achse (ergibt beste Fahreigenschaften); Lieferwagen: 0,4O vorn, 0,6O hinten (bei Hinterachsantrieb); Lastwagen: nach den gesetzlichen Bestimmungen S. 52; Zugmaschinen: 0,2 G vorn, 0,8 O hinten (bei Hinterachsantrieb); 0,5 G je Achse bei Vierradantrieb. Für Lastwagen ist die Achsdruckerhöhung auf Steigungen zu beachten, die erheblich für die Triebachse ist und der Anhängerbetrieb in Rechnung zu setzen. Der Treibachsdruck nimmt in großen Steigungen und Anhängerbetrieb bis zu 45% zu, wenn Steigungen bis zu 20% zu befahren sind. Eine genaue Berechnung ist erforderlich. K r ä f t e im T r i e b w e r k durch den Antrieb. Durch das Moment - Sfmßenörsite ^ M = Q,- f . r. i.-Jr Dieses Moment bei höchstem Straf e (iibertn/wngsirinM) ßenhaftungsbeiwert ergibt die größtmöglichen Kräfte, die im Triebwerk auftreten können, sofern innerhalb desselben keine Bremsen (Getriebebremsen) angeordnet sind. Liefert der Motor einschließlich der Übersetzungen ein höheres Drehmoment, so gleiten die Antriebsräder. (Neigung zum Schleudern bei Hinterachsantrieb.) Für die Festigkeitsberechnungen wird / = 0,7 angenommen. Q, in Steigungen beachten, da bei Hinterradantrieb wesentlich höher. Bei Rädern mit Greifern ist / = 1,0 zu setzen. A n f a h r b e s c h l e u n i g u n g (Anfangsgeschwindigkeit = 0). v Anfahrzeit in sek

s = -—^ ,

Anfahrstrecke in m

V 26 - b

« i n km/h v in m/sek v in km/h

Beschleunigungsleistung in der Ebene N = *

=

- b-v

in mkg/sek; i n P S ;

v in m/sek » in km/h

B r e m s e n . (Für Bremszeit und Bremsweg gelten die obigen Formeln, für Anfahrzeit und Anfahrstrecke ebenfalls.) Kürzest möglicher Bremsweg

64

V'

in 2-T-f 2

V

i> in m/sek

m;

v in km/h

in m;

260 •/

Höchstmögliche Verzögerung (&)

b = g-f.

Also da / höchstens 0,7 auf Straßen ist, kann b = 6,85 m/sek 2 werden. Siehe Schaubild in A.-H., 13. Auflage, S. 398. Die Bremsverzögerung wird auch in Prozenten ausgedrückt. Hierbei sind 100% = 9,81 m/sek 2 . Bei dieser 100% igen Bremsverzögerung sind die Bremsreibungskräfte gleich dem Gesamtwagengewicht. Aus nachstehendem Nomogramm 1 ) können die Werte der Bremsung direkt abgelesen werden.

„%

f

^

Gesdivindigkei/km/sld c-100 i - 90 ~-80 -70

\80-z 0,8

'S

70--a?§

§ 60 T

0 5 §

l ^t+O- f

30- -0,3

\

20- •0,2

Bremsweg m '-70 — 60 '-50 — 1*0

- 6 0

-50

•30

s

-30

^

-20

-20

10

'-10

0.1

Bild 4. Breras-Nomogramm.

-10

I— 5

1. Welche kürzesten Bremswege sind bei einem Wagen mit Vierradbremse erzielbar? 2. Wie groß sind hierbei die Bremsreibungskräfte? 3. Wie wirken die Bremsen? (Sehr gut, mäßig oder ungenügend?) Die linke Skalastellt die BremsverzögerunginProzenten d a r ; 100 % = 9,81 m/sek 8 ; bei 100% Bremsverzögerung sind die BremsreibungskräftegleichdemGesamtwagengewicht. Die mittlere Skala gibt die Fahrgeschwindigkeiten an, aus denen die Bremsung erfolgt, während die rechte Skala den Bremsweg in Metern anzeigt. *) Von W. Loewenthal.

55

Beispiele: Zu 1: B e i 40-km. S t d . - G e s c h w i n d i g k e i t b e t r ä g t der k ü r z e s t e B r e m s w e g auf einer s t e i n g e p f l a s t e r t e n S t r a ß e ( / = 0 , 5 ) 12,6 m . M a n v e r b i n d e t d i e P u n k t e / = 0 , 5 der l i n k e n S k a l a m i t 4 0 k m / S t d . der m i t t l e r e n S k a l a u n d verlängert d i e s e V e r b i n d u n g s linie bis z u m S c h n i t t p u n k t m i t der B r e m s w e g s k a l a (vgl. e i n g e z e i c h n e t e L i n i e ) . D i e Bremsverzögerung beträgt 5 0 % . Zu 2 : D a 1 0 0 % B r e m s v e r z ö g e r u n g B r e m s r e i b u n g s k r ä f t e erfordern g l e i c h d e m G e s a m t g e w i c h t d e s W a g e n s b z w . da d a s P r o d u k t a u s / u n d d e m W a g e n g e w i c h t d i e m a x i m a l e n B r e m s r e i b u n g s k r ä f t e darstellen, w ü r d e n sich für d a s a n g e f ü h r t e B e i s p i e l bei e i n e m W a g e n g e w i c h t v o n 1800 kg 0 , 5 - 1800 = 9 0 0 kg B r e m s k r a f t e r g e b e n , die sich auf d i e v i e r R ä d e r v e r t e i l e n . Zu 3 : A u s e i n e m bei e i n e r b e s t i m m t e n G e s c h w i n d i g k e i t erzielten B r e m s w e g läßt sich d i e G ü t e einer B r e m s v o r r i c h t u n g w i e f o l g t b e u r t e i l e n : Auf g u t t r o c k e n e r S t r a ß e sind m i t sehr g u t e r V i e r r a d b r e m s e V e r z ö g e r u n g e n über 6 0 % erzielbar; V e r z ö g e r u n g e n z w i s c h e n 4 0 u n d 6 0 % d e u t e n auf e i n e m ä ß i g e , s o l c h e u n t e r 4 0 % auf e i n e u n g e n ü g e n d e Vierradbremse. H a t m a n b e i s p i e l s w e i s e auf guter, t r o c k e n e r S t r a ß e bei k r ä f t i g e r B r e m s b e t ä t i g u n g a u s 4 0 - k m / S t d . - G e s c h w i n d i g k e i t einen B r e m s w e g v o n 2 0 m erreicht, so ergibt s i c h a u s der v e r l ä n g e r t e n V e r b i n d u n g s g e r a d e n z w i s c h e n 2 0 m u n d 4 0 k m / S t d . e i n e B r e m s v e r z ö g e r u n g k n a p p über 3 0 % , d i e auf e i n e v o l l k o m m e n u n z u r e i c h e n d e V i e r r a d b r e m s e d e u t e t . Bei e i n e m F a h r z e u g v o n 1800 kg G e w i c h t w ä r e n nur 5 4 0 kg B r e m s k r a f t auszuüben.

Erhöhter Luftwiderstand ist Bremsung. Dennoch sollte bei sehr schnell fahrenden Wagen (über 150 km/Std.) und Anwendung von Aufbauten mit geringstmöglichem Luftwiderstand das Bremsen bei hoher Fahrgeschwindigkeit durch Erhöhung des Luftwiderstandes, z. B. zusätzliche Flächen oder dgl. eingeleitet werden. Evtl. ähnlich den Landenklappen der modernen Flugzeuge. Bremsfläehenvergrößerung, gute Wärmeabfuhr, Bremsbeläge aus neuesten Versuchen mit hoher Adhäsion und geringer Abnutzung, Schleuderguß-Bremstrommeln, hoher Anpressungsdruck ohne Vergrößerung des Betätigungsdruckes (Servowirkung verbessert oder maschinelles Anpressen) werden die modernen Bremsen haben müssen, um bei den erreichbaren hohen Fahrgeschwindigkeiten sichere Bremswirkung zu erzielen, wobei noch die Adhäsion des Reifens auf der Straße (Reibbeiwert /) verbessert werden muß, um niedrige Fahrzeuggewichte zu erhalten. Das heißt: / muß erhöht werden, möglichst bis 1; b wird dann auch höher, bis 9,81, wobei aber beachtet werden muß, daß eine solche Verzögerung schon unliebsame Eigenschaften auf die Fahrgäste ausübt. S c h r e c k z e i t ist bei den einzelnen Fahrern verschieden. I m Durchschnitt 1 sek. Der in dieser Zeit durchfahrene Weg beträgt in m: Zeit 0,75 sek. 1,0 „ 1,5 „ 2,0 „

30

50

6,25 8,33 12,5 16,7

10,4 13,9 20,0 27,8

km/ Std.

60

70

12,5 16,8 25,0 33,5

14,5 19,5 29,0 38,9

Dieser Weg kommt zum eigentlichen Bremsweg hinzu. B e s t i m m u n g der S c h w e r p u n k t s l a g e von F a h r z e u g e n 1 ) Erforderlich: Brückenwaage, Hebevorrichtung (Flaschenzug). Federung ist zu blockieren, so daß keinerlei Schwingungen eintreten können. Die Vorderachse wird auf die Brückenwaage gestellt und der Wagen an der Hinterachse angehoben. ') Siehe ausführlich D r . E . l e h r in V D I - Z t s c h r . 10 (1934).

66

Gemessen wird der Betrag h, um den die Mitte der Hinterräder über der Waagerechten durch Mitte Vorderräder höher liegt. Ferner der Auflagedruck auf der Waage IV. Soll die S c h w e r p u n k t b e s t i m m u n g zu s c h w i n g u n g s t e c h n i s c h e n U n t e r s u c h u n g e n d i e n e n , so ist der S c h w e r p u n k t n u r für den W a g e n t e i l o b e r h a l b der F e d e r u n g zu b e s t i m m e n . In diesem F a l l e g e h t von W d a s G e w i c h t der u n a b g e f e d e r t e n T e i l e der V o r d e r a c h s e , bei B l a t t f e d e r n e i n s c h l i e ß l i c h des A n t e i l e s der F e dern, a b .

Dann trägt man die Werte von W für etwa 6 bis 8 gestaffelte Werte von h, gemessen in Abhängigkeit vontg oc, auf. Die so erhaltene Gerade ist gegen die Abszissenachse um den Winkel ß geneigt. Dann errechnet man die Höhe H des Schwerpunktes über der durch die Achsmitten gelegten Ebene zu " = tg/>£.

*9

Siehe Bikl 5. Bei h — 0 ist Gv der Vorderachsdruck, O = Wagengesamtgewicht und hieraus der Abstand

Bild 5. B e s t i m m u n g der Sehwerpunktlage Eine Nachprüfung kann vorgenommen werden, indem für die Auflage der Hinterachse auf der Brückenwaage und Anheben der Vorderachse derselbe Weg beschritten wird.

Fahrleistungs-Diagramm x ) Bild 6 Aus den vorstehenden Berechnungen läßt sich ein Fahrleistungsdiagramm aufstellen, das einen guten und schnellen Überblick über die Leistungsmöglichkeit eines Wagens gibt. Man benötigt hierzu folgendes: 1. Motorkennlinien. 2. Zugkräfte _ Md • "ft 95 103 m 62.5 'W im max. Gasfesctwndfy/ieit e.ff* 8.55 i./i, 7.0y 809 8,36! ! 6,55 SauqsMzen

J3If'.S V _ fTTM.S & Vm