WYDZIAEY POLITECHNICZNE KRAKÖW

BIBLIOTEKA GLÖWNA

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Die Praxis

des nrodernen Maschinenbaues.

Nachdruck verboten. Übersetzungsrecht vorbehalten.

Die Praxis

des modernen Maschinenbaues.

Gemeinverständliche Darstellung der technischen Grundlagen und Praktiken des Maschinenbaues

VON

N). Hänhschel-Llairinsnt

Ingenieur und Lhefredakteur der „Lifenzeitung", Berlin, unter Mitwirkung der Herren

Professor ^rank Airchbach, Lsauxtinann a. D. A. Xjilöe-brandt) Metallurge Gust. Palis, Werkmeister G. Schön, A. Schule u. a.

Mil 9 zerlegbaren Maschinenmodellen aus 1 Tafeln

gezeichnet vom Verfasser.

Band I enthaltend JO Aonstruktionstafeln in Bunt- und Lchwarzdruck, , über J00 Tabellen und zirka 600 Textabbildungen.

Berlin SU) 68

Verlag von L. 2t. Weller 1910

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Uorwort }\\ Kand I.

Inhaltsverzeichnis des I. Sandes.

Einleitung.

Allgemeine Wissenschaften.

. 1,8-2,6 2,03

Grundbegriffe der Mechanik.

Die Bewegungswiderstände.

Die schiefe Ebene und der Heil.

Tabelle derTrägheits-und Widerstandsmomente einigerQuerschillttsformen.

b) Bewegung des Wassers in Kanälen. Flüssen und Röhren.

Längenausdehnung verschiedener Körper bei einer Wärmezunahme von

Tabelle zur Vergleichung der Pyrometergrade nach Wedgewood, der Thermometergrade nach Celsius und der Glnhfarbe» des Eisens.

Magneto-Induktion.

mW

Die Maschmrn-Gleumite.

Die Keile und Keilverbiiidnngen.

Dampfkessel-Nietungen.

Tabelle zur Bestiuiniung des Welleudurchmessers.

Gruppe III.

Dimensionen und Gewichte der Kammlager. (Fig. 266/67.)

Die Rollen- uub Augellager.

Tabelle der Kugel-Spurlager. (Fig. 296.)

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Tabelle zur Bestimmung der NmfangSkraft — P (Fortsetzung).

c) Hölzerne Riemenscheiben.

ÜZuadralseile „patent Beck".

Die Stirnräder.

Z, =

Rollen uttb Trommeln für Drahtseile.

W..

Abmessungen der Rohre.

(1. Die Schieber.

Die Motoren.

Windmotor für Araftbetrieb.

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Turbinen-Regulatoren.

Sach Register.

Uorwort }\\ Kand I.

Seit Erscheinen meines ersten Werkes unter dem Titel „Die Praxis des Maschinenbauers", welches von allen Fachleuten, denen es vorgelegen hat und die es besitzen, Anerkennung fand, sind bereits 10 Jahre vergangen. Die Technik hat in diesem Zeitabschnitt riesenhafte Fortschritte gemacht; ganz neue Gesichtspunkte sind namentlich auf dem Gebiete des Werkzeugbaues und der Metallbearbeitung gewonnen worden, so daß es nötig erschien, nicht nur das Werk ganz bedeutend und zwar auf den doppelten Umfang zu erweitern, sondern auch verschiedene Spezialgebiete mit aufzunehmen, die früher unberücksichtigt geblieben sind und meines Wissens bisher in anderen gemeinverständlichen Werken auch noch nicht dargestellt worden sind.

Da aber der Endzweck dieses Werkes der sein soll, den praktischen Maschinenbauer in das Wesen des modernen Maschinenbaues einzuführen, so ist es nötig, daß er vor allen Dingen auch so viel wissenschaftliche Vorbildung besitzt, daß er die Darstellungen der Spezialgebiete versteht. Diese Kenntnisse kann er sich durch die Praxis allein nicht aneignen, die soll ihm der I. Band des Werkes übermitteln und zwar in leicht faßlicher Form, unter Vermeidung schwieriger Berechnungen und Theorien. Dementsprechend beginnt das Werk mit einer eingehenden Darstellung des technischen Zeichnens und Skizzierens. Dann folgen die einfachen Gesetze der Mechanik, die sich in ihren regelrechten Verbindungen, zu Maschinen vereint, dem Menschen dienstbar erweisen, und durch sie lernt er erkennen, wie die Mechanismen ineinandergreifen und nutzbringende Arbeit verrichten.

Er muß ferner die Gesetze der mechanischen Wärmetheorie, des Luft- und Wasserdruckes usw. verstehen und kennen lernen, denn auch sie bilden im modernen Maschinenbau einen wesentlichen Faktor, mit dem die Praxis rechnen muß, und er wird mit größeren: Interesse an die Maschinen herantreten, wenn er die Naturgesetze kennt, die sich in ihnen verkörpern.

Da aber heute fast kein größerer Betrieb ohne elektrische Kraft — sei es zur Beleuchtung oder anderen Zwecken — mehr auskommen kann, so muß der praktische Maschinenbauer auch die Gesetze und Wirkungsformen der Elektrizität kennen, und haben wir dementsprechend der Elektrizitätslehre «in besonderes, ausführliches Kapitel gewidmet, welches den Leser in diese interessante Wissenschaft einführt.

Ist dein Leser dann durch unser Buch die Erkenntnis geworden, daß sich hier und da an Maschinen, die er baut oder an denen er arbeitet, ein Mechanismus einfacher oder praktischer gestalten läßt, so hat er Gelegenheit, diese Erfindung nutzbringend zu verwerten, und steht ihm in solchen Fällen — aber auch nur in diesen — der Verfasser gern mit seinem Rat zur Seite.

Der selbstschaffende und technisch denkende Maschinenbauer wird immer eher • in der Lage sein, seine Existenz zu verbessern, indem er zu einem höheren Posten im Betriebe gelangen kann, als der nicht unterrichtete Arbeiter, der, selbst mehr Maschine als denkender Mensch, mechanisch täglich dieselbe Arbeit verrichtet.

Der Verfasser war bemüht, im Buch seine altbewährte, leichtverständliche Darstellungsweise beizubehalten, und wenn der Leser nicht imstande sein sollte, die einfachen mathematischen Formeln (die wir geben müssen, weil nur mit ihrer Hilfe die Berechnung möglich ist) zu verstehen, so bietet sich ihm in jeder Fortbildungs- oder Fachschule Gelegenheit, die Buchstabenrechnung, welche die Vorstufe zum vollen Verständnis der Formeln bildet, in ihren Anfangsgründen kennen zu lernen. Wo es nötig erschien, haben wir auch die Quellen angegeben, die eingehenderen Aufschluß über einzelne Kapitel oder Techniken geben, und wird man aus der Anschaffung dieser Bücher durch den Verlag weiteren Nutzen ziehen.

Da aber ein Fachmann allein wohl die allgemeine Theorie, nicht aber alle Spezialgebiete beherrschen kann, so ist es dem Verfasser Bedürfnis gewesen, für die verschiedensten Spezialgebiete — namentlich im II. Bande — die auf dem Titel genannten Herren Mitarbeiter zu gewinnen, die als bewährte Praktiker ans den von ihnen vertretenen Gebieten nur wirklich wertvolles und authentisches Material zu dem Werke geliefert haben.

Ihnen und den im Werke genannten Firmen ist es in erster Linie zu danken, daß es dem Verfasser möglich wurde, ein einheitliches Werk zu schaffen, in dem die Schwächen des ersten Werkes vermieden und seine Lücken ausreichend und dem heutigen Stand der Technik entsprechend gefüllt werden konnten. Ihnen allen, die mich in so eingehender und hervorragender Weise durch treue Mitarbeit und Lieferung eines erstklassigen Zeichnungs- und Bildmaterials unterstützt haben, sage ich an dieser Stelle meinen wärmsten Dank.

Die beigegebenen Modelle sind vom Verfasser für das Werk neu gezeichnet und bringen die neuesten Konstruktionen der betreffenden Maschinen zur Darstellung. Die im Modell fehlenden Details findet der Leser im Text in Wort und Bild dargestellt, so daß es ihm möglich wird, sich an Hand der Modelle ganz in die durch sie dargestellten Maschinen hineinzudenken.

Wir glauben somit alles getan zu haben, ein für jeden in der Praxis tätigen Maschinenbauer wertvolles Werk geschaffen zu haben, und hoffen, daß die rein praktischen Mitteilungen aus dem Werkstättenbetriebe, wie Härten, Gewindeschneiden, Fräsen, Schweißen, Metallfärben usw. noch besonders dazu geeignet sind, dem Leser auch rein praktische Vorteile bei der Ausführung seiner Arbeit im Beruf zu gewähren.

Nun frisch ans Werk und allen, die cs ernst mit dem Studinni dieses Buches nehmen, ein herzliches

„Glück auf!"

Ter Verfasser.

Berlin, im Dezember 1908.

Vorwort zur zweiten Auflage.

Kaum ein Jahr ist seit bem Erscheinen meines Werkes „Die Praxis des modernen Maschinenbaues" vergangen und schon macht sich eine neue Auflage desselben nötig. Diese Tatsache beweist am besten, daß das Werk inhaltlich das hält, was der Titel verspricht, und dies kommt auch in den Kritiken, welche die Fachpresse dem Werk bei seinem Erscheinen zuteil werden ließ, zum beredten Ausdruck.

Wir haben natürlich die Gelegenheit benutzt, um eine in der ersten Auflage noch vorhandene Lücke zu füllen und die wichtigsten Errungenschaften der Technik, die im Laufe des letzten Jahres bekanntgegeben wurden, in einem Nachtrag niederzulegen. Dementsprechend ist auch das in der ersten Auflage etwas kümmerlich bedachte Kapitel über Brauerei und Brennerei wesentlich erweitert und dem derzeitigen Stand dieser Industrien entsprechend dargestellt worden, und haben wir des weiteren auch noch einige für Kupferschmiede besonders wichtige Apparate der Z u ck e r i n d u st r i e diesen: Abschnitt einverleibt.

Im Nachtrag bringen wir eine kurze Darstellung des Scherl'schen Ein-s ch i e n e n w a g e n s, soweit dessen Einrichtung der Öffentlichkeit bekanntgegeben worden ist, und haben auch der Fortschritte gedacht, die auf dem Gebiet der Flugtechnik gemacht worden sind. Dieselben kommen inden Aeroplanen der Franzosen B l e r i o t und L a t h a m zur Darstellung und auch die Maschine des Ingenieurs Grade fehlt nicht, der als erster Deutscher mit seiner in Deutschland gebauten Maschine gute Erfolge erzielte und mit ihr den Lanz-preis gewann.

Wir dürfen zuversichtlich hoffen, daß auch die zweite Auflage des Werkes vielen willkommen sein wird, die das ernste Streben haben, sich in dem Wesen des modernen Maschinenbaues gründlich zu unterrichten und weiterzubilden.

Berlin, im März 1910.

Der Verfasser.

Inhaltsverzeichnis des I. Sandes.

Vorwort . Einleitung

I. Teil. Allgemeine Wissenschaften.......

V Kapitel. Das technische Zeichnen und Skizzieren.......

Vom Maß und vom Messen (Flächenberechnungen, Körperberechnungen). Die Projektionen. Die Schnitte. Die Durchdringungen. Die Herstellung technischer Zeichnungen. Das Skizzieren.

2. Kapitel. Grundriß der Mechanik und der Festigkeitslehre ....

Grundbegriffe der Mechanik. Die Materie. Die Aggregatzustände. Trägheit und Kraft. Uber die Zusammensetzung und Zerlegung der Kräfte. Zusammengesetzte Bewegungen. Die Schwerpunkte und ihre Bestimmung. Die Bewegungswiderstände (Reibungswiderstände, Seilsteifigkeit, Widerstand der Luft und des Wassers). Die mechanischen Potenzen. Die Hebel und Hebelgesetze. Rolle, Flafchenzüge und Haspel. Die schiefe Ebene und der Keil. Die Schraube. Hebelverbindungen.

Festigkeitslehre .............. .

Die Festigkeitskoeffizienten. Zug- und Druckfestigkeit. Schub- und Abscherungsfestigkeit. Biegungsfestigkeit. Knickfestigkeit. Querschnitte von gleicher Festigkeit. Berechnung der Wandstärken zylindrischer Röhren. Torsionsoder Drehungsfestigkeit. Zusammengesetzte Festigkeit.

Hydromechanik und Pneumatik .........

Der Druck des Wassers. Die Bewegung des Wassers. Der Luftdruck und seine Anwendung (kommunizierende Röhren, Heber, hydraulischer Widder, Saug-und Druckpumpe, Luftpumpe, Injektor, Druckluft).

3. Kapitel. Wärmelehre

Uber die spezifische Wärme der Körper. Die Wärmequellen. Die Wärmemessung bei metallurgischen Prozessen.

§. Kapitel. Die Elektrizitätslehre............

Reibungselektrizität. Berührungselektrizität oder Galvanismus. Magneto-Induktion. Thermo-Elektrizität. Die chemischen Wirkungen des elektrischen Stromes. Gleich-, Wechsel- und Drehströme. Elektrische Schwingungen und Strahlungen.

II. Teil. Die Maschinenelemente........

Gruppe I. Elemente zur Verbindung von Maschinenteilen.....

Lösbare Verbindungselemente: Schrauben, Keile und Keilverbindungen, Bolzen und Bolzenverbindungen. Unlösbare Verbindungselemente: Nieten, Nietverbindungen.

Gruppe II. Zapfen, Wellen und Achsen

Gruppe III. Die Kuppelungen...........

Feste Kuppelungen. Bewegliche Kuppelungen. Lösbare Kuppelungen (Zahn- und Reibungskuppelungen). Kuppelungs-Ausrückvorrichtungen.

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Zapfen und Zapfenverbindungen. Wellen und Achsen. Stellringe, Bunde und Schrumpfmittel.

Gruppe IV. Die Lager.............

Stehlager. Hängelager. Konsollager. Fußlager. Rollen-,und Kugellager. Sohlplatten, Mauerkasten und Lagerstühle. Lagerträger und -bügel.

Gruppe V. Die Riementriebe............

Die Riemen. Riemenscheiben. Riemenleiter und Spannrollengetriebe. Die Riementriebe.

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Gruppe VI. Die Seil- und Kettentriebe .........

Hanfseiltriebe: Rund- und Quadratseil. Die Seilscheiben. Quadratseile „Patent Beck." Kreisseiltriebe mit Quadratseil.

Drahtseiltriebe: Die Drahtseile. Drahtseil-Scheiben.

Kettentriebe.

417

Gruppe VII. Die Rädertriebe

Zahnräder: Die Stirnräder. Kegelräder. Hyperbolische Räder. Die Verzahnungen. Reibräder.

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Gruppe VIII. Elemente der geradlinigen Bewegung......

Faser-Lastseile. Rollen und Trommeln für Faserlastseile.

Lastseile aus Draht. Ketten, Kettenrollen, -Trommeln und -Haken. Glieder-und Schackenketten. Gelenkketten. Kettenrollen und -Trommeln. Seil-und Kettenhaken.

Gruppe IX. Elemente zur Umsetzung der geradlinigen in Rotations-Bewegung 484

Die Kolben. Scheibenkolben. Kolben ohne Liderungen. Tauchkolben.

Die Kolbenstangen. Stopfbüchsen. Kreuzköpfe und Kreuzkopfführungen. Treib-und Kuppelstangen. Kurbeln und Kurbelzapfen. Krummachsen. Exzenter. Schwungräder. Schwungrad-Schaltwerke.

Gruppe X. Röhren und Rohrverbindungen

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Röhren. Abmessungen der Rohre.

Rohrverbindungen durch Muffen, Flanschen-Verbindungen. Gemischte Rohrverbindungen.

Dichtungsmaterialien.

Gruppe XI. Hähne und Ventile

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Einfache Hähne. Dreiwegehähne.

Ventile: Absperrventile, Rückschlagventile, Reduzierventile, Sicherheitsventile. Schieber.

Gruppe XII. Die Schmiermittel......

Das Schmieren der Triebwerke. Schmiermittel. Schmiervorrichtungen.

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III. Teil. Die Motoren .

Gruppe I. Die Windkraftmoloren .

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Be- und Entwässerung mit Windmotoren. Windmotore für Kraftbetrieb.

Gruppe II, Wasserkraftmotoren...........

Wasserräder: Oberschlächtige Wasserräder. Die Hydrovolve. Rückenschlächtige, mittel- und unterschlächtige Wasserräder. Peltonräder. Der hydraulische Widder. Wasserhebemaschine System „Löh".

Turbinen: Aktionsturbinen. Reaktionsturbinen.

Turbinen-Regulatoren.

Fortsetzung über Morore in Band II.

Verzeichnis der im I. Lande enthaltenen Berechnungen.

1. Berechnung der Flächen ....

„ Körper.....

3.    Lebendige Kraft der Schwungräder

4.    Resultierende Kraft berechnen . .

5.    Widerstand der Luft......

6.    Berechnung der Arbeitsleistungen.

7.    Hebelberechnung........

8.    Doppelhebel-Berechnung.....

9.    Flaschenzug- „    .....

10.    Wellradberechnung.......

11.    Differential-Flaschenzug-Berechnung

12.    Druckfestigkeitsberechnungen . . .

13.    Abscherungsfestigkeitsberechnungen

14.    Biegun gsfestigkeitsberech nungen. .

15.    Knickfestigkeitsberechnung ....

16.    Wandstärke zylind. Röhren . . .

17.    Druckfestigkeit einer Welle. . . .

18.    Wellendurchmesser berechnen . . .

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für zusammengesetzte Festigkeit......

20.    Ausflußmenge des Wassers aus Behältern ........

21.    Wasserquantum bei gegebener Rohrweite und Druckhöhe. . .

22.    Durchflußquantum eines Flusses............

23.    Gefällverlust-Berechnung...............

24.    Atmosphären- „    ...............

25.    Volumen gepreßter Luft berechnen...........

gespannten Dampfes berechnen.........

19.

26.

27.    Schornsteinzug berechnen..........

28.    Hydraulischen Widder berechnen.......

29.    Umrechnung der Wärmegrade Reaumur in Celsius

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30. Berechnung der Schraubenstärke............

„ Schraubengewichte . . .........

Bolzen................

,, Zapfen................

„ Gabelzapfen..............

„ Zapfenreibung.............

„ Wellenstärke..............

„ Achsen................

„ Treibriemen..............

„ Riemenscheiben.............

„ Übersetzungsverhältnisse bei Riementrieben. . „ Zahnräder..............

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56.

„    „ -Gewichte.......

„ Seiltrommellänge.........

„ Kolben..............

„ Kolbenstangen..........

„ Kuppel- und Pleuelstangen.....

„ Schwungräder..........

„ Sicherheitsventile.........

„ Kraft in Pferdestärken......

„ Windkraft...........

„ Windmotorkraft.........

des Kraftverbrauchs einer Pumpe....

„ Wasserdruckes..........

„ Peltonmotors...........

„ Peltonrad-Pumpwerks........

der Leistung der hydraulischen Widder . .

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Verzeichnis -er im I. Sande enthaltenen Tabellen.

Seite

1.    Vergleichstabelle für Maße und Gewichte verschiedener Länder

2.    Umrechnungstabelle für englische Zoll in Millimeter ....

3.    Flächenberechnnngstabellen..............

4.    Körperberechnungstabellen...............

5.    Spezifische Gewichte.................

6.    Materialfarben-Tabelle................

7.    Geschwindigkeits-Aufstellung..............

8.    Reibungskoeffizienten für gleitende Reibung.......

9.    Mittlere Leistungen von Mensch und Pferd.......

10.    Elastizitäts- und Festigkeitskoeffizienten..........

11.    Widerstands- und Biegungsmomente..........

12.    Widerstands- und Trägheitsmomente gewisser Querschnitte . . 110—112

13.    Zulässige Belastungen für Gußeisen und Holz.......

14.    Knickfestigkeitsmomente................

15.    Tragkraft und Gewichte gußeiserner Säulen.......

16.    Wassermengen und Gefällverluste bei Wasserleitungen . . .

17.    Wärmegrade nach Reaumur, Celsius und Fahrenheit ....

18.    Längenausdehnung verschiedener Körper.........

19.    Schwindmaße der Metalle..............

20.    Schmelzpunkte verschiedener Körper...........

21.    Anlauffarben und -Temperaturen des Stahles......

22.    Schmelzpunkte leicht schmelzender Legierungen.......

23.    Siedepunkte verschiedener Flüssigkeiten..........

24.    Siedepunkte des Wassers bei verschiedenen Spannungen für

Temperaturen unter 100° 0.........

desgl. für Temperaturen über 100" C........

26.    Eigenschaften gesättigter Wasserdämpfe..........

27.    Spezifische Wärmemengen div. Körper..........

28.    Segerkegel-Temperaturtabelle..............

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29.    Glühfarben und -Temperaturen des Eisens. .......

30.    Sauerstoffbedarf div. Brennstoffe beim Verbrennen.....

31.    Pyrometrische Heizeffekte div. Brennstoffe........

32.    Elektrische Spannungsreihen..............

33.    Galvanische    „    ...............

34.    Sellersgewinde .....................

35.    Normalabmessungen für Schrauben und Bolzen nach den

Normen der preuß. Staatsbahnen...........

36.    Whitworthsche Schraubentabelle ............

37.    Internationales metrisches Gewinde...........

38.    Gasgewinde nach Whitworth.............

39.    Normalien für Feingewinde..............

40.    Quadrat- und Rundeisen-Gewichte...........

41.    Sechskanteisen-Gewichte................

42.    Längskeiltabelle...................

43.    Festigkeitstabelle für Nieteisen .............

44.    Gewichtstabelle von Nieten mit Köpfen.........

über Blech- und Faßniete........

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46.    Nieteinteilungstabelle............

47.    Reservoirnietungen.............

48.    Dampfkessel-Nietungen...........

49.    Gewichte der Bleche und Platten div. Metalle .

50.    Stirnzapfen-Abmessungen..........

51.    Tragzapfen- „    ..........

52.    Gabelzapfen- „    ..........

53.    Reibungskoeffizienten für Zapfenreibung . . . .

54.    Spnrzapfen-Belastungsgrößen........

55.    Bestimmung der Wellendurchmesser......

56.    Gewichte fertig gedrehter Wellen . ......

57.    Abmessungen und Festigkeit komprimierter Wellen

58.    Ermittelung der Wellendurchmesser......

59.    Stellringtabelle..............

60.    Wellenbunde...............

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61.    Scheibenkuppelungen-Abmeffungen und Gewichte

62.    Einfache Sellerslager-    „

63.    Geschlossene Stehlager-    „

64.    Offene

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65.    Kammlager-Abmessungen und Gewichte.........

66.    Große Stehlager- „    „    „    .........

67.    Geschlossene Hängelager-Abmessungen und Gewichte . . . .

68.    Vorgelege- „    „    „    ......

69.    Spezial-    „    „    „    ..    . . . .

73.    Kugellager-Belastungen und Maße...........

74.    Kugel-Hängelager-Abmessungen............

75.    „ Spurlager- „    ............

76.    Abmessungen und Gewichte der Sohlplatten für geschlossene Lager

„ offene

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78.    Mauerkasten-Abmessungen und Gewichte .

79.    Hängeböcke-

80.    Lagerstühle-

81.    Riemen-Belastungskoeffizienten.....

82.    Bestimmung der Riemenbreite . . . .

83.    Riemendimensionen . . . .......

84.    Berechnung der Ledertreibriemen ....

85.    Umfangsgeschwindigkeiten der Riemenscheiben

86.    Bestimmung der Umfangskraft.....

87.    Gewichte fertiger Riemenscheiben ....

88.    Decken-Riemenleiter-Abmessungen ....

89.    Wand- „    „    ....

90.    Hanf-Transmissionsseile........

91.    Hanf-Seilscheiben-Gewichte.......

92.    Runde Drahtseile...........

93.    Treibketten von Otto Kötter-Barmen. . .

94.    Renolds Zahnkettengetriebe.......

95.    Stirnräder-Berechnungstabellen.....

Teilkreishalbmesser......

97.    Bestimmung der Zähnezahlen......

98.    Runde Last-Hanfseile.......' . .

99.    Flache    „    .........

100.    Draht-Kranseile...........

101.    Gußstahl-Aufzugseile.........

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102.    Flache Drahtseile.................

103.    Verschlossene Drahtseile..............

104.    Dreikantlitzenseile..................

105.    Doppel-Flachlitzenseile ................

106.    Tragfähigkeit der Kran- und Schiffsketten......

107.    Dimensionen der Gallschen Gelenkketten.........

108.    Kettenhaken, Gewichts-Abmessungen und Tragkraft . . . .

109.    Abmessungen der Treibstangen............

110.    Größenbestimmung der Ventildurchmesser........

111.    Durchschnitts-Windgeschwindigkeiten..........

112.    Skala der Windstärken nach Beaufort.........

113.    Größe und Leistung der Windmotoren an Pumpen. . . .

114.    Rohrwiderstände bei Wasserhebung...........

115.    Leistungen der Saxonia-Windmotoren.........

116.    Dimensionen der hydraulischen Widder.........

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Einleitung.

Die Praxis ist die Mutter der Theorie, nicht nur im Maschinenbau, sondern auch in allen anderen Techniken. Aber wie sich im Leben die Kinder oft etwas besseres dünken als die alten anspruchslosen Eltern, so findet man auch bei der „hohen" Wissenschaft sehr oft eine an Verachtung grenzende Geringschätzung der Praxis und der Leute, die sie ausüben. Wie unklug ein solches Gebühren ist, zeigt sich an den Früchten, die auf diesem Gebiete wachsen — sie sind wurmstichig und krank und lohnen meist nicht der Mühe, sie zu pflücken.

Entsprechend der scharfen Trennung zwischen Theorie und Praxis kann man auch im wirtschaftlichen Leben diese scharfe Trennung wohl beobachten. Während die Industrie — sehr richtig — größten Wert auf eine gründliche praktische Erfahrung seitens ihrer Betriebsleiter, Meister und Handwerker legt, bevorzugen die Behörden die absoluten Theoretiker mit ihrem kleinlichen Formelkram und Hypothesen, denn sie fügen sich in den dort üblichen Schematismus besser ein als die aus dem werktätigen Leben heraus geschulten Praktiker, die sich ihres Wertes und Könnens bewußt sind und deshalb nicht nötig haben, ängstlich jede Schraube, jeden Niet auf Festigkeit zu berechnen, und ant Ende der Berechnung doch noch nicht die feste Überzeugung gewonnen haben, ob wohl die Geschichte auch hält.

Ist es also grundfalsch, die Theorie über die Praxis zu stellen und zu glauben, daß man ohne gründliche Kenntnis der Praxis dennoch ein tüchtiger Maschinenbauer werden kann, wenn man nur die Theorie vollständig beherrscht, so ist es mindestens ebenso falsch, durch die Praxis allein dieses Ziel erreichen ztl wollen. Aber es ist aus der Praxis heraus immer noch eher möglich, auch ohne Kenntnis der Theorie nutzbringende Erfindungen zu schaffen als umgekehrt. Dies beweist am besten die Tatsache, daß die meisten Erfindungen von Theoretikern nur auf dem Papier gemacht werden und zu ²/₃ unausgeführt wieder verfallen, weil sie praktisch wertlos sind und oft überhaupt gar nicht ausgeführt werden können. Andererseits finden aber die aus der Praxis heraus geborenen Erfindungen meist in der Industrie dankbare Abnehmer, und wenn unsere Industrie im Laufe der letzten Jahrzehnte einen so gewaltigen Aufschwung nehmen konnte, so ist das in allererster Linie der werktätigen Praxis zu danken, die gerade bei uns in Deutschland auf einer hohen Entwickelungsstufe steht, und wenn wir bestrebt bleiben, die praktischen Elemente weiter zu bilden und zu fördern, so glauben wir eine Pflicht zu erfüllen, der zu genügen reinste Befriedigung gewährt.

Bei der großen Vielseitigkeit und theoretischen Vollendung der heutigen Maschinenindustrie ist es aber mcljt mehr möglich, durch die Praxis allein in alle Gebiete einzudringen und dieselben sich zu eigen zu machen. Es muß auch jeder Praktiker über soviel theoretisches Wissen verfügen, welches nötig ist, um einfache Berechnungen richtig durchzuführen und die physikalischen Gesetze zu kennen, nach denen sich die einzelnen Funktionen der Maschinen vollziehen, denn jede Maschine setzt sich aus einer Menge Teilen zusammen, von denen fast jeder die Nutzanwendung irgend eines mechanischen oder physikalischen Gesetzes verkörpert. Diese zu kennen ist für jeden nötig, der Maschinen baut, und je tiefer jeder Maschinenbauer in die Wissenschaft selbst eindringt, mit so mehr wird er in seinem Fache zu leisten imstande sein.

Nun sind aber die meisten mechanischen und physikalischen Gesetze an sich so einfacher Natur, daß kein umfassendes Studium dazu gehört, sie zu begreifen und richtig anwenden zu lernen. Diese Wissenschaft soll in erster Linie das vorliegende Werk vermitteln und zwar auf Grund der schon vorhandenen gründlichen Praxis, die der Handwerker vor dem Studenten der Technik voraus hat. Ein Praktiker mit umfassenden theoretischen Kenntnissen ist viel eher im-stande Verbesserungen an Maschinen oder ganz neue Apparate zu erfinden als ein vorwiegend theoretisch gebildeter Techniker, weil er die Schwächen der Maschinen aus eigener Erfahrung kennt, während diese sehr vielen Technikern unbekannt bleiben, denn sie haben nicht die Gelegenheit, sich so eingehend mit den einzelnen Maschinen zu beschäftigen wie die Praktiker.

Wir sagten schon, daß jede Maschine gleichsam die Verkörperung einer ganzen Reihe mechanischer und physikalischer Gesetze darstellt und in ihrer Gesamtheit dem Endzweck dient, die Arbeit der Menschenhand zu ersetzen oder zu verstärken.

In Verbindung mit irgend einem Werkzeug bildet die Menschenhand also bei Ausführung jeder Arbeit in gewissem Sinne eine Maschine, deren Betriebskraft die physische Kraft unseres Körpers darstellt, während der Wille die Hand mit dem Werkzeug lenkt. So fein gegliedert nun auch die Hand des Menschen ist, ihre Gestaltungsfähigkeit erhält sie doch erst durch die Willenskraft, die geistige Direktion ihres Besitzers und bleibt ohne ihn ein totes, hilfloses Ding.

Nun ist aber die Maschine an sich von Anfang an ein totes Ding, und wenn ihr auch die Kraft des Windes, Wassers oder Dampfes — in geeigneter Weise übermittelt — die Fähigkeit gibt, sich zu bewegen, so fehlt ihr doch immer noch der Geist, der ihre nutzbare Endleistung bewirkt. Dieser muß also mechanisch dadurch ersetzt werden, daß alle ineinander greifenden Teile der Maschine so gewählt sind, wie es der Arbeitsgaug erfordert. Es muß also

die Geistesarbeit durch mechanische Vorrichtungen ersetzt werden. DaS ist aber nur dadurch möglich, daß man die Naturgesetze, nach denen sich diese einzelnen Arbeitsvorgänge vollziehen, in rein mechanische Vorrichtungen umgestaltet, sie in geeigneter Weise zur Betätigung durch eine einheitliche Betriebskraft verbindet und so als Endziel wieder die Arbeit erreicht, die der Menschenhand abgenommen werden soll.

Während sich aber die Handarbeit ziemlich langsam vollzieht, teils infolge der an sich nur schwachen Kraft des menschlichen Körpers, teils infolge der vielen Zwischenarbeiten und Griffe, die mit jeder Handarbeit verbunden sind, dieser selbst aber nicht direkt zugute kommen, kann die Maschine infolge der wesentlich stärkeren Betriebskraft und Fortfall dieser aufhaltenden Nebenarbeiten viel schneller und in größerer Masse die gleichen Arbeiten vollziehen, wie sonst die Menschenhand, wodurch natürlich eine wesentliche Verbilligung und oft auch eine größere Exaktheit der geleisteten Arbeit erreicht wird.

Aus all diesen Ausführungen geht hervor, daß jeder Praktiker ein gewisses Maß rein wissenschaftlicher Kenntnisse besitzen muß, wenn er in seinem Fach voran kommen will. Es ist selbstverständlich, daß man von dem Praktiker in der Industrie das höhere wissenschaftliche Wissen nicht verlangt, was man von dem Ingenieur und Techniker mit Recht verlangen kann, aber die Grundgesetze der Mechanik und Physik muß jeder, der im Maschinenbau praktisch tätig ist, kennen, ebenso die einfachsten Berechnungen von Maschinenteilen und Maschinen. Diese Materien sind auch ohne tiefere wissenschaftliche Bildung zu erlernen, und unsere Aufgabe ist es, sie so zu erläutern, daß eine schlichte Volksschulbildung genügt, um das zu verstehen und anzuwenden, was wir hierüber bringen.

Mit Hilfe seiner praktischen Erfahrungen wird es jedem möglich sei», sich schneller in diesen wissenschaftlichen Abhandlungen zurecht zu finden, und die hierin erworbenen Kenntnisse öffnen ihm den Weg zu den bevorzugten Stellen eines Monteurs, Vorarbeiters oder Meisters. Diesem Zweck soll unser Buch dienen; er wird aber nur erreicht, wenn man nicht nur itt dem Buche liest, sondern sich durch selbstgestellte Aufgaben übt, fleißig zeichnet und aus sich heraus schafft, wozu jedem sein Wirkungskreis Stoff in Hülle und Fülle bietet.

Glück (ins!

I Teil.

Allgemeine Wissenschaften.

Erstes Kapitel.

Das technische Zeichnen nnd Skmieren.

x.

vom Mast und vom Messen.

Das Maß und das Messen bildet im Maschinenbau die Grundlage für die Herstellung aller Teile, aus denen sich eine Maschine zusammensetzt, und muß deshalb dem Maßenehmen die größte Sorgfalt gewidmet werden. Jede Werkzeichnung ist nach einem bestimmten Maßstabe ausgeführt, der oft der natürlichen Größe des dargestellten Gegenstandes entspricht, oft aber auch nur Verkleinert wird und durch die eingeschriebenen Maße, nach denen gearbeitet wird, in seinen Größenverhältnissen kenntlich wird. Man muß also zunächst eine genaue Kenntnis der Maßeinheiten besitzen, um eine Zeichnung richtig zu verstehen und den gezeichneten Gegenstand nach ihr anfertigen zu können.

Das Längenmaß, nach welchem in Deutschland gearbeitet wird, ist das Meter als Einheit und stellt in seiner Länge den zehnmillionsten Teil eines Erdguadranten dar.

1 Meter — 10 Dezimeter — 100 Zentimeter — 1000 Millimeter.

Im Maschinenbau werden alle Maße bis zu 1 m in Millimetern angegeben.    Maße, die    größer als 1 m sind, werden als Dezimalbruch    ausgedrückt,

und gibt    dann    die    Zahl    vor dem Komma (links) die Meterzahl,    die hinter

dem Komma (rechts) die Zahl der Millimeter oder sonstigen Untermaße au, z. B. bedeutet:

1,538 m = 1 Meter 538 Millimeter,

7,43    „ —    7    „    43 Zentimeter oder 430 Millimeter,

4,2    „ =    4    „    2 Dezimeter — 20 Zentimeter oder 200    Millimeter.

Richtiger ist es, die Dezimalzahl stets durch angehängte Nullen auf Millimeter abzurunden. Mau schreibt also nicht 7,43 m, sondern 7,430 m, oder nicht 4,2 m, sondern 4,200 in.

Als Abkürzungen sind für das Meter und seine Untermaße allgemein folgende eingeführt: Meter — in; Dezimeter — dm; Zentimeter — cm; Millimeter — mm.

Es sind ferner: 10 000 Meter — 1000 Dekameter — 100 Hektometer = 10 Kilonieter (km).

Als Normalmaß ist das Meter in allen europäischen Staaten eingeführt mit Ausnahme von Rußland, England, Dänemark und Bulgarien.

Von den Längenmaßen dieser vier Länder haben nur die englischen Maßeinheiten für uns Interesse, weil viele Maschinen und technische Waren aus England bei uns eingeführt werden, die natürlich nach den englischen Maßen ausgeführt sind. Zu ihrer Umrechnung in Millimeter geben wir nachstehend die nötigen Umrechnungstabellen, sowie vergleichende Tabellen der Maße und Gewichte aller bedeutenderen Kulturländer. (Siehe Seite 6 und 7.)

Jeder Maschinenteil hat nun eine einfache oder kompliziertere Körperform, und jeder Körper wird wiederum durch Flächen begrenzt.

Die Fläche hat zwei Ausdehnungsgrößen, Länge und Breite, die durch entsprechende Maße bestimmt werden. Da nun aber die Flächen in ihrer Form sehr verschieden sind, so gilt für die Berechnung des Flächeninhaltes jeder Fläche auch eine besondere Regel, die sich aus der Grundform der Fläche herleitet. Wir haben diese Regeln in Form einer Tabelle mit Skizzen beigefügt, aus welcher jeder einzelne Fall zu ersehen ist. —

Die Flächenmaße sind ebenfalls auf das Meter als Maßeinheit bezogen, und ist 1 Quadratmeter (qm) = 100 Quadratdezimeter (qdm) = lO OOO Quadratzentimeter (qcm) = 1 000 000 Quadratmillimeter (qmm).

Es ist ferner: 1 Hektar (ha) = 100 Ar (a) = 10 000 Quadrat

meter (qm).

Die Körper-, Hohl- oder Kubikmaße sind ebenfalls auf dem Meter als Einheit aufgebaut, und ist 1 Kubikmeter (cbm) = 1000 Kubikdezimeter (cbdm) = 1 000 000 Kubikzentimeter (ehern).

Als Flüssigkeitsmaß gilt 1 Liter (1) = 1 cbdm als Einheit, und sind 100 1=1 Hektoliter (hl).

In der Praxis des Maschinenbaues haben nun die Hohlmaße sowohl, als auch die Gewichte eine besondere Bedeutung — namentlich bei der Kalkulation neuer Maschinen, wo man sehr oft vor der Ausführung der Maschine die Gewichte ihrer einzelnen Teile berechnen muß. Dies ist nur dann möglich, wenn man auch mit der Jnhaltsberechnung der Körper vollständig vertraut ist. Auch hierbei gilt für jede Körperform eine bestimmte Formel, die sich aus den Grundmaßen des Körpers zusammensetzt, und findet man diese Formeln ebenfalls nachstehend in einer Tabelle zusammengestellt. (Siehe Seite 11—14.)

I. Vergleichung der Matze und Gewichte verschiedener Länder,

la. Meter — Fuße.

Vleter

England Preußen a Dänemark 1' = 12"

Rußland

1' = 12"

Bayern

l'= 12"

Sachsen

l'= 12"

Württemberg

l'=10" v = 12//

Österreich Schweden Schweiz

l' = 10" l'= 10"

10

3/048

3/139

2/919

2/832

2/865

3/161

2,969

3,000

32/809

10

10/297

9/576

9/291

9,399

10/371

9/741

9,843

31/862

9/711

10

34/263

10/443

10/754

9/299

9/023

9/128

10/072

9/460

9/559

10

35/312

10/763

11/083

10/306

9/703

9/816

10/831

10/173

10/279

10

10/117

11/162

10/484

10/594

Ci W    00 00 ü' w o

tO 05 4*.    Ü> ^ O CJ'

ISNOI^O

^ o cs 05 co oT o oT⁻ cT'

33/681

10/266

10,571

9/830

9/538

9/649

10/647

10

10/104

33/333 J 0/160 10/462 9/729 8/440 9,550 10/537 9/897

10

1 b. Quadratmeter — Quadratfuße.

101/52    117/40    124/69    121/84

9/431    10/906    11/584    11/319

11/564    12/283    12,001

10/622    10,378

9/771

100,08

9,297

9/858

8,525

8/026

8,214

10

0/929

0/985

0/852

0/802

0,821

0,999

0/882

9,000

107/64

10

10/603

9/169

8/633

8,835

10,756

9,489

9/688

10

8/648

8/142

8/332

10/144

8,949

9,137

10

9,415

9/636

11/730

10/348

10/566

10

10/234

12/459

10,992

11/222

10

12/174

10/740

10,965

10

8/822

9/007

113,44

10,539

11/175

9,663

9/078

9/311

11/335

10

10,210

111/11

10,322

10/J45

9,465

9/911

9/120

11/102

9/795

10

100

2/832

3/092

2/486

2,271

2/351

3/159

2/617

2/700

3531/6

100

109/18

87/800

80,206

83/043

111/55

92/429

95,353

3234/6

91/59

100

1 c. Kubikmeter — Kubikfuße.

4022/4

113/90

124/35

80/415

73/460

76/059

102/17

84/655

87,334

100

4403/2

124/68

136/13

109,47

91/351

94/582

127/05

105,27

108,60

100

103,54

139/08

115/24

118/89

4252/8

120/42

131,48

105,73

96/584

100

3166,0

89,65

97/88

78/711

71,904

74,447

134/32

111/30

114,82

100

82,861

85,483

3820,9

108,19

118/13

94,992

86,776

89,845

120,68

100

103/16

3703,7

104,87

114,50

92,078

84,114

87,090

116,98

96,933

100

2. Meter — Ruten.

Bayern 1 Rute --- 10'

Österreich Schweden Schweiz M₁uEn'lb 1 Klafter l Famm l Nute

= 6'    = 6'    = 10' W"

England 1 Rute (pole) = 16'//

Preußen 1 Rute = 12'

Sachsen 1 Rute = 15V/

Württemberg 1 Rute io/

2a. 10 Meter — Ruten usw. der verschiedenen Länder.

1/988]    2/655]    3/426 |    2/328 |    3,4901    5,273 |    2,105 |    3,333 |    4,687

2b. 10 Ruten usw. der verschiedenen Länder = Meter.

50,2911    37,662]    29,186 |    42,950 |    28,649 |    18,965 |    47,504]    30,0001    21,336

2c. 100 Quadratnieter — Quadratruten der verschiedenen Länder.

3/954]    7/050]    11,740 |    5/421 ]    12,180 |    27/804 ]    4/430 ]    11,111 |    21/968

Zoll

10

11

12

Zoll

o H (M CC lO b» 00 C5 o

II. Umrechnungstabelle für englisches und metrisches Masz.

a) Englische Achtel- und Sechzehntel-Zolle — Millimeter.

V16

Vs

7,o

7i

5-

/Iß

V.c

—    1,587

25,400    26,987'

50,799    52,387

76,199    77,786

101.60    103,19

127,00    128,59

1.52,40    153.98

177,80    179,38

203,20    204,78

228.60    230,18

254,00    255,58

279,39    280,98

304,79    306,38

3,175

28,574

53,974

79,374

104.77

130.17

155.57

180.97 206,37

231.77

257.17

282.57

307.97

4,762

30,162

55,561

80,961

106.36

131.76

157.16

182.56 207,96

233.36

258.76

284.16

309.56

6,350

31,749

57,149

82,549

107.95

133.35 158,75 184,15 209,55

234.95

260.35 285,74 311,14

7,937

33,337

58,736

84,136

109,54

134,94

160.33

185.73 211,13 236,53 261,93

287.33

312.73

9,525    11,1 12

34,924    36,512

60,324    61,911

85,723    87,311

111.12    112,71

136.52    138,11

161.92    163,51

187.32    188,91

212,72    214,31

238.12    239,71

263.52    265,11

288.92    290,51

314.32    315,91

Vs

®/.i

"Ao

74

¹³/l6

Vs

*7,6

12,700    14,287

38,099    39,687

63,499    65,086

88,898    90,486

114.30    115,89

139.70    141,28

165,10    166,68

190,50    192,08

215,90    217,48

241.30    242,88

266.70    268,28

292,09    293,68

317,49    319,08

OOtOtO IO N) K IJ M Hl

p§§Psggspggia

cs tc GO ^ O CsH HHv GO *^1    •<!    •<!    hl *4

00 rfh. rfx o<

17,462

42,862

68,261

93,661

119,06

144.46

169.86

195.26 220,66 246,06

271.46

296.86

322.26

19,050

44,449

69,849

95,248

120.65 146,05 171,45 196,85 222,25

247.65 273,05 298,44 323,84

3§II«3§3ggg g5

o to th o (M t>^ co ccT cef es" ««jT cT icT (M-rjHt-OS/M t>- cs <rt «f t'. o <M

T-l T-H T—I T-i CI (M CO CO

22,225

47,624

73,024

98,423

123.82

149.22

174.62 200,02 225,42

250.82

276.22

301.62 327,02

23,812

49,212

74,611

100,01

125.41

150.81

176.21 201,61 227,01

252.41

277.81

303.21 328,61

Zoll |    0

7«

lu

³/s

7₈

7s

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

330.19

355.59

380.99

406.39

431.79

457.19

482.59

507.99

533.39

558.79

584.19

609.59

333.37

358.77

384.17

409.57 434,97

460.37

485.77

511.17

536.57 561,96 587,36 612,76

336.54

361.94

387.34

412.74

438.14

463.54

488.94

514.34

539.74

565.14

590.54

615.94

339.72

365.12

390.52

415.92 441,32

466.72

492.12

517.52

542.92 568,31 593,71 619,11

342.89

368.29

393.69 419,09

444.49

469.89

495.29

520.69 546,09

571.49

596.89

622.29

346,07

371.47

396.87

422.27 447,67 473,07

498.47

523.87

549.27 574,66 600,06 625,46

349.24

374.64 400,04

425.44

450.84

476.24

501.64 527,04

552.44

577.84

603.24

628.64

352.42

377.82

403.22 428,62 454,02

479.42

504.82

530.22 555,61 581,01 606,41 631,81

b) Englische Zolle = Meter und englische Qu.-Z. = qcm.

Zoll

90

100

110

120

130

140

150

2,2860

2,5400

2,7939

3,0479

3,3019

3,5559

3,8099

2,3114 ! 2,3368 2,5654 2,5908 2,8193 2,8447 3,0733 3,0987 3,3273 3,3527 3,5813 3.6067 3,8353 3,8607

2,3622 2,3876 2,6162 2,6416 2,8701 2,8955 3,1241 3,1495 3,3781 3,4035 3,6321 3,6575 3,8861 3,9115

2,4130

2,6670

2,9209

3,1749

3,4289

3,6829

3,9369

2,4381

2,6924

2,9463

3,2003

3,4543

3,7083

3,9623

2,4638

2,7178

2,9717

3,2257

3,4797

3,7337

3,9877

2,4892

2,7432

2,9971

3,2511

3,5051

3,7591

4,0131

2,5146

2,7685

3,0225

3,2765

3,5305

3,7845

4,0385

Flächenberechnungen.

Benennung der Fläche und Skizze

Regel zur Berechnung und Formel

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Quadrat.

IT

|>

Alle vier Seiten sind gleich und bilden paarweise zusammen einen rechten Winkel. Fläche^ Seite X Seite oder

Fl = a X a.

WelchenFlächeninhalthat ein Quadrat von 1,325 m Seitenlange?

Fl = 1,325 X 1,325 = 1,757 qm.

Rechteck oder Parallelogramm.

Je zlvei sich gegenüberliegende Seiten sind gleichlaufend und gleich lang; die vier Eckwinkel sind rechte Winkel. Fläche^-LängeX Breite Fl = 1 X 1>.

WelchenFlächeninhalthat ein Rechteck von 2,500 m Länge u. 0,720 m Breite? Fl= 2,500 X 0,720 = 1,800 qm.

Rhombus oder Raute.

iW

Verschobenes Quadrat, hat also gleichlange Seiten a.

Fläche = Seitenlänge a X dem senkrechten Abstand h von der gegenüberliegenden Seile.

Fl — a X h.

Welchen Flächeninhalt hat ein Rhombus, dessen Seitenlänge gleich 0,20 m beträgt, während der senkrechte Abstand h gleich 0,18 m ist?

Fl = 0,20 X 0,18 = 0,036 qm.

Rhomboid.

Verschobenes Rechteck mit paarweise sich gegenüberliegenden gleichlangen und gleichlaufenden Seiten. Fläche = Länge 1 X dem senkrechten Abstand li.

Fl = 1 X h.

Welchen Flächeninhalt hat ein Rhomboid von 3,5 m Länge und 1,8 m senkrecht zu 1 gemessener Breite h?

Fl = 3,5 X 1,8 — 6,30 qm.

Benennung der Fläche und Regel zur Berechnung und

Formel

Skizze

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Viereck mit zwei parallelen Seiten.

Trapez.

Fläche — die Hälfte der Summe der beiden parallelen Seiten multipliziert mit ihrem senkrechten Abstand, d. i. der Höhe h des Trapezes.

Wie groß ist der Flächeninhalt eines Trapezes, dessen beide parallelen Seiten 4,3 und 2,6 m lang sind, bei einem senkrechten Abstand von 1,3 m?

o3

Er" .4-

er

II CO

CO

CD

Fl =

n 4.3+ 2,6

2 Xl,3

Dreieck.

Fläche — Grundlinie c multipliziert mit der halben Höhe h.

vXIl

Fl =

= 3,45X 1,3 — 4,49 qm.

Bei einem Dreieck, dessen Grundlinie 0,85 m lang ist und die Höhe h 0,73 m beträgt, ist 0,85 X 0,12

Fl =

— 0,621 qm.

Regelmätzige Vielecke.

7\\

X6

Fi =

--1,33X6 — 7,98 qm

Alle Seiten, Umfangs-nnd Zentriwinkel sind gleich.

Fläche — der Summe der Dreiecksflächen, die sich aus der Zahl der Seiten und deren senkrechtem Abstand vom Mittelpunkt ergeben.

Seitenzahl n; Seitenlänge a; senkrechter Abstand h.

Ein Sechseck hat 1,75 m Seitenlange bei 1,52 m senkrechtem Abstand vom Mittelpunkt. Wie groß ist sein Flächeninhalt?

a = 1,75; h = 1,52; n — 6.

1,75 X 1.62

Äeuerlüuug fcev Fläche mtb Regel zur Berechnung und

Formel

Skizze

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Unregelmätzige Vielecke.

1YV/

-A

Um den Flächeninhalt zu berechnen, zerlegt man das Vieleck in Dreiecke, deren Flächen man einzeln berechnet und dann summiert.

Fläche =

A1+A2 + A3 usw.

F1_alXI»l >

Ein unregelm äßigesFünf-eck hat nach beistehender Skizze folg. Abmessungen:

al = 20dm;a2 = 10dm;

a3 = 15 dm ; hl = 6dm; h2 —15dm; h3 — 6 dm.

Wie groß ist der Flächeninhalt ?

20 . 6 , 10 . 15

Fl =

a2XhS | a»Xh3

DI T—I

604-75+45= 180 qdm.

Kreis.

Krcisringfläche.

Der halbe Durchmesser heißt Radius oder Halbmesser ; der Umfang heißt Peripherie. Umfang ist gleich dem Produkt aus dem Durchmesser d und dem Wert n (sprich Pi) — 3,1415, also Umfang = <1X n und den Umfang mit U bezeichnet ist der

Durchmesser d — —.

71

Flüche— Radüts erst mit sich selbst und dann nutyr multipliziert. FJ=vXvX^- V-.7r.

Wie groß ist bei einem Kreis von 1,85 m Durch-messer der Umfang und der Flächeninhalt? d=l,85; r = 0,925, 11=1,85X3,1415 = 5,812 m,

Fl= 0,925 X 0,925 X

3,1415 = 2,688 qm. Wenn der Umfang einer Welle 278 mm, beträgt, wie groß ist dann ihr Durchmesser?

278

3,14

88,53 mm.

Der Inhalt einer Kreisringfläche wird gefunden, indem man die Fläche des kleineren von der des größeren Kreises abzieht.

fi = (rxk-X^)-(r X r X n)-

Eine Säule hat 280 mm äußeren Durchmesser und 45 mm Wandstärke, wie groß ist der Flächeninhalt ihres Querschnittes?

^ — 140 mm,

r —140 — 45—95 mm, Fl = 14,0'²Xtt —

9,5² X⁷¹ = 615,44—283,38 = 332,06 qcm.

280

Körperberechnung.

Benennung der Körper und Skizze

Berechnungsregel und Formel

Beispiel einer durchgeführten Berechnung

Würfel.

>-

Me 6 Begrenzungsflächen sind gleich große Quadrate, mithin sind and) alle 12 Seilen und 8 Eckwinkel gleich. Inhalt: = Seitenlange zweimal mit sich selbst multipliziert, also I = a . $i. a = a3 Oberfläck)e,

0 = 6 X

Wie groß ist der Kubikinhalt eines Wasserkastens in Würfelform mit 2,2 m Seitenlänge?

I = 2,2 X 2,2 X 2,2

= 10,65 cbm.

Prisma.

y—

Inhalt der Oberfläche ist gleich dem Produkt aus dem Umfang des Querschnitts'X ber Höhe -f- deni doppelten Inhalt der Querschnittsfläche.

K ubikinhalt —Grundfläche X Höhe.

4seitigcs Prisma;

I = aX'cXll>-

Zseitiges Prisina;

¹¹ v- X v

n fettiges Prima;

Wie groß ist die Oberfläche und der Kubikinhalt eines vierseitigen Prismas von 1,3 m Länge, 0,8 m Breite und 0,95 m Höhe?

a = 1,3; c = 0,8;

b = 0,95.

0 = (2 X (0,8 + 0,95) X 1>3)X ^ X 0,8 X 0,95 =4,55—|—1,52 = 6,07 qm. I = 1,3 . 0.8 . 0,95 = 0,988 cbm.

Verschobenes Prisma.

Oberfläche = 2 x die Grundfläche + Umfang

X Höhe h.

t'

"7Z7r

2.5i. hj-[-2. (si—|— b). li. Inhalt: Grundfläche inultipliziert mit der Höhe h.

I = a . h, . li.

Ein schiefwinkliges 4sei-tiges Prisma hat folgende Maße: b = 0,6; a =0,7; ht — 0,52; h = 2,5 m. Wie groß ist die Oberfläche und der Inhalt? 0 = 2.0,7.0,52 + 2 . (0,7+0,6). 2,5 = 0,728 + 6.5 = 7,228 qm.

I = 0,7 . 0,52.2,5 = 0,91 cbm.

Benennung der Körper und Skizze

Schief abgeschnittenes Prisma.

---k

Zylinder.

Berechnungsregel und Formel

Oberfläche — Summe der bv'ben Grundflächen und des Mantels. Mantel — Sunime der Seiten geteisl durch ihre Anzahl, mal dem Umfang. 0=aXc + eXc +

2X(a + v)Xb+-<l. I-aXcX^.

Inhalt des rechtwinkligen, schief abgeschnittenen Prismas — Grundfläche X mittlerer Höhe.

Oberfläche — Summe der beiden Grundflächen und Produkt ans der Höhe h mit dem Umfang der Grundfläche.

2 . —j—J-d.7r.il.

Inhalt = Grundfläche mal Höhe,

d². n ,

— . h-

4

Beispiel einer durchgeführten Berechnung

Ein schiefwinklig abgeschnittenes Prisma hat folgende Abmessungen: a = 42 cm; c = 54 cm; b = 128 „ d = 87 „ e — 58,7 cm.

Wie groß ist seine Oberfläche und Inhalt?

0 = 42X54+ 58/7.54 +

2.(42 + 54).^+^

= 0/2268 + 0/317 + 2/064 — 2/608 qm.

I = 0/42.0/54.----₉-

— 0/2438 cbm.

1,28 + 0,87

Ein Stück Rundeisen von 4 m Länge und 120 mm Durchmesser hat welche Oberfläche und Inhalt? 0,12². 3,14

0=2.

+ 4.3,14.0,12 == 1,53 qm. 0,12². 3,14

-4---• ⁴

= 0,0452 cbm.

Schräg abgeschnittener Zylinder.

Fi

Oberfläche = Summe der Grundflächen und Produkt der mittleren Mantelhöhe hm mit dem Umfang derrechtwinkligen Grundfläche.

0 = ¥t + F₂ + d . re . hm.

Inhalt = Grundfläche mal mittlere Höhe hm,

d².7T

Ein auf einer Seite schiefwinklig abgeschnittener Zylinder von 540 mm Durchmesser hat eine mittlere Höhe von 1,8 m. Wie groß ist sein Kubikinhalt ?

0,54².3,14

. hm.

I= 4

Fj ist eine Ellipsenfläche. Sie ist ihrem Inhalte nach

.1,8

= 0,229 . 1,8 = 0,412 cbm.

Benennung der Körper und Skizze

Berechnungsregel und Formel

Beispiel einer durchgeführte» Berechnung

Pyramide.

/- €+ - 7/4

h--«■ -H

ZF

Kegel.

Oberfläche einer Pyramide oder eines Kegels ist gleich dem Produkt aus dem Umfang der Grundfläche F* und den, halben Abstand der Spitze vom Mittelpunkt der Seitenfläche + Grundfläche,

0 = (2a + 2b) X

I'+Fv

Wie groß sind Oberfläche und Inhalt einer Pyramide von 1,2 m senkrechter Höhe und 0,8 m Seitenlänge der quadratischen Grundfläche? h, = Seitenhöhe = 1,264 0 = 4. a. hl

"2 +

= 4.0,8.3^ + 0,8.0,8 = 2,66 qm.

1,2

V 1»

|<-sei->

I = 0,8.0,8 . -f = 0,256 cbm. Desgleichen bei einem Kegel von 0,8 m Durch-Juhalt einer Pyramide mesfer der Grundfläche oder eines Kegels ist gleich dem Produkt aus der Grundfläche und Vs der Höhe desSpitzenabstandes von der Grundfläche.

(P.TT ll

4 Ä 3"

und 1,2 m Höhe.

0 = d .n

ll! d² . 7T

-0,8.8,14.1s*

0,8.0,8.3,14

=1,588+0,502=2,090 qm. d² . n h ¹    4*3

0,8.0,8.3,14    1,2

= 0,201 cbm.

Oberfläche — die Hälfte der Summe des Uni

Abgestumpfter Kegel.

il*

fanges beider Grundflächen mal der Seitenlänge 8 plus der Sun,me    Wie groß sind Oberfläche

der beiden Grundflächen, und Inhalt eines abgestumpften Kegels mit folgenden Abmessungen: h = 43 cm; d = 21 cm;

s = 45 „

u, + u₂

+ f₁ + f₂.

Kegelinhalt — Radius ^    ^6 "

der großen Grundfläche mit sich selbst multipliziert, den Radius der kleinen Grundfläche mit

Berechunngsregel und Formel

Belleuuuug der Körper und Skizze

Beispiel einer durchgeführten Berechnung

Abgestumpfte Pyramide.

sich selbst multipliziert, dann beide Radien miteinander multipliziert, alle drei Produkte summiert und mit ¹/₃ der Höhe h des abgestumpften Kegels und n nlultipliziert.

46. n + 21. n

. 45

46² . 7i

l.V P-

, 21^

¹    4

= 1,0519.0,45 + 0,0346 -j- 0,1661 — 0,674 qm. 0,46.0,46

=(

Kugel.

Xs

k-

lei--—H

+ D ) „ h

l 2 *    / •    * 3'

Oder:

Man bestimmt den Inhalt der abgeschnittenen Spitze und zieht ihn von den: Inhalt der vollen Pyramide bezw. Kegels ab.

Oberfläche ist gleich dem vierfachen größten Kreisquerschnitt der Kugel, also

0 = <1² X w.

Inhalt ist gleich dem Radius 3 mal mit sich selbst, dann mit n = 3,14 und zuletzt mit ⁴/3 nrultipliziert, also I = ⁴/₃ . n . rs.

i&l P-

0,21.0,21 , 0,46.0,21

• ■ "f

= 0,0881 . 3,14 . ~ — 0,0396 cbm.

0,43

Wie groß ist die Oberfläche und der Kubikinhalt einer Kugel von 0,25 in Durchmesser? d == 0,25; r — 0,125. 0 = 0,25 X 0,25 X 3,14 — 0,196 qm.

I = ⁴/₃ X 3,14 x 0,125 x 0,125 x 0,125 — 0,00816 cbm.

Ring mit Kreisquerschnitt.

r—A

I =

X 2 X 3,75 X n = 0,2826 X 23,55 = 6,65 cdm.

Drehkörper entstehen durch Rotation einer Fläche in ihrem Schwerpunkt (c) um einen anderen Mittelpunkt N. Oberfläche — Umfang d. Flächenkreises mal Umfang d.Schwerpunktkreises

0 — d X ⁷¹X 2 *’ X ⁷¹ ■

Inhalt — Querschnitt derRotationsfläche multipliziert mit dem Umfang des Notationskreises.

-f- X 2r •

Ein Ring von kreisförmigem Ringquerschnitt hat einen mittleren Durchmesser von 750 mm und einen Ringdurchmesser von 60 mm, wie groß ist sein Kubikinhalt in cbdm ?

d = 0,6dm; r=3,75 dm. 0,6 X 0,6 X n

Aus beit Körpermaßen sind nun wieder die Gewichte hergeleitet worden, und gilt als Einheit daS Kilogramm, welches das Gewicht von 1 Liter — 1 cbdm Wasser bei 4° Celsius verkörpert.

Es ist 1 Kilogramm (kg) = 100 Dekagramm (dkg) — 1000 Gramm (g), 1 Gramm (g) — 10 Dezigramm (dg) = 100 Zentigramm (cg) — 1000 Milligramm (mg) und 1 Tonne (t) ist — 100 kg.

Im Vergleich mit den alten Gewichten in Zentnern und Pfunden ist 1 Tonne = 2 Zentner; 1 Zentner = 50 kg; 1 kg = 2 Pfund.

Zur Gewichtsberechnnng von Körpern bedarf man nun wieder bestimmter Einheitsgewichte, je nach dem Material, ans dem sie bestehen. Es sind dies die sogenannten spezifischen Gewichte (siehe Tabelle der spezifischen Gewichte).

Die in der Tabelle angegebenen Gewichte stellen das Gewicht eines Würfels von 1 cbdm Inhalt des betreffenden Stoffes dar, für den sie gelten. Hat man nun von einem Körper das Gewicht zu bestimmen unb kennt man das Material, aus dem er hergestellt werden soll, so berechnet man zunächst aus seinen Abmessungen" seinen Inhalt nach cbdm und multipliziert die so erhaltene Zahl mit dem in der Tabelle über spezifische Gewichte angegebenen Materialwert.

Beispiel: Für eine massive gußeiserne Platte von 2,500 m Länge, 1,300 m Breite und 0,053 rn Dicke ist das Gewicht zu bestimmen. Ihr Kubikinhalt in cbdm beträgt Lange X Breite X Dicke — 25 X 12 X 0,53 — 172,25 cbdm. Nach der Tabelle der spezifischen Gewichte wiegt nun 1 cbdm Gußeisen zirka 7,3 kg,' mithin wiegt die Platte

172,25 X 7,3 — 1257,425 = zirka 1257,5 kg.

Achat.......

Alabaster......

Aluminium, chem. rein „ gehämmert » gegossen . Aluminiumbronze. . .

Amalgam......

Anthrazit......

Antimon......

Apatit.......

Argentan......

Arsen.......

Asbest, natürlicher . .

Asbestpappe.....

Asphalt ......

Tabelle der spezifischen Gewichte.

A. Von festen Körpern. 2,5—2,8

2,7

2,6

2,75

2,56

7,7

13,7—14,1 1,4-1,7

6,7

3,16—3,22

8.4— 8,7 5,7—5,8

1.5— 2,3

1,2

1,1—1,5

Basalt. . Bergkrystall Bernstein. Beton . .

2,7—3,2

2,6

1,0-1,1

1,8-2,2

Bimstein, natürlicher .    0,37—0,9

11,25—11,37

9.3— 9,4

7.3— 7,6

Blei

Bleiglätte, künstliche. .

Bleiglanz......

Bleiweiß......

Bolus.......

Bor........

Borax.......

Brauneisenstein . . .    3,4—3,95

1,2—1,5

Bronze(79—l 4°/₀3iitii)    7.4 -8,9

Braunkohle

6,7

2,2-2,5 2,68

1,7—1,8

8,6

3,5

2,9

CD CD

7,3

7,8

7,6—7,7 1,83—1,9

2,0

1,75

1,34

2,53—2,58

0,93

2,7

m io cd

4,3

1,81

0,97

2.6— 3,9

2.6— 3,2

8,81

Graphit . . . Grobkohle. . . Gummi (roh) .

„ Fabrikate Guttapercha. . Harz ....

19,33 19,25 19,35 3,4—4,3 2,51—3,05 1,9—2,3 1,2-1,5 0,92—0,96

lufttrocken 0,53—0,81 0,58—0,85 0,51-0,77 0,61—0,73 0,91—1,16

1,26

0,69—0,89

Eiche,

Erle,

Fichte,

Hickory,

Kiefer,

Kirschbaum, „

Lärche,

Holzkohle v.    Nadelholz 0,28—0,44

„    „ Laubholz

ff

Hornblende Kadmium.

Kalk, gebrannt....    2,3—3,2

„ gelöscht ....    1,3-1,4

Kalkmörtel, frisch...    18

„ trocken . .    15

Kalzium . Kanonengul Kaolin. .

io "bi "bi Vi

Kautschuk, roh....    0. .'—0,96

KieS, naß......

„ trocken. ....

Kieselerde......

Kieselsäure in Kristallen „    „    Pulver .

Kreide.....

Kunstsandstein. . .

Deltametall . . Diamant . . . Dolomit . . .

Eis

Eisen, chem. rein „ gegossen.

„ geschmiedet „ Draht . Elfenbein. . .

Erde, fett itnb frisch ,,    „    „ trocken

„ mager „ Feldspat . . .

Fett.....

Feuerstein. . . Flußeiseil. . . Flußspat . . . Flußstahl. . . Galmei.... Gips,, gebrannt „ gegossen. Glas .... Glimmer . . . Glockengut . . Gold, gediegen.

„ gegossen.

„ gehämmert Granat. . . . Granit....

Hölzer: Ahorn,

Akazie,

Birke, Birnbaum, „ Buchsbauru, „ Ebenholz,

Esche,

lufttrocken 0,69—1,03 0,42—0,68 0,35-0,60 0,60-0,90 0,31—0,76 0,76—0,84 0,47—0,56 0,32—0,59 0,60—0,81 0,39—0,59 0,83—0,85 0,68—0,90

0,58

0,66—0,83

0,71—1,07

0,37—0,75

0,56—0,82

0,49—0,59

0,62—0,82

0,57 3,0 8,6 v 'I t.7 -> J

2.6

.1 ■>

1,7—2,0 8,51 2,17 1,07

.    3,9-4,0

. 1,8-2,6 2,03

1,67-2,2

3,0

Neusilber Nickel . Opal . Papier. Paraffin

0,85-2,7 8,6—9,1

8.42— 8,72 8,52-8,62

8.43— 8,73 8,4—8,7 8,9—9,2

2,2

Pech

0,7—1,15

0,87—0,91

1,07

1,82

2,18

2,34

8,8

21,15

21,3

2,6-2,9

Pottasche......

Preßkohle......

Quarz.......

„ Mühlsteine . . Roheisen, weißes. . .

8,8

8.9— 9,0

8.9— 8,95 8,8—8,9

7,1

2,8-3,0

0,86

Salpeter......

Sand, grober .

„ sein und trocken „    „ „ feucht.

Leim . . Magnesit. Magnesium Magneterz Magnetkies Malachit . Mangan . Marmor .

Mauerwerk.....

Mennige......

Messing, gegossen. . . „ gewalzt. . . ., gezogen. . .

Phosphor, weißer . . „ roter. . .

„ kristallisiert Phosphorbronze . . . Platin, gegossen . . . „ gewalzt . . .

Porphyr......

Porzellan, Berliner. . • „ chinesisches

Roheisen, graues Roteisenstein . Salmiak . . .

Sandstein.....

Schamotte.....

Schiefer......

Schlacke vom Hochofen

Schmirgel.....

Schnee.......

Schwefel, gediegen . . „ kristallisiert . „ amorph. . .

Schwerspat.....

Schweißstahl . . . .

Serpentin.....

Silber, gegossen . . . „ gehämmert . .

Smaragd......

Soda, kalziniert . . .

„ kristallisiert . . Spateisenstein . . . .

Speckstein......

Stahl.......

Steinkohle.....

Steinsalz......

Strontianit.....

Strontium.....

Syenit.......

Talg.......

Talk.......

Ton........

Tonschiefer.....

Topas .......

Torf.......

Traß, gemahlen . . .

Tuffstein......

Turmalin.....

Wachs.......

Weißmetall.....

6,6—7,3

4.5— 4,9

1.5— 1,6 1,95—2,05

1,4

1,02

1,4-1,6 1,9-2,0 2,2—2,5

1,85

1,52

1,27

2,65—2,70

2,5-3,25

4,0

1,74

4,9-5,2 4,5—4,6 3,7-4,1 7,2-8,03

0,125

2,07

1,96

1,93

4,5

72

7,86

2,06

10,45

10,5—10,6

2,7

2,5

1,45

3,8

2,7

7,86

1.35

2.35

3,7

2,5

2,7

0,91

2,7

1,8-2,6

GO IO

0,6—0,8

0,5—0,7 2,5-2,8

1,25

7,6—7,7

7,1

Wismut, gegossen „ gediegen

9,82

9,78

Wolfram.... Zement, lose . .

„ erhärtet . Ziegel, gewöhnliche „ Klinker .

17,5

1,85

. 2,7—3,0 . 1,4-2,2 . 1,5—2,3

Zink, gegossen gewalzt Zinn, gegossen „ gewalzt Zinnober. . Zucker . . .

H-i _QO ^1 ^—1 Ci

"ci "oo "h-i lo oo h- CO

00

B. Von flüssigen Körper n.

er

Alkohol

Benzin

Benzol

Bier

Eiiveiß

Glyzerin

Kienöl

bei 0 Grad C. 0,736 „ 15 „    0,793

„ 15 „ „ 0,7

„    .. 0,9

1,02

„ 15

.. 1,04

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Nachdem wir vorstehend das Nötigste über das Messen und Wiegen, sowie über die Größenbestinunungen von Flächen und Körpern mitgeteilt haben, können wir nun dem Zeichnen und der Ausführung von Zeichnungen unsere Auf-merksamkeit zuwenden. Freilich sind auch hierzu noch gewisse Vorkenntnisse nötig, die in der Geometrie gelehrt werden und in der Hauptsache darin bestehen, daß man mit der einfachen Aufzeichnung gerader Linien, Winkel, Dreiecke und ihrer Konstruktion usw. Bescheid wissen muß, wenn man eine technische Zeichnung herstellen will. Es würde nun zu weit führen, wollte man hier diese einfachen Konstrnktionsregeln aus der Geometrie wiederholen. Ich glaube annehmen zu dürfen, daß die meisten auf der Volksschule diesen Vorunterricht genossen haben. Ist das nicht der Fall, dann kaufe man sich ein Lehrbuch über Geometrie, um aus ihm diese Regeln zu erlernen. —

Die technische Zeichnung ist das wichtigste Bindeglied zwischen dem technischen Bureau und der Werkstatt. Durch sie übermittelt der Konstrukteur seine Gedanken den Männern der Praxis, die nach der Zeichnung das Werk ausführen sollen. Sie stellt das internationale Ausdrucksmittel von Gedanken dar, die sich in Wort und Schrift allein nicht anschaulich wiedergeben lassen, und es ist unbedingt nötig, daß jeder Maschinenbauer den Sinn einer technischen Zeichnung richtig versteht. Um dies zu können, niuß er wissen, wie eine technische Zeichnung zustande kommt, und muß sich vor allen Dingen selbst darin üben, Gegenstände, wie sie ihin in der Praxis in die Hände kommen, aufzuzeichnen.

Wenn es imn auch ganz unmöglich ist, hier in allen Einzelheiten die Kunst zu lehren, eine richtige technische Zeichnung zu entwerfen, so kann man aber doch eine kurze und klare Anleitung darüber geben, von welchen Gesichtspunkten aus technische Zeichnungen entworfen werden und wie man aus ihnen den dargestellten Gegenstand richtig erkennt.

Es ist grundfalsch, die Werkstattzeichnung als Bild zu behandeln, dessen schöner Eindruck auf den Beschauer die Hauptsache ist. Hauptsache ist bei jeder technischen Zeichnung zunächst die Richtigkeit der eingeschriebenen Maße und der streng sachlichen klaren Darstellung des in ihr verkörperten Gegenstandes. Farbige Ausführung ist nur soweit angebracht, als sie zur Erklärung des Materials und der Beschaffenheit der Körper erläuternb wirkt. Außerdem muß sie aber alle Einzelheiten und Angaben enthalten, die zur Ausführung des Gegenstandes nötig sind.

2.

Die Projektionen.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß nicht nur Laien, sondern auch angehende Maschinenballer den auf einer technischen Zeichnung dargestellten Gegenstand oft gar nicht oder doch nur mangelhaft in seiner richtigen Gestalt erkennen können. Der Grund dieser Unklarheit ist darin zu suchen, daß der Gegenstand auf der Zeichnung nicht körperlich, sondern flach — als Planzeichnung — dargestellt ist. Wir sind im gewöhnlichen Leben daran gewöhnt, jeden Gegenstand körperlich, also in Perspektive zu sehen. Dieses körperliche Bild prägt sich nun unserem Gedächtnis eitt, und weil man nun immer das körperliche Bild im Geiste vor Augen hat, füllt es schwer, in einer Ansicht den Gegenstand aus der Zeichnung sofort wieder zu erkennen. Das Auge muß also erst eine gewisse Fähigkeit erhalten, im Geiste den körperlichen Gegenstand in das plan gezeichnete Bild zu übertragen und umgekehrt.

Wie bekannt, hat jeder Körper drei Raumgrößen, Länge, Breite und Höhe (oder Tiefe). Voll diesen Naumgrößen sehen wir im körperlichen Bild meist alle drei, in der Planzeichnung aber stets nur zwei. Je ilachdem man nun einen Gegenstand von einer bestimmten Seite ansieht, sieht man stets nur zwei seiner Raumgrößen. Da mcm nun aber in der körperlichen Darstellung meist nur eine einzige Fläche in ihren richtigen geometrischen Verhältnissen sieht lind alle zurückliegenden Kanten und Flächen verkürzt erscheinen, also kleiner, als es dem richtigen geometrischen Verhältnis entspricht, so eignet sich die perspektivische Darstellung für die Praxis als Werkstattzeichnung nicht. Auf ihr müssen alle Teile des dargestellten Gegenstandes in dem richtigen geometrischen Verhältnis erscheinen, in dem sie sich um die Mittellinie:! gruppieren, um den Gegenstand diesen Verhältnissen entsprechend richtig auf das Material übertragen zu können.

Da nun aber in der Planzeichnung immer nur zwei Raumgrößen des

Körpers dargestellt werden können, so wird man, um alle Verhältnisse desselben darzustellen, mit einer Darstellung nicht auskommen, sondern mehrere brauchen, je nachdem der Körper einfacher oder komplizierter Natur ist.

Entsprechend den drei Raumgrößen (Würfel) ist jeder Körper von mindestens 6 Hauptflächen begrenzt. Ist der Körper symmetrisch, d. h. gruppieren sich seine Abmessungen nach beiden Seiten hin um die Mittelachse ganz gleich, so wird man mit 2—3 Ansichten bei seiner Darstellung als Planzeichnung auskommen, während bei komplizierten und unsyinmetrischen Gegenständen auch 4—6 Ansichten zu seiner Darstellung nötig werden.

Sind in dem Körper auch noch Hohlräume vorhanden, oder in seinem Innern andere Teile untergebracht, so müssen durch die Mittelachsen soviel Längs- und Querschnitte gelegt werden, als zur Darstellung dieser Partien nötig ist. Es lassen sich hierüber keine Regeln aufstellen, und bleibt es immer dem Ermessen des Konstrukteurs überlassen, Zahl und Anordnung der An-sichten und Schnitte auf der Zeichnung so zu wählen, daß nicht zu viel, aber auch nicht zu wenig auf der Zeichnung dargestellt wird. Zu viel verwirrt, zu wenig erschwert die Arbeit; die goldene Mittelstraße bleibt allein das Richtige. —

Man versteht nun unter Ansichten die lineare, flache Darstellung eines Körpers von irgendeiner Seite aus gesehen. Dementsprechend unterscheidet man Vorder- und Seitenansichten, Ansichten von oben (Grundriß) und von unten, Rücken- oder Hinteransichten. Meist werden drei einfache, rechtwinklig zueinander angeordnete Ansichten zur Darstellung genügen, und wird die Aufzeichnung so durchgeführt, daß in den Ansichten möglichst viele oder alle Abmessungen des dargestellten Körpers unverkürzt zur Aufzeichnung kommen.

Wie sich nun jede Maschine in ihrer Anordnung um bestimmte Mittelachsen gruppiert, so bilden auch für ihre Teile die Mittellinien die Ausgangspunkte für ihre Konstruktion. Man hat auch bei der Auszeichnung der Teile stets von den Mittellinien auszugehen und muß sich daran gewöhnen, im Auge zu behalten, daß diese Hauptmittellinien stets gleichlaufend (parallel) oder senkrecht zu den sogenannten Projektionsebenen stehen, auf die man die Ansichten übertragen will. Man denkt sich mithin den Körper in die Lage gebracht, welche diese Forderung erfüllt.

Genau dasselbe Verfahren ist in der Praxis beim Anreißen oder Vorzeichnen der Werkstücke im Gebrauch. Hier werden auf dem rohen Guß- oder Schmiedekörper auch zuerst die Mittel fixiert und die Mittellinien angerissen und von ihnen aus die Teilmaße, so wie sie in die Zeichnung eingeschrieben sind, auf den Körper übertragen. Das Anreißen bildet gewissermaßen das umgekehrte Verfahren der Übertragung der unkörperlichen Zeichnung zurück in das Körperliche.

Wir wollen in Fig. 1 versuchen, den Vorgang der geistigen Übertragung eines Gegenstandes aus dem Körperlichen in die Planzeichnung in bezug auf seine drei Hauptansichten zu erläutern. Wir sehen in der Abbildung drei

Flächen A, B, C, ine int rechten Winkel so zueinander aufgestellt sind, daß die Fläche A und B die senkrecht stehende Rück- und Seitenwand der Grundfläche C bilden. Frei in dem von den drei Flächen gebildeten Raume schwebend sehen wir die körperliche Darstellung eines ' kleinen Lagerböckchens, dessen Gestalt jeder so-fortausderDar-stellung richtig erkennt. Will man nun dieses Böckcheir flach gezeichnet darstellen, so werden, bei seiner symmetrischen ■ Form, drei Ansichten (Aufriß,

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Fig. 1.

Seitenansicht und Grundriß)

genügen, um es in allen seinen Abmessungen darzustellen. Hierbei wird die Haupt- oder Vorderansicht immer so gewählt, daß darin der Hauptzweck des Gegenstandes zunt Ausdruck kommt.

Die drei Angen AIII, BI, C1I zeigen die Stellung des Beschauers an, die er einnimmt, wenn er den Gegenstand von vorn (BI), von der Seite (AIII) und von oben (CII) sieht. Sieht man den Gegenstand als Vorderansicht in der Richtung des Pfeiles BI von vorn an, so hat man sich zu denken, daß alle vom Auge des Beschauers ausgehenden Sehstrahlen bezw. das flache Bild des Lagerböckchens auf die Rückwand B fallen und hier das Bild der Vorderansicht des Lagers entsteht. Nach demselben Vorgang entsteht von AIII aus gesehen die Seitenansicht auf der Seitenwaud A und der Grundriß auf der Grundfläche C von CII aus gesehen.

Die Gruppierung der Ansichten auf der Zeichnung erfolgt nach einer bestimmten Regel und zwar so, daß die Ansichten möglichst in natürlicher, projektionsmäßiger Anordnung neben- und untereinander aufgezeichnet werden. Hierbei zeichnet man die Mittellinien als Projektionslinien durch, so daß sie die Ansichten und Schnitte, soweit dies möglich ist, unter sich verbinden. Denkt man sich in Fig. 1 die drei Flächen A, B, 6 so umgeklappt, daß sie alle in einer Ebene liegen, so haben wir eine regelrechte Projektionszeichnung des Lagerböckchens (Fig. 2). Bei dem Aufklappen der Flächen ergibt sich, daß die von rechts gesehene Seitenansicht A links neben die Vorderansicht B auf der

Zeichnung zu stehen kommt, während der von oben gesehene Grundriß C unter die Vorderansicht gezeichnet werden muß. Wurde man den Lagerkörper noch von links gesehen darzustellen haben, so würde die Ansicht auf der

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Zeichnung rechts neben die Vorderansicht ⁵ zu stehen kommen, während eine Ansicht von unten gesehen über die Vorderansicht gezeichnet werden müßte.

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Es ist von Wichtigkeit, daß jeder, welcher eine technische Zeichnung benutzt, auch weiß, wie sie in ihren Ansichten gemeint ist und da die Anwendung der Ansichten    auf    den Zeichnungen    jetzt

allgemein    nach    diesen Regeln    erfolgt,

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so hat man sich diese einzuprägen und zu merken:

Ansicht von rechts steht links neben dem Aufriß,

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Wir haben also gesehen, daß die Ansichten auf der Zeichnung dadurch entstehen, daß man den Gegenstand seinen Baumaßen nach aus dem Körperlichen oder Räumlichen in die Ebene überträgt oder projiziert, und nennt man diesen Vorgang wissenschaftlich Projektion.

Es gibt nun verschiedene Methoden der Projektion, von denen wir die einfache rechtwinklige Projektion oder darstellende Geometrie einer kurzen Betrachtung unterziehen müssen, weil sie die Grundlage des technischen Zeichnens bildet. Während man mit Hilfe der perspektivischen Projektion ein einheitliches körperliches Bild erhält, ist dies mit der darstellender: Geometrie in einer Ansicht nicht möglich, und muß man deshalb den darzustellenden Gegenstand in mehreren Ansichten aufzeichnen. Es kann dann nur durch Vergleichung der verschiedenen Ansichten und Schnitte ein Gesamtbild des dargestellten Gegenstandes aus einer rechtwinkligen Projektionszeichnung gewonnen werden. Einige einfache Beispiele werden genügen, diesen Vorgang der Projektion zu erklären.

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In Fig. 3 ist die perspektivische Ansicht eines Zylinders dargestellt, der analog dem in Fig. 1 dargestellten Lagerböckchen in drei Ansichten — Aufriß, Seitenansicht und Grundriß — nach den Regeln der Projektionslehre aufgezeichnet werden soll. Die Richtungen, in welchen diese 3 Ansichten zu nehmen sind, werden durch die Pfeile 1, II und III angegeben und zwar bezeichnet I die Richtung für den Aufriß, II für den Grundriß, III für die Seitenansicht. Durch Projektion auf die Zeichnung übertragen, erscheint der Zylinder

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in Aufriß und Seitenansicht als einfaches Rechteck, im Grundriß als Kreis, entsprechend dem Querschnitt des Zylinders. Beide Rechtecke im Aufriß und Seitenansicht sind in ihren Abmessungen vollständig gleich, denn sie bilden sich beide aus dem Längenmaß und Durchmesser des Zylinders; in Wirklichkeit sind aber doch beide Ansichten verschieden, wie man aus der Bezifferung der in Fig. 3 eingezeichneten Hilfslinien unschwer erkennt. Um dies aber noch deutlicher zu machen, ist in Fig. 4 der Zylinder nach den Regeln der Projektion als Zeichnung in den genannten 3 Ansichten dargestellt. Der Grundrißkreis ist in 8 gleiche Teile eingeteilt, und werden durch die 8 Teilpunkte senkrecht nach oben Hilfslinien in den Aufriß I gezogen. Die beiden äußeren Hilfslinien 1 und 5 fallen mit den Umrißlinien des Aufrisses zu-sammen, mithin erscheinen sie als Begrenzungslinien in der Zeichnung kräftig ausgezogen. Die Teilpunkte 2 und 4 liegen auf der vorderen,

6 und 8 auf der hinteren, dem Beschauer abgekehrten Mantelfläche des Zylinders. Teilpunkt 3 und 7 liegen in der Mitte und fallen infolgedessen mit der Mittelachse des Zylinders zusammen.

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Fig. 4.

Will man nun die richtige Anschauung der Seitenansicht in Richtung des Pfeiles III gewinnen, so brauchen wir nur einen Blick auf Fig. 3 zu werfen, um zu erkennen, daß die Hilfslinien 1 und 5, welche im Aufriß I die seitlichen Begrenzungslinien der Ansicht bilden, in der Seitenansicht in der Mitte liegen, also mit der Mittelachse der Seitenansicht zusammenfallen, während hier die äußeren Begrenzungslinien durch die Hilfslinien 3 und 7 gebildet werden, wie das ja auch in der Seitenansicht aus Fig. 4 zu erkennen ist. Die Hilfslinien 4 und 6 liegen in der Seitenansicht auf der vorderen, 2 und 8 auf der hinteren Mantelfläche des Zylinders. Es erscheint also in der Seitenansicht der Zylinder aus dem Aufriß um ]/₄ Drehung von rechts nach links umgeklappt, so daß er dann links neben dem Aufriß stehend die von rechts gesehene Seitenansicht desselben bildet.

Dieser Vorgang wird nun zeichnerisch in folgender Weise nach Fig. 4 ausgeführt: Man zieht von den 8 Teilpunkten des Grundriß-Kreises wagerechte Hilfslinien in Richtung des Pfeiles III von rechts nach links und an sie anschließend fünf ¹/i Kreise, durch welche die Hilfslinien aus dem Grundriß in die Seitenansicht nach oben links übertragen werden, indem man sie nach oben durch senkrechte Hilfslinien verlängert. In gleicher Weise wird von der oberen Begrenzungslinie des Zylinders im Aufriß eine wagerechte Hilfslinie von rechts nach links in die Seitenansicht gezogen. Wo nun die von unten nach oben gezogenen senkrechten Verlängerungslinien der Hilfskreise die aus dem Aufriß in die Seitenansicht gezogene wagerechte obere Begrenzungs-liiite schneiden, liegen die den Hilfslinien entsprechenden Teilpunkte, wie sie durch die eingeschriebene Bezifferung kenntlich, gemacht sind. Aus diesen Bezeichnungen ist klar ersichtlich, daß es ganz andere Partien des Zylinders sind, die wir in der Seitenansicht zu sehen bekonunen, als die, welche im Aufriß dargestellt sind.

Wenn die auf der Zeichnung dargestellten Körper mit ihrer Mittellinie gleichlaufend oder senkrecht zu den Ansichtsflächen gerichtet sind, erhalt man

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Fig- 5.

in jeder Ansicht ein unverkürztes geometrisch richtiges Bild des Körpers. Dies ist aber nicht der Fall, sobald sich einer der darzustellenden Körper oder einer seiner Teile in geneigter Lage zu einer der drei Bildebenen befindet. Dieser geneigte Körper erscheint dann in der Regel nur in einem der rechtwinkligen Projektionsbilder in seinen richtigen Abmessungen, in den anderen Ansichten aber verkürzt, also nicht seinen wirklichen Maßverhältnissen entsprechend. Da aber nach den Maschinenzeichnungen gearbeitet werden soll, so haben auf ihnen verkürzt gezeichnete Teile ihren Zweck verfehlt, denn man kann aus ihnen die geometrischen Verhältnisse nicht richtig ersehen und muß sie da, wo ihre Darstellung nicht zu umgehen ist, durch entsprechende Teilansichten in ihren richtigen geometrischen Verhältnissen darstellen.

Wir haben in Fig. 5 ein einfaches Beispiel für diesen Fall aufgenommen. Hier ist im Aufriß ein sechskantiges Prisma schräg an ein dreikantiges gelehnt und ist außerdem noch ein kleines vierseitiges Prisma daneben gestellt. Letzteres und das dreiseitige Prisma liegen senkrecht und parallel zu den Bildebenen und erscheinen deshalb in allen drei dargestellten Ansichten in ihren richtigen geometrischen Verhältnissen. Das sechsseitige Prisma dagegen liegt wohl parallel zur Aufrißebene, ist aber gegen die Grundrißebenen unter 30° geneigt und mithin auch geneigt gegen die Bildebene der Seitenansicht, so daß das Prisma in diesen beiden Ansichten verkürzt erscheinen muß. Um nun diese verkürzten Flächen in der Zeichnung der Verkürzung entsprechend darzustellen, muß man im Grundriß auf der Mittelachse des sechskantigen Prismas ein Hilfssechseck (links) zeichnen, welches in seiner Begrenzung dem richtigen Querschnitt des Prismas entspricht, und zieht von den sechs Eckpunkten Hilfslinien von links nach rechts in den Grundriß. In gleicher Weise konstruiert man im Aufriß ein halbes Sechseck über der oberen Kante des Prismas und genügt in diesem Fall deshalb das halbe Sechseck, weil die von den Ecken aus gezogenen und mit dem Prismamittel gleichlaufenden Hilfslinien paarweise zusammenfallen, und zwar 1 mit 6, 2 mit 5, 3 mit 4. Zieht man nun von diesen Punkten 1—6 im Aufriß senkrechte Hilfslinien in den Grundriß, bis sie sich mit den aus

betn Sechseck links tut Grundriß nach rechts gezogenen horizontalen Hilfslinien schneiden, so erhält man in den Schnittpunkten der mit gleichen Ziffern bezeichneten Linien je einen Punkt der verkürzten Sechskantflächen des geneigten Prismas, die man dann durch Linien verbindet, so daß sie, wie Fig. 5 zeigt, den Grundriß des Prismas in seiner Verkürzung bilden. In gleicher Weise wird das Bild der Seitenansicht konstruiert, und geben die in die Hilfslinien eingezeichneten Pfeilspitzen die Richtung an, in welcher die Projektion erfolgt, während die mit I, II, III bezeichneten Pfeile die Richtung angeben, in welcher je eine der drei Ansichten gesehen ist.

5.

Die Setmitte*

Me Schnittzeichnungen spielen int Maschinenbau eine wichtige Rolle, denn durch die Schnitte werden die innern Teile eines Maschinenteils veranschaulicht, auf deren Konstruktion oft mehr ankommt, als auf die äußere Form des Gegenstandes. Wir werden weiter hinten noch genügend oft Gelegenheit haben, Gegenstände im Schnitt darzustellen, und beschränken uns deshalb hier nltr auf das, was über die Schnitte in der Projektionslehre zu sagen ist, die sich nur mit einfachen, rein geometrischen Körpern beschäftigt.

Bei den geometrischen prismatischen Körpern sind die Schnitte, wenn sie rechtwinklig zur Mittelachse erfolgen, sehr einfach, und man erhält dann einen Querschnitt des Prismas, der in seiner Form der Grundfläche des durchschnittenen Prismas entspricht und als seine Querschnittsfläche bezeichnet wird. Schneidet man aber einen Körper gleichlaufend mit der Längsachse, so erhält man einen Längsschnitt, der in der Regel durch die Mittelachse selbst gelegt wird, und hat derselbe bei allen Prismen stets die Form eines Parallelogramms.

Wenn man aber ein Prisma schräg zu seiner Längsachse schneidet, so erhält man eine andere Schnittform, und bildet dieselbe z. B. bei dem in Fig. 6 schräg unter 45° zu seiner Längsachse III durchschnittenen Zy-linder eine Ellipse, deren Hälfte gleich an |f die Schnittlinie konstruiert ist. Sie ist in folgender Weise gefunden worden:

Man zeichnet zunächst auf die Bild- J ebene XX den Aufriß des schräg durch- y schnittenen Zylinders, der mit seiner recht- V \ \ winkligen Grundfläche auf XX steht. Alsdann zeichnet man unter dem Aufriß den Umfangskreis des Zylinders als Grundriß und liegt der Mittelpunkt desselben natürlich auf der in den Grundriß hinab verlängerten

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Fig. 6.

Mittelachse I II. Nun teilt man den Grnndrißumfang in 12 gleiche Teile und zieht hinauf in den Aufriß von den einzelnen Teilpunkten Hilfslinien, gleichlaufend mit der Mittelachse, bis sie die Linie, welche die schräge Schnittfläche des Zylinders darstellt, schneidet. Diese Schnittpunkte bezeichnet man, entsprechend den Ausgangspunkten der Hilfslinien int Grundriß, mit den gleichen Ziffern 1—12, und konstruiert an den höchsten Schnittpunkt 6 im Aufriß einen a/₄ Hilfskreis vom Durchmesser des Zylinders, den man in drei gleiche Teile teilt, und zieht von den Schnittpunkten gleichlaufend mit der Richtung der Schnittfläche (also unter 45°) Hilfslinien schräg nach unten links. Hierauf zieht man von den Schnittpunkten 6—12 an der schrägen Schnittlinie und senkrecht zu ihr Hilfslinien nach oben, welche die von dem Hilfskreis (rechts oben) aus gezogenen Hilfslinien in gewissen durch gleiche Ziffern bezeichneten Punkten schneiden, die dann die Umgrenzungslinie der gesuchten Schnittfläche — eine regelrechte Ellipse bilden.

Überträgt man nun die Schnittfläche in die Seitenansicht (links von rechts gesehen), so erscheint sie verkürzt, ebenfalls in Form einer Ellipse, deren Konstruktion durch die aus dem Aufriß nach links und aus dem Grundriß nach oben in die Seitenansicht gezogenen Hilfslinien 1—12 klar wird.

Beim Kegel sind 4 verschiedene Schnittflächenformen möglich. Wird er senkrecht zur Mittelachse geschnitten, so ist der Querschnitt eine regelrechte Kreisfläche. Schneidet man ihn schräg zur Mittelachse, so zeigt die Schnitt-

fläche die Form einer Ellipse. Legt man aber, wie in Fig. 7 dargestellt, einen Schnitt gleich-₆ laufend zu seiner Konizität AB oder B C, mL so bildet die Schnittfläche in ihrer gebogenen pF"* Umfangslinie eine Parabel. Dieselbe wird durch Projektion in folgender Weise gefunden:

Man teilt die Höhe des Kegelabschnittes ADE in gleiche Teile (in unserer Fig. 7 sind acht Teile angenommen) und zieht durch die Teilpunkte gleichlaufend zur Grundlinie A E Hilfslinien, welche den Kegelabschnitt feiner Höhe nach in acht Teile zerlegen. Von den Teilpunkten an der Konizitätslinie AD zieht man nun senkrechte Hilfslinien hinab in den Grundriß und zieht vom Kegelmittelpunkt aus Hilfskreise an diese Hilfslinien. Zieht man nun auch von den Teilpunkten 1—9 der Schnittfläche DE senkrechte Hilfslinien in den Grundriß hinab, so daß dieselben die Hilfskreise im Grundriß schneiden, so erhält man in den Schnittpunkten der Hilfslinien mit den gleichbezifferten Hilfskreisen die Projektionspunkte der Parabelsläche, die im Grundriß infolge ihrer schrägen Lage zur Bildebene X X verkürzt erscheint.

Will man aber das richtige geometrische Bild der Parabelfläche gewinnen, so verfährt man in folgender Weise :

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Fig. 7.

Es werden von den Teilpunkten 1—9 der Schnittfläche DE und senkrecht zu ihr Hilfslinien gezogen und in genügend weitem Abstand gleichlaufend zu D E die Mittellinie R 8 für die zu konstruierende Parabelfläche, welche die neun gezogenen Hilfslinien senkrecht durchschneidet. Nun haben wir burcft die Projektion der Parabelfläche in den Grundriß bereits die richtigen Größenverhältnisse für die durch die Hilfslinien bedingten Abschnitte der Parabelfläche gewonnen, die ihrer Breite nach dem geometrischen Verhältnis entsprechen, in ihrer Höhe aber verkürzt erscheinen. Wir brauchen also die Längen 2—2 bis 9—9 aus dem Grundriß nur von der Mittellinie RS aus auf den gleichbezeichneten, schräg nach oben gezogenen Hilfslinien aufzutragen und gewinnen so auf jeder Hilfslinie zwei Punkte der Umgrenzungsparabel, die ausgezeichnet die richtige, in Fig. 7 schraffiert dargestellte Parabelfläche ergeben.

Schneidet man einen Kegel parallel zu seiner Mittelachse, also senkrecht zur Bildebenen, so erhält man als Schnittfläche eine Hyperbel. Das Konstruktionsverfahren, um diese zu erhalten, ist im allgemeinen dasselbe, wie in Fig 7 dargestellt, und wird es gut sein, wenn der Leser zur Übung diese Konstruktion selbst ausführt.

Die Durchdringungen.

Durchdringungen kommen im Maschinenbau sehr oft vor, und da dieselben auch zeichnerisch dargestellt werden müssen, so ist es nötig, auch von ihnen und ihrer Darstellung in der Zeichnung das Wichtigste mitzuteilen.

Durchdringungen entstehen überall da, wo ein Körper in oder durch einen Körper gesteckt erscheint. So bildet jeder Rohrabzweig oder eine Nohrkreuzung eine Durchdringung, und eine senkrecht oder schräg zur Mittelachse durch einen Maschinenteil geführte Schraube oder Stange bildet ebenfalls eine Durchdringung. Es ist nun von Wichtigkeit, die Kurven kennen und darstellen zu lernen, welche entstehen, wenn sich Körper von runder oder eckiger Querschnittsform gegenseitig durchschneiden, denn sie müssen unter Umständen in ihren richtigen Verhältnissen auf die Teile übertragen werden.

Nehmen wir z. B. an, es sind zwei sich schiefwinklig kreuzende weite Rohre aus Blech anzufertigen, so muß man den richtig zugeschnittenen Mantel der Rohrstutzen aus Blech vorschneiden und kann die Maße für diesen Zuschnitt nur durch die Projektion gewinnen. Andererseits muß aber das Blech des Hauptrohres an den richtigen Stellen entsprechende Ausschnitte erhalten, die genau zu den Stutzenenden passen, und sind die Maße für die in das Blech zu schneidenden Löcher ebenfalls nur durch Projektion zu finden. Dieser spezielle Fall ist in Fig. 10 und 11 näher durchkonstruiert.

Als einfaches Beispiel für die Durchdringungen haben wir in Fig. 8 einen großen Zylinder G dargestellt, welcher zwei Stutzen a und b erhält, von

denen a quadratischen, b kreisrunden Querschnitt hat. Die Durchdringungen sind in diesem Falle sehr einfacher Art und kennzeichnen sich im Aufriß für

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Fig- 8.

den Stutzen a in einer geraden Linie, die etwas in den Zylindermantel C einspringt, während für den zylindrischen Stutzen b die Durchdringungslinie in der Seitenansicht als eine flach gebogene Kurve erscheint, die man ganz genau konstruieren kann, wenn man den Umfang des runden Stutzens in acht bis zwölf gleiche Teile teilt, in Aufriß und Grundriß die entsprechenden Hilfskreise und Hilfslinien in die Seitenansicht zieht, wie wir das in früheren Beispielen gezeigt haben, und bietet auch diese Aufgabe Gelegenheit, das bisher Gelernte durch eigene Kraft auszuführen.

Bei Rohrkreuzungen haben die sich kreuzenden Rohre in den meisten Fällen gleichgroßen Durchmesser, und erscheinen dann die Kreuzungslinien in

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den Ansichten der Projektionen nicht als Kurven, sondern als gerade Linien,

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\ wie das Beispiel Fig. 9 zeigt. Hier I ist ein gewöhnlicher schmiedeeiserner Kreuznippel dargestellt, wie er bei F schmiedeeisernen Rohrleitungen klei-jJ!l!||| nerer Durchmesser vielfach gebraucht wird. Wir haben ihn mit Absicht : über Eck auf die Bildebene XX ge-i    stellt aufgezeichnet, weil man in dieser

Fig. 9.

' J >/ ' Stellung in der Seitenansicht ebenfalls die Durchdringungslinie zu sehen bekommt.

Um die Durchdringungslinie im Aufriß zu finden, zieht man über die beiden sich kreuzenden Rohre Hilfskreise, teilt diese in sechs bezw. zwölf gleiche Teile und zieht in bekannter Weise gleichlaufend zu den Mittellinien der Rohre Hilfslinien. In den Schnittpunkten der gleichbezeichneten Hilfslinien erhält man nun die Punkte für die Durchdringungslinien, die verbunden zwei sich rechtwinklig kreuzende gerade Linien bilden. Da nun alle Punkte der wagrechten Durchdringungslinie E F auf einer Linie liegen, so müssen sie auch in der Seitenansicht, wie Figur zeigt, als gerade Linie erscheinen, während die beiden Rohrenden in der Projektion Ellipsen bilden, deren Gestalt (als verkürzte Kreise) mit Hilfe des in der Seitenansicht gezeichneten Hilfskreises gefunden wird, wie wir bereits weiter vorn mt verschiedenen Beispielen dargetan haben.

Wenn sich zwei gleichstarke Rohre schiefwinklig kreuzen, wie in Fig. 10 dargestellt ist, so erscheinen die Durchdringungslinien im Aufriß ebenfalls als zwei sich rechtwinklig kreuzende Linien b f, de, von denen aber die eine länger ist als die andere, während bei rechtwinkliger Kreuzung gleichweiter Rohre (Fig. 9) beide Durchdringungslinien gleich lang sind. Die Konstruktion der beiden Durchdringungslinien ist aus den in der Figur eingezeichneten Hilfslinien zu ersehen. In der Seitenansicht würde die Durchdringungslinie als Kurve erscheinen und empfiehlt es sich, dieses Beispiel durchzukonstruieren.

Praktischen Wert gewinnen die Durchdringungskonstruktionen mit Hilfe der Projektion durch die Möglichkeit, mit ihrer Hilfe die Linien zu bestimmen, nach denen, namentlich bei Blechkonstruktionen, die Bleche für die Durchdringungskörper zugeschnitten werden müssen.

Zu diesem Zwecke muß der Mantel dieser Körper zeichnerisch, also durch Konstruktion auf dem Papier, aufgewickelt werden, und durch die Übertragung der so gewonnenen Zeichnung auf das Blech erhalt man dann den richtigen Zuschnitt für dasselbe. Wir wollen als Beispiel für diese Arbeit den Mantel des Stutzens B in Fig. 10 L-ij», abwickeln, der im aufgerollten Zustande die in ^'L{W Fig. 11 gezeichnete Figur bildet. Man erhält dieselbe in folgender Weise:

Die Länge aa des Stutzenbleches erhält man, indem man den Durchmesser des Stutzens im Lichten zuzüglich der Blechstärke mit dem Wert 7i — 3,1415 multipliziert, und ist das Produkt gleich dem Umfang des Stutzens.

Dieses Maß trägt man ab und teilt es in zwölf gleiche Teile. In den zwölf Teilpunkten, mit 1 bis 12 bezeichnet, errichtet man senkrecht nach üben Hilfslinien und trägt auf sie die in der Projektionszeichnung Fig. 10 im Aufriß gewonnenen Längen der einzelnen Hilfslinien so ab, daß die mit gleichen Ziffern bezeichneten Linien dieselben Längen wie in Fig. 10 erhalten. Die Linie 1 — ab ist die Nahtkante und wird auf beiden Seitenkanten des Bleches gleichlang, während die Linie 7 — cd der kürzesten unteren Abmessung des Stutzens entspricht. ,

Durch Verbindung der auf den einzelnen Linien aufgetragenen Teilpunkte erhält man dann die Kurve, nach welcher das Blech für den Stutzen a zugeschnitten werden muß. Bei der praktischen Ausführung wäre dann auf einer Seite bei ab noch ein Zuschlag für die Überlappung des

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Bleches zuzugeben, desgleichen an der Ausschnittkante ein Streifen für den zu bördelnden Flansch, mit welchen: der Stutzen auf dem vertikalen Rohr aufgenietet werden müßte.

Diese einfachen Beispiele dürften genügen, um in vorkommenden Fällen die Durchdringungskurven zu finden, denn die Konstruktionsregeln sind stets dieselben. Ihre richtige Anwendung ist Sache der Übung und Erfahrung, und letztere kann sich jeder aneignen, wenn er eben fleißig übt.

5.

Die Herstellung technischer Zeichnungen.

Man kann die Kunst, eine richtige technische Zeichnung anzufertigen, nicht mit dürren Worten lehren; wir können hier nur die Regeln mitteilen, welche dabei zu beachten sind, und ist die Fertigkeit in der Ausführung dieser Arbeiten nur durch Übung zu erlangen.

Außer in der Richtigkeit der bildlichen Darstellung der Zeichnung liegt der Schwerpunkt in der absoluten Zuverlässigkeit und Richtigkeit der Maße. Es ist federn, der in der Praxis nach einer frisch aus dem Bureau kommenden Zeichnung arbeiten muß, zu empfehlen, vor Beginn der Arbeit die Maße durch Addieren auf ihre Nichtigkeit zu prüfen. Es muß dann die erhaltene Summe das Hauptmaß ergeben. — Ich will nicht behaupten, daß es oft vorkommt, daß falsche Maße in den Zeichnungen enthalten sind; die Erfahrung lehrt aber, daß es nicht selten vorkommt, wenn die Werkzeichnungen von jungen, unerfahrenen Kräften hergestellt und von der Oberleitung vor der Ausgabe nicht nochmals kontrolliert werden. Die Zeichnung ist ferner darauf zu prüfen, ob sie alle zur Ausführung nötigen Maße enthält, und muß man fehlende noch eintragen lassen.

Ferner merke sich jeder, der nach Zeichnung arbeitet, daß jedes direkte Abmessen von Maßen mit dem Zirkel oder mit dem Me'ermaß aus der Zeichnung für ihn verboten ist. Dieses Messen erfolgt meist sehr oberflächlich und ungenau, so daß es ungenaue Maße ergibt, die bei Differenz um nur einen Millimeter schon zu Unannehmlichkeiten führen können. Es können aber auch in einer Zeichnung die Maße richtig, die Zeichnung aber maßstäblich falsch sein, und ist dann die Verwirrung noch größer. Das Maß aluut ist die Nichtschnur und nach ihm wird gearbeitet.

Modelle für Gußstücke rnüssen bekanntlich nach Schwindmaß (siehe unter Gießerei) gecn 'eitet werden; d. h. der Tischler hat alle auf der Zeichnung stehenden Maße nach dem Schwindmaßstab zu übertragen. Die Zeichnungen selbst werden aber nach dem Normalmaßstab, also nicht nach Schwindmaß gezeichnet. Man zeichnet die Maschinenteile stets in den Maßen für den fertig bearbeitetem Zustand und schreibt auch die ihm entsprechenden Maße ein.

Es ist zwischen Haupt- und Teilmaßen zu unterscheiden. Die Haupt-maße schreibt man am besten stark und ausfallend ein, die Teilmaße kleiner und so, daß ihre Gesamtheit mit dem Hanptmaß leicht zu übersehen und zu vergleichen ist. Das ist aber nur dann möglich, wenn man alle Maße möglichst nach außen an den Umfang der dargestellten Ansicht oder eines Schnittes bringt, wie das in der Buntdrucktafel über eine ausgeführte Werkstattzeichnung zu ersehen ist. Es wird dann die Zeichnung selbst durch die eingeschriebenen Zahlen und Maßlinien nicht undeutlich, und man behält immer das klare Bild des dargestellten Gegenstandes vor Augen.

Während man nun viele Maschinenteile auf den Werkzeichnnngen in natürlicher Größe darstellt, so ist dies bei ganz großen Teilen, wie Fundamentrahmen, Zylindern, Gestelleil usw. oft nicht gut möglich, und muß dann die Zeichlmng in einem bestimmten handlichen Größenverhaltnisse dargestellt werden. Dementsprechend zeichnet man große Maschinenteile und Zusammenstellungszeichnungen für die Montage einer Maschine in ¹/₅ oder ¹/₁₀ der natürlichen Größe und sagt dann, die Zeichnung ist in einem Maßstab von 1 : 5 oder 1 : 10 dargestellt. In diesen verkleinerten Darstellungen von Zusammen-stellungen einer Maschine werden die Teilmaße der Maschinenteile in der Regel nicht eingeschrieben, sondern nur die Banmaße, soweit sie zur Montage nötig sind. Man soll sich überhaupt bei der Anfertigung der Zeichnungen stets nnr auf die Darstellung des unbedingt Notwendigen beschränken, denn jedes Zuviel wirkt störend, kostet Zeit und erschwert die Kontrolle.

Die Umrisse des gezeichneten Gegenstandes werden kräftig mit schwarzer Tusche ausgezogen, die Mittellinien mit blauer, die Maßlinien mit roter Zeichentinte. Bei Zeichnungen, die ganz in schwarzen Linien ausgeführt werden, zieht man die Mittellinien nicht so stark wie die Umgrenzungslinien und strichpunktiert (______) sie; die Maßlinien werden ganz fein gestrichelt

(----) eingezeichnet, zum Unterschiede von den stark gestrichelt ge

zeichneten unsichtbaren Konturen des dargestellten Gegenstandes.

Flächen eines Gußstückes und Schmiedestückes, die bearbeitet werden sollen, müssen bereits auf der Zeichnung kenntlich gemacht werden, und geschieht dies, indem man auf der Zeichnung die Flächen rot umrändert und außerdem noch daranf schreibt: „die rot bezeichneten Flächen sind für Bearbeitung um 3 mm zu verstärken."

Das Maß der Verstärkung richtet sich natürlich ganz nach dem betreffenben Gegenstand, Material und der Art seiner Herstellung. Es kann also auch mehr als 3 mm bei Gußstücken betragen, während man bei Schmiedestücken oft schon mit 2 mm auskommt.

Die Querschnittflächen werden auf den Werkstattzeichnungen in den allgemein üblichen Materialfarben angelegt, und haben wir eine Farbentafel beigegeben, aus welcher die Farbentöne für die am häufigsten vorkommenden Materialien zu ersehen sind. Dieselben werden, soweit sie nicht aus reinen Farben direkt zu erhalten sind, ans zwei Farben gemischt nach folgender Aufstellung:

Neutraltine, rein Preuß. Blau, rein Preuß. Blau u. Karmin Gummigutt und „

Gußeisen

Schmiedeeisen

Stahl

Kupfer

Rotguß

Messing

Blei

Mauerwerk

Holz

Leder

Wasser

Stein

„ rein verdünnt Schwarz Zinnober

Terra de Siena, rein Lichter Ocker, rein Blau und Gelb Karmin, rein

Material

Farbe

Mischung

Graublau Blau Violett Kupferrot Orange Gelb Grau Ziegelrot Rotbraun Gelbbraun Grün Kirschrot

Die Herstellung und Erhaltung der bunt ausgeführten Zeichnungen ist nun aber für jeden Betrieb sehr kostspielig, denn einerseits ist es nicht zu vermeiden, daß die Zeichnungen in der Werkstatt beschmutzt werden und Löcher bekommen, so daß ihre Erhaltung und Erneuerung in großen Betrieben einige Hilfskräfte beanspruchte. Man ist deshalb in den letzten 20 Jahren aus Sparsamkeitsrücksichten dazu übergegangeu, nicht mehr die buuten Originalzeichnungen in die Werkstatt zu geben, sondern man nimmt von jeder Originalzeichnung eine Kopie auf Pauspapier, mit deren Hilfe man dann nach dem Lichtkopierverfahren sogenannte Blaupausen herstellt, die dann in die Werkstatt gegeben werden und bei Verlust ohne große Kosten erneuert werden können.

Diese Blaupausen werden durch Lichtdruck sehr einfach hergestellt, indem man die Pauszeichnung in einem Rahmen auf präpariertes Papier legt und dem Sonnenlicht aussetzt. Mau erhält dann ein Negativbild der Pauszeichnung, auf welchem die schwarzen Linien und Schrift weiß erscheint auf dunkelblauem Grunde. Blau und rot ausgezogene Linien kopieren aber nicht, und muß deshalb die Pauszeichnung als sogenannte Schwarzzeichnung hergestellt werden, damit alle Linien kräftig weiß erscheinen. Da das Anlegen der Schnittflächen mit Farben ebenfalls Arbeitszeit in Anspruch nimmt und auf den Blaupausen gar nicht angebracht ist, so werden die Querschnitte in Strichmanier schwarz schraffiert, und zwar hat man für jedes Material eine bestimmte Schraffierung eingeführt, die wir auf der Materialtasel angegeben haben.

Aus der beigegebenen Buntdrucktafel, welche eine ausgeführte Werkstattzeichnung darstellt, ist auch die Anordnung der Schnitte bei einfachen Gegenständen zu ersehen. So ist bei der Pleuelstange im Aufriß der mittlere Querschnitt der Stange einfach in die Mitte gezeichnet, darunter Schnitt durch ein Ende der Stange mit den beiden Schlössern. Bei der Riemenscheibe ist der Querschnitt einfach unter den Aufriß gelegt, er könnte ebensogut links oder rechts stehen, und ist eine Seitenansicht der Scheibe nicht nötig, weil aus

Materialien=Tafel.

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ihr höchstens nur das Maß der Breite der Scheibe zu ersehen ist, die im Schnitt ebenfalls vorhanden ist. — Bei der Stopfbüchse ist der Längsschnitt die Hauptsache, deshalb kommt er in den Aufriß. Die äußere Konturenzeichnung der Stopfbüchse ist nebensächlich, weil bei ihr die innere Einrichtung die Hauptsache bildet. Außerdem sind alle äußeren Maße auch aus dem Längsschnitt zu ersehen, und ist deshalb die äußere Ansicht im Aufriß ebenfalls überflüssig. Der Grundriß dagegen ist nötig, um die Form des Büchsenflausches kennen zu lernen. —

Aus diesen Beispielen ersieht man schon, daß man sich bei der Darstellung immer nur auf das unbedingt Notwendige beschränkt, um Zeit und Papier zu sparen.

6,

Das Skizzieren.

Die Skizze ist das internationale Ausdrucksmittel der technischen Gedanken und im Verkehr der Fachleute unter sich unentbehrlich. Eine gute,, klar gezeichnete Skizze ist meist mehr wert als die längste gelehrte Auseinandersetzung. Sie ist im Verkehr zwischen dem Ingenieur und Meister oder Arbeiter unentbehrlich, und ein Ingenieur, welcher nicht die Fähigkeit besitzt, eine gute Skizze plan oder perspektivisch gezeichnet sofort zur Verständigung zu entwerfen, der soll sich sein Lehrgeld wiedergeben lassen.

Es gibt leider viele Techniker und auch Meister, welche ganz jämmerliche Skizzen zusammenstümpern, aus denen kein Mensch klug wird, und viele Fehler, die bei den Arbeiten in der Werkstatt vorkommen, sind auf Mißverständnisse durch falsch gezeichnete Skizzen zurückzuführen. Da nun jeder Gewerbetreibende vorwärts strebt und Monteur oder Meister werden möchte, so ist es sehr nötig, daß er sich beizeiten die Fertigkeit aneignet, eine gute und klare Skizze perspektivisch zu entwerfen.

Die perspektivisch gezeichnete Skizze bietet gegenüber der plan gezeichneten manche Vorteile. Zunächst erkennt aus ihr auch jeder Laie sofort den in ihr dargestellten Gegenstand, außerdem braucht man in Perspektive meist nur eine Skizze, in die man alle Maße einschreiben kann, während als Planzeichnung meist 2 oder 3 nötig sind, um alle Dimensionen des dargestellten Gegenstandes aufzuklären.

Man versteht unter einer Skizze eine Freihandzeichnung, die man entweder nach einem Gegenstand in natura abzeichnet oder aus dem Kopfe entwirft, um irgend einen Gedanken in einem kleinen Bilde wiederzugeben und festzuhalten oder anderen mitzuteilen, um sich an Hand dieser Skizze über irgend eine technische Frage zu verständigen.

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nach beut Prinzip der Perspektive, welche die Körper so darstellt, wie sie dem Auge erscheinen, also körperlich. Am meisten in Anwendung ist die erstere Methode, aber anschaulicher ist die letztere. Sie erfordert freilich fleißiges Üben im Freihandzeichnen nach der Natur, schult aber dafür das Augenmaß und den Geschmack und ist deshalb jedem, der in seinem Beruf ans Skizzen mit angewiesen ist, zur Aneignung zu empfehlen.

Das Zeichnen nach den Regeln der sogenannten Parallel-Perspektive ist nicht schwer zu erlernen, und .Jollen wir hier die wichtigsten Regeln dieses Verfahrens folgen lassen.

Fig- 12.

Wie schon die Bezeichnung Parallel-Perspektive sagt, besteht die Grundregel dieser Zeichenmethode darin, daß alle Begrenzungs- und Hilfslinien parallel oder gleichlaufend zu den drei Achsen gezogen werden, welche das Gerippe für den perspektivisch zu zeichnenden Gegenstand bilden. Analog den drei Raumgrößen Länge, Breite und Höhe braucht man auch drei Achsen, von bette.: je eine diesen 3 Raumgrößen entspricht. In Fig. 12 sind diese drei Achsen oder Richtungen angegeben, nach denen die Linien der Zeichnung verlaufen müssen und zwischen welche sich die zu zeichnende Figur gruppiert. Für die Hvhen-dimensionen gilt die Achse X, für die Längen Y und für die Breiten Z. Die Achse X ist rechtwinklig zu Y gerichtet, und Z bildet mit der Verlängerung von Y einen Winkel von 45°, mit X einen solchen von 90 —(— 45 = 135". Alle dr-i Achsen stoßen in dem Punkt 0 zusammen, welcher als Ausgangspunkt für die Zeichnung genommen wird.

Beim Zeichnen eines Körpers, z. B. eines Würfels, nach dieser Methode wird nach Fig. 13 in folgender Weise verfahren:

Zunächst trägt man von 0 aus im richtigen Verhältnis zur Größe des zu zeichnenden Würfels auf die Achsen X und Y die Kantenlängen ab = ad auf und zeichnet das regelrechte Quadrat aus, indem man von b gleichlaufend zu X und von d gleichlaufend zu Y Linien de und bc zieht, und bildet nun das Quadrat abcd die Hintere Fläche des zu zeichnenden Würfels. Nun wird das Tiefenmaß auf die Achse Z aufgetragen. Würde man nun auch hier die Würfelkante in der gleichen Länge a b oder a d auftragen, so erhielte man ein falsches Bild, weil die Tiefe des perspektivisch gesehenen Körpers deut Auge immer verkürzt erscheint. Mithin müssen die Kanten, welche tut Bild die Tiefe des Körpers wiedergeben, verkürzt erscheinen. Beim Zeichnen nach der Natur — also nach Augenmaß — kann man dieses Maß mit den Augen abschützen, und ist es Sache des Zeichners, hierfür das richtige Verhältnis zu treffen. Solange man aber hierin keine Übung hat, verfährt man nach der Regel, die Tiefen alle in der Hälfte ihrer wirklichen Länge aufzutragen, und kommt hiermit dem richtigen perspektivischen Verhältnis ziemlich nahe.

-4M

Fig. 13.

Verfahren wir nun im vorliegenden Falle nach dieser Regel und tragen ae — Va ab auf Z auf, so erhalten wir in f einen weiteren Eckpunkt des zu zeichnenden Würfels. Ziehen wir nun von b, c und d gleichlaufend und gleichgerichtet zu Z Hilfslinien, die wir alle 3 gleich ae machen, so erhalten wir die noch fehlenden 3 Eckpunkte f, g und h. Verbinden wir nun die gefundenen Punkte durch kräftig ausgezeichnete Linien, so erhalten wir das perspektivische Bild des Würfels e, f, g, h, d, c, b, a.

Es bildet nun aber das Quadrat, also die Grundfläche des Würfels (a, b, f, e) auch die Grundform für alle regelmäßigen Vielecke und den Kreis, mithin kann man mit Hilfe des Quadrates jedes Vieleck oder eine regelrechte Kreisfläche in Parallelperspektive freihändig skizzieren, sobald man das den Kreis oder das Vieleck umschließende Quadrat mit seinem zugehörigen Mittelachsenkreuz in der betreffenden Raumebene entwirft, in welche der Kreis oder das Vieleck gezeichnet werden soll.

Gehen wir nun zum Zeichnen eines Kreises in dieser Weise über, so hat man dabei nach Fig. 14 in folgender Weise zu verfahren:

so*

Wir gehen wieder von dem Achsenkreuz X, Y, Z aus und zeichnen zu-nächst in die Ebene XOY einen regelrechten Kreis 1, 2, 3, 4 mit seinem Achsenkreuz und um ihn herum das ihn umschließende Hilfsquadrat ab de. Um nun das perspektivische Bild des gleichgroßen Kreises in der Grundrißebene ZOY zu gewinnen, verlängern wir die Seitenlinien ac und bd des Hilfsquadrates und die    1

ihnen gleichgerichtete Mittelachse bis herab auf die Achse OY und ziehen von den drei Endpunkten gleichlaufend    ^

zu der Achse 0 Z Hilfslinien in die Ebene Z 0 Y. Die Achse 1—3 in der Ebene Z 0 Y ziehen wir in beliebiger Entfernung gleichlaufend zu 0 Y und tragen von ihr aus Ir» — lc = 3b = 3d — die Hälfte von 1 a im Aufriß, auf der Hilfslinie im Grundriß ab. Verbinden wir nun die gefundenen Punkte a mit b und c mit d durch Hilfslinien, so haben wir in der Grundrißebene das perspektivische Bild des Quadrates abdc aus der Aufrißebene XOY.

Nun berührt aber der in das Quadrat eingezeichnete Kreis dessen Seiten in den auf den beiden Mittelachsen liegenden Punkten 1, 2, 3, 4, die auch im Grundriß vorhanden sind. Diese vier Punkte genügen vollständig, um den Kreis in Gestalt einer Ellipse in die Grundfläche einzuzeichnen, wie Fig. 14 zeigt. In gleicher Weise gewinnt man auch das perspektivische Bild des Quadrates und des in das Quadrat eingezeichneten Kreises in der Bildebene XOZ. Will man also einen Körper mit runden Grundflächen durch eine Skizze in Parallelperspektive wiedergeben, so entwirft man sich zunächst in leichten Strichen das ihn umschließende Quadrat, zeichnet den Kreis ein, zieht an ihn die Höhenlinien und die Kurve der Grundfläche, und die Skizze ist fertig.

Fig. 14.

Beim Sechseck, dessen Form im Maschinenbau auch sehr oft wieder--kehrt, ist die perspektivische Darstellung sehr einfach (Fig. 15), und wollen wir hier ein perspektivisches Grundflächenbild zeichnen, ohne das Achsenkreuz anzugeben, müssen aber natürlich die Richtung der drei Achsenlinien X, Y, Z aus Fig. 12 |-..5 dabei im Auge behalte», denn die Richtung der Hilfslinien muß immer diesen drei Achsrichtungen entsprechen. — Wir W\ zeichnen also zunächst im Aufriß ein regelrechtes Sechseck, verlängern dessen obere Seite 2—3 und die untere 6—5 nach beiden Seiten hin durch Hilfslinien und ziehen durch die Ecken 1 und 4 gleichlaufend zur senkrechten Mittelachse gli zwei Linien, die die gezogenen wagerechten Hilfslinien in ab cd schneiden. Auf diese Weise erhalten wir in abcd ein Viereck, mit dessen Hilfe die Verhältnisse des in die Grundfläche zu zeichnenden Sechseckes leicht zu finden sind. Dazu bedürfen wir aber erst noch der beiden Hilfslinien 2—6 und 3—5, die gleichlaufend mit der Mittelachse g h sind. Nun ziehen wir von den Punkten d, 6, h, 5, c unter 45°, also gleichlaufend zur Achse Z in Fig. 12 Hilfslinien in die Grundrißebene und tragen auf da'dl' = l'a' = V₂ dl = V₂la ab. Dann ziehen wir gleichlaufend zu de durch die Punkte 1' uni) a' die Mittel-bezw. Hilfslinien e' f' und a' b', welche beide die von d, 6, b, 5, c ausgezogenen schrägen Hilfslinien schneiden. Verbinden wir nun die Punkte V mit 6'

4L.

-

F-g. 15.

5 mit 4', 4' mit 5' und 6' mit 1', so erhalten wir in 1' 6 5 4' 5' 6' das perspektivische Bild des Sechsecks in der Grundfläche. —

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In gleicher Weise ist auch das Achteck in Fig. 16 durchkonstruiert, und empfiehlt es sich, das freihändige Zeichnen gerade dieser Grundformen recht fleißig zu üben, damit man sich an die Bestimmung der Fix-• punkte dieser Querschnittsflächen gewohnt, denn von ihnen K- hat man beim Entwurf einer jeden perspektivischen Skizze auszugehen.

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V,g' 3'

Fig. 16.

Um noch ein praktisches Beispiel einer solchen Konstruktion zu geben, ist in Fig 17 in 3 Bildern die perspektivische Zeichnung einer Schraubenmutter dargestellt.

Fig. 17.

Auch hier wird zuerst im Aufriß ein regelrechtes Sechseck gezeichnet mit seinen beiden Mittelachsen und den Hilfslinien wie in Fig. 15. Dann wird die Grundfläche in gleicher Weise wie in Fig. 15 skizziert, die bestimmt ist, die Oberfläche der zu zeichnenden Mutter zu bilden. Von den 4 Eckpunkten des Hilfsvierecks 1 2 3 4 zieht mau nun nach unten, der Höhe der Mutter entsprechend (gleichlaufend zu Achse X siehe Fig. 12) der Hilfslinien 3—5, 4—6, 2—7, 1—8 und Her*

bindet die 4 Punkte 5, 6, 7, 8 zu einem Viereck, so bildet dieses die Umgrenzung des die untere Fläche der Mutter darstellenden Sechsecks, dessen Eckpunkte man sindet, wenn man von den Eckpunkten der oberen Fläche senkrecht nach unten Linien zieht, bis sie die Umgrenzungslinien des Vierecks 5, 6, 7, 8 schneiden.

Nun zeichnet man, wie, die zweite Skizze in Fig. 17 zeigt, die beiden Kreise für das Gewindeloch und die abgedrehte Mutterfläche ein, hierauf die Abrundungen der 6 Seitenflächen der Mutter und zeichnet endlich die sichtbar bleibenden Linien in kräftigen Strichen aus, so daß man das Bild der Mutter erhält, wie es die dritte Skizze in Fig. 17 zeigt. Die Hilfslinien, welche zum Entwurf des Bildchens gedient haben, werden nur in ganz feinen Strichen angedeutet und nach Bestimmung der Hauptkontur wegradiert.

Es wäre nun im Vorstehenden alles gesagt, was zum Verständnis und zum Erlernen des technischen Zeichnens und Skizzierens nötig ist. Die, Hauptsache bleibt aber die praktische Übung, die jede Kunst erfordert, wenn man in ihr nach und nach zur Meisterschaft gelangen will.

Zweites Kapitel.

Grundriß der Mechanik und der Festigkeitslehre.

Mechanik und Maschinenbau sind zwei voneinander untrennbare Begriffe, denn in jeder Maschine sind eine Menge Gesetze der Mechanik verkörpert. Es kann niemand eine Maschine bauen oder ihren Sinn richtig erkennen, wenn er die mechanischen Gesetze nicht kennt, nach denen sich ihre Bewegungen, ihre Arbeit vollzieht. Mithin bildet die Mechanik die Grundlage des exakten Maschinenbaues, und deshalb ist es nötig, daß der Maschinenbauer auch die Gesetze gründlich kennt, welche die Wissenschaft unter dem Gesamttitel „Mechanik" in bestimmte Formen gebracht hat.

Die Hauptaufgabe des Maschinenbaues ist darin zu erblicken, daß die Gesetze der Mechanik in praktische brauchbare Formen übertragen werden, die den Zweck haben, die menschliche Handarbeit in eine mechanische zu verwandeln, die nicht mehr der Mensch, sondern für ihn die Maschine schneller und somit mit größeren: wirtschaftlichen Nutzen vollzieht. Während die Hand des Arbeiters sein Wille bei der Arbeit führt, soll die Maschine dieselbe Arbeit mechanisch, also ohne die lenkende Kraft des Menschenverstandes, vollziehen, die an der Maschine durch mechanische Vorrichtungen ersetzt werden muß, welche um so komplizierter werden, je mehr Einzelarbeiten eine Maschine leisten soll.

Wie aber z. B. die Finger der Menschenhand und durch sie das von ihr geführte Werkzeug ganz bestimmte Bewegungen ausführen muß, um eine ebenfalls bestimmte Arbeit zu leisten, so muß auch jeder mechanisch bewegliche Teil an der Maschine bestimmte Bewegungen vollführen, die in ihrer Gesamtheit das gleiche Arbeitsergebnis wie die Menschenhand zeitigen.

Wenn aber ein Gegenstand eine Bewegung ausführen soll, so bedarf er auch einer Kraft, die ihn erst in Bewegung setzt, und von der Größe des Kraftaufwandes hängt wiederum die Arbeitsleistung ab, sowie die Stärke der Maschinenteile, welche die Kraft übertragen und von ihr in verschiedener Weise in Anspruch genommen werden.

Die Art der Inanspruchnahme kann sehr verschieden sein. Eine Kette z. B., an welcher eine Last hochgehoben wird, ist auf Zug beansprucht, während ein an beiden Enden frei aufliegender Träger, in dessen Milte eine Last aufgehangen ist, durch sie auf Biegung in Anspruch genommen wird. Es ist deshalb eine weitere sehr wichtige Aufgabe der Mechanik, die Wirkungen der Kräfte in den durch sie beanspruchten Teilen festzustellen, und kann man deshalb sehr richtig sagen: Die Mechanik ist die Lehre von den Kräften und ihren Wirkungen. Sie zerfällt in zwei große Hauptteile, die Statik und die Dynamik.

Statik nennt man die Lehre vom Gleichgewicht der Körper. Ihr fällt die Anfgabe zu, die Bedingungen zu untersuchen, unter denen sich die auf einen Körper einwirkenden verschiedenen Kräfte das Gleichgewicht halten. Jede Störung im Gang eines Mechanismus ist gleichbedeutend mit einer Störung des Gleichgewichtes in ihm. Sie tritt ein, sobald in irgend einem Teile eine Kraft über die Gleichgewichtsgrenze hinaus anwächst und zum Bruch oder zur Verbiegung irgend eines Maschinenteiles führt.

Dynamik nennt man die Lehre von den Bewegungen. Sie sucht die Bewegungen zu ergründen, welche ein Körper unter dem Einfluß von Kräften ausführt, die sich nicht im Gleichgewicht befinden.

Der Gleichgewichtszustand besteht dann an einem Körper, wenn zwei oder mehrere Kräfte, die bestrebt sind den Körper in verschiedener und entgegengesetzter Richtung zu bewegen, sich gegenseitig aufheben, so daß also keine Bewegung eintreten kann, oder, wenn der Körper schon vorher in Bewegung war, durch Einwirkung dieser Kräfte keine Veränderung in der Bewegung eintritt.

Es ist aber dabei nicht nötig, daß die auf beiden Seiten des Körpers wirkenden Kräfte gleich sind, sondern nur ihre Wirkungen müssen gleich groß sein. Die Kraftwirkung oder Leistung hängt aber nicht bloß von der Größe der Kraft an sich ab, sondern auch von den Umständen, unter denen die Kraft wirkt. So kann man beispielsweise eine Last mit Hilfe eines langen Brecheisens oder Hebels besser bewegen, als mit einer kurzen Stange, während in beiden Fällen die angreifende Kraft gleich groß ist. Es sind also die Umstände, unter denen die gleichgroß bleibende Kraft angreift, um den Körper zu bewegen, verschieden, und mithin ist auch die Wirkung der Kraft in beiden Fällen anders geartet.

Unter Kraft versteht man nun die Ursache einer Bewegung oder Be-wegungsänderung. Will man einen im Zustand der Ruhe befindlichen Körper in Bewegung übergehen lassen oder einem bereits in Bewegung befindlichen Körper eine andere Bewegung als die ursprüngliche erteilen, so sann dies nur dadurch geschehen, daß irgend etwas auf ihn einwirkt und dieses Etwas nennt man eben Kraft. Solange keine Kraft auf einen Körper einwirkt, verharrt er im Zustand der Ruhe bezw. in dem Zustande, in welchem er sich vor der Einwirkung der Kraft befand. War er also vorher nicht in Ruhe, sondern in einer bestimmten Bewegung, so behält er diese bei bis äußere Einwirkungen neuer Kräfte sie stören oder aufheben.

Grundbegriffe der Mechanik.

Wenn sich ein Körper bewegt, so legt er infolge feiner Bewegung einen bestimmten Weg zurück und zwar in einer ebenfalls bestimmten Zeit. Es sind also 3 ganz selbstverständliche Begriffe, die für uns bei der Bewegung eines Körpers mit in Erscheinung treten:

Raum, Zeit und Bewegung.

Raum. Dieser Begriff erscheint jedem verständlich und gehört doch in Wahrheit zu den ungelösten wissenschaftlichen Problemen. Eine Erklärung des Raumbegriffes ist physikalisch wie mechanisch nicht möglich — allerdings auch nicht nötig, weil die allgemeine Raumgröße, unter der wir uns die Körper vorstellen und mit der wir es in der Mechanik zu tun haben, ganz selbstverständlich ist. Wir nehmen also den Raum als einen gegebenen, vorhandenen Begriff an mit der Eigenschaft der Unendlichkeit seiner drei Raumgrößen Länge, Breite und Höhe oder Tiefe. Die Messung der Raumgrößen erfolgt nach Einheiten, die wir schon in dem vorhergehenden Abschnitt genauer kennen gelernt haben.

Zeit ist ein mechanischer Begriff, der von dem in Bewegung befindlichen Körper als Raumgröße untrennbar erscheint. Ohne die Bewegung, die sich immer in einer gewissen Zeit vollzieht, wird diese selbst wesenlos. Sie ist das Maß der Bewegungen im All, denn unsere ganze Zeitrechnung bildet das Maß für bestimmte Bewegungen. Die Einteilung des Tages in Stunden, Minuten und Sekunden bezieht sich auf die Bewegung der Erde um ihre eigene Achse; die Jahreseinteilung in Monate und Tage bildet wieder das Maß der Bewegung der Erde um die Sonne usw. Dieses Beispiel zeigt uns gleichzeitig auch das Mittel, mit dessen Hilfe es uns möglich wird, die Zeit zu messen, denn der regelmäßige Wechsel von Tag und Nacht, sowie der Jahresund Mondzeiten gab einen festen Anhalt, ein Maß für die Zeit zu finden, daß wir hier nicht näher darauf einzugehen brauchen.

In der Mechanik gilt als Zeiteinheit für die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Bewegungen vollziehen, die Sekunde. Bei Schiffen rechnet man mit einer bestimmten Zahl von Knoten, die in einer Stunde zurückgelegt werden, bei Kraft- und Luftfahrzeugen nach Kilometern in der Stunde, während für Umdrehungszahlen als Zeiteinheit die Minute gilt.

Bewegung und Ruhe sind zwei ganz allgemeine Begriffe und jeder für sich das Gegenteil des anderen. Verändert ein Körper in gewissen aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten seinen Ort und seine Lage, so befindet er sich in Bewegung, während er beim Verharren in seiner Lage an einem Orte sich in absoluter Ruhe befindet.

Die Verbindungslinie zwischen den Punkten, welche der Körper während der Bewegung berührt, bezeichnet seinen Weg und wird die Bahn der Bewegung genannt. Je nachdem nun die Bahn eine gerade oder krumme Linie bildet, hat man zwischen gerad- und krummliniger Bewegung zu unterscheiden.

Bewegt sich nun ein Körper innerhalb einer Sekunde, als Einheitsmaß der Zeit, auf einer in ihrer Länge bestimmten Bahnstrecke und behält er diese Bewegungslänge in jeder folgenden Sekunde bei, so hat er eine gleichförmige Bewegung. Sind aber die in gleichen Zeitabschnitten von ihm zurückgelegten Weglängen ungleich, so hat er eine ungleichförmige Bewegung. In diesem

Falle samt die Bewegung auch noch beschleunigt oder verzögert sein, je itachdem die Geschwindigkeit der Bewegung in der Zeiteinheit zu- oder abnimmt.

Man hat also vier Bewegungsarten zu merken:

1. Gleichförmig beschleunigte Bewegung, verzögerte    „

3. ungleichförmig beschleunigte Bewegung, verzögerte

Aus dem Verhältnis der zurückgelegten Wegstrecke zu der hierzu aufgewendeten Zeit berechnet sich die Geschwindigkeit, mit welcher sich ein Körper bewegt. In der Mechanik wird die Geschwindigkeit stets in Metern als Maß des Weges ausgedrückt, den ein Körper in einer Sekunde als Zeiteinheit zurücklegt.

2.

4.

Es ist selbstverständlich, daß diese vier Bewegungsarten auch vier Arten der Geschwindigkeit ergeben, die in gleicher Weise wie die zugehörigen Bewegungsarten bezeichnet werden als

2.

1. gleichförmig beschleunigte Geschwindigkeit, verzögerte    „

4.

3. ungleichförmig beschleunigte Geschwindigkeit, verzögerte    „

Die Geschwindigkeit der gleichförmigen Bewegung ist in allen Punkten des zurückgelegten Weges dieselbe, während die

Geschwindigkeit der ungleichförmigen Bewegung in jedem Augenblick verschieden ist. Bei ihr bedeutet die Geschwindigkeit in einem bestimmten Zeitabschnitte die Weglänge, welche der Körper in einer Sekunde von diesem Zeitabschnitte ab mit gleichförmiger Geschwindigkeit zurücklegen würde.

So beträgt beispielstveise die Geschwindigkeit eines in der Luft frei herabfallenden Körpers nach der ersten Sekunde 9,81 m. Würde nun der Körper in der zweiten Sekunde mit gleichförmiger Geschwindigkeit weiter fallen, so müßte er in der zweiten Sekunde ebenfalls einen Weg von 9,81 in durchfallen. Es beträgt aber der in der ersten Sekunde durchfallene Weg nicht 9,81 m, sondern nur die Hälfte, 4,905 m, weil sich beim Beginn der Bewegung der Körper in Ruhe befand, also war in diesem Moment seine Geschwindigkeit gleich 0.

Die bei der gleichförmig beschleunigten und verzögerten Geschwindigkeit in jeder Zeiteinheit stattfindende Ab- oder Zunahme der Geschwindigkeit nennt man Verzögerung oder Beschleunigung. Das allgemeine Maß für die Bestimmung des Geschivindigkeitswertes ist die Metersekunde, also der in der Sekunde zurückgelegte Weg in Metern, oder Stundenkilometer, also die in der Stunde zurückgelegte Wegstrecke in Kilometern.

Körper, die sich um einen Punkt — gewöhnlich ihren Mittelpunkt — drehen, führen eine Drehbewegung aus, sie rotieren und haben dementsprechend eine Umdrehungs- oder Rotationsgeschwindigkeit, die am Umfang des sich drehenden Körpers gemessen lind in Metersekunden ausgedrückt wird.

Außerdem gibt es auch noch eine Winkelgeschwindigkeit, und bezeichnet man hiermit den Winkel als Bogen gemessen mit dem Radius gleich 1 m zwischen der Anfangs- und Endlage zu dem Drehungsmittelpunkt beim Anfang uild Ende einer Sekunde.

Das Maß für die Umdrehungs- und Winkelgeschwindigkeit ist als Längeneinheit ebenfalls das Meter, und wird also bei der Winkelgeschwindigkeit der Winkel als Bogenlänge in Metern angegeben. Vielfach sieht man aber, z. B. bei Riemenscheiben und Rädern, davon ab, die Umfangsgeschwindigkeit in Metersekunden anzugeben und rechnet mit der Umdrehungs- oder Tourenzahl in der Minute.

Das Messen der Geschwindigkeit geschieht in der Praxis meist durch Beobachtung, indem man die zurückgelegte Wegstrecke mißt und die Zeit ge-ltatt beobachtet, welche das Zurücklegen der gemessenen Wegstrecke in Anspruch nahm. Es ist dann die

Weg in Metern Zeit in Sekunden'

Da aber oft die Bewegungen so schnell von statten gehen, daß sie empirisch, also durch bloße Beobachtung, nicht meßbar sind, so bedient man sich hierzu besonderer Geschwindigkeitsmesser, deren Anwendung wir weiter hinten in dem Kapitel über Meßinstrumente noch eingehend mitteilen werden.

Um einen kurzen Überblick über verschiedene Geschwindigkeitswerte zu geben, lassen wir hier eine Tabelle folgen, die sehr interessante Daten enthält:

Geschwindigkeit in der Sekunde —

Geschwindigkeit —

Fußgänger......

Schnellfließendes Wasser

Schnellläufer.....

Radfahrer.....

Motorrad.....

Automobil, normal Renn-Automobil . Torpedoboot . . . Rennpferd.... Schnellzug.... Lenkbares Luftschiff Brieftaube.... Orkan ..... Schall in der Luft Kanonenkugel. . . Mond um die Erde Erde um die Sonne Elektrischer Strom. Licht......

ff ff

ff ff

1,25 m 4,00 „ 7,00 „ 10,00 „ 20,00 „ 15,00 „ 25,00 „ 12,00 „ 12,60 „ 22,00 „ 14,00 „ 27,00 „ 45,00 „ 337,00 „ 500,00 „ 1,00 km 29,50 „ = 11700,00 „ 300000,00 „

2.

Die Materie.

„Es kann keine Materie aus nichts entstehen und keine Materie zu nichts werden."

Diesen Satz haben schon die Naturforscher des Altertums ausgesprochen und begründet. Er sagt mit anderen Worten, daß nichts, was im All der Schöpfung vorhanden ist, aus dem Nichts hervorgegangen sein kann und daß überhaupt nichts in dem Sinne im All vergeht, daß es vollständig zu nichts wird — verschwindet. Wenn wir vom Werden und Vergehen in der Natur sprechen, so ist dies nur bildlich zu verstehen, denn in Wahrheit handelt es sich bei allem Werden und Vergehen nur um Veränderungen der Stoffe, aus denen die werdenden oder vergehenden Gebilde bestehen. Der Stoff selbst, die Materie, bleibt, und nur die Form ändert sich. Jeder Stoff, der Raum ausfüllt, ist Materie, und die im All vorhandene Materie kann weder geschaffen noch zerstört werden. Sie ist unveränderlich von Anbeginn bis in Ewigkeit. Woher sie kam — wir wissen es nicht; sie ist da, und in ihr ruht das große Geheimnis der Schöpfung, welches dem Menschengeist unerforscht blieb und wohl auch bleiben wird, obgleich wir von Jahr zu Jahr die Lösung neuer Probleme erleben und immer wieder neue Rätsel finden, die uns zeigen, daß wir noch weit davon entfernt sind, das ganze heilige Geheimnis der Schöpfung zu enthüllen — zu erkennen.

Im ersten Augenblick mögen diese Behauptungen manchem unglaublich gelten, aber sie sind dennoch richtig. Zünden wir ein Stückchen trockenes Holz an, so verbrennt es vor unseren Augen; es löst sich scheinbar auf in Gas, Rauch und Asche, die als unscheinbares Häufchen dem Auge allein wahrnehmbar zurückbleibt. Die Grundstoffe, aus denen das Holz bestand, sind in dem Rauch und Gasen enthalten, die sich bei der Verbrennung aus dem Holz entwickeln. Es hat also die Materie des Holzes nur eine Veränderung erfahren; sie selbst ist aber bestehen geblieben, und auch nicht das kleinste Teilchen ihres Stoffes ist verloren gegangen.

Man nimmt an, daß die Materie aus sehr kleinen, auf keine Weise weiter teilbaren Teilchen oder Atomen besteht, die in ihrer Gestalt und Größe unveränderlich bleiben, und deren es soviele gibt, als die Wissenschaft chemische Grundstoffe oder Elemente unterscheidet (einige 70). Jeder feste, flüssige oder gasförmige Körper setzt sich aus chemischen Grundstoffen zusammen, und sie entstehen durch gegenseitige Anziehungskraft oder chemische Verwandtschaft (Affinität) der Atome, indem sich letztere zu Atomgruppen oder Molekülen verbinden.

Die Moleküle wiederum werden durch die zwischen ihnen herrschende Anziehungskraft oder Kohäsion zu Körpern vereinigt. Es kann also nur auf chemischem Wege und nie mechanisch eine Verbindung der Atome stattfinden, und ist es Sache der Chemie, die Gesetze zu untersuchen und festzulegen, nach denen sich diese Vorgänge vollziehen, während die Mechanik sich nur mit den

Physikalischen Eigenschaften der Körper beschäftigt und diese bei ihren Untersuchungen berücksichtigen muß.

Eine solche Eigenschaft der Materie ist zunächst ihre praktisch fast unbegrenzte Teilbarkeit. Kann man doch z. B. auf einem Silberdraht eine in sich zusammenhängende Goldschicht von 0,000004 mm Stärke erzeugen und mit 1 Milligramm Gold eine Fäche von 60 qm überziehen.

Auch die Porosität ist eine Eigenschaft der Körper, die z. B. bei einem Badeschwamm sehr groß ist, und im Vergleich mit ihm erscheint z. B. Kalkstein oder Kreide geradezu dicht. Es bildet mithin als Gegensatz zur Porosität die Dichte eine weitere Eigenschaft der Körper und im Zusammenhang mit diesen beiden Eigenschaften der Körper stehen als weitere ihre Härte oder Weichheit. Absolut dicht ist int Sinne des Wortes kein fester Körper; sie sind alle mehr oder weniger porös.

Wenn man nun die Atomgruppen oder Moleküle fester oder flüssiger Körper voneinander trennen will, so sindet man, daß sie dieser Formveründerung einen gewissen Widerstand entgegensetzen, der in der jedem Körper eigenen Kohäsion oder Molekularanziehung zu suchen ist, die in der Mechanik kurzweg mit Festigkeit bezeichnet wird.

Die Festigkeit ist bei flüssigen Körpern sehr gering, beim man bedarf eines dichten Gefäßes, um ihre Moleküle zusammenzuhalten, weil sie sonst auseinanderlaufen, so gering ist ihre Kohäsion. Auch bei den festen Körpern ist die Festigkeit sehr verschieden, und steht dieselbe in einer gewissen Abhängigkeit von ihrer Dichte. Gasförmige Körper haben überhaupt keine Festigkeit, sondern das ihr rein entgegengesetzte Bestreben, sich auszudehnen — zu expandieren — und spricht man deshalb auch als besondere Eigenschaft der Gase von ihrer Expansivkraft oder Expansionsfähigkeit.

Eine besondere Erscheinungsform der festen Körper bildet deren Eigenschaft, elastisch oder unelastisch zu sein, also unter der Einwirkung einer Kraft ihre Form bis zu einer gewissen Grenze zu verändern oder, wenn sie unelastisch sind, beizubehalten. Jeder elastische feste Körper hat dementsprechend eine Elastizitätsgrenze, es ist dies die Grenze für die Größe des Druckes, unter welcher der Körper seine Elastizität behält. Sobald aber diese Grenze überschritten wird, tritt eine bleibende Veränderung der Form des Körpers ein.

Vollkommen elastisch sind nur die Gase, weil sie nach einer Veränderung ihres Volumens durch Druck sofort wieder ihr ursprüngliches Volumen einnehmen, sobald der Druck aufhört.

Eine besondere Eigenschaft der flüssigen Körper ist ihre Anhaftekraft oder Adhäsion. Ein einfacher Versuch, diese Eigenschaft zu demonstrieren, besteht darin, daß man ein mit Wasser gefülltes Glas einfach durch Ausschütten entleert. Entgegen dem Gesetz der Schwere bleiben selbst in dem umgekehrten Glas Wasserteilchen an den Glasflächen haften, und wenn man auch durch kräftiges Schwenken des Glases noch einige Tropfen Wasser abschleudern kann, so wird man doch nie ganz trockene Glaswände erhalten, denn es bleibt immer

eine dünne Wasserschicht auf ihnen zurück, infolge der dem Wasser und allen anderen Flüssigkeiten eigenen Adhäsionskraft.

Diese Erscheinung beruht nicht auf der Einwirkung des Luftdrucks, weil sie auch iiu luftleeren Raum zu beobachten ist. Sie ist gewissermaßen eine abgeschwächte Art der Kohäsion und nicht so stark wie diese, weil die Berührung der Atomgruppen nicht so innig wie bei den festen Körpern ist, sondern größer. Verstärkt man die Adhäsion, so geht sie in Kohäsion über, und ist dies dann der Fall, wenn zwei feste Körper in den ganz oder annähernd flüssigen Zustand übergeführt und dann miteinander unter Druck zu einem festen Körper verbunden werden. Ein treffendes Beispiel für diesen Vorgang bildet das Verschweißen zU'eier Eisenstücke. Die Eisenstücke werden an den zu verschweißenden Enden bis zur Weißglut erhitzt und geraten hierdurch in den Zustand hochgradiger Weichheit. Aufeinandergelegt werden nun die glühenden Enden durch kräftiges Hämmern in innigste Berührung gebracht und fließen an den Berührungsstellen gewissermaßen ineinander über, ein homogenes Ganzes bildend durch die Kohäsion der beiden erstarrenden Körper an der Schweißstelle.

5.

Die Aggregatzustände.

Wir haben bisher drei Gruppen Körper unterschieden: feste, flüssige und gasförmige. Sie unterscheiden sich also durch ihre Beschaffenheit voneinander, und diese Beschaffenheit nennt man ihren Aggregatzustand.

Der feste Aggregatzustand bestimmt den Körper vollständig inbezug auf seine Form und Volumen. Im flüssigen Aggregatzustand läßt sich das Volumen noch durch Messen feststellen, aber eine bestimmte Form ist nicht mehr vorhanden. Im gasförmigen Aggregatzustand endlich haben die Körper kein bestimmtes Volumen und keine bestimmte Form mehr. Eine absolut sichere Trennungslinie für alle Körper bilden diese drei Zustände nicht, weil manche Stoffe eine Mittelstellung zwischen diesen drei Zuständen einnehmen, so daß eine scharfe Scheidung nicht möglich ist. So bilden geschmolzene Stoffe den Übergang von flüssigen zu festen Körpern (Schwefel, Zucker usiv.) und breiige, gallertartige wieder den Übergang von festen zu flüssigen Körpern. Der Übergang aus der Gasform in den flüssigen Zustand ist schärfer abgegrenzt, doch läßt sich auch für diese Übergänge eine feststehende Grenzlinie nicht finden.

Auch können viele Körper alle drei Zustände annehmen, so z. B. das Wasser, welches bei Temperaturen von 0—80" C flüssig ist, bei 100" C in Dampf, also in Gasform übergeht und unter 0° abgekühlt zu Eis erstarrt — ein fester Körper wird. Alle Gase lassen sich zu Flüssigkeiten verdichten und alle Flüssigkeiten in den festen Zustand überführen, bezw. zum Gefrieren bringen. Umgekehrt kann man aber auch alle einfachen festen Körper verdampfen, was mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens im elektrischen Ofen schon mit vielen festen Körpern gelungen ist.

Man unterscheidet bei den gasförmigen Körpern noch zwischen Gasen und Dämpfen und nennt Gase solche Körper, welche unter atmosphärischem Druck und bei gewöhnlicher Temperatur gasförmig bleiben, während Dämpfe durch die Erhitzung flüssiger Körper entstehen, wobei letztere in die Gasform übergeführt werden. Die Dämpfe können nun gesättigt und ungesättigt sein und Verhalten sich sehr verschieden. So kann ein mit gesättigtem Dampf erfüllter Raum nicht mehr von ihm aufnehmen. Verkleinert man sein Volumen durch Zusammenpressen, so wird sein Druck nicht erhöht; derselbe bleibt auf gleicher Höhe (konstant) und ein Teil des Dampfes geht wieder in den flüssigen Zustand über.

Jeder Dampf hat bei jedem Druck einen ganz bestimmten, von seiner Temperatur abhängigen Sättigungspunkt, so daß also seine Spannung int Zustand der Sättigung stets einer bestimmten Temperatur entspricht. So ist z. B. die Spannung des Wasserdampfes bei 100° C gleich 1 Atmosphäre, bei 160" 0 aber gleich 6 Atmosphären. Kühlt sich der Dampf ab, so geht er zum Teil durch Verdichtung oder Kondensation wieder in den flüssigen Zustand über und sein Druck nimmt ab.

Dichte und Spannung der Gase wachsen nach dem Mario ttescheu Gesetz*) proportional der Verminderung ihres Volumens, und verhalten sich ungesättigte Dämpfe bis zu ihrem Sättigungspunkt wie Gase. Umgekehrt kan» man aber auch sagen, daß Gase Dämpfe sind, die inbezug auf ihre Dichte noch sehr weit von dem Sättigungspunkt entfernt sind. Es bestehr mithin zwischen ungesättigten Dämpfen und Gasen nur ein scheinbarer, rein gradueller Unterschied. Es ist beispielsweise stark überhitzter Dampf von 300" Temperatur und von atmosphärischem Druck kein Dampf mehr int gewöhnlichen Sinne des Wortes, sondern ein Gas. Einige Gase können nicht durch Verflüssigung allein verdichtet werden, wenn nicht gleichzeitig auch ihre Temperatur ganz erheblich vermindert wird (Sauerstoff, Wasserstoff, Luft usw.).

Trägheit und Kraft.

Besindet sich ein Körper int Zustand der Ruhe oder in dem der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, so behält er diesen Zustand — also die Bewegung oder die Ruhe — so lange bei, als durch irgend welche Einflüsse keine Änderung in diesem Zustand verursacht wird. In diesem, auf der Erfahrung begründetem Satze ist das Gesetz der Trägheit oder des Beharrungsvermögens der Körper ausgedrückt. Wie stark das Beharrungsvermögen in dem Körper ist, kann man fast täglich an seinem eigenen Körper wahrnehmen und am drastischsten dann, wenn man in einem Fahrstuhl aus einem höher gelegenen Stockwerk nach unten fährt. Befindet sich der Fahrstuhl in Ruhe und man steht auf dem Fußboden des Förderkorbes, so spürt man im Moment des Anlassens zur Fahrt nach unten, wie einem quasi der Boden

*) Siehe hinten im Kapitel über Pneumatik.

unter den Füßen fortgezogen wird; ein sehr unangenehmes Gefühl macht sich geltend, welches durch diesen tatsächlichen Vorgang hervorgerufen wird. Der Boden des Förderkorbes setzt sich eher in Bewegung als unser Körper, der nach dem Gesetz der Trägheit im Zustand der Ruhe verharrt und, der eigenen Schwere folgend, beim Niedergang des Förderkorbes plötzlich in die Bewegung übergeht, an die er sich erst wieder gewöhnen muß. Der gleiche Zustand tritt ein, sobald der Förderkorb hält, während der Körper des Passagiers sich noch in der gleichförmigen Bewegung befindet und aus ihr durch einen kräftigen Ruck in den Zustand der Ruhe übergeht.

Nach dem Prinzip der Trägheit müßte nun ein in wagerechter Richtung mit der Hand fortgeworfener Stein mit der Geschwindigkeit, mit welcher er die schleudernde Hand verlassen hat, bis in die Unendlichkeit fortfliegen, wenn ihn nicht andere Kräfte daran hinderten. Er hat außer dem Widerstand der Luft auch noch die eigene Schwerkraft als Hindernis auf seinem Fluge, die beide verzögernd auf ihn einwirken. Namentlich letztere zieht ihn während des Fluges nach unten, bis er endlich auf die Erde herabfällt. Solche hindernde Kräfte sind nun überall in der Welt, im All vorhanden, so daß man sagen kann, es gibt überhaupt keine einfache, von einem einzigen Kraftanstoß ausgehende Bewegung. Jede Bewegungsänderung wird durch eine Kraft hervorgerufen, und der Begriff der Kraft läßt sich dahin präzisieren, daß man sagt: „Kraft ist die Ursache jeder Bewegungsänderung."

Von den Kräften, welche als Beweger oder Motoren in der Natur in Frage kommen, ist zunächst die schon erwähnte Schwerkraft oder Anziehungskraft der Erde zu nennen. Überall da, wo das Wasser als Triebkraft Verwendung findet, also bei den Wasserrädern und Turbinen, wirkt sie im technisch mechanischen Sinne, desgleichen bei Uhren, die durch Gewichtszug getrieben werden.

Auch die Expansivkraft der Gase und Dämpfe gelangt zu bedeutsamer Anwendung als Betriebskraft für Btotoren im technischen Sinne, und gehen wir noch weiter, so finden wir in der Elastizität gewisser Stoffe, z. B. der Stahlfeder bei Uhrwerken, eine weitere technisch wertvolle Kraftquelle.

Auch die Muskelkraft des tierischen und menschlichen Körpers zählt zu den bewegenden Kräften ebenso wie die elektrischen und magnetischen Kräfte in den ungezählten elektrischen Apparaten und Maschinen für Stark- und Schwachstrom.

Um nun die Größe einer Kraft zu bestimmen, muß man sich zunächst darüber klar sein, was durch die Kraft bewirkt werden kann und bewirkt wird. Sie wird da, wo sie wirkt, entweder eine Bewegung hervorbringen oder einen gewissen Zug oder Druck äußern. Da nun aber ein Zug oder Druck von bestimmter Stärke stets durch ein richtig gewähltes Gewicht erzeugt werden kann, welches in geeigneter Weise zur Wirkung gebracht wird, so hat man in dem Gewicht das einfachste und geeignetste Mittel zum Messen der Kräfte. Will man also die Größe einer Kraft ausdrücken, so geschieht es in der Gewichtseinheit nach Kilogrammen.

Nehnrerr wir cm, eine Kraft sei mit 70 kg bezeichnet, so versteht mctrr hierunter eine Kraft, die imstande ist, unmittelbar und ohne jede besonderen Hilfsmittel eine Last von 70 kg senkrecht in die Höhe zu heben oder zu ziehen. Die das Gewicht vom Boden hochziehende Kraft muß also mindestens gerade so groß sein als die abwärts gerichtete Zugkraft des Gewichtes selbst.

Anders liegt der Fall, wenn man eine Last auf horizontaler Bahn fortbewegen will. Angenommen die Bahn sei ganz glatt und frei von allen Reibungs- und sonstigen Hindernissen, so würde schon eine sehr geringe Kraft genügen, um selbst eine große Last fortzubewegen. Je rauher aber die Bahn ist, um so größer sind auch die Reibungswiderstände, welche sich der Fprt-bewegung entgegenstellen, und um so größer muß dann auch die Kraft fpin, welche nötig wird, um die Last fortzubewegen.

Wird eine Last auf schiefer Ebene bewegt, so ist die für die Aufwärts-vewegung nötige Kraft um so größer, je steiler die Bahn ist, weil hier außer der Reibung des zu bewegenden Körpers auf der schiefen Ebene auch noch seine eigene Schwere als Hindernis mitwirkt, die das Bestreben hat, den Körper zurückzuziehen.

Wie groß die hindernde Wirkung der Reibungswiderstände ist, geht z. B. daraus hervor, daß ein Pferd auf horizontaler, gut chaussierter Fahrbahn unter gewöhnlicher Anstrengung eine Last von 1500 kg zieht; auf besten Straßen bis zu 2500 kg, dagegen auf Schienmigleisen 10 000 kg, also das Vierfache.

Es ist nun sehr wesentlich, die Kräfte messen zu können, und bedient man sich hierzu besonderer Kraftmesser oder Dynamometer. Ein einfaches Instrument dieser Art zum Messen der Zugkraft eines Pferdes z. B.

zeigt Fig. 18. Es besteht aus einer starken Stahlfeder abc von Bügelform. In die beiden Schenkel sind zwei Bogenstücke e und g eingesetzt, die bei i und k mit einer Nase sich gegen die Federschenkel legen und in entsprechenden Schlitzen in den Federschenkeln geführt sind. Auf dem Bügel e ist eine graduierte Skala angebracht, die die Kraft angibt, welche nötig ist, um die Feder zusammenzudrücken. Hängt man nun den Kraftmesser zwischen die Zugstrecke des vor den Wagen gespannten Pferdes bei d und h ein, so wird die Feder zusammengedrückt, und man kann an der Skala die von dem Pferde geleistete Zugkraft in kg ablesen.

Die Kräfte stehen nun in einem gewissen Verhältnis zu den Größen der bewegten Massen und den ihnen erteilten Geschwindigkeiten, und zwar braucht man die doppelte oder dreifache Kraft, um eine Masse von dem doppelten oder dreifachen Gewicht mit der gleichen Geschwindigkeit in Bewegung zu setzen, als eine Masse von dem einfachen Gewicht bei der gleichen Geschwindigkeit rind in der gleichen Zeit erfordert. Will man derselbe» Masse die doppelte oder

XX

Ng. 18.

dreifache Geschwindigkeit in der gleichen Zeit erteilen, so muß die Kraft ebenfalls um das Doppelte oder Dreifache verstärkt werden.

Würde es sich aber darum handeln, die Masse des doppelten Gewichts auf die doppelte Geschwindigkeit zu bringen, so bedarf man hierzu der zweimal zweifachen, also der vierfachen Kraft, usw.

Die Leistung oder Wirkungsgröße einer Kraft wird bestimmt durch ihre Größe und Geschwindigkeit, mit welcher ein sich der Kraft entgegenstellender Widerstand überwunden oder der Weg zurückgelegt wird, auf welchem die Kraft ihre Wirkung in einer bestimmten Zeit äußert. Es ist mithin die geleistete Arbeit einer Kraft auch abhängig von der Größe des Weges, den die Kraft während der Wirkung zurücklegen mußte.

Kann also eine dreifache Kraft unter sonst ganz gleichen anderen Umständen die dreifache Wirkung äußern, so übt ein und dieselbe Kraft eine dreifache Wirkung aus, wenn sie auf einem dreimal größeren Wege tätig ist.

Eine zweimal größere Kraft vermag aber, wenn sie auf dem dreifachen Wege tätig ist, das 2x3 fache, also Sechsfache, zu leisten.

Will man nun die von einer Kraft geleistete mechanische Arbeit zum Ausdruck bringen, so gibt man an, welches Gewicht von der Kraft in einer gewissen Zeit von dem Boden aufgehoben werden kann. Das Produkt aus dem Gewicht in Kilogramm und dem Weg in Metern gibt die Wirkungsoder Arbeitsgröße an. Mithin ist die

Arbeitsleistung = Kraft X Weg.

Wenn man also mit einer Kraft imstande ist z. B. 15 kg 4 m hoch zu heben, so ist die Arbeitsleistung der Kraft gleich 15X4 — 60 Meterkilogramm oder Kilogrammeter. (In Ländern, die nicht nach metrischem System rechnen, sondern ihre Maße und Gewichte noch in Fußen und Pfunden ausdrücken, nennt man diese Größe Fußpfund.)

Es kommt nun aber für die Leistung einer Kraft auch noch die Zeit mit in Frage, in welcher diese Arbeit geleistet wird. Wenn z. B. ein Pferd täglich acht bis zehn Stunden angestrengt tätig sein muß bei einer ungefähren Geschwindigkeit von 1 m in der Sekunde, so beträgt seine Leistung erfahrungsgemäß zirka 76 kg. Es ist also der Effekt der von einem Pferd in einer Sekunde geleisteten Arbeit oder kurzweg

1 Pferdekraft = 75 Sekundenmeterkilogramm.

Sie kommt ferner gleich nach

österreichischem Maß — 424 Fußpfund, englischem

„    =542

Da wir nun bei den Berechnungen mit diesen drei Größen, Kraft, Weg und Arbeit, oft zu tun haben, müssen wir für sie bestimmte Zeichen in die Formeln einführen, die als Grundlage für alle Berechnungen dienen, und bezeichnen dementsprechend die Kraft, also das Gewicht in kg, mit P, den ganzen zurückgelegten Weg in Metern mit 8 und den in 1 Sekunde zurückgelegten Weg,

also die Geschwindigkeit, mit v. Es ist alsdann die Arbeitsleistung in Pferdestärken N = P x v. Als Abkürzung des Begriffes „Pferdestärke" bedient man sich der Buchstaben PS oder HP,

Ist nun eine Gewichtsmasse in Bewegung gesetzt und bleibt sich selbst überlassen, so entwickelt sie eine Wirkungsgröße und Arbeit, die unter Umständen ganz gewaltige Dimensionen annehmen kann. Dies ist z. B. bei einem im vollen Gange befindlichen Schwungrad oder Eisenbahnzug der Fall.

Die Größe dieser Wirkung ist um so bedeutender, je größer das Gewicht der bewegten Masse und auch die Geschwindigkeit ist, mit welcher diese Bewegung der Massen vor sich geht. Es übt dann ein doppelt so schwerer Körper auch die doppelte Wirkung aus, während ein Körper bei gleichem Gewicht wie ein anderer, der sich aber doppelt so schnell bewegt, die vierfache Wirkungsfähigkeit besitzt und bei dreifacher Geschwindigkeit die 3 X 3 — 9 fache Wirkungsfähigkeit erlangt.

Es wird aus diesen einfachen Darstellungen sofort klar, warum die lebendige Kraft, wie man diese Wirkungsgröße nennt, unter Umständen so gewaltige Dimensionen annehmen kann. Sie treten in Erscheinung namentlich bei Unglücksfällen — Zugzusammenstößen im Eisenbahnbetriebe, Schwungradexplosionen und Hochwasserkatastrophen, wobei diese lebendige Kraft meist ungeheuere Verheerungen zur Folge hat.

Bezeichnen wir nun mit Gr das Gewicht der bewegten Masse, z. B. einer abgeschossenen Granate, mit v ihre Geschwindigkeit und mit 9,81 die Fallbeschleunigung, so ist die Wirkungsgröße, also die lebendige Kraft, welche die Kugel in sich vereinigt,

P. S =

G . v²

19,62.

2 . 9,81

Beispiele: Ein Schwungrad von 5 m Durchmesser habe im Schwungring ein Gewicht von 4200 kg und macht in der Minute 50 Touren, so hat das Rsd eine lebendige Kraft von

P .S =

4200 . v²

19,62

= 13,08 in, also ist

v ist aber —

3,14.5 . 50

60

= 36 626 kgm == 488,3 HP.

4200.13,08 ²

19,62

Man bezeichnet das Wirkungsvermögen der bewegten Massen auch als Energie und unterscheidet zwischen kinetischer und potentieller Energie. Kinetische Energie ist stets gleichbedeutend mit freiem Arbeitsvermögen oder lebendiger Kraft, während potentielle Energie das gebundene Arbeitsvermögen darstellt, das einem Körper infolge seiner Lage zu anderen Körpern und der zwischen ihnen wirksamen Kräfte zukommt.

5.

Über die Zusammensetzung und Zerlegung der Kräfte.

Es wirken nun sehr oft auf einen Körper verschiedene Kräfte in verschiedenen Richtungen und Größen ein, und ist es leicht zu verstehen, daß alsdann die Bewegung des Körpers eine Richtung und Geschwindigkeit annehmen muß, die durch die Wirkung aller auf ihn wirkenden Kräfte beeinflußt wird. Die Kräfte vereinigen sich also zu einer einzigen Kraft, die imstande ist, alle übrigen Kräfte zu ersetzen, bezw. in ihrer Wirkung in sich zu vereinigen. Diese Kraft nennt man Mittelkraft oder Resultierende, während die übrigen, ursprünglichen Kräfte Seitenkräfte genannt werden.

Beim Aufsuchen der Resultierenden oder Mittelkraft hat man nun zunächst zu untersuchen, in welchen Richtungen die Kräfte wirken und unterscheidet dabei folgende Fälle:

1.    Sämtliche Kräfte wirken in einer geraden Linie und nach einer Richtung hin.

2.    Die Kräfte wirken in einer geraden Linie, aber in entgegengesetzterNichtung.

3.    Die Richtungslinien der Kräfte bilden Winkel miteinander.

4.    Die Kräfte wirken in parallelen gleich- oder entgegengesetzten Richtungen auf einen Körper ein.

Wenn, wie in Fall 1, alle Kräfte geradlinig auf einen Körper einwirken, so ist die Resultierende gleich der Summe aller Einzelkräfte.

Wirken aber die Kräfte in einer Linie, aber entgegengesetzt (Fall 2), so muß man die gleich gerichteten Kräfte addieren und die kleinere der erhaltenen Summen von der größeren abziehen. Der verbleibende Unterschied gibt uns dann die Größe der Resultierenden an.

Z+-J>

Wirken die Kräfte aber unter einem Winkel auf einen Körper bei A ein, wie Fig. 19 zeigt, so findet man die Resultierende in folgender Weise: Es wirken auf einen Körper bei A zwei Kräfte P und Q ein, von denen P für sich allein den Körper in 1 Sekunde von A bis B und Q ebenfalls für sich allein von A bis C bewegen würde. /

71

giß. 19-

Wenn aber beide Kräfte gleichzeitig auf A ein- <V_ wirken, so kann A nicht nach B oder C gelangen, sondern es muß der Körper auf einem mittleren Wege sich fortbewegen, der in der Diagonale des Parallelogramms gefunden wird, welches man aus deu Größen A B und A G konstruiert. Man zieht also durch B eine Parallele zu AG und durch C eine Parallele zu AB. Diese beiden Linien schneiden sich in D, und gibt uns nun AD nicht nur die Richtung der resultierenden Mittelkraft an, in welcher diese den Körper A bewegt, sondern auch den Weg A D, den er in 1 Sekunde zurücklegen würde. Wenn nun aber AB und AC zeichnerisch dargestellt die Größe der beiden Kräfte P und Q darstellen, so erhält man alsdann in der

Länge AD auch die Größe der resultierenden Mittelkraft. Diese Art der zeichnerischen (graphischen) Darstellung und Bestimmung der Kräfte ist namentlich beim Entwerfen von Eisenkonstruktionen sehr wichtig und findet in der Graphostatik ausgedehnte Anwendung. Man trägt die Größe der Kräfte auf, indem man 1 kg = 1 mm nimmt und erhält dann in der Länge der Resultierenden das richtige Maß für die Kraft, welche sie darstellt.

Die so erhaltene Figur nennt, man Parallelogramm der Kräfte.

Während man bei Kräften, die im spitzen oder stumpfen Winkel auf einen Körper wirken, die Resultanten am schnellsten und einfachsten ihrer Größe und Richtung nach graphisch, also durch Konstruktion, bestimmt, kann man sie bei Angriff der Kräfte auch durch Rechnung finden, behält aber auch hier am besten die graphische Methode bei.

Wenn z. B. in Fig. 20 die eine Kraft A B = 80 kg und die Kraft A C = 120 kg ist, so ist die aus ihnen resultierende Kraft

AD = j/ AB'² + AC² =

Ot-mH}. l/"SO • 80 -j— 120.120 =j/"20800 = 144 kg.

Wirken mehr als zwei Kräfte auf einen Körper unter verschiedenen Winkeln, aber in einem Punkte, auf einen Körper ein, so muß man zunächst die Resultierenden der einzelnen Kräftepaare bestimmen und zuletzt die mittlere Kraft zwischen den Resultierenden finden, welche alsdann diejenige Kraft und Richtung darstellt, mit und in welcher sich der Körper bewegen wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 21 dargestellt. Man bestimmt zuerst aus den Kräften Px und P₂ durch das Parallelogramm Abcä die aus ihnen re- /

Fig- 20.

,fx

-"7s

\\

j?7

-V

->f

’e

I s'

Sffl- 21.

&ifl. 22.

alsdann in gleicher Weise aus den Kräften

sultierende Mittelkraft R P₃ und Pi die aus ihnen resultierende ß₂ mit dem Parallelogramin Aefg und hierauf aus den beiden resultierenden und R₂ durch das Parallelogramm Achs die Hauptresultierende R.

Man kann aber auch in anderer Weise verfahren, namentlich dann, wenn Kräfte in ungerader Zahl einen Körper in einem Punkte angreifen, wie das in Fig. 22 der Fall ist. Man bestimmt hierbei zunächst in bekannter Weise die Resultierende Ra der beiden Kräfte Px und P₂, dann aus R₄ und P3 die Resultierende R₂, aus R₂ und P₄ die Resultierende Rs, aus R₈ und P6 die Resultierende R, welche alsdann die Hauptresultierende der 5 in A angreifenden Kräfte darstellt.

Es kommt aber oft vor, daß an einem Körper verschiedene große Kräfte gleichlaufend zueinander angreifen, die also in gleicher Richtung wirken. Die Resultierende dieser Kräfte muß selbstredend so groß sein, wie die Summe dieser Seitenkräfte, und wird es sich zunächst darum handeln, den Angriffspunkt dieser Resultierenden zu finden.

Sind die beiden in A und C angreifenden Seitenkräfte gleich groß, so liegt der Angriffspunkt B der Resultierenden R genau in der Mitte zwischen A und C. Sind aber die beiden Kräfte ungleich und, wie Fig. 24 zeigt, P₂ größer als Pv so muß naturgemäß der Angriffspunkt der Resultierenden

bau

hd

'rR

tJi

S-ig. 24.

Mg. 23.

R mehr in der Nähe von B, betn Angriffspunkt der größeren Kraft, zu suchen sein. Es müssen sich beide Kräfte das Gleichgewicht halten und muß deshalb P₁XAC = P₂XCB sein oder es verhält sich P₂: P₂ = B C : A C. In Worten diese beiden Formeln ausgedrückt, erhält man die Regel:

1. Die Produkte der Seitenkräfte, multipliziert mit ihrem Abstande von dem Angriffspunkt der Resultierenden, sind einander gleich.

2. Die Abstände der Seitenkräfte vom Angriffspunkt der Resultierenden verhalten sich umgekehrt wie die Kräfte.

Beispiele: An einem Stab A B wirken an dessen Enden die beiden Kräfte P₂ — 60 kg und P₂ = 150 kg in einer Entfernung von AB = 140 cm.

Die Resultierende ist dann gleich 60 -f 150 — 210 kg. Die Lage des Angriffspunktes C für die Resultierende bestimmt sich nun aus dem Verhältnis der beiden Kräfte zueinander und zu ihrer Entfernung AB — 140 cm.

Es verhält sich 60 : 150 = 6 :15 = 2 : 5. Mithin AB: BC (umgekehrt wie die Kräfte) — 5:2 oder A B = ⁵/₇ von A B und C B = ²/₇ von

2 . 140

AB, also AC =    = 100 cm; CB

Machen wir die Probe auf die Richtigkeit unserer Rechnung, so ist x: A C = P₂ x C B, also 60 X 100 — 150 X 40 oder

— 40 cm.

600 600.

Wirken mehr wie zwei Kräfte parallel auf einen Körper ein, so bestimmt man nach Fig. 25 die Resultierende in folgender Weise: Man bestimmt zuerst

den Angriffspunkt 0 für die Mittelkraft R₂ zwischen P₂ und P in gleicher Weise den Angriffspunkt 8 für Rz zwischen P₃ und P₄ und endlich für die Hauptresultierende R den Angriffspunkt T zwischen Rt und R₂.

Wie man nun aus zwei an einem Punkt angreifenden Kräften eineMittel-kraft finden kann, so kann man auch umgekehrt eine in bekannter Richtung und Größe wirkende Kraft in zwei oder mehrere Kräfte zerlegen. Man versteht also unter Zerlegung der Kräfte die Bestimmung der Kraftäußerungen, welche eine einzige Kraft nach zwei oder mehreren Richtungen hin hervorbringt, so daß die durch die Zerlegung gefundenen Kräfte die gleiche Endwirkung wie die gegebene Kraft hervorbringen.

Eine praktische Anwendung findet das Zerlegen der Kräfte an den Widerlagern der Dachstühle, Brücken usw. In dem Dachsparren A B Fig. 26 ßJB wirkt in der Richtung AC eine Kraft von 1500 kg. Diese Kraft bringt nun einen in der Richtung AE senkrecht auf die Mauer M wirkenden Druck hervor und einer Schubkraft AD, die quasi das Bestreben hat, die Mauer umzuwerfen. Die Größe der beiden Seitenkräfte AD und AE erhält man durch Konstruktion, indem man auf AC von A aus AC — 1500 mm abträgt und durch C Parallele zu Px und P2 zieht, so daß man das Kräfteviereck AD CE erhält, und geben dann die in Millimetern gemessenen Seiten AD — P₂ und AE = P₂ die Größe der beiden gesuchten Kräfte in Kilogramm an. Da aber das Kräfteviereck ein rechtwinkliges ist, so kann man die beiden

0 JB

dann

I Tz

Fig. 26.

-v- I V"

L    ! 2

Ti

Fig. 25.

yR

Kräfte auch durch Rechnung leicht bestimmen, wenn man den B A F kennt, den der Sparren mit der Oberfläche der Mauer bildet. Ist derselbe — 450 oder */₂ Rechter, so wird das Kräfteviereck A D C E ein Quadrat und ich — P₂.

Ebenso, wie man eine einzelne Kraft in kleinere Kräfte zerlegen kann, die an einem Punkte wirken, kann man auch eine einzelne gegebene Kraft in parallel zu ihr wirkende Seitenkräfte zerlegen, wenn die Entfernung der Angriffspunkte derselben von der Einzelkraft bekannt sind. So würden z. B. in Fig. 27 die Seitenkräfte zu einer Kraft Q zu suchen sein, die dieser in dem durch Q belasteten Stabe AB das Gleichgewicht halten.

«‘..Ts

XFx

■a.

3.

Soll der Last Q das Gleichgewicht durch die Kräfte P* und P₂ gehalten werden, so müssen sie beide Q entgegengesetzt , aber gleichlaufend nach oben gerichtet sein. Da wir nun wissen, daß sich die Seitenkräfte umgekehrt verhalten, wie die bekannten Abstände a und b, so ist:

V-

7-

ra

Fig- 27.

Pi =

7 X Q unt) P₂ = y. Q.

Ist nun Q — 250 kg; a

75; b == 40 cm, so ist b = 115 cm und 7 X 250 = 0,347.250 = 86,75 kg

IO

75

₁₁₅ X 250 == 0,653.250 == 163,25 kg

Sa. = 250,00 kg = Q.

Gibt man einem Körper im Angriffspunkt der Resultierenden einen Stütz- oder Drehpunkt, wenn an dem Körper parallele Seitenkräfte wirken, so befinden sich diese Kräfte im Gleichgewicht, d. h. sie sind nicht imstande den Körper nach einer Seite hin drehend zu bewegen. Das ist aus Fig. 27 leicht zu ersehen, wo die Mittelkraft Q entgegengesetzt den beiden Seitenkräften P2 und P₂ wirkt. Hier hält die Kraft Q die beiden Seitenkräfte Ich und P2 vollständig auf, weil sie das Gleiche zu wirken vermag, wie diese beiden Kräfte, aber im entgegengesetzten Sinne. Es hebt also Q die beiden andern Kräfte P^ und P₂ auf, und man sagt in solchem Falle: Die Kräfte befinden sich im Gleichgewicht.

Genau dasselbe tritt ein, wenn im Angriffspunkt C der mittleren Last Q ein Stütz- oder Drehpunkt angewendet würde, weil dann dieser feste Punkt die Kräfte P₂ und P₂ verhindert, eine Bewegung des Stabes AB §u bewirken.

(7

TV

/////////S////JS

Mg 28.

Es sind also nach Fig. 28 parallel wirkende Kräfte im Gleichgewicht, wenn sie sich umgekehrt Verhalten wie die Abstände ihrer Angriffspunkte von dem festen Stützpunkte C, wenn also P,XAC = P₂xCB ist.

Diese Untersuchung, ob in einer Konstruktion Kräfte vorhanden sind, die einen Körper in irgend einer Richtung zu verdrehen bestrebt sein könnten, ist für den Maschinenbau sehr wichtig. Wir sehen aus der letzten Formel und ihrer Erklärung, daß die Wirkung jeder Kraft von der Entfernung abhängig ist, in welcher sie um den vorhandenen Drehpunkt wirkt. Es kann dann eine kleine Kraft in großer Entfernung unter Umständen eine größere Wirkung Hervorrufen, als eine große Kraft in kleinerer Entfernung, weil sich die Wirkung aus dem Produkt von Kraft und Entfernung berechnet. Man nennt diese Entfernung auch den Hebel, an dem die Kraft wirkt. Das Produkt gibt den Arbeitseffekt an und wird bezeichnet als das statische Moment.

Sind die auf einen Körper wirkenden Kräfte mit den Abständen ihrer Nichtungslinien von dem Drehpunkte in umgekehrter Ordnung proportioniert, so sind ihre statischen Momente gleich und sie üben auf den Körper ganz die gleiche Wirkung in bezug auf eine hervorzubringende Verdrehung aus.

Sind also die statischen Momente der einzelnen auf einen Körper wirkenden Kräfte gleich, und sind sie bestrebt, ihn in umgekehrter Richtung zu drehen, so findet eine Drehung nicht statt und die Kräfte befinden sich im Gleichgewicht.

Dasselbe gilt für Kräfte, die nicht in paralleler Richtung auf einen Körper wirken und ihn um einen Punkt zu drehen suchen. Nehmen wir z. B. an, der Punkt A in Fig. 29 sei der Mittelpunkt einer Welle und die Kräfte

---

Pv P₂, P₈, P₄ sind bestrebt, jp in den zu ihnen gehörenden Entfernungen AB, AC, AD, A E die Welle zu verdrehen, so sind die Kräfte im Gleichgewicht, wenn die statischen Momente der auf einer Seite wirkenden Kräfte zusammen gleich sind der Summe der statischen Momente der auf der anderen Seite wirkenden Kräfte. Es muß also in Fig. 29 P₄ X AC -j- P₂ x AB = P₃XAD-)-P₄xAE sein.

Es wird dabei stets vorausgesetzt, daß die Richtungslinie der Kraft rechtwinklig zur Entfernungslinie steht oder mit anderen Worten: Die Wirkung der Kraft erfolgt im rechten Winkel an dem Hebelsarm, den die Entfernungslinie darstellt.

6.

Zusammengesetzte Bewegungen.

Eine zusammengesetzte Bewegung entsteht überall da, wo Kräfte bemüht sind, einem von ihnen angegriffenen Körper Bewegung nach verschiedenen

Richtungen hin zu erteilen. Fälle dieser Art haben wir schon in Fig. 19—22 behandelt, wo die Kraftrichtungen Winkel zueinander bilden und mit Hilfe der Konstruktion von Kräfteparallelogrammen die Mittelkraft und Richtung gefunden wurde, in welcher diese alsdann den Körper bewegt.

Es lassen sich in der Praxis viele Beispiele für die zusammengesetzte Bewegung von Körpern finden, und wollen wir die wichtigsten derselben etwas eingehender betrachten.

Die Wurfbewegung. Wirft man einen Stein in die Luft oder schleudert aus einem Geschütz ein Geschoß in die Ferne, so beschreiben beide Wurfkörper keine gerade Linie, sondern einen Bogen. Würde keine Kraft außer der den Stein schleudernden Körperkraft vorhanden sein, so- müßte der Stein in gerader Richtung weiter fliegen. Da er aber nach einer gewissen Zeit seinen höchsten Punkt erreicht und sich dann in einer Bogenlinie weiterfliegend zur Erde herabsenkt, so muß eine Kraft vorhanden sein, welche diese Abweichung von der geraden Flugbahn bewirkt. Der Wurfkörper steht also beim Durchfliegen seiner Bahn noch unter dem Einfluß einer anderen Kraft und zwar unter der seiner eigenen Schwere oder der Anziehungskraft der Erde. Aus der Wirkung beider Kräfte ergibt sich die Wurfbahn, welche der Körper durchfliegt nach Fig. 30, wie folgt:

.a

Die Wirkung der den Stein in A abwerfenden Kraft ist eine nur einmalige geradlinige, und dementsprechend nimmt er die Bewegung geradlinig in der Richtung A B auf. Er gelangt — sagen wir in der ersten Sekunde nach a, in der zweiten nach b, also doppelt so weit, in der dritten nach c uff., wenn die Schwerkraft nicht auf ihn einwirken würde.

Bliebe nun der Körper sich selbst überlassen, so würde er infolge der Schwerkraft fallen und ^ zwar in der

ersten Sekunde bis 4,90 m zweiten dritten

\o

-i'-

V-

\?

„ von A bis p — 4 X 4,9 — 19,6 m „    „ A „ q = 9 X 4,9 = 44,1 m.

at

Fig- 30.

Nach dem Parallelogramm der Kräfte kann man nun, wie Fig. 30 zeigt, die Flugbahn des Körpers konstruieren, indeni man aus den Teilgrößen a, b, c usw. auf A B und o, p, q auf AC die entsprechenden Parallelogramme konstruiert. In den Schnittpunkten der Parallelen erhält man alsdann je einen Punkt D, E, F bis 6 der Flugbahn, die sich in Gestalt einer Parabel entwickelt. Es gelangt dann der Stein in der ersten Sekunde nicht nach a oder o, sondern nach D, nach Verlauf der zweiten Sekunde nach E, nach der dritten nach F uff., bis er in G wieder die Erde berührt.

iStj

Ein in A befindlicher Körper soll sich in Zentralbewegung befinden, d. h. er wird von einer Kraft P beständig nach dem Zentral-punkt C hingezogen, während eine zweite Kraft Q gleichzeitig und dauernd bestrebt ist, ihn in der Richtung b zu bewegen. Man hat es also wieder mit einer zusammengesetzten \ £ Bewegung zu tun, und nennt man in diesem Falle die Kraft P die Zentripedalkraft, Q die Tangentialkraft, weil ihre jeweilige Richtung in der Tangente zu der Kurve liegt, welche der Punkt A um C infolge der Einwirkung beider Kräfte beschreibt.

Hieraus folgt, daß jeder geworfene Körper eine krummlinige, nach der Parabelform verlaufende Flugbahn hat. Die Wurfweite A G richtet sich nach der Elevation oder dem Winkel BAG. Im leeren Raume würde die Wurfweite bei 45 ⁰ am größten sein; in Wirklichkeit ist dies aber bei einem Elevationswinkel von 35—37 ⁰ der Fall.

Zentralbrttwgung und Zentrifugalkraft. Wenn sich ein Körper um einen bestimmten Mittelpunkt bewegt — dreht, dann nimmt er eine Zentralbewegung an. Das großartigste Beispiel der Bewegung von Körpern uni einen Mittelpunkt (Zentrum) bieten uns die Himmelskörper, welche alle Zentralbewegungen ausführen. Die Entstehung dieser Bewegungsart hat man sich nach Fig. 31 wie folgt zu senken:

<7

---

z<f\

Fig. 31.

Bei der Bewegung der Himmelskörper, also z. B. der Erde um die Sonne, bildet letztere den Mittelpunkt, das Zentrum, und die von ihr ausgehende Anziehungskraft ist die Zentripedalkraft, welche die Erde anzieht. Als Tangentialkraft hat man sich einen Stoß auf den Körper A in der Richtung Ab bei Beginn der Bewegung zu denken und ergibt sich dann der Verlauf der Bahn, die meist einen Kreis oder eine Ellipse bildet, in folgender Weise:

Denkt man sich den Körper A in einem beliebig großen, kleinsten Zeitteilchen und unabhängig von der Stoßkraft Q von C angezogen, so bewegt er sich von A nach a und in gleicher Zeit und Weise unabhängig von P von A nach b. Konstruiert man nun mit Hilfe dieser beiden Größen das Kräfteparallelogramm, so erhält man in Ac die mittlere Bewegungsrichtung, welche der Körper verfolgt. Er hat nun in c das Bestreben, seine Bewegung in der Richtung Ac, also tangential, d. h. rechtwinklig zu c C, fortzusetzen, tut es aber nicht, weil die von C ausgehende Zentripedalkraft seinen weiteren Weg beeinflußt. Man findet diesen, wenn man auf der Verlängerung von Ac die Größe ce = Ab abträgt und auf der zugehörigen, rechtwinkligen Seitenkraftlinie cC die Größe c d = A a. Konstruiert man nun aus diesen beiden Größen das Kräfteviereck cdke, so findet man in ck die Fortsetzung der Bahn des Punktes A um 6 und weitergehend in gleicher Weise in k i die Fortsetzung uff. Der Körper bleibt also immer gezwungen, sich in der Diagonale der Kräftevierecke zu bewegen. Wirkt die Kraft Q immer konstant in gleicher Stärke auf A ein, so beschreibt A um C einen regelrechten Kreis.

Bei der Zentralbewegung eines Körpers um einen Zentralpunkt entsteht nun in ersterem eine Kraft, die bestrebt ist, diesen von dem Zentrum zu entfernen, gleichsam der anziehenden Gewalt des Zentrums zu entstiehen und nennt man diese Kraft deshalb Fliehkraft oder Zentrifugalkraft. Es entsteht also die Zentrifugalkraft erst aus der Zentralbewegung und ist dieselbe so groß wie diese letztere. Beide stehen in einem gewissen Abhängigkeitsverhältnis voneinander. Die Zentrifugalkraft wächst in dem Maße, als das Gewicht des um das Zentrum bewegten Körpers zunimmt und der Durchmesser der Bewegungsbahn kleiner wird. Ferner nimmt die Fliehkraft mit dem Wachsen der Umdrehungsgeschwindigkeit zu und zwar so, daß bei zweifacher Geschwindigkeit die Fliehkraft auf das Vierfache wächst, bei dreifacher Geschwindigkeit aber neunmal größer wird; sie wächst also stets um das Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit. Je größer aber der Krümmungsradius der Bahn ist, um so geringer wird die Zentrifugalkraft.

Nimmt man nun an, daß das Gewicht der um einen Zentralpunkt bewegten Masse gleich Gr ist und die Geschwindigkeit v, während die Größe des Krümmungshalbmessers mit r bezeichnet wird, so ist die Zentrifugalkraft

— Zentrifugalkraft.

Gl X v' v X 9,81

Im Maschinenbau findet die Zentrifugalkraft verschiedentlich nutzbringende Anwendung. So z. B. bei den Zentrifugen zum Trocknen von Wäsche, nassen Geweben, Stücken usw., wo durch sie das Wasser von den Stoffen abgeschleudert wird. Auch die Separation der Sahne von der Milch erfolgt in den Separatoren durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft. Bei der Zentrifugalpumpe und dem Zentrifugalgebläse dient sie teils zum Ansaugen des Wassers durch Bildung eines Vakuums, teils zur Erzeugung eines stark gepreßten Luftstroms, und so ließen sich noch viele Beispiele dafür anführen, wie wichtig die Wirkung der Zentrifugalkraft für den Maschinenbau ist.

Die schiefe Ebene. Es hat wohl jeder schon einmal Gelegenheit gehabt eine schiefe Ebene, z. B. einen Bahn- oder Straßendamm oder auf einem Treppengeländer, hinunterzurutschen und zum eignen Vergnügen die Gesetze der schiefen Ebene zu benutzen. Gerade diese vergnügliche Erdwirkung — das Hinunterrutschen — ist eben eine Folgeerscheinung der schiefen Ebene, praktisch wie bildlich, denn Körper und Menschen, die auf die schiefe Ebene geraten, beginnen zu rutschen unter dem Einfluß ihrer eigenen Schwere. Bei den Menschen und bildlich genommen stimmt das freilich nicht, denn die rutschen — auf die schiefe Ebene des Lebens geraten — um so schneller, je leichter sie sind und das Leben nehmen. Hauptsache ist, daß wir uns einprägen, ein Körper hat auf der schiefen Ebene immer das Bestreben hinunterzurutschen.

In Worten ausgedrückt heißt das: Soviel mal die Höhe der schiefen Ebene kleiner ist als ihre Länge, soviel mal kleiner ist die Kraft P als das Gewicht Q.

Warum das geschieht, ist leicht zu erraten — durch den Einfluß seiner eigenen Schwere. Wir können den mechanischen Vorgang mit Hilfe der Fig. 32 leicht erklären:

Nehmen wir an, es befindet sich auf der schiefen Ebene A C ein Körper r mit dem Gewicht Q, welches die schiefe Ebene in senkrechter Richtung belastet. Das Gewicht Q ist aber in diesem Fall Resultierende

-i-b und zerlegt sich in eine Kraft P, die den Körper in

Richtung der schiefen Ebene herunterzieht und rt, die ihn gegen die schiefe Ebene drückt, auf der er gleitet — reibt. Diese Seitenkraft stellt also gewissermaßen die Reibung dar, welche die Kraft P in ihrer Wirkung schwächt.

Die Kraft rt wirkt also senkrecht zu A C, und Q ist die Mittelkraft zwischen P und rt. Stellt nun die Länge ru die Größe des Gewichts vor, so erhalten wir in rs und rt die Größen der beiden Seitenkräfte und verhält sich dann P : Qr = rs

schiefen Ebene, mit 1 und BO, ihre Neigungshöhe, mit h, so verhält sich

rs : ru — h : 1 und es ist die Kraft

rv.

ra

Fig. 32.

: r u.

Bezeichnet man nun AC, die Länge der

Wäre beispielsweise die Neigung 1:1, also die Ebene ganz senkrecht, dann ist P — ‘/j x Q = Q, mithin fällt der Körper frei in der Luft herunter. Ist aber das Verhältnis 1 : 2, also die Höhe h gleich der Hälfte von 1, so ist P = '/,X Q, also die Hälfte von Q. Während im ersten Fall, wo P == Q ist, die Geschwindigkeit des abfallenden Körpers gleich der seiner Fallgeschwindigkeit ist, wird seine Geschwindigkeit im zweiten Falle ebenfalls nur die Hälfte der Fallgeschwindigkeit betragen, und der Weg, den der auf der schiefen Ebene herabrollende oder gleitende Körper auf ihr zurücklegt, ist ebenfalls nur halb so lang als jener, den der freifallende Körper in der gleichen Zeit im freien Raume zurücklegen würde.

Das Pendel. Der Begriff des Pendels ist uns allen ebenfalls schon längst bekannt durch seine Anwendung an der Pendeluhr, wo es den Zweck erfüllt, den Gang der Uhr zu regulieren. Auch seine Bewegung gehört, wie die des Körpers auf der schiefen Ebene, zu den zusammengesetzten Bewegungen.

Man versteht unter einem Pendel einen an einem hohen Punkt aufgehangenen Körper, welcher um seinen Aufhängepunkt schwingt, sobald er aus seiner senkrechten Lage gebracht wird. Bei der Betrachtung des Pendels als mathematisches Pendel nimmt man an, daß der Faden, an dem das Pendel hängt, gewichtslos ist, denn das Gewicht des Fadens müßte sonst die Bewegung des Pendels hindernd beeinflussen.

Die Schwingungen des Pendels entstehen durch die am Körper wirkende Schwerkraft und das Beharrungsvermögen des in Bewegung gebrachten Pendelkörpers.

In Fig. 33 ist dieser Vorgang dargestellt.

--i*

Fig- 33.

Um den festen Punkt 0 schwingt ein Pendel 0 P. Wird es in die Lage 0 P gebracht und dann sich selbst überlassen, so fällt es, seiner Schwere folgend, in der senkrechten Richtung P T, wird aber hieran durch die Pendelschnur verhindert, bezw. abgelenkt. Es gelangt in beschleunigter Bewegung in die Mittellage 0 8 und _ setzt seinen Weg, dank der Fallbeschleunigung, ^ die der Pendelkörper auf der ersten halben Schwingung erhielt, über den Punkt 8 hinaus T nach der anderen Seite fort. Wenn keine Bewegungshemmnisse entgegenstanden, würde es in die Lage OQ kommen und mit verzögerter Bewegung die zweite Bogenhälfte SQ durchfliegen. Von Q geht dann das Pendel in gleicher Weise nach P zurück — von Q bis 8 mit beschleunigter, von 8 bis P mit verzögerter Bewegung. Jede volle Pendelschwingung heißt auch Pendelschlag, die Größe OP — 08 — Otz die Pendellänge, und die Zeit, in der das Pendel eine Schwingung ausführt, die Schwingungszeit.

Die Schwingungszeit des Pendels und die Schnelligkeit der Schwingungsfolge ist abhängig von der Länge des Pendels. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß ein kurzes Pendel schneller schwingt, als ein langes, und zwar mnß ein Pendel, welches zweimal schneller als ein anderes schwingen soll, viermal kürzer sein; umgekehrt macht aber ein viermal längeres Pendel nur halb soviel Schwingungen.

Die Größe der das Pendel anstoßenden Kraft und somit auch die Länge des Schwingungsbogens P Q ist auf die Schwingungsdauer nicht von Einfluß, so lange die anstoßende Kraft ein gewisses Maß nicht überschreitet.

Das Sekundenpendel bildete früher für die Zeitmessung einen wesentlichen Faktor. Es ist in seiner Länge abhängig von der Höhe des Ortes über dem Meeresspiegel, weil die Schwerkraft, deren Wirkung ja auch im Pendel verkörpert ist, ebenfalls von der Ortshöhe abhängig ist. Seine Länge beträgt z. B. in Königsberg und Orten gleicher Höhe 0,9939 in. Auf hohen Bergen ist seine Länge wesentlich geringer, nach den Erdpolen zu muß es verlängert werden, weil hier die Erde abgeplattet und die Anziehungskraft größer ist.

Zur Regulierung der Uhren dienen sogenannte physische Pendel, die mit den mathematischen ziemlich übereinstimmen, wenn die Pendellinse an einem dünnen Draht aufgehangen wird. Sie können dann nach den für die mathematischen Pendel geltenden Regeln gebaut werden. Wird aber eine verhältnismäßig schwerere Pendelstange gewählt, so muß die Länge des Pendels

Auch die Temperatur ist nicht ohne Einfluß auf den Gang eines physischen Pendels, weil sich die Pendelstange unter dem Einfluß der Wärme und Kälte verlängert (dehnt) oder kürzt (zusammenzieht). Man muß deshalb die gewöhnlichen Pendel bei genau gehenden Uhren der Jahreszeit entsprechend im Sommer verkürzen, im Winter verlängern, was man durch Verschiebung der Pendellinse in einem oder anderen Sinne erreicht.

größer fein, weil dann das Gewicht der Stange die Schwingungen mit beeinflußt.

Um diese immerhin lästigen Regulierungen zu beseitigen, hat man sogenannte Kompensationspendel konstruiert, welche die Eigenschaft besitzen, die durch die Temperatur bedingte Veränderung der Länge selbsttätig auszugleichen. Man erreicht das durch Kombination des Pendels aus verschiedenartigen Metallstangen (Stahl und Zink), welche eine verschiedene Ausdehnung besitzen.

7.

Die Schwerpunkte und ihre Bestimmung.

Jeder Körper hat einen bestimmten Punkt, in dem sich seine Schwere konzentriert, d. h. man kann sich in ihm sein ganzes Gewicht verkörpert denken.

Legt man z. B. auf die nach oben stehende Schneide einer Dreikantfeile ein Stück Flacheisen und schiebt es solange hin und her, bis es wagerecht liegen bleibt, so liegt in der Durchschnittsebene des Flacheisens, welche die Schneide der Dreikantfeile markiert, der Schwerpunkt des Flacheisenstabes und zwar genau in der Mitte des Querschnittes, im Kreuzungspunkt der beiden Querschnittsdiagonalen.

Wird der Schwerpunkt eines Körpers unterstützt, so befindet sich der Körper im Zustand der Ruhe; bei frei aufgehängten Körpern ist der Schwerpunkt stets lotrecht unter dem Aufhängepunkt zu suchen.

In der Praxis, beim Ausbalanzieren von Maschinenteilen, findet man den Schwerpunkt meist durch Probieren; bei Konstruktionen, bei denen der Schwerpunkt gewisser Teile beachtet werden muß, findet man ihn aber durch Konstruktion oder Berechnung.

Bei einer gleich dichten Stange von prismatischem Querschnitt liegt der Schwerpunkt genau in der Mitte ihrer Längsachse. Der Schwerpunkt der Kugel liegt ebenfalls genau in deren Mitte.

Bei einem Parallelogramm, gleichviel ob es recht- oder schiefwinklig ist, liegt der Schwerpunkt in dem Schnittpunkt der beiden Diagonalen.

ALI

In jedem Dreieck liegt, wie Fig. 34 zeigt, der Schwerpunkt 8 im Schnittpunkt dreier Linien AE, BF, C D, die man von den Eckpunkten A, B, 0 aus zur Mitte der ihnen gegenüberliegenden Seite zieht. Es ist also ^AF = FC; CE = EB;BD = DA.

8-iß. 34.

Bei einem unregelmäßigen Viereck Fig. 35 findet man den Schwerpunkt in folgender Weise:

Man zerlegt erst nach Fig. 35a das Viereck ABD C in zwei Dreiecke ABC und CBD und bestimmt deren beide Schwerpunkte Sx und S₂ in bekannter Weise. Dann zerlegt man nach Fig. 35 b das Viereck nochmals in die beiden Dreiecke ABD und A DC und bestimmt wieder deren Schwerpunkte

J,

J?

fr

'fr

JO

C\ .

Fig. 35 a.

Fig. 35 b.

Fig. 35 c.

S₈ und S₄. Verbindet man nun in beiden Figuren 8₄ mit S₂ und Sg mit S₄ durch eine gerade Linie, so liegt auf diesen beiden Linien, bezw. in deren Schnittpunkt, der Schwerpunkt 8 des Vierecks, wie Fig. 35 c zeigt, in welcher die beiden Schwerpunktslinien in ihrer richtigen Lage eingezeichnet sind.

Auf ähnliche Weise sucht man auch in anderen vieleckigen Flächen durch Zerlegen der Figur in Drei- und Vierecke die einzelnen Schwerpunkte und aus den Schwerpunkten, die man erhält, den gemeinsamen Schwerpunkt des ganzen Profils. Da aber dieses Verfahren konstruktiv ziemlich schwierig ist und große Genauigkeit im Zeichnen erfordert, so hilft man sich — zur Kontrolle, — indem man das auf den Schwerpunkt zu untersuchende Profil (z. B. bei Trägern, Schienen, Schwellen usw.) genau aus starkem Karton ausschneidet und dasselbe auf einem genau wagerecht aufliegenden dreikantigen Stahl- oder Glasprisma ausbalanziert. Sucht man nun die Schwerpunktslage erst in der Längsachse und dann in der Querachse des Profils, so findet man in dem Kreuzungspunkt der beiden Gleichgewichtslagen den Schwerpunkt des Profils.

Bei Trägerquerschnitten ist die Schwerpunktsbestimmung sehr wichtig, weil auf die Schwerpunktsachse gewisse Festigkeilswerte zu beziehen sind.

Bei allen prismatischen Körpern und beim Zylinder liegt der Schwerpunkt, wie schon gejagt, genau in der Mitte der Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden regelmäßigen Endflächen.

Der Schwerpunkt von Pyramiden und vom Kegel liegt genau über dem Schwerpunkt der Grundfläche in x/₄ Abstand der senkrechten Höhe des Körpers.

Für die Konstruktion der Maschinen und auch der Eisenhochbauten, bei denen es auf Stabilität (Standhaftigkeit) besonders ankommt, ist die Lage des Schwerpunktes sehr oft zu berücksichtigen. Es ist klar, daß ein Gegenstand um so fester und sicherer stehen wird, je tiefer sein Schwerpunkt liegt, je größer also seine Stabilität ist. Die Standhaftigkeit ist ferner dann am größten, wenn der Schwerpunkt, als Senkrechte bis auf die Unterstützungsfläche verlängert, nach allen Seiten hin so weit als möglich von der Umgrenzungslinie

der Grundfläche, also möglichst in ihrer Mitte, liegt. Endlich ist eine gute Stabilität auch durch ein großes Gewicht bedingt, wenn dasselbe in der Konstruktion so verteilt ist, daß der Schwerpunkt die erst genannten Bedingungen bezüglich seiner Lage erfüllt. Bei zu hoher Lage des Schwerpunktes kann es sonst vorkommen, daß bei außergewöhnlicher Beanspruchung die Konstruktion, z. B. bei Sturm bei Hochbauten oder bei plötzlichen Stößen und Kraftüberschreitungen an Maschinen, einfach über den Haufen geworfen wird, weil alsdann Gleichgewichtsstörungen eintreten, die in der Verschiebung des statischen Momentes zu suchen sind.

8.

Die Bewegungswiderstände.

Man hat bei den Maschinenkonstruktionen mit mancherlei Widerständen zu rechnen, die in Rücksicht gezogen und möglichst unschädlich gemacht werden müssen, weil jeder Widerstand in bewegten Maschinenteilen gleichbedeutend mit dem Verlust von Kraft ist, also wird durch die Widerstände die Leistungsfähigkeit verringert.

Der am häusigsten zu überwindende Widerstand ist die Reibung. Bei Seiltrieb und Lastseilen wirkt die Seilsteifigkeit als Hindernis der Bewegung, und sehr oft muß auch mit den Widerständen der Luft und des Wassers gerechnet werden.

Auch die Materialien setzen bei ihrer Bearbeitung durch Maschinen dem Werkzeug Widerstand entgegen, der um so größer wird, je fester, härter das Material ist.

a. Reibungswiderstände.

Man unterscheidet drei Arten der Reibung:

1.    Gleitende Reibung,

2.    Zapfenreibung,

3.    Rollende Reibung.

Als Beispiel für die gleitende Reibung kann der Kreuzkopf zwischen den Geradführungen bei Lokomotiven und Dampfmaschinen angeführt werden. Auch der Stein in der Umsteuerungskulisse hat gleitende Reibung, der Kolben an den Zylinderwänden usw.

Zapfenreibung findet überall da statt, wo sich Wellen, Zapfen und Bolzen in zugehörigen Lagern oder Gelenken drehend bewegen. Sie ist eine besondere Erscheinungsform der gleitenden Reibung und ist ähnlich wie diese zu beurteilen.

Rollende Reibung finden wir bei allen runden Körpern, die sich auf einer geraden oder gekrümmten Unterlage abrollen, bezw. rollend bewegen. Das ist der Fall bei den Rädern der Eisenbahn- und anderen Wagen auf Schienen oder Straßen, bei Zahnrädern usw.

Die Reibung zwischen zwei Körpern ist um so größer, je rauher ihre Reibungsflächen sind. Man sucht deshalb diese Rauheit durch Schmieren der Flächen mit Öl, Fett oder Graphit auszugleichen, eine möglichst glatte Berührungsfläche zu erzeugen und hierdurch die Reibung zu vermindern.

Die praktischen Erfahrungen haben für die gleitende Reibung folgende Gesetze und Regeln ergeben:

1.    Je größer der Druck, um so größer die Reibung. Die Reibung nimmt in gleicher Weise zu wie der Druck; die Reibung eines Körpers von doppeltem oder dreifachem Gewicht oder Druck ist auch doppelt oder dreifach so groß als das einfache Gewicht oder der einfache Druck.

2.    Die Größe der Reibungsfläche hat auf die Größe der Reibung keinen Einfluß. Berührt ein Körper mit seiner größten Fläche die Gleitbahn, so sind wohl viele reibende Teile beim Gleiten des Körpers vorhanden, es kommt aber auf den einzelnen Flächenteil ein so hoher Druck, als wenn der Körper auf seiner kleinsten Fläche gleiten würde.

3.    Je rauher die aufeinander gleitenden Flächen sind, um so größer ist die Reibung. Es gibt keine vollkommen glatten Flächen der Gleitbahnen und gleitenden Körper, und muß deshalb die Rauheit der Flächen durch Schmieren ausgeglichen werden, indem die Schmiere die feinen Vertiefungen der Gleitflächen, welche die Rauheit bilden, ausfüllt.

4.    Die Reibung zwischen Körpern gleichartigen Materiales ist größer als zwischen ungleichartigen Materalien. Diese Erscheinung ist damit zu erklären, daß gleichartige Stoffe auf den gleitenden Flächen auch die gleiche Beschaffenheit, Rauheit zeigen, und ist infolgedessen auch die Rauheit größer.

5.    Die Reibung ist beim Anfang der Bewegung größer als während derselben. Es ist klar, daß auch im Zustand der Ruhe eine Adhäsion zwischen den beiden Gleitflächen stattfindet, die durch ihre innige Berührung bedingt ist. Diese muß nun bei Beginn der Bewegung zunächst überwunden werden, und ist deshalb in diesem Moment der Reibungs- oder Adhäsionswiderstand größer, als während der Bewegung. Im letzteren Falle können die Rauheiten der Flächen nicht mehr so innig ineinander greifen und verringert sich infolgedessen auch die Reibung und Adhäsion.

6.    Die Geschwindigkeit der gleitenden Körper hat auf die Größe der Reibung keinen Einfluß. Wenn man auch annehmen muß, daß bei erhöhter Geschwindigkeit eine öftere Berührung der gleitenden Flächen, der aufeinander reibenden Flächenteile stattfindet, so ist der Wechsel doch ein so rascher, daß die Rauheit der Flächen nicht stärker in Wirkung treten kann. Wird aber die Geschwindigkeit zu groß, so erhitzen sich die aufeinander gleitenden Flächen; hierdurch dehnen sich die Körper aus, und die Ausdehnung verursacht eine Erhöhung des gegenseitigen Flächendruckes, so das; die Reibung wachsen muß.

7. Die Zapfenreibung ist geringer als die gewöhnliche gleitende Reibung zwischen geraden Flächen. Diese Erscheinung ist wohl damit zu erklären, daß die Tangentialkraft, welche am Umfang der gekrümmten Gleitfläche wirkt, die Adhäsion der Flächenteilchen vermindert, indem durch sie eine so innige Berührung wie bei den geraden Flächen nicht stattfinden kann.

Nach der unter 1 gegebenen Regel wächst also die Reibung im gleichen Verhältnis wie der von einem Körper beim Gleiten ausgeübte Druck und hieraus läßt sich nun auch die Größe der Reibung bestimmen. Man hat mit den verschiedensten Materialien Versuche angestellt und durch sie die Reibungsgrößen bestimnit und in Verhältniszahlen gebracht, welche das Verhältnis zwischen Druck und Reibung darstellen. Man nennt diese Werte Reibungskoeffizienten.

Bezeichnet man diesen Wert mit f, den Druck, welchen ein gleitender Körper ausübt, mit Q und die Reibung selbst mit R, so ist

R = f X Q oder der Reibungswert f —

Bei der Zapfenreibung ist die Berechnung der Reibungsgrößen nicht so einfach. Nehmen wir an, die Rolle A in Fig. 36 dreht sich mit ihrem Zapfen z in den Lagern L, durch die Einwirkung der an einem Seil wirkenden Gewichte P und Pv welches über die Rolle gelegt ist. Der Druck, welchen hier der Zapfen auf seine Lager ausübt, ist dann (j — P -s- P^ und die Differenz zwischen P und P₁₍ also Pt — P ist gleich der Kraft, welche die Rolle bewegt. Die Zapfenreibung R ist alsdann R — f X Q und wenn a der Halbmesser der Rolle und r der 1i? des Zapfens ist, so wird

Fig. 36.

R X r (Pt — P) X a oder R = (Px — P) X -p

So groß muß also die am Zapfenumfang wirkende Kraft sein, welche die Reibungswiderstände überwindet.

Bezeichnet man nun mit 8 den Weg, den der Zapfenumfang unter dem auf ihm lastenden Drucke Q zurücklegt, so ist die durch die Reibung verbrauchte Arbeitskraft — RxS = fxQxS.

Da nun aber der Weg für eine Umdrehung 8 — d X n ist, so ist die für eine Umdrehung durch die Reibung aufgezehrte Arbeitskraft RXS = fxQXdX7r.

Der Weg. welchen jeder sich drehende Körper zurücklegt, ist aber um so größer, je größer (bei gleichen Umläufen) der Durchmesser des Zapfens ist und kann man deshalb die Reibung an Zapfen und Wellen dadurch auf das kleinste Maß beschränken, daß man den sich gleitend drehenden Körpern möglichst kleine Durchmesser gibt oder ihre Berührungsflächen sonstwie auf ein möglichst großes Minimum reduziert.

Man hat im Laufe der letzten 10 Jahre in dieser Hinsicht viele Konstruktionen geschaffen, welche dieses Ziel erreichen, ohne die Zapfen unnötig zu schwächen, denn man muß dabei mit der Tatsache rechnen, daß ein schwacher Zapfen nicht allzu hohe Kräfte übertragen kann. Hauptsache ist, die Größe der reibenden Lager- und Zapfenflächen auf ein Minimum zu reduzieren, und dies wird am vollkommensten durch die Kugellager und die Ganswindtsche Drahtachse erzielt, die wir unter dem Abschnitt Maschinenelemente noch eingehender besprechen werden.

Die Reibungskoeffizienten sind nun für die Zapfenreibung mit einiger Sicherheit bestimmt und in der nachstehenden Tabelle nach Angaben des Physikers Morin zusammengestellt worden.

Reibungskoeffizienten für gleitende Reibung.

(Nach W. H. Uhland.)

Reibende Körper

Lage

der

Fasern

Zustand Reibungskoeffizient

der

der

Oberflächen

Ruhe Bewegung

Gußeisen auf Gußeisen

Schmiedeeisen auf Gußeisen oder Bronze

Schmiedeeisen auf Schmiedeeisen .

Bronze auf Gußeisen......

Bronze auf Schmiedeeisen .... Bronze auf Bronze .......

Gußeisen auf Eiche

Schmiedeeisen auf Eiche Bronze auf Eiche . . .

.{

Eiche auf Eiche

=t=

=t=

Holz (mittelhart) auf Eiche Rindsleder auf Eiche . .

Lederriemen auf Eichentrommel . . . Hanfseil auf Eiche.....

Lederriemen auf Gußeisen . .

Leder

flach

hochkantig

flach

Rindsleder als Kolbenliderung . . .

wenig fett Wasser trocken trocken wenig fett trocken etwas fettig trocken trocken mit Wasser trockene Seife mit Wasser mit Talg trocken trocken

trockene Seife trocken mit Wasser trocken trocken trocken trocken mit Wasser trocken trocken trocken Wasser

ohneSchmiere mit Wasser Öl, Seife fett u. feucht

SS S S S11 "11 i 11S1111111S1111S i SS SS

Der Reibungskoeffizient für Stahlzapfen in Bronzelagern beträgt bei guter Schmierung und sauberen: Einschleifen der Lager 0,03 bis 0,003. Er wird am stärksten beeinflußt durch die Schmierfähigkeit der verwendeten Schmiermittel und ist deshalb auf deren Qualität besonders zu achten. (Siehe die „Schmiermittel".)

Wenn die Umfangsgeschwindigkeit eines Zapfens von 0,5 auf 2,0 m pro Sekunde zunimmt, so steigt die Größe des Reibungswertes um 20 bis 100 °/₀. Zunehmender Flächendruek dagegen von 0,1 kg per qm auf 0,4 kg vermindert den Reibungskoeffizienten um 0—50 °/e.

Für rollende Reibung beträgt der Reibungskoeffizient beim Gleiten von Eisen auf Eisen 0,01—0,003. Auf Fahrstraßen kann diese Reibung im Mittel mit 0,033 angenommen werden und geht bei sehr gutem Zustande der Fahrbahn herunter bis auf 0,02. Mithin beträgt daun die zur Bewegung des Wagens nötige Kraft nur 0,02 des Wagengewichtes samt Belastung des Wagens auf ganz horizontaler Fahrbahn.

Bei Eisenbahnen nimmt man den Reibungskoeffizienten mit 0,005 an.

Aus den genannten Reibungswerten geht hervor, daß die rollende Reibung geringeren Widerstand bietet als die gleitende, weshalb es günstiger ist, die gleitende Reibung in rollende zu verwandeln.

Wenn man beispielsweise einen eisernen Träger einfach durch Schleifen auf ebener Erde fortbewegen will, so gehört eine sehr große Kraft dazu, dies zu bewirken. Legt man aber einige Rollen unter, so kann die Last ohne große Krastanstrengung fortbewegt werden. Auch die bereits erwähnte Anwendung der Kugel- und Rollenlager beruht im ganzen nur auf einer Umwandlung der gleitenden Zapfenreibung in eine rollende, weil sich die zahlreichen Kugeln mit ihren Flächen auf der Zapfenfläche abrollen. Bei den Friktionsrollen und -rädern haben wir ebenfalls eine rollende Reibung, und ihre günstige Wirkung ist lediglich auf den gleichen Umstand zurückzuführen.

Man kann aber auch den Reibungswiderstand nutzbringend verwenden, wenn es sich darum handelt, in Bewegung befindliche Körper in ihrer Bewegungsgeschwindigkeit aufzuhalten — zu bremsen.

Die einfachste Art der Bremsung finden wir an allen Lastwagen, bei denen durch eine Schraubenspindel und entsprechende Hebel eine Bremsstange mit zwei Bremsklötzen gegen die sich auf der Fahrbahn abrollenden Radreifen gedrückt wird, und zwar entgegengesetzt der Umdrehungsrichtung der Räder, um möglichst kräftige Reibung zu erzeugen. Die Berechnung der Bremsen geben wir in dem Abschnitt Hebemaschinen an.

t>) Die Seilsteifigkeit.

Seile werden als Zugmittel bei Hebevorrichtungen und zur Kraftübertragung vielfach benutzt und hat man, entsprechend ihrer Verwendung, zwischen Zug- und Treibseilen zu unterscheiden, obgleich beide nur auf Zug

beansprucht werden. Wenn man nun auch allgemein den Seilen eine große Biegsamkeit nachrühmen kann, so hat diese doch eine gewisse Grenze und sie wird beeinträchtigt durch eine gewisse Steifigkeit, die ebenfalls jedem Seile eigen ist. Wenn nun ein über eine Rolle R gelegtes Seil vollständig biegsam wäre, und es ist an seinen beiden Enden mit Gewichten P und Q belastet, die einander gleich sind, so müßten diese sich nach Fig. 37 das Gleichgewicht halten, weil die Abstände AS und AT der beiden gleichen Parallelkräfte P und Q von dem Stützpunkt A ebenfalls gleich sind. Nimmt nun eine der beiden Kräfte, j1 z. B. Q, etwas zu, so würde die Rolle R infolge der Reibung, ' welche das Seil auf der Rolle erzeugt, sich in ihrem Zapfen zu drehen beginnen.

F'g. 37.

In Wirklichkeit ist das aber nicht ganz der Fall, weil die Steifigkeit des Seiles hindernd entgegenwirkt. Legt man nämlich das Seil auf die Rolle (Fig. 38), so hängen seine beiden Enden nicht, wie in Fig. 37 gezeichnet, an den Seiten der Rolle senkrecht herab, sondern sie nehmen infolge der Steifigkeit des Seiles eine-etwas von der Senkrechten nach außen abweichende Stellung ein. Man muß also

eine gewisse Kraft aufwenden, um dem Seil eine senk-    ,---.

rechte Stellung zu geben. Ist nun das eine Seilende durch ein Gewicht P belastet, das senkrecht nach unten e[jLI-v^₀, zieht und mit Hilfe des Seils und der Rolle eine Last Q heben soll, so hat P außer der Reibung des Seiles auf der Rolle und der Zapfenreibung im Lager auch noch die Steifigkeit des Seiles mit zu überwinden, welche das Seilstück SO verhindert, sich genau lotrecht an der Rolle anzulegen, so daß es nicht die senkrechte Lage einnehmen kann.

TY

Fig. 38.

Die Abweichung von der senkrechten Stellung beträgt 0 8, und die Last Q wirkt milhin in einer Entfernung 0 A vom Stützpunkt des Rollenzapfens. Das Gleichgewicht zwischen P und Q würde mithin eintreten, toeirn

• P X AT = Q X AO ist.

Bei neuen Seilen nimmt man den Abstand 0 8 gleich ^ des Seildurchmessers d; bei schon gebrauchten Seilen nur 0,33 bis 0,2 d.

Ist ferner der Halbmesser der Rolle — r, so würde

DO! Pu

Q X ( r -f ) für

neue Seile und

r +

P — —~

r

p ₌ r + 0,33 d

XQ „    „

tt

X Q für gebrauchte Seile.

c) widerstand der Luft und des Wassers.

Wenn man die flache Hand senkrecht in das Wasser taucht und nach einer Richtung hin bewegt, so fühlt man, daß sie einen gewissen Widerstand beim Zerteilen der Wasserschichten überwinden muß, und daß der Widerstand wächst, wenn man die Hand schneller bewegt. Ebenso verhält es sich mit der Luft, die den sich in ihr bewegenden Körpern Widerstand entgegensetzt.

Der sich in der Luft oder im Wasser bewegende Körper hat nun einen doppelten Widerstand zu überwinden; einerseits die Reibung der Körperflächen an den einzelnen Luft- und Wasserteilchen, andererseits aber den durch die Beioegung des Körpers selbst erzeugten Widerstand der Luft oder des Wassers. Je größer die den Stoß auf das Wasser oder die Luft ausübende Fläche des Körpers ist, um so größer ist der Widerstand, den er in diesen beiden Elementen flndet, und er wächst noch mit der Geschwindigkeit, mit welcher sich der Körper vorwärts bewegt. Bei Verdoppelung der Stoßflächengröße verdoppelt sich auch die Zahl der vom Stoß getroffenen Luft- und Wasserteilchen, mithin muß auch der von ihnen geleistete Widerstand auf das Doppelte anwachsen. Wächst aber die Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers ebenfalls aus das Doppelte an, so vervierfacht sich der Widerstand und ergibt sich aus diesen Tatsachen das Gesetz:

„Der von Flüssigkeiten geleistete Widerstand wächst mit dem Quadrate der Geschwindigkeiten."

Alle Tiere, die sich in der Luft und im Wasser bewegen, zeigen uns, daß sie im Laufe der Jahrhunderte eine Körperform angenommen haben, die sich den Bedingungen, die für eine schnelle und kraftsparende Fortbewegung im Wasser und in der Luft nötig sind, auf das Vollkommenste anpaßt.

Der Vogel mit seinem spitzen Schnabel, dem länglich ovalen Kopf und langen Hals paßt sich mit seinem vorderen Körperteil vollständig dem Element an, in dem er gezwungen ist zu leben und sich zu bewegen. Ebenso der Fisch mit seinem flach gedrückten Leib und dem fast spitz auslaufenden Kopf. Von den Fischen lernte der Mensch die Schiffe ebenfalls in ihrer Form den Bewegungswiderständen des Wassers anzupassen, und in den nächsten 10 Jahren dürfte es auch gelingen, das Flug Problem zu lösen, um dessen Lösung sich seit Jahren viele bemühen und zu diesem Zweck auch dem Vogelflug ein eingehendes Studium gewidmet haben.

So lange man bei den Luftschiffen, die leichter als die Lust sind, an dem großen kugelförmigen Ballon festhielt, konnte es nicht gelingen, diese Ballons lenkbar zu machen, weil sie der Luft eine viel zu große Stoßfläche darbieten. Mit der Einführung der langgestreckten Zigarrenform hat sich das geändert, und die großartigen Erfolge des Grafen von Zeppelin mit seinem starren Lenkballon, sowie die des Major von Parseval mit seinem nach dem unstarren System gebauten Luftfahrzeug

haben gezeigt, daß wir sehr bald auf weitere Fortschritte auf diesem Gebiet rechnen dürfen.

Da sich Luft und Wasser ziemlich gleich in ihrem Verhalten in bezug aus den Bewegungswiderstand zeigen, genügt es. eine für beide Elemente geltende Betrachtung hier folgen zu lassen.

Der Bewegungswiderstand W auf eine Fläche F und bei einer Geschwindigkeit v des sich bewegenden Körpers ist

W = K X F X v²

wobei K den Widerstandskoeffizienten darstellt, der natürlich für Luft und Wasser verschieden ist. Durch ihn wird der Widerstand auf die Flächeneinheit (1 qm) bei einer Geschwindigkeit — 1 bezeichnet. Er beträgt in der Luft für prismatische Körper bei 1 qm Stoßfläche und 1 m Geschwindigkeit 0,122 kg, im Wasser unter denselben Verhältnissen 52 kg.

Beispiel: Eine Fläche von 2,5 qm bewegt sich mit 5 m Geschwindigkeit durch die Luft, so ist der von ihr geleistete Widerstand

W = K X F X v² = 0,122 X 2,5 X 5² = 7,6 kg.

Dasselbe Beispiel auf Wasser angewendet ist

W = K X F X v² — 52 X 2,5 X 5² = 3250 kg.

Man sieht hieraus, daß der Widerstand des Wassers wesentlich größer als der der Luft ist.

Für 1 qm Stoßfläche der Lokomotive beträgt der Luftwiderstand bei 10 m Geschwindigkeit = 0,122 X 10 X 10 = 12,2 kg

„ 20 „ .. 30 „

= 0,122 X 20 X 20 = 48,8 „

= 0,122 X 30 X 30 = 109,8 „

Man sieht aus diesen Beispielen, daß sich der Widerstand vervierfacht, während sich die Geschwindigkeit nur verdoppelt. Bei 10 m Geschwindigkeit beträgt der Widerstand nur 12,2 kg, bei 20 m aber 4 X 12,2 — 48,8 kg.

Kommt nun bei Sturm und Wind, dessen Geschwindigkeit dem Körper entgegengesetzt wirkt, oder beim Wasser die Gegenströmung bei der Bergfahrt der Schiffe hinzu, so ist selbstredend der hierbei ausgeübte Gegendruck ebenfalls noch in Rechnung zu ziehen.

9.

Die mechanischen potenten.

Wir wissen aus der Praxis, daß es mit einer an sich geringen Kraft möglich ist, eine große Last zu bewegen, sobald man dazu geeignete Vorrichtungen verwendet. Mit Hilfe einer Brechstange oder eines Hebebaumes wird es dem Menschen, trotz seiner geringen Körperkraft, möglich, schwere Gegenstände, die er mit bloßen Händen nicht bewegen kann, zu heben oder fortzuschiebcn. Ebenso ist es möglich, durch ein kleines Gewicht ein viel größeres im Gleichgewicht zu erhalten, wenn man diesem Übergewicht durch geeignete Mittel entgegenwirkt.

So einfach nun diese Mittel an sich sind, so sind sie doch schon als Maschinen zu bezeichnen, wenn man ganz allgemein unter einer Maschine das mechanische Zwischenglied und Hilfsmittel versteht, welches dazu dient, eine Arbeit zu leisten, die sonst die Menschenhand nicht leisten kann, weil ihre Kraft hierzu nicht ausreicht.

Wenn wir heute eine Buchdruckschnellpresse, eine Papier- oder Spinnmaschine betrachten, so sindet man sich ohne gründliche Fachkenntnis in ihrem komplizierten Mechanismus kaum zurecht, aber so kompliziert auch diese Maschinen erscheinen, in ihre einzelnen Teile zerlegt, bestehen sie doch nur aus einer dem Sonderzweck entsprechenden Verbindung weniger einfacher Elementarmaschinen oder mechanischer Potenzen. Will man später die Leistung einer zusammengesetzten Maschine, also das Verhältnis der bewegenden Kraft zur bewegten Last, berechnen, so muß man erst die Wirkung ihrer einzelnen Teile bestimmen lernen.

Aus sich selbst heraus kann keine Maschine eine nutzbringende Wirkung hervorbringen, wie man das törichterweise vom Perpetuum mobile, der ewig beweglichen Maschine, erhofft, dessen Erfindung noch heute in manchen Köpfen spukt, weil sie das Gesetz „von der Erhaltung der Kraft" noch nicht kennen oder nicht verstehen gelernt haben. Eine Maschine muß erst Kraft empfangen, um Arbeit leisten zu können, und gilt deshalb in der Mechanik als Grundlage für alle Konstruktionen der

Fundamentalsatz: „Eine Maschine kann nur Arbeit leisten oder Kraft übertragen, wenn sie erst Kraft empfangen hat, und kann die von ihr geleistete Arbeit nie größer sein als die empfangene Kraft, wohl aber ist die geleistete Arbeit durch den Einfluß der nicht zu beseitigenden Bewegungswiderstände geringer als die ursprünglich empfangene Kraft."

Die beiden Begriffe Arbeit und Kraft sind so wichtig für alle mechanischen Konstruktionen, daß man alles, was mit ihnen zusammenhängt und sie betrifft, sehr gründlich wissen und stets im Auge behalten muß; wir wollen deshalb an dieser Stelle uns eingehend mit dem Begriff „Arbeit" beschäftigen, teils schon Gesagtes dabei wiederholen und au Beispielen aus der Praxis darlegen. —

Bo« der Arbeit.

Aus dem vorstehenden Fundamentalsatz wissen wir, daß die Maschine nur Arbeit leisten kann, wenn sie Kraft empfängt, die genügend groß ist, um die Bewegungswiderstände in der Maschine zu überwinden und noch ein gut Teil Arbeit zu leisten. Nun sagten wir aber, daß es möglich ist, mit Hilfe eines geringen Kraftaufwandes eine viel größere Last, als die Kraft in kg ausgedrückt darstellt, zu bewältigen; das scheint demnach im Widerspruch zu dem Fundamentalsatz zu stehen. Dem ist aber nicht so! — Es ist nämlich nur dann möglich, mit einer nominell kleinen Kraft eine große Last zu be-

Wegen, wenn diese selbst sich in dem Verhältnis mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegt, als sie selbst größer ist als die Kraft, welche zu ihrer Bewältigung dient. Die Größe der Arbeit hängt mithin nicht nur von der Größe der Kraft ab, sondern auch von dem Weg, um welchen die Kraft den Körper bewegt.

Ist nun der Weg 8, die Kraft P und S₂ der Weg der Last Q, so er

hält man:

Kraft x Weg — Last x Weg oder P x S = Q X Sx

und es verhält sich

Kraft zur Last wie Weg der Last zum Weg der Kraft oder P : Q = Sa : S;

es stehen also die Kräfte im umgekehrten Verhältnis wie ihre Wege. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das: Man verliert soviel an Geschwindigkeit, als man an Kraft gewinnt.

Kommen wir nochmals auf das Beispiel mit der Brechstange zurück, so finden wir an ihm die Richtigkeit dieses Satzes vollständig bestätigt. Wenn wir mit der Brechstange einen schweren Körper fortbewegen, so ist es nur ein ganz kurzes Wegstück, um welches die Last mit der Brechstange fortgeschoben wird, während der Arm des Arbeiters, welcher doch die Kraft auf die Brechstange überträgt, beim Heben und Senken der Brechstange einen viel längeren Weg zurücklegen muß.

Aus dem Fundamentalsatz können noch die beiden folgenden Leitsätze abgeleitet werden, die ebenfalls beachtet werden müssen:

1.    „Die Arbeit der bewegenden Kraft ist immer gleich der Arbeit der widerstehenden Kraft."

2.    „Jede Wirkung ist gleich ihrer Gegenwirkung."

Jede Maschine hat also nur den Zweck, die zu ihrem Betriebe aufgewendete Kraft in Arbeit umzusetzen.

Praktische Berechnungs-Beispiele: 1. Ein Mann, dessen Körpergewicht 80 kg beträgt, trägt eine Last von 50 kg auf einen 25 m über dein Erdboden liegenden Bodenraum, wie groß ist die von ihm geleistete Arbeit?

Die Arbeit A ist gleich der Last mal dem Weg. Die Last, die er zu tragen hat, beträgt einschließlich seines Körpergewichtes 80 -j- 50 — 130 kg, der Weg 25 m, mithin die Arbeit

A — 130 X 25 — 3250 mkg (Meterkilogramm).

Wie wir schon früher dargetan haben, wird die Leistung einer Kraftmaschine nicht nach Meterkilogramm in der Sekunde, sondern nach Pferdestärken berechnet, von denen eine — 75 mkg pro Sekunde ist. Wir wollen auch hierfür ein Beispiel aus der Praxis geben:

2. Mit einer Zentrifugalpumpe sollen in der Minute 150 Liter Wasser auf 40 m Höhe gefördert werden. Wieviel Pferdestärken sind zu ihrem Be-triebe nötig, wenn man alle Reibungswiderstände in der Pumpe und der Leitung unberücksichtigt läßt?

Das Gewicht des Wassers kann mit 1 kg pro Liter angenommen werden, mithin sind in einer Minute 150 kg Wasser zu heben und ist in der Minute eine Arbeit von

A = 150 X 40 — 6000 mkg zu leisten.

Mithin in 1 Sekunde 150 X 40

— 100 mkg und in Pferdestärken ausgedrückt:

150 X 40 60 X 75

2. Es ist die Arbeitskraft für einen Dampfhammer zu berechnen, der bei 800 kg Bärgewicht 120 Schläge in der Minute ausführt, bei 48 des Hammerbärs.

Die pro Hub zu leistende Arbeit beträgt:

A — 800 kg X 0,48 m — 384 mkg, mithin 384 X 120 60 X 75

Die mittleren Leistungen von Mensch und Pferd bei verschiedenen Arbeiten betragen:

60

= 1,33 PS.

768

75

= 10,24 PS.

cm

Hub

Arbeit

Kraft

in

Kilogramm

Geschwindigkeit in Metersekunden

Leistung pro Sekunde in Meterkilogramm

Mensch

Pferd

Lasten hebend am Hebel an der Kurbel an dem Zugseil an der Schaufel am Wagen am Göpel

T—I CO

in on ©" r-T ©" <cT cT r-T ©'

Ol

in_    ©^ ©^ m

V in" i>T cxT cvf co <S m

Wenn nun eine Kraft einen ruhenden Körper bewegt, ohne hierbei auf Widerstände zu stoßen, so erfüllt die verbrauchte Arbeit nur den einen Zweck, die Geschwindigkeit der Bewegung des Körpers andauernd zu erhöhen. Es hat sich dann die geleistete Arbeit der bewegten Masse mitgeteilt, sie ist in ihr angesammelt vorhanden, so daß der Körper alsdann zur Überwindung eines Widerstandes ebensoviel Arbeit abgeben kann, während seine Geschwindigkeit auf Null herabsinkt. Diese lebendige Arbeit ist z. B. in jedem Schwungrads vorhanden, sobald es in voller Bewegung ist.

Bezeichnen wir nun mit v in Metersekunden die Geschwindigkeit einer bewegten Masse, mit Gr in Kilogramm deren Gewicht, so ist die lebendige Arbeit A

mkg.

GrX v2 9,81 X 2

Praktisches Beispiel. Ein Schwungrad von 4000 kg Gewicht läuft mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 14 Metersekunden, die innerhalb 5 Sekunden auf 8 Metersekunden Geschwindigkeit zurückgeht. Welche Arbeit in Pferdestärken leistet dann das Schwungrad?

Da die bei der Geschwindigkeitserhöhung angesammelte lebendige Arbeit gleich der jetzt abgegebenen ist, so erhalten wir für

A = kx

4000    14² — 8²    4000 ^ Ji32

9,81

9,81

die in 4 Sekunden abgegeben wurden. In 1 Sekunde mithin

26 911 mkg,

6727,75

26911    „„„„„    ,

——— — 6727,75 mkg oder —^

= 89,70 PS.

10.

Die Hebel und Hebelgesetze.

Eine praktische Anwendungsform des Hebels haben wir bereits in dem Beispiel mit der Brechstange kennen gelernt und können nach diesem Beispiel auch die Eigenart des Begriffs „Hebel" erklären. Sein Zweck, einen Gegenstand, eine Last zu heben, kommt in dem Wort Hebel selbst schon zum Ausdruck, und überall da, wo Kräfte zur Überwindung von Widerständen in dem Maschinenbau herangezogen werden, wird meist ein wirklicher oder ideeller Hebel (Hebelarm) mitwirken müssen.

In Worten ausgedrückt, ist ein Hebel ein unbiegsamer, starrer, um einen festen Stützpunkt (Drehpunkt) beweglicher Körper, an welchem Kräfte wirken, die den Hebel um seinen Stützpunkt zu drehen suchen. Man denkt sich den Hebel am besten als gerade (unbiegsame) Linie dargestellt, an deren einem Ende die Kraft wirkt, während sie sich auf den anderen Endpunkt stützt und um diesen schwingt, gleichsam wie ein Arm um sein Gelenk, und spricht man deshalb auch oft von einem Hebelarm, den man als gerade Linie von der Länge des Hebels darstellt.

Es gibt geradlinige und Winkelhebel. Bei den geradlinigen Hebeln sind wieder zwei Gattungen zu unterscheiden: einarmige und zweiarmige oder Doppelhebel.

Bei dem einarmigen Hebel (Fig. 39) liegen beide Kräfte P und Q auf derselben Seite des Hebelstlltzpunktes. Die obere Skizze zeigt, wie man den Hebel zum Zweck der Berechnung skizziert; die untere die praktische

Ausführung des Hebels an einer Handpumpe, wie sie zum Speisen der Kessel benutzt wird. Die Kraft P wirkt bei 0 an dem Hebel und hat die Aufgabe, den bei T wirkenden Widerstand Q zu überwinden.

Der zweiarmige oder Doppelhebel kann auch noch gleicharmig und ungleicharmig sein (Fig. 40). Bei dem gleicharmigen Doppelhebel (Fig. 401) sind die beiden Hebelarme AS = SB, wenn 8 der Stützpunkt ist und an den beiden Enden A und B

t<ä

<-—/Ct

die Kräfte wirken. Bei dem ungleicharmigen Hebel (Fig. 40II und 40III) sind die beiden Hebelarme ungleich und greift die Kraft P, welche den —^ Widerstands überwinden soll, in der Regel an dem ^ längeren Hebelarm an. Zum Unterschied von dem einarmigen Hebel ist der zweiarmige dahin zu charakterisieren, daß bei ihm die Kräfte aus verschiedenen Seiten vom Stützpunkt wirken.

Der gleicharmige Doppelhebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die an seinen beiden Enden wirkenden Kräfte P und Q ebenfalls gleich sind,

Ftg. 30.

Y?

XI

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-ci

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I.

Fig. 40.

-5

also AS = SB und P = Q.

Bei dem ungleicharmigen Doppelhebel tritt nur dann Gleichgewicht ein, wenn auf beiden Seiten des Stützpunktes 8 die Produkte ans den Längen des Hebelarms und der an ihnen wirkenden Kräfte gleich sind. Es müßte also in Fig. 4011 und III sein

AS X Q — SB X P oder a x Q = b X P.

Es kann nun aber auch der Fall eintreten, daß außer den Hauptkräften P und Q auch noch Zwischenkräfte P₃ und Qx zu beiden Seiten des Stützpunktes 8 auf die Hebelarme mit einwirken, wie Fig. 41 zeigt. In diesem Falle tritt der Gleichgewichtszustand nur dann ein, wenn

PXÄÜ+P₁XBC = Q₁XCD + QXCE wird.

PXBS = QXSC ist.

Aus diesen Beispielen ist nun folgendes Hebelgesetz herzuleiten:

„Die an einem Hebel wirkenden Kräfte befinden sich im Gleichgewicht, wenn die Summe der Produkte aus den Kräften und den rechtwinkligen Entfernungen der Kraftrichtungslinien von dem Stutzpunkte an beiden Hebelarmen gegenseitig gleich sind."

Da man nun das Produkt aus der Kraft und der senkrechten Entfernung der Kraftrichtungslinien vom Hebelstützpunkt das statische oder Drehmoment nennt, so kann man den vorstehenden Satz kurz dahin zusammenfassen, daß man sagt:

„Am Hebel wirkende Kräfte befinden sich im Gleichgewicht, wenn ihre statischen Momente einander gleich sind."

Aus der für den Gleichgewichtszustand des ungleicharmigen Doppelhebels gefundenen Formel,

Q X a = P X b ergibt sich nach der Proportion:

P : Q = b: a; es gilt also auch hier der schon früher aufgestellte Lehrsatz:

„Zwei sich im Gleichgewicht befindende Kräfte Verhalten sich zueinander umgekehrt wie die Hebelarme, an denen sie wirken."

Praktisches Beispiel. 1. Die an dem Handhebel (Fig. 39) wirkende Kraft Q beträgt 80 kg; wie groß muß die Kraft P sein, die zu ihrer Überwindung nötig wird, wenn die Hebellängen a — 12,0; b — 65,0 cm sind? Nach Fig. 39 ist für den Gleichgewichtszustand

a -f- b.

Man ersieht hieraus, daß die Kraft stets auf ihre Entfernung vom Drehpunkt 8 bezogen ist, um ihr statisches Moment zu erhalten. —

GUI

Wir haben bisher an- j genommen, daß die Kräfte parallel    zueinander und

senkrecht auf den Hebel wirken. Greift die Kraft aber den Hebel in schräger Richtung an (Fig. 42), so muß man erst die richtigen Größen für das statische Moment konstruieren. Es wirken nämlich die Kräfte P und Q dann nicht an dem F.T Hebelarm A 8 und D 8, sondern an der rechtwinkligen Projektion B8 und SC auf die verlängerte Richtungslinie der Kräfte P und Q. Gleichgewicht tritt in diesem Falle auf beiden Seiten des Stützpunktes nur dann ein, wenn

t?

AL

Fig. 4l.

at

jS

<a

Fig. 42.

PXa-f-b = Qxa und P = Qx

12 + 65

Die Werte des Beispiels in die Formel eingesetzt, erhält man

1 9

= 80 X 0,1558 = 12,5 kg.

P = 80 X

2. An einem ungleicharmigen Doppelhebel (Fig. 40), dessen kurzer Arm a == 1,2 m; der lange b = 3,5 m ist, wirkt in Q eine Last von 5000 kg, die durch ein Gegengewicht P im Gleichgewicht gehalten werden soll; wie schwer muß dann das Gegengewicht P sein?

Q X a == P X b ist; eg ist also P = - * *

Der Doppelhebel ist im Gleichgewicht, wenn

Die Werte eingesetzt, erhält man

= 1714 kg.

5000 X 1,2

3,5

Die Winkelhebel (Fig. 43) sind stets zweiarmig, und gelten für sie die nämlichen Gesetze wie für die gradlinigen zweiarmigen Doppelhebel. Ein

J Winkelhebel entsteht, wenn die um einen gemeinsamen Stützpunkt 8 schwingenden g Hebel nicht in einer Linie liegen, sondern . Winkel zusammen bilden, die rechte, spitze oder stumpfe sein können. Zur Bestimmung der statischen Momente für die Wiukelhebel Hl hat man deshalb stets mit der senkrechten I Projektion des Drehpunktes auf der Kraft-| richtungslinie zu rechnen. Dementsprechend würde der Winkelhebel in Fig. 43 mit den an ihnen wirkenden Kräften P und Q im Gleichgewicht sein, wenn nicht

3<

Pr

r<ä

-3 ,

\'ü

,T

Fig. 43.

P X A S = Q X B S ist, sondern wenn P X SC = Q X 8 D und es verhält sich alsdann P : Q = S D : S C (analog dem Doppelhebel).

Das Eigengewicht des Hebels ist bisher nicht in Rücksicht gezogen worden. In der Praxis geht dies natürlich nicht an, weil unter Umständen das Gewicht des Hebels Widerstände schaffen kann, die die Berechnung hinfällig machen, wenn man dabei das Hebelgewicht nicht beachtet und mit in Anrechnung gebracht hat.

Wir wissen aus der Abhandlung über den Schwerpunkt, daß wir uns das Eigengewicht eines Körpers als in seinem Schwerpunkt angreifend zu denken haben. Ist nun bei dem in Fig. 44 skizzierten Hebel das Gewicht

zT

Fig. 44.

2 desselben = Gr und greift dasselbe im Hebelschwerpunkt 8 an, so ist das statische Moment für das Eigengewicht des Hebels — G X S C; mithin ist der Hebel mit den an ihm wirkenden Kräften im Gleichgewicht, wenn PxXÜ-f Gx"SC = QxCB ist.

Praktische Beispiele: 1. An dem in Fig. 45 skizzierten ungleicharmigen Doppelhebel wirkt in P eine Kraft von 120 kg. Wie groß muß die Kraft Q sein, um P das Gleichgewicht zu halten wenn der Hebel 24 kg wiegt, a — 2,8 m; b — 1,2 m und o — 0,8 m lang ist?

Nach der Formel zu Fig. 44 ist

QXb — PXa-|-GrXc, also Q —

Die Werte des Beispiels eingesetzt ist

120 X 2,8 + 24 X 0.8

: a,

-/CU

Fig. 45.

P X a -)- G X c

dt

1,2

— 296 kg.

2. Zwei Arbeiter tragen nach Fig. 46 p an einer 3,5 m langen Stange im Eigen- c: gewicht von 10 kg eine Last Q — 130 kg.

Welchen Druck hat jeder der Arbeiter auszuhalten, wenn Q in einer Entfernung von b — 1,3 ui aufgehangen ist?

Zunächst ist die Länge c zu bestimmen. Sie ist gleich -s- 1,3

7-

ra

Fig. 46.

a 4- b , a c =*    --b, = —

2,2 + 1,3

so ist c =

2— --1,3 und da a — 3,5 — 1,3 — 2,2 m ist,

— 1,3 = 1,75 — 1,3 = 0,45 m,

P -f- Pi ist nun = Q G = 130 -)- 10 = 140 kg, mithin würde sein Pi = 140 — P — (Q -f- G) — P oder

P X1 = 140 X b -{- 10 X (b -f- c). Die Werte eingesetzt, erhält man P X 3,5 = 140 X 1,3 + 10 X (1,3 + 0,45) oder

140 X 1,3 -f 10 X (1,3 + 0,45) _ 182 -s- 17,5

3,5

3,5

— 57 kg

und Pi = 140 — P = 140 — 57 = 83 kg.

3. An einem Winkelhebel AGB (Fig. 47) greift bei A an dem Hebel A C und rechtwinklig zu ihm eine Kraft P an, welche die in B angreifende Last Q — 250 kg heben soll. Der Hebelarm 6 B = 1,2 m; j AG— 2,1 m. Das Eigengewicht des Winkelhebels beträgt G = 42 kg und der Abstand des Schwerpunktes 8 von dem Drehpunkt in rechtwinkliger Projektion — 0,4 m. Es ist dann

■s>A

Werte eingesetzt ist

PXAC = GxCD + QxCB;

/?

Cs \D 2

P x 2,1 = 42 x 0,4 + 250 X 1,2 und 42 X 0,4 + 250 X 1,2 _ 316,8

v Tß

&Y

2,1

2,1

150,857 kg.

Fig. 47.

Die Beanspruchung gestaltet sich nach Fig. 48 und stellt R den Zapfendruck dar, der auf C lastet.

Ir*

Yd

Fig- 48.

P = 150,86 kg, als Horizontalkraft,

P₂ = G + Q = 42 + 250 = 292 kg als Vertikallast. Die Resultierende R aus diesen beiden Kräften ist

R² = (G+Q)² + P² oder R = j/(G-f- Q)-+ PI

Die Werte eingesetzt erhält man

j/"292² +150,86² = y108022,7396 = 328,ti kg.

l⁶

XX*

Rolle, FlaschenMge und Lsasxel.

Die einfache Seilrolle ist eins der ältesten mechanischen Hilfsmittel und war bereits im grauen Altertum bekannt. Auch heute noch wird der Seilkloben bei Bauten zum Hochziehen der Balken und Träger, auf den Segelschiffen zum Hochziehen der Segel usw. vielfach benutzt.

Der einfache Kloben besteht aus einer Gabel mit Öse oder Haken zum Aufhängen des Klobens. In dem Gabelarme ist ein Bolzen gelagert, auf dem fest oder lose eine einfache Seilrolle sitzt.

•P

Fig. 49.

Bei der festen Rolle ist diese fest mit dem Bolzen verbunden und letzterer dreht sich mit der Rolle in den Zapfenlöchern der beiden Gabelarme (Fig. 49). Die Kräfte P und Q wirken in der Rolle an einem gleicharmigen Winkelhebel, den die Radien A C und C B bilden in ihrer senkrechten Projektion vom Rollenmittelpunkt C auf die y Richtungslinien der Kräfte P und Q. An Kraft wird durch die Benutzung der Rolle nichts gewonnen, weil bei ihr Kraft und Last gleich sein müssen, wenn beide int Gleichgewicht sein sollen. Da aber auch noch die Zapfenreibung und Seilsteifigkeit als besondere Widerstände hinzukommen, die die Kraft P mit zu überwinden hat, so muß diese sogar größer sein als die Last Q, welche zu heben ist. Wenn heute hier und da die Rolle noch zum Heben von Lasten benutzt wird, so wird man durch sie nicht an Kraft sparen, sondern sie bietet nur Bequemlichkeit, der Kraft jede beliebige Richtung geben zu ⁰ können. Man nennt sie deshalb auch Leitrolle oder Richtungsrolle, und als Friktionsrolle dient sie zur Verminderung der Al Reibung bei Triebwerken.

JB

Die lose Rolle, auch Zugrolle genannt, ist nicht fest an einen Ort gebunden. Sie dreht sich um ihreu Mittelpunkt und verändert ihren Ort mit der Last, die an ihr hängt (Fig. 50), TG indem sie sich mit ihr hebt oder senkt, je nachdem sie auf- oder Fig. 50. abwärts bewegt wird. Um der losen Zugrolle eine bessere Führung

zu geben, wird sie mit einer festen Leitrolle verbunden, über die man das Seilende r führt wie Fig. 51 zeigt.

Bei dieser Anordnung erleichtert die lose Rolle das Heben von Lasten ganz wesentlich. Da die Last Q in der Mitte der beiden Seilteile r und

s hängt, so hat jedes Seilende nur also die halbe Last,

s¹

zu tragen, wenn r und s parallel zueinander sind; die Hälfte der Last hängt also an dem BefestigungsPunkt 0 des KZV Seilendes s, die andere Hälfte, die an dem Ende r ziehende r

Kraft P = ohne Berücksichtigung der noch vorhandenen

Bewegungswiderstände der Seilsteisigkeit, Seilreibung auf den Rollen und Zapfenreibung der festen Rolle.

Tq

Fig. 51.

Man kann aber in der Mechanik nichts ohne Beweis als bestehend behaupten, und müssen wir deshalb auch hier den Nachweis dafür erbringen, daß unsere Annahme richtig ist. Zu diesem Zweck betrachten wir die lose Rolle als einarmigen Hebel AB, dessen Stützpunkt in B liegt. Die Last Q ist in C angreifend gedacht, während in A die Kraft P wirkt, welcher Q das Gleichgewicht halten soll. Es wirkt also Q an dem Hebelarm CB, P an dem Hebelarm A B, mithin ist

P X A ß = Q X c B, unb ba C B = >/, A B ist, so ist P X 2 C B = Q X C B und

P =    c B hebt sich gegen C B, mithin bleibt

" C i3

DO IO

Hieraus ergibt sich für die lose Rolle folgendes Gesetz:

„Man gewinnt durch die lose Rolle immer die Hälfte der Kraft!" d. h. man kann durch sie mit einer beliebigen Kraft stets eine doppelt so große Last tut Gleichgewicht halten. Auf dieser günstigen Wirkung beruhen die Vorzüge der Flaschenzüge zum Heben großer Lasten mit Hilfe einer im Verhältnis zur Last nur geringen Kraft. Zur Bestimmung ihres Effektes, also der faktischen Leistung, müssen natürlich die vorgenannten Widerstände bei der Berechnung mit berücksichtigt werden, und betragen dieselben beim Wellrad Vs bis 7,0 der Last, bei den Rollenverbindungen aber 7s Q und mitunter auch mehr.

Die Rollenverbindungen.

Durch zweckmäßige Kombination der losen und festen Rollen lassen sich Vorrichtungen schaffen, die es ermöglichen, selbst sehr große Lasten mit einer

verhältnismäßig geringen Kraft zu heben. Man hat in diesen Verbindungen zwei Arten zu unterscheiden: Rollenzüge und Flaschenzüge.

a) Die Rollen- oder Potenzzüge.

In Fig. 52 ist ein aus einer festen Rolle D und drei losen Rollen A, ß, C kombinierter Rollenzug schematisch dargestellt. Die Last Q hängt an der untersten losen Rolle A, während die Kraft P an der festen Rolle D wirkt. Wir haben vorher gesagt, daß die Spannung in jedem der beiden Seilslücke, welche eine lose Rolle mit einer Last A tragen, gleich der Hälfte der Last ist, also ist die Spannung in dem Seilstück a ebenfalls gleich Q/s. ®ct Q = 8P aber die Spannung in a die Last für die zweite

MV

MV

air

J5

MM

Mv

''Ql

Ftg. 52.

lose Rolle B darstellt, so beträgt die Last für B — und mithin die Spannung im Seilstück b = ^. Die Last für Rolle C beträgt dann j und die Spannung

in c wieder die Hälfte von j, also Das ist die

Last, welche die Kraft P an der festen Rolle zu überwinden hat, und da hier Kraft und Last gleich groß sind, so ist

oolO

oder Q = 8 P.

Würde noch eine vierte Nolle hinzukommen, so würde die Last für die vierte lose Rolle nochmals um die Hälfte von ^ kleiner werden, also ^ Stellen wir einmal diese Werte übersichtlich zusammen, so finden wir:

1. Rolle A —

Saft 2 ^ 2

2.    [Rolle B - Saft = |x|Q ==

3.    Rolle 0-Last

4- Rolle--Saft = lX|x|x|Q = §=

Es wächst mithin der [Renner des Bruches bei Bermehrung um eine lose Rolle stets nochmals um eine Potenz, und ergibt sich hieraus für die Formel des Rollenzuges die Regel:

„Der Nenner von ™ besteht stets in der sovielten Potenz, als lose Rollen im Rollenzug vorhanden sind."

P = unt» Q = 2" X P.

Bezeichnen wir nun die Anzahl der losen Rollen mit n, die Last mit Q und die sie hebende Kraft mit P, so ist

DA-

(ÖJ

,6,

(öj

'l

'> d(ö

m:

jb

[9

An

Fig. 53.

fl

?■

"QfV T Fig. 55.

Wie verschiedenartig-die Kombinationen der Rollenzüge sein können, zeigen uns die folgenden Figuren 53—55.

In Fig. 53 haben wir drei verschieden große, lose Rollen A,

•O

B und C, denen drei kleine gleich große feste Tragrollen B und eine feste Leitrolle D gegenüberstehen.

hi A

<1

ra)

Die Last Q hängt an der größten losen Rolle A. Die in den einzelnen Seilstücken herrschende Spannung bezeichnen die beigedruckten Ziffern, bezogen auf die Kraft P. Bei dieser Anordnung kann man mit den drei losen Rollen eine 3% also 3 X 3 X 3 = 27 fache Last im Verhältnis zur Zugkraft P im Gleichgewicht erhalten. Es ist also in diesem Falle

P = | unb Q = 27 P,

TTT p

bei n losen Rollen lauten diese Formeln

a*zoP

P = |r und Q = 3nx P.

Fig. 54.

Auch in den beiden Fig. 54 und 55, die weitere Anordnungen von Rollenzügen darstellen, sind durch beigeschriebene Ziffern die Spannungen angegeben, welche in den Seilstücken herrschen, bezogen auf die Zugkraft P. Bei dem Rollenzug Fig. 54, mit den losen Rollen A, B, C, kann man eine Last von Q = 30 P im Gleichgewicht halten, während mit der Anordnung nach Fig. 55, die ebenfalls drei lose Rollen aufweist, nur eine Last von Q = 15 P bewältigen kann.

So vorteilhaft die mechanischen Effekte dieser Rollenverbindungen erscheinen, so unpraktisch ist ihre recht viel Platz beanspruchende Konstruktion. Sie werden

6*

deshalb heute nicht mehr ober doch nur ganz vereinzelt Anwendung finden, denn es ist der Technik schon längst gelungen, in den Flaschenzügen gleich gute Vorrichtungen zu schaffen, die wenig Platz in Anspruch nehmen und allen Anforderungen entsprechen, die man in der Praxis an einen einfachen Apparat zum Heben von Lasten unter allen möglichen Umständen stellen muß.

TT

r~\

1)) Die Flaschenzüge.

I    Bei dieser Art Rollenverbindungen sind Ti

4-p stets mehrere Rollen in Gehäusen oder sogenannten Flaschen untergebracht. Werden nun zwei solche Flaschen, die verschieden viel Rollen enthalten können, durch ein Seil zweckentsprechend miteinander verbunden, so entsteht ein Flaschenzug, den Fig. 56 und 57 in zwei verschiedenen A Ausführungsformen zeigen. Die obere Flasche ist.an einem hohen Punkt aufgehangen. Das Seil läuft in der veranschaulichten Führung über die Rollen und wirkt an seinem freien Ende die Zugkraft P, welche die an der anderen losen oder Zugslasche hängende Last Q hebt.

Wird das andere Seilende an der festen Flasche bei b befestigt, so sind zwei Flaschen mit gleichviel Rollen nötig; wird es aber an der losen Flasche befestigt, wie Fig. 57 zeigt, so muß die feste Flasche eine Rolle mehr als die lose enthalten.

Die Anordnung kann aber nach Fig. 58 und 59 auch so getroffen

werden, daß die Rollen in den Flaschen nebeneinander angebracht sind, und gelten bei diesen ^ Flaschenzügen dieselben Regeln hinsichtlich der Befestigung des Zugseilendes an den Flaschen und hieraus resultierend die Anzahl der Rollen in gleicher oder ungleicher

v.y

r?

<£

tfi-6?

Fig- 56.

rifi>

2.

Zahl.

</

ta-si

Fig. 57.

yyy

(2_J

9)

vyy

Fig- 58.

’<ä=6P

Die Rollen können aber auch nebeneinander lose auf einem Bolzen sitzen, wodurch die Anordnung noch gedrängter und praktisch handlicher wird. Wir geben im Abschnitt „Hebemaschinen" noch Abbildungen

und Beschreibungen moderner Flaschenzüge und wollen uns hier nur mit den rein mechanischen Vorgängen und den daraus zu ziehenden Schlußfolgerungen beschäftigen.

Zieht man au dem freien Seilende mit der Kraft P, so nimmt das Seil in allen Stücken eine der Kraft P ent-    s

sprechende Spannung cm, wenn man r* die Bewegungswiderstände, die sonst / noch vorhanden sind, nicht in Betrach-tung zieht. Es wirken also in den Seilstücken a, b, c, d, e, f je eine Kraft P aufwärts, um die Last Q im Gleichgewicht zu halten, zu heben. Diese 2 X 3 oder 6 Kräfte, von denen jede gleich P ist, sind zusammen, da sie Q im Gleichgewicht halten, ebenfalls gleich Q, und ohne Rücksicht auf die sonst vorhandenen Widerstände ist dann

Qz=2X3Xp = 6P nnd P —

Hat nun eine jede Flasche n Rollen, so ist Q = 2 X n X P unb P =

(5;

ZCX

(ö

Mg. 59.

_Q

2X3    6'

O)

2 X n

Für diese Art Flaschenzüge gilt die einfache Regel: „Die Last ist gleich dem Produkt aus der Kraft mal der doppelten Anzahl der in einer Flasche vorhandenen Rollen."

In Fig. 57 hat nun die Zugslasche nur 2 Rollen, die feste dagegen 3, mithin verteilt sich die Last auf 5 Seilstücke und mithin wirken hier auch nur 5 Kräfte P aufwärts, also die Last Q hebend und sie im Gleichgewicht haltend, so daß Q = 5P = (2X2 + 1) P ist, oder wenn wir für die Zahl der Rollen in der Zugflasche den Wert n in die Formel einsetzen

Q = (2 X « + 1) X P unb P =

c) Das Rad an der Welle und der Haspel

sind ebenfalls zwei alte einfache Maschinen, die schon im Altertum bekannt waren und angewendet wurden (z. B. zum Spannen der Sehnen und Federn der Armbrust und katapultartigen Belagerungsmaschinen der Römer). Diese Maschinen bilden die Grundform unserer Winden und Krahne, deren Konstruktion und Berechnung in dem Abschnitt „Hebemaschinen" eingehend besprochen wird.

Unter dem Wellrad versteht man ein auf einer Welle festgekeiltes Rad, an dessen Umfange die Kraft wirkt, welche die Last heben muß, die durch ein Seil, das sich beim Heben der Last um die Welle wickelt, emporgezogen wird.

~p

IQ JD

Mg. 60.

Bei dem Kreuzhaspel (Fig. 60) treten an Stelle des Rades auf der Welle 2 oder 4 in die Welle gesteckte Arme A B C D, an denen die Kraft P abwechselnd wirkt und die gleiche Wirkung wie das Wellrad hervorbringt. Bei dem Kurbelhaspel (Fig. 61) finden wir anstatt der in der Welle befestigten

Hebelarme den einen Lagerzapfen zu einer Kurbel ausgebildet, an der die Kraft P angreift.

Auch das sogenannte Tret-undSprossenrad gehört zu dieser Gattung einfacher Maschinen, doch finden beide heute keine Anwendung mehr. An dem Umfang dieser Räder waren Tritte oder Sprossen angebracht, auf denen ein Mensch oder Tier stand und durch Lausbewegungen von einem Tritt auf den anderen, also durch Verlegung des Schwerpunktes, bezw. durch die Wirkung des Körpergewichtes als Kraft P, das Rad in Umdrehung versetzte.

Auch das namentlich an den Häfen oft in Gebrauch befindliche Gang-

~Q

Fig- 61.

2_^ oder Laufspill (Fig. 62) ist ein Haspel.

■i"rFN\ ¹ Bei ihm steht die Welle vertikal und an dem Hebelarm H wirkt je ein Mann

durch Rundlauf um die Mitte des Spills —>- als Kraft P, während das um die Welle sich wickelnde Seil die Last Q hebt.

Aus dem Laufsplll ist unser Pferdegöpel entstanden, der mit Vorliebe in der Landwirtschaft zum Betrieb der Dresch- u. a. Maschinen benutzt wird.

Die mechanischen Vorgänge an diesen Maschinen sind ebenfalls nur einfacher Natur. Um z. B. den Gleichgewichtszustand für das Wellrad zu bestimmen, bedienen wir uns des in Fig. 63 gezeichneten Schemas und betrachten den Vorgang am Wellrad nach dem Prinzip eines - -ch Zweiarmigen Hebels.

kLx ]    Die Kräfte P und Q wirken an dem durch den Mittel

punkt 6 gelegten Hebel ACB mit dem Hebelarm AC für Q;

tsT

Ng. 62.

JCl

Fig. 63.

B C für P. Für den Gleichgewichtszustand ist also P X B C •PT = Q X AC und setzten wir für AC — r und C B — R,

entsprechend den Halbmessern der Welle und des Rades, so verhalten sich P : Q = r: R und wir erhalten für das Wellrad die Regel: „Es verhält sich die Kraft zur Last wie der Halbmesser der Welle zu dem des Rades."

Bei dem Kreuz- und Kurbelhaspel tritt anstelle des Halbmessers des Rades die Länge des Hebelarms oder der Kurbelradius, beide ebenfalls — R, und hat man für alle drei Konstruktionen dann die Kraftformel von

P X R = Q X r oder P = g X Q.

Da aber in dieser Formel die Widerstände der Zapfenreibung und Seilsteifigkeit nicht berücksichtigt sind, so muß noch ein Wert für diese Widerstände in die Formel eingesetzt werden. Diesem Anspruch genügt nach der Praxis die Formel

|XgXQ.

d) Der Dlfferentiak-Fkaschenzug (Fig. 64)

ist gewissermaßen eine Kombination aus dem alten Flaschenzug und dem Wellrad. Seine Erfindung ist englischen Ursprungs, und ist er heute in verschiedenen Variationen in den Werkstätten zu finden. An ihm ist es möglich, mit der gleichen Kraft wie an dem gewöhnlichen Flaschenzug wesentlich größere Lasten zu heben. Er besteht nach Fig. 64 aus zwei miteinander verbundenen festen Rollen A und B, deren Durchmesser nur um wenig voneinander verschieden sind, und aus der die Last tragenden losen Rolle C. Eine endlose Kette, in welcher auch die lose Rolle hängt, schlingt sich nun so um die miteinander verbundenen Rollen A und B, daß sich beim Ziehen der Kraft P an der Kette diese in Richtung der eingezeichneten Pfeile von dem Umfang der kleineren Rolle B ab- und auf der größeren Rolle A aufwickelt.

Auch hier sind wieder die Hebelgesetze der Betrachtung zugrunde zu legen, und ist die Achse der Rollen A und B als der Drehpunkt des Hebels anzusehen. Die Kraft P wirkt an der großen Rolle, während die halbe Last in gleicher Richtung der ^

Kraft P wirkt und zwar an der kleineren Rolle B; die andere Lasthälfte dagegen ist in entgegengesetzter Richtung wirksam.

Bezeichnet man nun mit R und r die Halbmesser der beiden Rollen A und B, so erhält man für den Gleichgewichtszustand der Kräfte die Formel

(Ä

B.

i 'a

dt

tl;

1»

I.'L

II

(O) II

ar

und hieraus für

PXR + f Xr = |XR W X Q »nt. Q = jg X P.

Fig. 64.

Der Hauptvorteil, den die Differential-Flaschenzüge bieten, besteht darin, daß die gehobene Last in jeder Stellung stehen bleibt, sobald die Kraft P nicht wirkt. Das ist bei anderen Flaschenzügen nicht möglich. Sobald an ihnen die Kraft P zu wirken aufhört, sinkt die Last wieder herab. Neuerdings sind namentlich die Schraubenflaschenzüge sehr in Anwendung, von denen wir weiter hinten eine Darstellung geben. (

Praktische Beispiele: 1. Ein Rollenzug (Fig. 52) hat 4 lose und 1 feste Rolle. An dem Seil wirkt eine Kraft Dort 40 kg = P. Wie groß ist die Last Q und wie hoch wird sie gehoben, wenn P einen Weg von 2,5 m zurücklegt?

Die Last Q ist für jede lose Nolle mit ‘/s hu multiplizieren, also ist

p = V, X Vs X V₂ X Vs X Q und Q = io p mithin Q = 16 X 40 = «40 kg.

Arbeit    wird hierbei    nicht gewonnen,    denn die    geleistete Arbeit — Kraft

mal    Weg oder 40 kg X    2,5 in — 100    mkg ist    zum Heben der Last von

640 kg verbraucht worden, mithin ist 100 mkg — 610 X ^ Meter und der

Weg der Last X —

2. Ein Flaschenzug    Fig. 56 und 58    mit je 3    festen und 3 losen Rollen

ist mit 1200    kg belastet.    Welche Kraft P    ist nötig, um diese Last zu heben?

Die Last Q ist gleich der Zugkraft und der doppelten Zahl der Rollen in einer Flasche, also

100

640

= 0,156 m.

Q = 2 X 3 P und P — mithin ist

^ = 200 kg.

3. Ein Differentialflaschenzug nach Fig. 64 ist so gebaut, daß die große Rolle einen Radius von 150 mm, die kleine einen solchen von 110 mm hat, und wirkt an der Kette eine Kraft P — 20 kg; welche Last kann mit dem Flaschenzug gehoben werden?

Nach der aufgestellten Formel ist

R — r Q ..

R X 2' aIl° lft

P=#

2 R XP __ 2 X 150 X 20 __ 6000 R — r

150 — 110

40 -150 kg.

12.

Die schiefe Ebene und der Heil.

Die schiefe Ebene kommt in der Mechanik im Keil zur praktischen Anwendung. Sie wird dargestellt als einfaches rechtwinkliges Dreieck und nennt man A C die Länge, B 6 die Höhe und A B die Basis der schiefen Ebene.

vH'-

Es wird zunächst zu untersuchen sein, unter welchen Bedingungen sich eine auf der schiefen Ebene ruhende Last int Gleichgewicht erhält, je S nachdem eine Kraft in gegebener Richtung auf den Körper wirkt.

Als Bewegungswiderstände kommen die Reibung des Körpers auf der schiefen Ebene und der Luftwiderstand in Betracht, die aber beide zunächst unberücksichtigt bleiben. Schon der Augenscheili lehrt, daß eine Last Q auf der schiefen Ebene nicht in Ruhe verharren kann, weil sie das Bestreben hat, auf ihr abwärts zu gleiten. Die Richtung der Schwere und die Neigung zum Gleiten äußern sich in senkrechter Richtung. Der Körper wird unter dem Einfluß der beiden Kräfte aber nicht bestrebt sein, mit seinem vollen Gewicht die Ebene herabzurutschen, weil ein Teil seines Gewichtes von der Ebene getragen wird.

f-

Zerlegt man in bekannter Weise sein ganzes Gewicht Q — 0 b, so findet man die abwärts und gleichgerichtet zur schiefen Ebene wirkende Kraft P, also das relative Gewicht in 0 a, während 0 c den von betn Körper ausgeübten senkrechten Druck auf die schiefe Ebene darstellt. Es ist daun

BC

und wenn man für A C = b (Me Länge) und B C = h (die Höhe der schiefen Ebene) einsetzt, so ist

X.-

KD

|XQ.

Ta

Mg. 66.

Soll nun die Last Q auf der schiefen Ebene im Gleichgewicht erhalten werden, und zwar durch eine Kraft P„ die gleichgerichtet zu A C, aber P entgegengesetzt wirkt, so muß sie ebenso stark sein als P und resultiert hieraus die Regel:

„Bei der schiefen Ebene verhält sich die Kraft zur Last wie die Höhe derselben zu ihrer Länge," also

P : Q = h : 0.

Wirkt nun nach Fig. 67 Pt gleichlaufend zur Basis der schiefen Ebene A B auf den Körper ein, so muß sie, um den Körper int Gleichgewicht halten zu können, größer sein, als eine zur Richtung der Ebene A C gleichlaufend wirkende Kraft P.

tx

'ra

Wird nun die Kraft P₂ in zwei Seitenkräfte P und P₂ zerlegt, die gleichlaufend, bezw. senkrecht zur Ebene A C wirken, so muß P gleich der in J der Richtung der Ebene abwärts wirkenden Kraft

Fig. 67.

sein, also P = y X Q* Die Seitcnkraft P₂ wird

durch die Ebene A C aufgehoben und erhöht somit den durch die Last Q auf die Ebene ausgeübten Druck.

Aus dem Kräfteviereck 0 r s t erhalten wir nun für die Resultierende

Pi und P

P, : P = 0 s : 0 r unb Pt = £= X p-¹    (.) r

Da nun aber nach dem Lehrsatz der rechtwinkligen Dreiecke die Winkel und AGB gleich sind, so sind die beiden    reiecke

ch. Man kann deshalb für 0 s und 0 r

atc

und A B einsetzen, so daß Pt — X P wird, und setzt man hierin wieder B~C

P — X Qr so erhält man:

der Dreiecke

auch einander

AG

p _ :\P v' P O v/ q

1 — AB X AÜ X

Bezeichnet man nun noch die Länge der Basis A B mit b, so erhält man die Formel

P, = [XrXQ = ^XQ/

das heißt, in Worten und als Lehrsatz ausgedrückt:

„Auf der schiefen Ebene verhält sich die Kraft zur Last wie die Höhe der schiefen Ebene zur Basis, wenn die Kraft gleichgerichtet zur Basis wirkt."

Außer bei dem Keil findet die schiefe Ebene auch noch bei der Bewegung der Wagenräder auf den Straßen und Schienen Anwendung und vermehrt sich in allen diesen Fällen die Kraft P um den Reibungswiderstand.

Wenn wir in Fig. 66 den von der Last Q ausgehenden Druck, der senkrecht auf die schiefe Ebene A C wirkt, mit D bezeichnen (o c), so ergibt sich aus der Ähnlichkeit der Dreiecke a b c und AGB das Verhältnis

D : Q = Ä~B : AC;

setzt man nun A B = b und A C = 1, so ist

D-yX Q.

Unter Berücksichtigung des Reibungskoeffizienten f und des Steigungs-Verhältnisses y der schiefen Ebene ist, wenn P gleichlaufend zur Ebene A C

Zugkraft aufwärts P₁ = fXjXQ + jXQ „ abwärts P=fXy-XQ-jXQ-4

wirkt:

X/i

c/‘

XL'' 2

bj-~

aI/jLs

Wie wir schon sagten, finden die für die schiefe Ebene geltenden Gesetze auch für den Keil Anwendung, der in sehr verschiedener Weise im Maschinenbau zur Ausführung und Wirkung gelangt.

Der Keil ist in seiner ursprünglichen Form, wie ihn Fig. 68 zeigt, ein dreiseitiges Prisma. Führt man durch ihn

einen Schnitt von einer Kante ausgehend senkrecht und durch die Mitte der ihm gegenüberliegenden Grundfläche, so wird er in zwei schiefe Ebenen zerlegt.

Der Keil hat zum Querschnitt die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks ABC und nennt man alsdann die Kante bezw. Fläche

AB den Keilrücken,

AG und CB die Keilseiten,

DC die Keilhöhe (oder Länge).

In der Praxis benutzt man ihn da, wo eine pressende oder trennende Wirkung erzielt werden soll, und sind namentlich zwei Fälle seiner Anwendung in Betracht zu ziehen, indem Widerstände in senkrechter Richtung aus die Keilsciten oder in horizontaler Richtung senkrecht zur Keilhöhe auf ihn einwirken.

.V'y,

Im ersten Falle (Fig. 69) wirken bei 8 und t die Seitenkräfte Q senkrecht auf die beiden Keilseiten AC und BC ein und sollen sich dieselben zu der Kraft P, welche auf den Keilrücken AB einwirkt, int Gleichgewicht befinden. Denkt man sich nun die drei Kräfte in dem Schnittpunkt u ihrer Verlängerungsrichtungen wirkend, so muß für den Gleichgewichtszustand P die entgegengesetzt wirkende Mittelkraft von den beiden Kräften Q sein.

Fig- 69.

Nimmt man nun an, daß die beiden Kräfte Q durch die Linien us und ut dargestellt werden und zeichnet das Parallelogramm vollständig ein, so erhält man in der Linie u r die Mittelkraft P und ergibt sich hieraus das Verhältnis:

P : Q = u r : u s.

Da aber ferner die beiden gleichen Dreiecke urs = urt dem Dreieck AGB ähnlich, weil die Seiten der ersteren einzeln senkrecht auf den Seiten des letzteren stehen und bilden sie infolgedessen gleiche Winkel. Demnach hat man ur : ü~s —Xß : AC und ist mithin auch P : Q = AB : Xü^ woraus sich ergibt:

p = nx«"‘«=nxp-

„Es verhält sich also die Kraft zur Last, wie der Rücken des Keiles zu seiner Seite."

'•jj

f ¹ -V

In Fig. 70 ist der zweite Fall angenommen, in dem die Kräfte Q senkrecht zur Keilhöhe D C auf j die Seitenflächen einwirken. Auf Grund der vorangegangenen Betrachtung kann man nun sagen, es muß eine auf jede Seite des Keiles und zwar in senkrechter Richtung einwirkende Kraft vorhanden sein, von

zu sommert. Wenn man aber nun weiter in Rücksicht zieht, daß eine senkrecht zur Kraftrichtung P, also zu DC, wirkende Kraft Q₁ nicht so groß sein darf tote Q, um mit P ins Gleichgewicht zu kommen, so gelangt man zu den folgenden Schlüssen:

ÄT)

Wenn man Q — == X P in zwei rechtwinklige Seitenkräfte p und Q₁

zerlegt, wovon Q₁ = sr und p = ru ist, so ist Q = su größer als Qx — sr.

Zu ganz demselben Resultat gelangt man durch die einfache Betrachtung, daß die Kraft P nicht imstande ist, einen horizontalen Widerstand, der so AG

groß ist als Q = =g X P 3U überwinden, weil die Seitenkraft p der Kraft P entgegengesetzt wirkt und diese infolgedessen abschwächt.

Es ist mithin nach Fig. 70 Q = su und Qt = s r. Mithin ist

Q = = X Qi-

sr “

Da aber Dreieck sur ähnlich dem Dreieck ADC ist, so verhält sich AC : DC = su : sr.

Nach Einsetzen dieser Werte kann man auch sagen:

AC

Nach den Betrachtungen über den ersten Fall war aber

p _ ÄB

ATC

XQ-

Setzt man in diese Formel den für Q gefundenen Wert ein, so ist

p — xz XQ y q —

ACXÄUXyi —

AB

DC

X Qi

P : Qj = AB : DC.

und es verhält sich:

„Wirken die Widerstände senkrecht auf die Höhe des Keiles, so verhält sich die Kraft zur Last, wie der Keilrücken zur Keilhöhe."

Die Reibungswiderstände sind beim Keil ziemlich groß und müssen in der Praxis berücksichtigt werden. Sie erhöhen den Wert der Kraft unter günstigen Verhältnissen zirka um das Dreifache des Wertes, den man nach den vorstehenden Formeln finden würde.

Die Wirkungsfähigkeit des Keiles ist um so größer, je schlanker und spitzer derselbe ist; je kleiner also der Winkel an der Spitze C ist.

H5.

Oie Schraube.

Was eine Schraube ist, braucht nicht erst erklärt zu werden, aber wie sie entsteht, dürfte doch vielleicht mancher noch nicht wissen.

Bei genauer Betrachtung eines Schraubenbolzens sieht man, daß sich eine Anzahl Linien in bestimmten Windungen um den zylindrischen Kern

schlingen und die Flächen des Gewindekörpers bestimmen. Jede dieser Linien entsteht nun durch die Abwicklung eines Punktes auf einem Zylindermantel und das Gewinde entsteht durch die Abwicklung einer Fläche auf dem Zylindermantel, wobei jeder Eckpunkt der Fläche eine Schraubenlinie beschreibt.

Ein Dreieck auf diese Weise abgewickelt, ergibt scharfgängiges Schraubengewinde, ein Quadrat flachgängiges. Ein Umgang des Gewindes um den zylindrischen Kern heißt Schraubengang, das Ganze mit Kern Schraube oder Schraubenspindel.

Das zu dem Gewinde auf dem Bolzen, also zu dem Bolzengewinde, passende hohle Gewinde, in dem sich die Schraubenspindel durch Drehen auf und nieder bewegen läßt, heißt Muttergewinde und ist in Gestalt der Schraubenmuttern hinlänglich bekannt.

Der Richtung nach, in welcher das Gewinde verläuft, unterscheidet man zwischen rechts- und linksgängigem Gewinde. Wickelt man mehrere Prismen oder deren Querschnittsflächen auf einmal auf einen zylindrischen Kern ab, so entstehen doppelte und dreifache usw. oder zwei-, drei- und mehrgängige Schrauben.

Bei der gewöhnlichen Schraube ist das Bolzengewinde rechtsgängig, das Muttergewinde linksgängig; bei linksgängigen Schrauben tritt natürlich das Umgekehrte ein und die Mutter wird rechtsgängig. Die Entfernung von einem Umgang zum anderen nennt man Ganghöhe (a c, b d in Fig. 71).

Denkt man sich nun einen Zylindermantel mit einer auf ihm verzeichneten Schraubenlinie aufgewickelt, so sieht

XL'

X,

ts

Fig. 72.

Fig. 71.

man, daß der Schraubengang eine schiefe Ebene AGB (Fig. 72) darstellt, deren Länge AG bei einer Höhe BG in der Basis AB gleich dem Umfange des Zylinderquerschnittes ist.

Wir nehmen nun an, daß die Mutter der Schraube unwandelbar fest steht und an der in Fig. 73 gezeichneten Schraubenspindel 8 hänge eine Last Q, die in der Richtung der Spindelachse senkrecht nach unten wirkt, so muß bei einer einmaligen Umdrehung der Spindel der Widerstand auf einem j Wege, der gleich der Höhe eines Schraubenganges h ist, überwunden und die Last Q gehoben werden. In der gleichen Zeit durchläuft der Angriffspunkt die Kraft P, also der Hebelarm AG und CB einen Kreis von dem Halbmesser A C — C B. Setzt man nun AG = R, so ist der Weg der Kraft, also der Umfang des Kreises vom Halbmesser R,

Die Kräfte verhalten sich nun aber immer umgekehrt wie ihre Wege und da auch die Arbeitsgrößen gleich sein müssen, so ist

P:Q = h:2RX7r und P = 2RttXQ — h. Hieraus erhält man

für P =

2 R X n 13 = TT X p-

X Q und

Aus dieser Formel ergibt sich die Regel für die Schraube:

„An der Schraube gewinnt man das Sovielfache an Kraft, als die Steigung in dem Umfange des Kreises, den der Angriffspunkt der Kraft bei einer Umdrehung beschreibt, enthalten ist."

Da der einzelne Schraubengang auch als schiefe Ebene betrachtet werden kann, so kann man auf ihn auch die Regeln der schiefen Ebene anwenden in dem erörterten Falle, daß die Kraft P gleichlaufend zur Basis wirkt (Fig. 67).

Es gibt kaum noch ein Maschinenelement, welches eine so vielseitige und Massenanwendung findet, wie die Schraube. Ihr Anwendungsgebiet erstreckt sich nicht nur auf den Maschinenbau, denn selbst Schuster und Schneider kommen ohne sie in ihrem Beruf nicht mehr aus. Zum Heben von Lasten dient sie in Gestalt der Schraubenwinden, an den Pressen wird mit ihrer Hilfe ein hochgradiger Druck erzeugt, der zum Glätten von Stoffen, zum Prägen und zum Auspressen von Flüssigkeiten (Öl und Fruchtsäfte) dient. Namentlich ist sie aber das beste wieder lösbare Verbindungsmittel im Maschinen- und Hochbauwesen. Die Mikrometerschraube ist bekannt als zuverlässigstes Meßinstrument sehr feiner Teilungen, und die archimedische oder Propellerschraube bohrt sich gleichsam durch das Meerwasser hindurch, das mächtige Schiff nach sich ziehend, das nach ihm Schraubenschisf genannt wird, während der Propeller unter der Bezeichnung Schiffsschraube jedem bekannt ist. Aus leichten Stoffen (Segeltuch auf Rohr- und Aluminiumgestell) hergestellt, verrichtet sie neuerdings den gleichen Dienst bei den lenkbaren Luftschiffen und Flugmaschinen als Luftschraube, und wir werden im Laufe der Zeit noch andere Gelegenheiten finden, das Prinzip der Schraube bei der Lösung neuer Probleme mit zu verwenden.

Ans naheliegenden Gründen ist es in der Praxis unbedingt geboten, die Reibungswiderstände an den Gewindeflächen bei der Berechnung der Kraftleistungen der Schrauben mit in Rechnung zu ziehen, denn sie können unter Umständen den Druck der zu überwältigenden Last übersteigen, und gerade in der ganz bedeutenden Flächenreibung liegt der Hauptnutzen der Schrauben als Befestigungs- und Verbiudungsmittel, denn ohne die Reibung würde keine Schraube fest angezogen werden können und festhalten.

Wenn nun r den mittleren Halbmesser der Schraube bezeichnet und R

den Hebelarm, an dem die Kraft P wirkt, f für den Reibungskoeffizienten genommen wird, und h die Ganghöhe ist, so gilt die Formel:

rX(h+2XrX^Xf)w₀

r-RX(2XrX7r-fXh)AV-

Man nimmt für den Reibungskoeffizienten bei metallenen Schrauben f = 0,12 für den Anfang der Bewegung und gibt in diesem Falle der Schraube nach der vorstehenden Formel den höchsten Nutzeffekt, wenn die Neigung der Schraubenlinie genau 41° 25' 30" beträgt, denn bei dieser Neigung ist die Reibung am geringsten.

Bei scharfgängigen Schrauben ist die Reibung größer als bei flachgängigen und ist deshalb bei ersteren auch mehr Kraft erforderlich. Den Kern-durchmesser d der Schraube berechnet man auf den Zug oder Druck, den sie auszuhalten hat, und nimmt mit Rücksicht auf die nötige Sicherheit und die Drehung, welche der Bolzen auszuhalten hat, das gefundene Maß ungefähr doppelt so groß.

Bei einfachen flachgängigen Schrauben soll die Steighöhe h ²/₈ bis s/₇ d betragen. Die Gewindebreite b soll gleich der Gewindedicke sein, also 0,5 h oder 0,125:0,143 d. Bei mehrgängigen Schrauben ist die Gewindestärke die nämliche, die Ganghöhe ist aber sovielmal größer zu nehmen, als Gewinde vorhanden sind. —

Über Hebelverbindungen.

Auf der geschickten Verbindung von Hebeln miteinander und mit anderen auf sie einwirkenden Maschinenelementen beruhen viele Mechanismen an unseren Arbeits- und Kraftmaschinen, und kann man namentlich an den landwirtschaftlichen Maschinen sehr ingeniöse Kombinationen dieser Art feststellen.

<7

Unsere Arme und Beine, die Hände und Füße sind nichts anderes als Hebelverbindungen, und an ihnen kann man sich deshalb auch sehr Wohl die Hebelgesetze und Hebelwirkungen vergegenwärtigen. In den Hebelmechanismen der Arbeitsmaschinen übertragen wir die Arbeiten, die sonst die Hand des Arbeiters ausführte, diesen die Arbeit. Diese Hebelsysteme wiederholen dann mechanisch einen Griff nach dem anderen, wie der Konstrukteur der Menschenhand den Arbeitsgang abgelauscht hat, und sind auf diese Weise Mechanismen entstanden, die unsere Bewunderung erregen. Wir können hier natürlich nicht alle möglichen Hebelmechanismen besprechen und beschränken uns nur auf einige Kombinationen, die genügen, um vor- ^ kommendenfalls bei Hebelverbindungen, die man zu konstruieren hat, Verwendung zu finden.

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-ca.

So zeigt uns Fig. 74 die Kombination eines zweiarmigen Hebels AB j mit einem einarmigen DE, die in den Punkten C und E gelenkig unter-

stützt sind. Im Punkte 0 greift an den einarmigen Hebel D E eine Last Q an, welche durch die an dem Arme CA angreifende Kraft P im Gleichgewicht zu halten ist. Die Hebel sind durch die Zwischenstange D B miteinander gelenkig verbunden, und ist es zunächst nötig, den Gleichgewichtszustand jedes einzelnen Hebels des Systems zu ermitteln, ehe man an die Berechnung der Wirkung des ganzen Systems gehen kann.

Dementsprechend zerlegen wir zunächst das System Fig. 74 in die beiden Einzelhebel Fig. 75 und 76 und betrachten den Doppelhebel AB näher. Bei

Ft

-B/i

2)

Fig. 75.

rs

Mg- 76.

ihm muß Gleichgelvicht eintreten, wenn in B eine Kraft nach unten wirkt. Für den Hebel ED tritt Gleichgewicht dann ein, wenn in D eine Kraft den Hebel hebt, um der entgegengesetzt wirkenden Last Q das Geichgewicht zu halten. Da nun aber beide Hebel bei B und D durch eine Stange zusammen verbunden sind, so muß an beiden Endpunkten der Stange, also in B und D, ein und dieselbe Kraft wirken, denn sobald die Hebelverbindung im Gleichgewicht ist, muß auch das Verbindungsglied BD im Zustand vollständiger Ruhe sein, weil sich dann die einander entgegengesetzt wirkenden Kräfte gegenseitig aufheben. Nennen wir diese beiden Kräfte Pv so ist der Doppelhebel AB im Gleichgewicht, wenn PXAC = P,XBC ist und der Hebel ED dann, wenn Px X DE — Q X OE ist.

Multipliziert man nun diese beiden Gleichungen miteinander, so ist PXACXPiXDE = PiXBCXQXOE,

Pj ist aber gleich und hebt sich infolgedessen auf beiden Seiten, so daß man erhält PXACXDE = BCXQX0E und es verhält sich

XQ.

acxde

P:Q = BC=OE:ACXDE, hieraus finden wir P —

Eine Verbindung von drei zweiarmigen Hebeln ist in Fig. 77 dargestellt, bei welcher in A und D zwei Hauptkräfte P und Q abwärts wirken. Der Zwischenhebel soll dazu beitragen, daß sich die Kräfte gegenseitig im Gleichgewicht halten.

(7

£.

TP

df

Wenn nun P in A abwärts wirkt, so wirkt in B eine Kraft Px aufwärts. Bei C h »gegen wirkt wieder eine Kraft P₂ nach unten und zwar drückend auf den mit Q belasteten Hebel CD.

Der Gleichgewichtszustand tritt für diese drei Hebel ein, wenn bei Hebel AB ist P xAB = P₁xRB h    BC „ P, X BS =P₂ x SC

„    „ CD „ P₂xCT = Q X TD.

Werden nun diese drei Gleichungen wie er miteinander multipliziert, so ist P X AB X Pj X BS X P, x CT = Pj x RB X P₂ X SC X Q X TD, wird nun auf beiden Seiten mit Px und P₂ dividiert, so ist

PXARXBSX CT = QxßBxSCXTD uni)

RB X SC X TD v Q '

AltXBSXCTÄ

Es ergibt sich aus diesen beiden Beispielen die für Hebclverbindungen geltende Regel:

„Das Produkt ans der Kraft in die längeren Hebelarme muß gleich sein dem Produkt aus der Last in die kürzeren Hebelarme." Und ferner:

„Es verhält sich die Kraft zur Last, wie das Produkt der kürzeren zu dem Produkt der längeren Hebelarme."

Um aber schneller und einfacher zu dem gleichen Ziele zu gelangen, hält man einfach daran fest, daß das Produkt der Keaft mit den abwechselnd aufeinaude folgenden Hebelarmen und bei der Kraft beginnend gleich sein muß dem Produkt der Last in die abwechselnd und, von der Last beginnend, aufeinanderfolgenden Hebelarme.    »

Wir wollen für die Hcbelverbindung (Fig. 77) auch nach dieser Methode noch die Gleichgewichtsformel aufstellen.

Bei A beginnend ist für die Kraft P zu setzen:

PXARXbsXct

und bei D beginnend für Q

QXTDXCSXBB.

und

Für den Gleichgew chteznst nd ist alsdann: PXARXBSXCT = QXTDXCSXBR P _ TD X S.C X3 B

arx^XCT a

Es lassen sich durch geeignete Hebelverbindungen sehr starke Druckkräfte erzeugen, und finden deshalb auch an Pressen (Hebelpressen) Hebelverbindungen gern Verwendung. So ist der Kniehebel, wie schon sein Name sagt, dem Durckbiegu"gs- und Streckvermögen des menschlichen Knies nachgebildet und kommt an den nach ihm benannten Kniehebelpressen mit Vorteil §itr Anwendung. In Fig. 78 ist eine schematische

Darstellung dieses Hebels gegeben. Er besteht aus den einfachen Hebeln AB nnd BC, die in B beide miteinander gelenkig verbunden finb, während C ein festliegender Drehpunkt ist, an dem sich der Hebel C B bewegt, während der Drehpunkt A am Hebel B A nicht fest, sondern veränderlich ist und sich in guter Führung vertikal nach oben und unten bewegen kann.

Der Drehpunkt A ist, wie die Skizze andeutet, auf einer seitlich geführten Plgtte angebracht, unter welche die zu pressenden Stoffe gelegt werden. Beim Anspannen der Presse, also beim Strecken des Kniegelenkes, welches die beiden Hebel bilden, wird nun die Platte nach unten bewegt, und da ihr Niedergang durch die unter der Platte liegenden Stoffe gehemmt wird, so entwickelt sich bei A ein hochgradiger Druck Q, durch den eben die Stoffe zusammengepreßt werden sollen.

Nehmen wir nun an, daß im Punkte 0 an dem Hebel CB eine Kraft P horizontal angreift. Unter ihrer Einwirkung streckt sich der Kniehebel. Ziehen wir uns nun die Hilfslinien CE senkrecht zur Kraftrichtung P und DC senkrecht zur Verlängernngslinie des Hebelarmes AB, so ist für den Gleichgewichtszustand des Systems:

PXCE — QXDC und es verhält sich P : Q wie vC : CE.

Wenn man nun die Hebel AB nnd BC nach und nach immer mehr in eine gerade Linie zu bringen, also zu strecken sn.cht, so würde in dem Fall, daß beide Hebel eine gerade Linie bilden, CD ganz verschwinden und gleich Null werden. Es würde sich dann

P:Q = 9M:CE

verhalten. P würde also verschwindend klein werden im Verhältnis zu Q, was umgekehrt gleichbedeutend mit der Annahme ist, daß man durch die Kraft P bei A einen sehr hohen Druck Q ausüben kann.

Nehmen wir bei dem in Fig. 79 skizzierten Fall an, daß die Kraft P im Gelenkpunkt B selbst angreift, so sind, wenn man das Kräfteparallelogramm BDBF bildet, BD und BF Seitenkräfte der Mittelkraft P. Sie sind gleich dem Druck, der durch die Wirkung der Kraft P, sowohl in F gegen den zu pressenden Stoff, als auch im Befestigungspunkt C „ ausgeübt wird.

Auch hier wird uns sofort klar, daß man bei A einen immer wachsenden Druck ausüben kann, je mehr sich durch die Wirkung der Kraft P der Winkel C B A streckt und der geraden Linie nähert, denn es müssen alsdann die Kraftlinien DE und EF mit den Hebellinien BD und BF zusammenfallen.

Bei den im Buchbindereibetrieb Verwendung findenden Vergolde- und Prägepressen findet der Kniehebel sehr wirkungsvolle Verwendung. Mitunter sind auch

4-

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TG

Zwei Kniehebel in der in Fig. 80 skizzierten Weise verbunden, und können mit dieser Verbindung Drucke bis über 100 000 kg ausgeübt werden.

Da wir im Verlauf der weiteren Abhandlungen die Nutzanwendungen dieser mechanischen Elemente noch in reicher Zahl kennen lernen, so können

wir uns auf das vorstehend Mitgeteilte beschränken und haben aus diesen schlichten Lehrsätzen der reinen Mechanik noch die Grundregeln zu ziehen, die auf die meisten Maschinen Bezug haben und in ihnen Nutzanwendung finden.

Bei alle» Kraftmaschinen, das sind solche Maschinen, die große Lasten zu bewältigen haben, hat man als Regel für das Gleichgewicht an dem Satz festzuhalten:

„Die Kraft mal allen größeren Faktoren ist gleich der Last mal allen kleineren Faktoren."

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B>

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A,

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Fig. 80.

Hat man aber nur durch irgendeine Verbindung mechanischer Elemente die Bewegung zu vergrößern, wie das z. B. bei der Veränderung des Unisetzungsverhältnisses von der langsam gehenden Transmissionswelle auf eine schnell laufende Arbeitsmaschi.ie der Fall ist, so gilt die Regel:

„Die Triebkraft mal allen kleineren Faktoren ist gleich dem letzten Bewegungswiderstand mal allen großen Faktoren."

Aus alledem geht klar hervor, daß man durch Benutzung einer Maschine wohl au Kraft, aber nie an Arbeit, an mechanischer Leistung gewinnen kann.

Festigkeitslehre.

Von bett Praktikern glauben viele es gleichsam im Gefühl zu haben, wie stark man bte einzelnen Abmessungen einer Konstruktion imb ihrer Teile F nehmen hat. Wenn man auch zugeben kann, baß langjährige praktische Erfahrung ein gewisses richtiges Gefühl für bte Abmessung ber Stärkenverhältnisse verleiht, so ntuß man es boch als grenzenlosen Leichtsinn bezeichnen, wenn ein Konstrukteur nach Gutbünken imb ohne rechnerische Prüfung feine Stärkenverhältnisse wählt. Wenn man freilich mit bett Regeln ber Festigkeitslehre nicht auf gutem Fuße steht, bann bleibt oft schließlich nichts weiter übrig, als nach Gutbünken brauflos zu konstruieren, aber man kann sich auf biese Weise einmal einige Jahre Gefängnis verbienen, wenn infolge einer leichtsinnigen Konstruktion ein Unglücksfall eintritt imb Menschenleben höbet geopfert werben. —

Die Festigkeitslehre ist ber Prüfstein für bte Kunst bes Ingenieurs unb

7 -r-

Technikers. Er braucht sie zur Ausübung seines Berufes so notwendig wie das tägliche Brot, und wer es im Maschinenbau zu etwas bringen und Freude an seinem Beruf haben will, der muß sich vor allen Dingen mit den Untersuchungen vertraut machen, die man anzustellen hat, um die Stärkenverhültnisse der Konstruktionsteile richtig zu bestimmen, indem man abwägt, welche Kräfte auf die Teile wirken und wie sie wirken.

Daß in jedem Maschinenteile Kräfte wirken und Spannungen erzeugen, haben wir schon durch die Mechanik verstehen gelernt, die uns zeigt, wie die Kräfte wirken. Was sie bewirken, lehrt uns die Festigkeiislehre, und vor allen Dingen können wir mit ihrer Hilfe die Querschnitte der Teile so gestalten, daß sie unter allen Umständen und mit hoher Sicherheit den Kräften Widerstand leisten, die sie in Anspruch nehmen.

Die Widerstandsfähigkeil ist es, was wir unter Festigkeit verstehen, und diese ist, je nach der Art, wie die Kräfte auf den Körper wirken, sehr verschieden.

Die Hauptbeanspruchungen, denen die Konstruktionsleile ausgesetzt sind, bestehen in Zug und Druck. Werden mithin Körper auf Zerreißen in Anspruch genommen, so muß ihre Zugfestigkeit eine der Beanspruchung entsprechende sein. Ein freitragender Träger, welcher durch auf ihm stehendes Mauerwerk oder sonstwie belastet wird, ist auf Biegungs- oder Bruchfestigkeit beansprucht, während z. B. eine gußeiserne Säule, die den Träger mit der auf ihm ruhenden Last unterstützt, auf Knickfestigkeit in Anspruch genommen wird.

Wellen und Zapfen und andere rotierende Körper sind auf Drehungsoder Torsionsfestigkeit zu untersuchen, während Berbindungselemente wie Schrauben und Nieten auf Schub- und Scherfestigkeit in Anspruch genommen werden, wobei die wirksamen Kräfte bestrebt sind, den Nietbolzen abzuscheren.

Den Widerstand eines Körpers beim Zerreißen nennt man seine absolute Festigkeit. Beim Zerquetschen oder Zerdrücken heißt er rückwirkende Festigkeit und beim Abbrechen nennt man ihn relative Festigkeit.

Die Fähigkeit der Körper, den auf sie einwirkenden Kräften einen genügenden Widerstand zu bieten, ist je nach dem Material, aus dem sie bestehen, sehr verschieden. So wissen wir beispielsweise, daß Schmiedeeisen, infolge seines sehnigen Gefüges, viel weniger leicht bricht, als Gußeisen, welches körniges Gefüge hat. Mithin ist Schmiedeeisen gegen Biegen und Brechen viel widerstandsfähiger als Gußeisen.

Nimmt man einen Schmiedeeisen- oder noch besser einen Stahlstab etwas auf Biegung in Anspruch, indem man ihn auf beiden Enven frei aufliegend in der Mitte belastet, so biegt er sich in der Mitte eine Wenigkeit durch, kehrt aber, sobald man die Last von ihm abnimmt, in die vorherige Gestalt zurück, ohne eine bleibende Formveränderung zu erleiden. Dieses Vermögen, nach aufgehobener Belastung wieder die ursprüngliche Form anzunehnien, nennt man die dem Material eigentümliche Elastizität.

Wird bei der Belastung eines Körpers auf Biegung ein bestimmtes Maß überschritten, so tritt eine dauernde Formveränderung des Körpers ein, weil die Belastung die Grenze der Elastizität des Materials überschritten hat. Man hat dementsprechend das zuläßige Maß der Belastung für jedes Material mit seiner Elastizitätsgrenze bezeichnet.

Diese Werte sind bei den einzelnen Materialien sehr verschieden, und so ungleich, wie die Elastizität der Materialien ist, so ungleich find auch die Festigkeiten der verschiedenen Arten für Körper aus ein und demselben Stoff. Sowohl die Größe der Elastizität, als auch die der eigentlichen Festigkeit kann im allgemeinen nur versuchsweise bestimmt werden, und wie das geschieht, iverden ivir für jede Festigkeitsart noch untersuchen.

Man bedient sich nun in der Festigkeitslehre gewisser Fachausdrücke, die wir auch beibehalten müssen, weil sie in allen technischen Werken und auch im mündlichen Verkehr mit Technikern oft gebraucht werden, und ist es deshalb norig ihren Sinn zu erklären.

Die Wirkung, welche Kräfte auf einen Körper ausüben, wird auf seinen Querschnitt bewgen, den man seinem Flächeninhalt nach bestimmt, und legt man als Flächeneinheit den Quadratzentimeter (qcm) zugrunde. Auf die Flächeneinheit wird auch der auf die Querschnittsfläche wirkende Druck oder die in ihr auftretende Spannung bezogen und bestimmt.

Man nennt den auf die Flächeneinheit wirkenden Druck Flächendruck; die auf die Flächeneinheit zurückgeführte Anspannung der Fasern heißt kurzweg Spannung oder auch Kraft auf die Flächeneinheit.

Wenn die Spannung in einem belasteten Körper seiner Elastizitätsgrenze entspricht, so heißt sie Tragmodul, und wird derselbe bei Zug- und Druckfestigkeit näher als Zug- oder Druckmodul bezeichnet.

Bruchmodul nennt man die Spannung, bei welcher die Fasern des belasteten Körpers ihren Zusammenhang verlieren — also brechen.

Im direkten Zusammenhang mit der Elastizitätsgrenze, deren Begriff wir schon dargetan haben, steht der Elastizitätsmodul als das Maß der elastischen Nachgiebigkeit eines Materials. Er bezeichnet also die Spannung, bei welcher ein prismatischer Körper, auf den die Kraft in seiner Längsrichtung einwirkt, um seine ganze Länge ausgedehnt oder zusammengepreßt wird, vorausgesetzt, daß das Material des Körpers eine derartige Formverändernng gestatten würde.

In den meisten Fällen, wo es nötig wird, Festigkeitsveränderungen vorzunehmen, handelt es sich darum, die Tragkraft eines Konstruktionsteiles zu bestimmen, und hat man hierbei zwischen theoretischer und praktischer Tragkraft zu unterscheiden.

Theoretische Tragkraft nennt man diejenige Kraft, welche in einem Konstruktionsteil als Zug, Druck, Drehung, Biegung usw. wirkt und in der am stärksten gespannten Faser des Materials eine Spannung erzeugt, die

Das Verhältnis zwischen der theoretischen Tragkraft und der Belastung nennt man die Tragsicherheit. Sie wird zur Bruchbelastung oder Bruchkraft, wenn sie in der am stärksten gespannten Faser des belasteten Körpers eine Spannung erzeugt, die gleich dem Bruchmodnl ist. Die Bruch-kraft ist also in gewissen Fällen auch die zum Zerreißen, Zerknicken, Zerbrechen, Abscheren usiv. eines Körpers nötige Kraft. Aus der Bruchkraft und Belastung, bezw. beut Verhältnis zwischen beiden, ergibt sich die Bruchsicherheit als Sicherheit gegen Bruch, während man unter dem umgekehrten Wert der Sicherheit die Beanspruchung versteht.

gleich dem Tragmodul ist und mithin seine Festigkeit bis an die Elastizitätsgrenze in Anspruch nimmt.

Praktische Tragkraft, auch kurzweg nur als Tragkraft bezeichnet, nennt man dieselbe Kraft, wenn sie die vorher erläuterte Spannung bis zu einer bestimmten zulässigen Höhe anwachsen lägt und unter der Elastizitätsgrenze bleibt. Es wird gewiß schon manchem aufgefallen fein, daß an Verlade-krahnen, Wagen usw. die Tragkraft, welche nicht überschritten werden darf, vorgeschrieben wird. Diese Tragkraft ist also die praktische Tragkraft, welche der Konstruktionsteil ohne Gefahr zu tragen imstande ist. Auch bei einer Überlastung ist meist eine Gefahr noch nicht damit verbunden, weint dieselbe die Grenze der theoretischen Tragkraft, die höher liegt, nicht übersteigt.

Reuleaux stellte als Regel auf, daß tut Maschinenbau eine zweifache Tragsicherheit den auf einen Maschinenteil einwirkenden Kräften gegenüber passend erscheint. — Man wird aber hier und da von diesetn Maß nach oben oder unten abweichen müssen, doch soll man einen Maschinenteil nie über die für ihn ermittelte theoretische Tragkraft hinaus belasten.

t.

Sie Festigkeit» koeffizienten.

Zähigkeit des Materials — ^ oder

Für Kupferdraht betrügt z. B. laut der Tabelle K — 42 und T — 12; mithin ist feilte Zähigkeit

Wir geben nachstehend eine Tabelle über die durch zahlreiche Versuche festgestellten Mittelwerte der Festigkeitskoeffizienten der im Maschinen- und Hochbau am meisten verwendeten Materialien. Materialien, deren zusammengehöriger Bruch- und Tragmodul sich stark unterscheiden, besitzen eine hohe Zähigkeit. Dieselbe ist für gewisse Konstruktionsteile von hohem Werte, man findet sie annähernd, indem man den Bruchmodul durch den Zugmodul dividiert, also:

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e-^sS Zinn. ... Aluminium.    .    .

||l| Eschenholz { ¹¹ "

3-l-s

Material

Eichenholz

|?f| Buchenholz 4

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Hanfseile . o-o §§ Lederriemen . Glas. . .    .

2.

Zug- und Druckfestigkeit.

Sirft eine Kraft in der Richtung der Längsachse eines Körpers auf ihn ein und sucht sie ihn zu zerreißen, so wird der Körper auf Zug beansprucht.

Fig. 81 sucht die Kraft P den an einem Ende befestigten Stab M    zu verlängern —    auszudehnen. Man    bat nun durch Versuche

II    gefunden, daß die    Zugfestigkeit eines    Körpers nur von feinem

IS    Querschnitt abhängig ist und daß, je    größer der Flächeninhalt

|1    des Querschnittes    ist, desto groß.r    auch seine Zugbelastung

I 1 sein kann.

Py

Angenommen es ist q der Querschnitt eines prismatischen Stabes und 8 die in ihm durch die Kraft P erzeugte Svannuug, so ist seine Tragkraft bei der Spannung 8, ohne Rücksicht auf F-ig 81. sein eigenes Gewicht:

Tragkraft — Spannung X Querschnitt oder

p = s X q.

Für den Querschnitt ergibt sich hieraus die Formel:

Querschnitt —

Tragkraft .

— — ober Spannung

und wenn der Stab runden Querschnitt hat, so ist sein Durchmesser

Beispiel: 1. Eine schmiedeeiserne Zugstange hat einen Zug von 5000 k< auszuhalten und soll die zulässige Spannung 5 kg nicht überschreiten, welcher Durchmesser muß die Zugstange erhalten?

Der Querschnitt ist q = ? mithin ist b

-    1000 qmm

ober nach ler Formel für den Durchmesser, berechnet ist,

1274 = 31,7 mm.

Dieser Durchmesser entspricht einem Flächennhalt von 1000,98 qm, deckt sich also mit der für q durchgeführten Berechnung.

2. Für eine Konstruktion ist eine Zugstange mit 45 mm Durchmesser angenommen bei einer zulässigen Spannung von 5 kg. Welche Last vermag diese Zugstange aufzunehmen?

Es ist also ä — 45 mm und der Querschnitt für 45 mm Rundeisen q — 1590 qmm. Wenn nun

P = S X q ist, so ist nach Einsetzen der Werte

P = 5 X 1590 = 797)0 kg.

Druckfestigkeit: Hat eine auf einen Körper wirkende Kraft das Bestreben denselben zusammenzudrücken oder zu verkürzen, so wird der Körper auf Druck beansprucht — vorausgesetzt, daß der Körper nur eine geringe Höhe hat.

Die Druckbeanspruchung wird um so kleiner, je großer die Querschnitts-släche q des Körpers und je feiner die Druckkraft P ist.

Bezeichnet man nun mit 8 die zulässige Beanspruchung des Materials auf Druck, so ist:

P = SXq und q =

wir haben also hier dieselben Formeln, welche auch für die Zugbeanspruchung gelten.

Sobald nun Beanspruchung auf Zug oder Diuck eintritt, so erleibet ber Körper eine Formveränderung. Sie zeigt sich bei Zng in einer Verlängerung, bei Druck in einer Verkürzung. Auch diese muß berücksichtigt werden, und finden wir sie aus dem Produkt der Spannung 8 und der Länge des Stabes 1, geteilt durch den Elastizitätsmodul E. Be zeichnen wir nun diese Verlängerung oder Verkürzung ihrer Größe nach l ^Lambda — ein griechischer Buchstabe), so ist:

Beispiel: 3. Nehmen wir an, die in Beispiel 1 auf Seite 104 berechnete Stange ft bei der Montage 12 m lang gewesen, so beträgt ihte Verlängerung bei voller Belastung:

s_x_i _

k E

5 X 12000

20000    = 3 mm-

Hierbei ist der Wert für E = 20000 aus der vorstehenden Tabelle über die Festigkeitokoesfizienten (für Schmiedeeisen — Elastizitätsmodul) entnommen.

4. Es ist die Kraft zu bestimmen, die nötig ist, um den Stab zu zerreißen. Es ist dann P = K X 9 und K nach der Tabelle (für Schmiedeeisen) — K — 38, so ist

P = 38 X ¹⁰⁰⁰ = 38000 kg.

Er wird mithin bei einer Beanspruchung mit 5000 kg eine siebenfache Sicherheit leisten.

5.

Schub- und Abscherungs-Festigkeit.

Wenn eine Kraft in der Ebene des Körper-Querschnittes wirkt, so wird derselbe aus Schub- oder Abscherfeftiakeit in Anspruch genommen.

Dies ist z. B. bei dem in Fig. 82 dargestellten Niet der Fall, welcher zwei Kesselbleche an ihrer Naht zusammen verbindet. Die Beanspruchung findet durch die in der Pseilrichtung wirkende Kraft P statt und zwar in bem Querschnitt, welcher mit der Berührungsebene E der beiden Bleche übereinstimmt.

Wir nehmen nun für den Querschnitt des Niets wieder den Wert q

JE

und für die in dem beanspruchten Körper-herrschende Spannung den Wert S, so hat man für die Tragkraft, wie vorher für die Zug- und Druckfestigkeit, wieder

21

p - s x q-

Fig> 89.

Die Elastizitätsgrenze wird erreicht, wenn S — ⁴/₃ des kleineren der beiden Tragmodul des Materials wird, also für Schmiedeeisen T = T. = 15 ist

—— 12 und für Gußeisen

mit T kleiner als T₁ = 7,5 ist

’X- -- 6.

5 -

Die Festigkeit der Niete und Schrauben gegen Abscheren richtet sich einfach nach der Größe des Querschnittes. Kennt man nun den auf 1 qcm entfallenden Widerstand, so braucht man damit nur den Querschnitt zu multiplizieren. Es gelten für diesen Widerstand pro 1 qcm Querschnitt folgende Werte:

für Holz 6—8 kg;

„ Schmiedeeisen 600 kg;

„ Gußstahl 1300 kg.

Wenn mit K der Koeffizient für die Abscherung bezeichnet wird, so ist die größte zulässige Beanspruchung

P — K X F (Querschnitt) und hieraus der

Querschnitt F = ^.

Derselbe Wert P = S X q findet auch dann Anwendung bei der Be-rechnnug, wenn es sich um ein Abschneiden, Ausstößen, Durchlochen usw. bandelt, also bei allen Stanzen und Scheren.

Biegungsfestigkeit.

Wenn auf einen Stab äußere Kräfte wirken, die sich im Gleichgewicht halten, und zwar senkrecht zu seiner Längsachse, so wird er auf Biegung beansprucht. Es tritt dann für jeden Normalquerschnitt des Stabes zwischen dem Moment der äußeren Kräfte und den Momenten der in dem Querschnitt entstehenden inneren Kräfte, bezogen auf die neutrale Achse des Stabes, Gleichgewicht ein, solange die Beanspruchung die Elastizitätsgrenze nicht überschreitet.

Mau versteht unter der neutralen Achse eine durch den Schwerpunkt des Stabquerschnittes in seiner ganzen Länge gehende gedachte Linie, die senkrecht zur Biegungs- oder Bruchebene steht.

Fig- 83.

Der in Fig. 83 gezeichnete Stab liegt bei A und B frei auf und wird •• ^ in der Mitte bei 0 durch eine Kraft P /\~ auf Biegung beansprucht. Alsdann wirkt die Kraft P auch senkrecht zur Stabachse. Nehmen wir nun an, daß der Stab einen regelmäßigen, an allen Punkten gleichen prismatischen Querschnitt hat, so liegt seine Schwerpunktsachse genau in seiner Mittel- oder Längsachse, die also in diesem Falle gleichzeitig auch die neutrale Achse des Stabes ist, da sie die Kraft P in senkrechter Richtung trifft.

Die neutrale Achse teilt den Stab gleichsam in zwei Hälften, die verschieden durch die Kraft P in Anspruch genommen werden. Während die Fasern der oberen Hälfte zusammengepreßt werden, also auf Druck beansprucht sind, werden die Fasern der unteren Hälfte gedehnt, also auf Zug beansprucht. Diese Inanspruchnahme wächst in beiden Fällen proportional mit der Entfernung von der neutralen Achse. Sie ist also ant geringsten in der neutralen Achse selbst, und am stärksten in den am weitesten von ihr entfernt liegenden Fasern. Dementsprechend bezeichnet man diese beiden Querschnittshälften mit Zugseite (untere) und Druckseite des Querschnitts (obere Hälfte). Es sind also in der Biegungsfestigkeit die Zug- und Druckfestigkeit vereinigt.

Um nun für diese Festigkeit ebenfalls Formeln aufstellen zu können, bezeichnen wir mit

M das statische Moment der einen Körper auf Biegung beanspruchenden Mittelkraft, bezogen auf seine neutrale Achse des Querschnittes (Kraftmoment);

1 ist das Trägheitsmoment des Querschnittes zu seiner neutralen

Achse;

a ist der Abstand der am stärksten gespannten Faser, also der von der neutralen Achse am weitesten entfernten Faser auf der Zug- oder Druckseite des Querschnittes, und

8 die in der Faser entstehende Spannung.

Es ist alsdann

M = S X A

Ans dieser Formel erhält man das statische Moment sämtlicher Faserspannungen, bezogen ans die neutrale Achse des Stabes, und kann es auch als das Tragmoment des untersuchten Querschnittes bei der Spannung 8 bezeichnet werden.

Ist nun 1 der Hebelarm, an welchem die Mittelkraft für irgend einen Querschnitt des Stabes wirkt, so kann das Moment P X 1 für jeden Querschnitt einen anderen Wert haben. In der Praxis hat nur die Untersuchung des Querschnittes Interesse, für den das Moment P X 1 am größten ist. Diesen Querschnitt bezeichnet man allgemein als den gefährlichen Querschnitt, und die biegende Kraft P, welche in ihm die Spannung erzeugt, nennt man die Tragkraft des Stabes.

Es ist alsdann

p 8X1

"IX»'

Hierin bezeichnet 1 die Entfernung des gefährlichen Querschnittes vom Angriffspunkt der Kraft P als Hebelarm.

In den nachstehenden Tabellen sind die am häufigsten Vorkommenden Belastungsarten für Biegnngsststigkeit zusammengestellt, und zwar:

1.    Fall: Der Stab ist an einem Ende fest eingespannt und am anderen freien Ende in einer Entfernung 1 vom gefährlichen Querschnitt durch die Kraft P belastet.

2.    Fall: Der Stab, wie vorher befestigt, trägt auf seine ganze Länge gleichmäßig verteilt eine Last P.

3.    Fall: Der Stab liegt mit beiden Enden frei auf und trägt genau in der Mitte zwischen den beiden Auflagepunkten eine Last P.

4.    Fall: Derselbe Stab, wie in Fall 4, hat eine auf seine ganze Länge gleichmäßig verteilte Last zu tragen.

5.    Fall: Der Stab ist an beiden Enden fest eingespannt und trägt in der Mitte eine Einzellast P.

6.    Fall: Derselbe Stab, wie in Fall 5, trägt eine auf seine ganze Länge gleichmäßig verteilte Last.

7.    Fall: Der Stab ist an einem Ende fest eingespannt und liegt am anderen Ende frei auf, während in seiner Milte eine Einzellast P angreift.

8.    Fall: Derselbe Stab, wie in Fall 7, ist aus seiner ganzen Länge mit einer gleichmäßig verteilten Last P beschwert.

Die nachstehende Tabelle gibt in der ersten Spalte die Art der Belastung durch eine Skizze an, in der zweiten Spalte steht die Formel für das Biegnngsmoment, in der dritten die Formel für das Widerstandsmoment.

Art der Belastung

Äußeres Biegungs-moment

Widerstandsmoment

1.

PX1

w=£Xi

K

Ft

CO

L-l

03

IO

cd

cd

^äPPP ■HHI eFPF

Art der Belastung

Ni

ri

l-x.

Mn

MN

M <N1

Mn

Mn

Mn

*N

ft

Mn

>-

>h

hi

tti

Äußeres Biegnngs-momcnt

Widerstandsmoment

AXA

PX1

P,X1

12

3PXJ

16

PiXi

W-PiXi

w_p + p,X1

PX1

P

W —Xi

w-pXi

8K

w-PiXi

12 K

w-iPXJ

10 K

8K

Um mit Hilfe der in vorstehender Tabelle gegebenen Formeln und Skizzen Berechnungen anstellen zu können, ist es nötig, daß man auch die Trägheits- und Widerstandsmomente für die verschiedenen Querschnittsformen der Stäbe kennt.

Für die gebräuchlichen und im Handel geführten Stab- und Fassoneisen sind beide Momente in den Tabellen angegeben, welche die Walzwerke über ihre Walzprodukte herausgeben und ist es ratsam, sich diese Profileisentabellen zu verschaffen.

Wenn man also bei einer Berechnung auf Biegungsfestigkeit nach den in der Tabelle enthaltenen Formeln den Wert für das Widerstandsmoment W bestimmt hat, so hat man aus den genannten Tabellen nur ein passendes Profil mit dem annähernd großen Widerstandsmoment herauszusuchen und wählt dann am besten das nächst größere des ausgerechneten Wertes.

Da nun aber in vielen anderen Fällen auch abweichende Querschnittsformen nicht selten Vorkommen, die in den Walzwerkstabellen nicht enthalten sind, oder die Träger bestehen aus Holz oder Gußeisen, so ist es nötig, ein geeignetes Querschnittsprofil zu konstruieren und für dieses das Trägheitsund Widerstandsmoment zu bestimmen.

Hierzu dient die nachstehende Tabelle:

Tabelle derTrägheits-und Widerstandsmomente einigerQuerschillttsformen.

Tabelle von einigen Werten J und W =

bh³

ii

36

a-*■

bli²

J= 44-

b li²

12

W = -6

b⁴

J= ~

b³

12

-xl—h

J=£d‘=fr‘

= 0,0491 cl4 = 0,7851 r²

32

= 0,0982 d³

— 0,7854 vs

st

7y

* Z )<—

M' "t

Vl

(<~ Z> —r;'

K— <3-*|

ffüTjÄrh

iMM?

>^v

Mt

J==64(D4-d4)

W = --

A\

to1 cr

12

CO

n D⁴— d⁴

32 D

tr

tr

bh⁸-f b^⁸

6h

J = /iflf d*-{-b(h⁸-d⁸) = b⁸(h-d)}

0,5891 li⁴ -f- (h⁸ — d⁸) b -f- (h — d) b⁸

J= '-r

W = "6

6h

₁2 (b h® b, h j ® - b₂ h₂:!i 1 (bh³— b, h,⁴ — b₂h₂s)

W = -~j bh²—b₁h₁®

4bhbj h, (h— h₁)²) bh⁸ —b,h

5.

Knickfestigkeit.

Wenn ein prismatischer Stab auf Knick- oder Strebefestigkeit in Anspruch genommen wird, so hat man darunter eine Beanspruchung zu verstellen, die bestrebt ist, den Stab in der Richtung seiner Längeachse zusammen-zndrücken. Es setzt sich diese Art der Beansornchung gewissermaßen aus Druck- und Biegungewirkungen, die zu gleicher Zeit auftreten, zusammen, und muß sie daianinin.auch untersucht werden.

Wir bezeichnen nun bei den Säulen und Stützen, die stets auf Knickfestigkeit in Anspruch genommen werden, mit

F die Qiierschnittssläche in qcm.

L oder I die freie Länge der Säule für L in m; für I in cm ausgedrückt.

T ist das kleinste Trägheitsmoment des Querschnittes, bezogen auf cm (siche Tabelle Seite 103).

E ist die zulässige Druckbelastnng des Materiales in Kilogramm pro Quadraizenlimeter und ist zu nehmen mit

E = 750 für Gußeisen.

E — 75 für Holz.

Die Tragkraft einer Säule in bezug auf ihre Knickfestigkeit ist nun in Kilogrammen

P = FXt

1    = F X Ka und ist hierin

0,002

n — -- ^ - und a für Gußeisen —

für Holz — 0,000 25.

Findet man nun hierbei, daß für sehr schlanke, gußeiserne Säulen der Wert a X ¹¹ größer als 3 ist, so nimmt man K = 375 und im Nenner für 1 -)- an alsdann an — 1.

Die zulässige Belastung Ko in Kilogramm pro Quadratzentimeter für Gußeisen und Holz betragt nach ©tüf)len:

6 | 8 | 10 1 20 1 30 1 40 | 50 1 liO | 70    80 [ 90 [ 10

o Querschnitt; voll im Durchmesser — b

I Gußeisen

CO

II

io CO

III Holz

CO

OI “

CJX    07

U CO CO

330

219

31

TO CO . Ci CO ^

CO UO

IO CO h

O CO Ci ^ <tt‘

CO

CO

" 00

voll □ oder |J Querschnitt mit der kleinsten Seite — b

1 (i/U|jei|en

‘O C^

»O TO 2

o ^ ^

133

75

89

50

11

9,7

3i CO O CO |>v

co ec

CO 05 QI

CO 00 H ^ H ^

¹ CO

co co c

•O rH O -• r-l

Den Wert für 1: b findet man aus der Länge der Säule und ihrem Durchmesser bei kreisförmigem, der kleinsten Seite b bei rechteckigem Querschnitt.

Beispiel: Ist eine Säule 4 m lang und hat sie einen Durchmesser von 20 cm, so ist der Wert für 1: b = 400 : 20 — 20, und hat man mithin den für 20 in der vorstehenden Tabelle angegebenen Wert für Ko in die Berechnung einzusetzen.

Die unter II für Gußeisen angegebenen Werte gewähren eine neunfache Sicherheit und sind für Konstruktionen anzuwenden, die Erschütterungen ausgesetzt werden.

Die unter I und III genannten Werte gewähren nur sechsfache Sicherheit für Gußeisen und weiches Holz, während bei hartem Holz achtfache Sicherheit gewährt wird.

Über die Tragkraft der Säulen und ihre Gewichte gibt die umstehende Tabelle Aufschluß; sie gilt für runde Säulen aus Gußeisen bei sechsfacher Sicherheit, wenn sie oben und unten mit der ihrem Querschnitt entspechenden Ringfläche aufliegt. (S. 114.)

Je nach der Art und Weise ihrer Befestigung unterscheidet man für Säulen vier Arten von Knickfestigkeit, die aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich werden:

Knickfestigkeiten:

j?

LP

mmm

mm

wtym.

IUP

Stabende Giftfrei, B fest eingespannt.

Beide Stabenden sind beweglich, sind aber in der Richtungslinie derKraft festgehalten.

Stabende B ist fest eingespannt; bei A frei beweglich, oder in seiner Stellung zu P fixiert.

Beide Stabenden sind fest eingespannt.

n\E.l

Zur Berechnung der Tragkraft P dienen folgende Formeln: n\E.I

4.8.1-

8.1-

8.1-

8.1-

Tragkraft und Gewicht runder gußeiserner Säulen bei 6facher Sicherheit,

tuettn sie unten und oben mit der ihrem Querschnitt entsprechenden Ningfläche anfliegen.

ln erer

Wand

dicke

Meter

gewicht

Länge der Säule in m

2^5    3/)    3/5    4/0 j 4/5    5/) EJ

6/0    7/0

mm mm

kg

Tragkraft in Tonnen

'S I S 8

C5

QC 02 QC 02 4-» 02^0 10 0

CD O'ÖC CD7X2 b0>02'oc7-i ai

11,9

13,7

14,4

18,9

20,8

9,55

7,70

10,6

11,9

15,3

16,8

8,80

9,80

12,5

13,7

15,3

17/0

18,3

18,6

20,7

22,6

11.3    1 9,30

12,7

14,2

15,3

15,6

17,4

18,9

CD 00 ^ CD X

54,1 ! 41,1

P fg ß 2 £ £

xXi7-‘'io'bVo2

O^xj^CD^CO D^C2

-7rd7cD"io"oo o

Dl Dl CM GM Dl CO

X O Ol ^ rji CD —< Dl CM Dl Dl Dl

02^0^C0^O ld" b—" 02" 06" —-"co"

ri H ri H (M CI

OO^CO^CD^-^ r-^00 CO"UO"CD"CD 0C"02

— r-H 1—1 rH tH r—

02jD^D^C^O^cq 1-7 co" Th" rj7 lQ" b-

tH rH tH t—1 t—I r—1

^1-^00^ oq_o

ö"i-7 r-7oi"co"tc

t-I rH t—I 1—I tH t—1

8,06 5,36 8/71 5/81 9/30 6,22 10/7 6,77 11,7 7,61 12,6 8 4-2

ISSSSS5 S285J8SS

sLZMLI SSS

X LO cn'05 1x0Tfx 'oc'ocT-'bo lo'bi

t'-rtOiOiOX CO ^ 0 rf O CD

C^CO^^co^c^ 02 Oi 00 CD"CO"02" 0M CO CO CO ^ ^

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^CD^C2 Dl CO 00

jO CD O 02 b- O CD CO oV-Tio ö" ¹—' ¹—• CM CM Ol CO

CM^t^DI^d^O

H^r’O'^oo'co“

1—1 Ol Ol Ol Ol CO

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JO

IO

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^vC^OO^^^ 02 O Ö" CO" CD" b-^ lO b- 00 CD b- oo

b-^ oo" o7 dt" io"

CD b- 0C CD 00 02

0_0^a0^i0

^ ^7<o7oo 0^02

lO CO »o cß o

O iO CM Dl <J2 00 2t^.nco"o7~

220

18

22

82/8

74,1

69,0

26

99,2

88,5

82,0

115

102

230

18

22

86,9

78/8

94/2

73/5

104

26

121

94,3

87,5

108

100

52/8

62,5

71/4

57,6

68,2

47/9

56/4

64/3

52/0

61/5

70,3

co b-"co"co

Xh lO LG IQ CO

240

18

22

26

91,0

109

250

I 18 { 22

l 26

127

95,1

114

133

84,7    78,4

99,0    93,2

73,2

87,0

67,5

80,4

115

108

100

90,0

106

92,6

122

84,0

77,7

72,5

100

115

93,6

87,1

107

100

47,5    43,4

56,3    51,3

64,3

58,5

52,0    48,6

62,7    57,7

70,8

64,9

36,7

42,9

49,3

40,7

48,5

54,0

22

26

119

3)

139

111

157

129

105

145

122

137

98,8

91,9

114

107

128

119

6.

(Querschnitte von gleicher Festigkeit.

Die Materialverteilung spielt namentlich bei gußeisernen Trägern eine sehr wichtige Rolle, und muß man deshalb, um eine günstige Verteilung des Materiales zu erzielen, den Querschnitt so wählen, daß die Spannung bei einer gewissen Belastung auf der Zug- und Druckseite zu gleicher Zeit die Elastizitätsgrenze erreicht. Dies kann erreicht werden, wenn man

a    T

— = Tjr macht.

ai    ¹ i

In dieser Formel ist a der größte Faserabstand auf der Zug-, a„ der auf der Druckseite. T ist der Zugtragmodul und T, der Drucktragmodul.

Querschnitte, welche nach diesem Verhältnis konstruiert sind, nennt man Querschnitte von gleicher Festigkeit. Demnach sind bei Schmiedeeisen alle zweiachsig symmetrischen Querschnitte am besten, weil bei ihnen der Zugtragmodul gleich dem Drucktragmodul ist.

Bei Gußeisen sind aber die Querschnitte am günstigsten, wenn at = 2 a wird, weil dann T, = 2 T ist, vorausgesetzt, daß die biegende Kraft eine gleichbleibende, konstante Richtung hat.

Reuleaux gibt folgende drei Querschnitte an, welche unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse gebildet sind lind bei denen b und b, ein beliebiges Verhältnis zueinander haben können <Fig. 84 — 86).

12%

■12%-^

XL

->

00

fr * n

M <j>

Fig. 86.

Die Linie XY ist die neutrale Achse, auf welche die Widerstandsund Trägheitsmomente bezogen werden.

Wird bei diesen Querschnitten b, = b so ist

für Fig. 84. Fig. 85. Fig. 86. das Trägheitsmoment...... 1 —    278 b²; 440 b⁴;    992 b⁴;

34,8 b⁸;    55 b⁸; 102,4 b⁸;

F —    19 b²;    25 b²; 40,8 b².

Greift eine biegende Kraft einen gußeisernen Träger abwechselnd in entgegengesetzter Richtung an, so ist auch für Gußeisen ein zweiachsig-

Fig. 84.

T k-3 3->,

Mg. 85.

_____±.

__ _y

der Querschnittsmodnl Z — -der Flächeninhalt

symmetrischer Querschnitt zu wählen und stets der kleinere Tragmodul als äußerster Wert für 8 zu nehmen.

7.

Berechnung der Wandstärken zylindrischer Röhren.

Die Beanspruchung der zylindrischen Röhren ist verschiedener Art. Während z. B. Abslußröhren, die in die Erde verlegt werden, nur den äußeren Druck der auf ihnen lastenden Erde auszuhalten haben, werden Dampf- und Wasserleitungsröhren durch Druck von innen in Anspruch genommen, dessen Stärke sich nach der Spannung des Dampfes oder dem Wasserdruck richtet, mit dem beide Stoffe das Röhrensystem durchsließen. Man hat deshalb bei der Festigkeitsberechnung von Röhren zunächst festzustellen, ob sie durch Jnnen-oder Außendruck beansprucht werden. Vorwiegend ist im Maschinenbau die Inanspruchnahme durch Jnnendruck.

Bei den Dampfkesseln dagegen, die ja auch nichts weiter darstellen als eine Kombination weiter und enger Röhren, treten beide Drnckarten auf. Während z. B. der Kesselmantel eines Flammrohrkessels oder der zylindrische Oberkessel eines Wasserröhrenkessels nur auf Jnnendruck beansprucht wird, sind die Flammröhren nur auf Außendruck in Anspruch genommen, der das Bestreben hat, das Rohr zusammenzudrücken.

Für beide Arten der Inanspruchnahme ist eine besondere Berechnungsart nötig, und müssen wir uns dabei nur ans die Mitteilung der diesbezüglichen Formeln beschränken, weil deren Entwicklung böhere mathematische Kenntnisse voraussetzt.

In den folgenden Formeln bezeichnet R den äußeren und r den inneren Durchmesser des Rohres (in cm), K und Kt die zulässige Zug- und Druckspannung des Materials in kg pro qcm und p den Überdruck von innen oder außen ebenfalls in kg pro qcm.

Es ist dann

j/" K¹-!—0,4Xp fü V K¹ — 1,3 xp '

R er

inneren Dru ck.

Hierbei tritt die größte Inanspruchnahme an der Innenfläche in tangentialer Richtung ein, doch sind nur solche Verhältnisse möglich, für die p kleiner ist als (K¹: 1,3).

Für Röhren mit geringerer Wandstärke <? gilt die Formel <* = r X (P : K¹)-

Nach „Stühlen" wird

für (p : K¹) = 0,05 0,1    0,15 0,2    0,3    0,4    0,5 0,6 0,65 0,7 0,75

(R : r) = 1,045 1,093 1,147 1,208 1,355 1,555 1,85 2,37 2,85 3,77 4,21. Für Röhren mit Außen druck gilt die folgende Formel:

XV K- 1,7 X p'

und zwar dann, wenn man voraussetzen kann, daß ein Einknicken der Rohrwandungen nicht befürchtet zu werden braucht. Es gilt dann unter der gleichen Voraussetzung für die Wandstärke die Formel

<T =.R X (P : K).

8.

Torsisns- oder Drehungsfestigkeit.

Der in Fig. 87 skizzierte, an einem Ende fest eingespcnnte Stab wird an seinem anderen freien Ende durch eine Kraft P in Richtung der eingezeichneten Pfeile in Anspruch genommen,

Tj

F'g. 87.

die bestrebt ist den Stab zu verdrehen. Er ||||1^ wird also auf Torsions- oder Drehungs- |pii§ festigkeit beansprucht, und zwar gilt dies zu- /s' nächst für die geometrische Achse des Stabes, die in seinem Mittelpunkt liegt, sobald der Stab kreisrunden Querschnitt hat, wie es bei allen Wellen, Achsen und Zapfen der Fall ist.

Bezeichnet man nun in den folgenden Formeln mit P die de» Stab auf Verdrehung beanspruchende Kraft in kg;

R den Hebelarm, an dem die Kraft P wirkt, in nv r denselben Hebelarm in cm;

N die Anzahl der zu übertragenden Pferdestärken; n die Anzahl der Umdrehungen in der Minute; d den Durchmesser der beanspruchten Welle in cm; t die zulässige Schubbelastung, welche für Schweißeisen 600, für Gußeisen 200, für Gußstahl 1600 beträgt, so ist bei einfacher Sicherheit, also bei halber Elastizitätsgrenze, für kreisförmige Querschnitte bei PXr = 0,25 X d⁸ X

für quadratische Querschnitte bei

P x r = 0,293 X a² X t

und für ringförmige Querschnitte

T)4 _ c] 4

P X r = 0,25 X * X —

In den letzten beiden Formeln ist

a die Seitenlänge des Quadrates in cm,

D der äußere Durchmesser des Ringes in cm, d der innere Durchmesser des Ringes in cm.

Da nun aber alle auf Torsion beanspruchten Maschinenteile mehr oder weniger starken Stößen und Spannungen in der Praxis ausgesetzt sind, so würde die Berechnung auf einfache Sicherheit durchaus ungenügend sein. Man nimmt deshalb mindestens zwei- bis vierfache Sicherheit, wenn P die Kraft

eines Menschen oder Tieres (Pferd am Göpel) darstellt. Wirken aber an einer Welle elementare Kräfte, also Dampf- oder Wasserkraft, so ist mit fünf» und sechsfacher Sicherheit zu rechnen. Wellen und Zapfen, die besonders starken Stößen ausgesetzt sind, oder bei denen durch auf ihnen sitzende schwingende Massen die Jnailspruchnahme auf Verdrehung ganz besonders zu befürchten steht, ist mit sieben- und achtfacher Sicherheit zu rechnen. Letzteres ist namentlich bei Schwungradwcllen und Transmissionswellen der Fall, auf denen schwere Schwungräder, Riemen- und Seilscheiben montiert sind.

Weiln man nun in die Rechnung noch die entsprecheiiden Werte einführt, und zwar für

R den Halbmesser der Riemenscheibe in m,

N die Anzahl der zu übertragenden Pferdestärken und n die Umdrehungszahl der Welle in der Minute,

so ist

PXR = 0,01XPXr=716X^.

Berücksichtigt man noch die Sicherheit, so ist bei Lfacher Sicherheit und bei kreisförmigem Querschnitt für schmiedeeiserne Wellen

d = 0,87

fsXPXß - 7,8 x Y sXn7^

und bei fünffacher Sicherheit, also bei S == 5,

d = 1,5

|/^P X P — 13,3 X J/^-NXiu

Für Gußstahl-Wellen genügt die 0,8fache Starke des für Schmiedeeisen nach dieser Formel ausgerechneten Wertes. Wenn man also,, für eine Schmiedeeisen-Welle z. B. d — 60 nun berechnet hat, so wird diese Welle aus Gußstahl mit 60 X 0,8 — 48 mm Durchmesser genügen.

Man kann nun den Wert P X P auch als das Drehmoment (M d) bezeichnen und in die Rechnimg einführen, und ist dann für kreisförmigen Querschnitt

Md = £X*XH

für ringförmigen Querschnitt

Lid —

n D* - d* 16^ D

Xtd.

Hierin ist td die zulässige Spannung für ruhende Belastung in kg pro qcm für Drehung, und beträgt

für Schtveißeisen — 360, „ Gußeisen „ Flußeisen „ Flußstahl Stahlguß

= 150,

-    600—840,

= 900—1200, = 480—840.

Beispiel: Auf einer Welle, die n — 150 Umdrehungen in der Minute zu machen hat, sitzt eine Riemenscheibe, bereit Durchmesser 500 mm beträgt, und hat dieselbe 150 Pferdestärken zu übertragen. Es ist der Durchmesser der Welle für ring- und kreisförmigen Querschnitt zu bestimmen.

Die zu übertragende Arbeit beträgt

A = 75 X N sekmkg, und die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe

msek,

60

Y=2XRX^Xn

während die an ihrem Umfange wirkende Kraft

P = —X kg beträgt.

und die

N

Hieraus bestimmt sich nun das Drehmoment mit Md = 716,2 X" bekannten Werte hierin eingesetzt, ist

150

716,2 mkg — 71620 cmkg.

150

Md = 716,2 X

Für kreisförmigen Querschnitt ist nun

M d = X d³ X 1 d — 71620 cm kg,

und hieraus

3041,2 —14,5 cm.

71620 X 16 3,1415X120 —

Der Wert t d = 120 erscheint niedriger als vorher angegeben; er ist aber für Wellen aus Walzeisen allgemein in Anwendung, weil diese Wellen nicht nur durch die Verdrehung, sondern auch durch ihr Eigengewicht, das Gewicht der auf ihnen sitzenden Scheiben und durch den Riemenzug auf Biegung in Anspruch genommen werden.

Für kreisringförmigen Querschnitt ist

n D⁴_d⁴

M d X --Q Xtd-

Wählt man für das Verhältnis der beiden Ringdurchmesser d: D = 0,6, so ist d — 0,6 D, und es wird

D* — 0,6* D*

X"

_Zrx51X(lß^W><td

Md= 71620 = ^X 10 z N

CO h-¹

™ X I>³ X (1 — 0,1296) X 120 und

3494 — 15,2 cm und

71620 X 10

3,14 X 0,8704 X 120 ~ d ₌ 0,6 D = 0,6 X 15,2 = 9,12 cm.

Erleichtert wird die ^Bestimmung der Wellendurchmesser mit Hilfe der

N

folgenden Tabelle, deren Werte aus dem Verhältnis — berechnet sind:

Tabelle zur Bestimmung der Wellendurchmesser.

0,0039

0,0072

0,0123

0,0198

0,0301

0,0441

0,0625

0,0861

P)>(R cmkg = d mm —

279

516

881

1418

2156

3158

4476

6166

30

35

40

45

50

55

60

65

P)x(Rcmkg = d mm —

0,1158

8294

70

0,1526

10929

75

0,1975

14145

80

0,2517

18027

85

0,3164

22661

90

0,3928

28132

95

0,4822

34535

100

0,5862

41984

105

Bf

PXReinkg — d mm    —

0,7061

50571

0,8435

60411

1,0000

71620

1,1774

84325

1,3774

98640

1,6018

114721

1,8526 2,1318 132683152679

110

115

120

125

130

135

140

145

P^Rernkg — d mm    —

2,4414 2,7836 3,1605 4,0278 5,0625 174853199361226355288470362580 150    155    160    170    180

6,2847 7,7160 9,4789 450110552620671710

190

200

210

Beispiele für Benutzung der Tabelle.

a. Eine Welle läuft mit 120 Touren in der Minute und hat 40 Pferde zu übertragen; wie groß ist dann ihr Durchmesser zu nehmen?

Es ist - =

n

120

⁴⁰ = 0,333;

diesem Wert entspricht nach der Tabelle eine Welle von 50—55 mm Durchmesser, und wird man 55 mm Stärke wählen. —

b. An einer Riemenscheibe von 800 mm Durchmesser wirkt eine Kraft von 85 kg; wie stark muß die Welle werden, auf die die Scheibe zu sitzen kommt?

Es ist P X R = 85 X ⁴⁰ = 3400;

der Wert liegt nach der Tabelle zwischen 3158 und 4476, also ist die Welle von 55—60 mm Stärke zu nehmen, und nimmt man dann stets den höheren Wert, also d — 60 mm.

9.

Zusammengesetzte Festigkeit.

Es kommt tnt Maschinenbau nicht selten vor, daß aus einen Teil ein oder mehrere Kräfte so einwirken, daß gleichzeitig verschiedene Beanspruchungsarten in Wirkung treten, daß also der Körper einer zusammengesetzten Festigkeitsberechnung unterliegt.

Als Beispiel kann das Schwungrad und die Schwungradwelle einer Lochstanze dienen, welches gleichzeitig als Riemenscheibe dient (Fig. 88). Nehmen wir an, daß die Kraft P — 150 kg ist und der Durchmesser der Scheibe D = 400 mm; der Abstand des Scheiben- vom Lagermittel 1 — 600 mm und das Gewicht der Scheibe 120 kg. Zunächst ist die Welle auf Verdrehung beansprucht durch das Drehmoment Md = PXr= 150 X 20 = 3000 cmkg.

Tr

8» 88-

Der Biegungsdruck, den die Welle auszuhalten hat, kann mit 3 P angenommen werden, wozu noch das Gewicht der Scheibe Gr = 120 kg kommt.

Es ist daun das Biegungsmoment Mb = (3P + G) X b = (450 -f 120) X ⁶⁰ = ⁵⁷⁰ X ⁶⁰ = 34200 cmkg.

Aus den beiden erhaltenen Werten setzt sich nun das eigentliche Biegungsmoment der Welle zusammen und ist dasselbe

M = 0,975 Mb + 0,25 Md = 0,975 X 34200 + 0,25 X 3000 == 34093. Nun ist aber nach der Formel für Biegungsfestigkeit

M = W X K und für den Kreisquerschnitt

'32 Xd⁸ ^<>,1 Xd».

Ist nun für Schmiedeeisen K — 600 kg qcm, so wird

570

= 83 mm.

M = W X K = 0,1 X ds X ⁶⁰⁰ = 34 093 mkg und 34 093 0,1 X6Ö0

Da aber 83 mm eine ungangbare Eisen stärke ist, rundet man nach oben ans 85 mm Durchmesser ab.

Hydromechanik und Pneumatik.

Der Druck des Wassers.

Wird auf einen festen Körper ein Druck ausgeübt, so pflanzt er sich immer und einzig in der Richtung fort, in welcher er erfolgt. Bei allen flüssigen Körpern ist das anders, und legen wir unserer Betrachtung das Wasser zugrunde, weil dieses in der Technik als flüssiger Körper am meisten Anwendung findet und alle Gesetze der Hydromechanik für alle Flüssigkeiten gleiche Geltung haben.

Um die Fortpflanzung des Druckes im Wasser kennen zu lernen, nehmen wir an, ein Gefäß G in Fig. 89 sei mit Wasser gefüllt und habe zylindrischen

Querschnitt. In einer beliebigen Querschnittsebene des Gefäßes, die unsere Skizze darstellt, sind in drei zylindrischen Stutzen A, B, C bewegliche

- -a-z-z-.

Fn

Fig. 89.

Kolben angeordnet, die sich leicht in den Stutzen hin und her bewegen lassen, dabei aber dicht % schließen. Wird min der Kolben A durch einen auf ihm lastenden Druck in den Stutzen hineingeschoben, so bewegen sich die Kolben B und C mit der gleichen Geschwindigkeit von innen nach außen, mit welcher der Kolben A nach innen vorrückt. Dasselbe würde aber auch der Fall sein, wenn noch mehr Kolben und Stutze» vorhanden wären, die in der gleichen Querschnittsebene liegen.

Umgekehrt würde man aber für jeden der nach außen gedrückten Kolben B und C, um sie in ihrer Anfangsstellung festzuhalten, dieselbe Kraft gebrauchen, welche bei A auf den Kolben wirkt. Läßt man zunächst das Gewicht des Wassers int Gefäß ganz unberücksichtigt, so hat jeder Teil der Wand-und Bodenfläche des Gefäßes G, der ebensogroß wie die Fläche des Kolbens A ist, denselben Druck auszuhalten, der ans den Kolben A ausgeübt wird. Wäre

in Laim

Fig. 90.

der Querschnitt der Kolben B und C doppelt so groß als der des Kolbens A, so würden sie auch den doppelten Druck empfangen und von ihm in entsprechend größerer Stärke nach außen getrieben werden. Man hat es mithin ganz in der Hand, mit Hilfe dieser Eigenschaft des Wassers de» empfangenen Druck nach allen Richtungen hin gleichmäßig fortzupflanzen, durch einen kleinere» Kolben auf einen viel größeren -und die zwischen ihnen vorhandenen Wassermassen einen um sovielmal größeren Druck auszuüben, als die Querschnitts-släche des großen Kolbens größer ist als die des kleinen Kolbens. In Fig. 90 hat der Kolben A eine achtmal größere Qnerschnittsfläche als der Kolben B, mithin muß die Kraft, welche den Kolben A hebt, auch achtmal größer sein als die Kraft, welche den Kolben B niederdrückt. Der Weg, welchen der Kolben A hierbei zurücklegt, ist aber dafür auch achtmal kleiner als der Weg, den der Kolben B in der gleichen Zeit zurücklegen muß.

Diese eigenartige Erscheinung, daß sich der Druck im Wasser gleichmäßig nach allen Richtungen hin fortpflanzt, findet darin ihre Erklärung, daß die

Flüssigkeitsteilehen nur in einem losen Zusammenhang miteinander stehen. Infolge ihrer leichten Verschiebbarkeit muß sieh jeder auf das Wasser im Gefäß ausgeübte Druck allen Wänden des Gefäßes in gleicher Stärke mitteilen.

lllllll1111 I '

F'g- 91.

Um nun die Druckverhältnisse des Wassers in Gefäßen näher kennen zu lernen, betrachte» wir zunächst ein mit Wasser gefülltes Gefäß (Fig. 91), dessen Wände parallel zueinander verlaufen, das also quadratischen, rechteckigen oder kreisrunden Querschnitt hat. In der obersten Schicht des Wassers ab ist naturgemäß der Druck nach allen Richtungen hin gleich Null, weil diese Wasserschicht keinen Druck empfängt, -und der Luftdruck, der auf ihr ruht, hebt sich hier ans, weil er allseitig vorhanden und somit wirkungslos ist.

Betrachtet man dagegen die Schicht cd, so hat diese die über ihr stehende Wassermenge zu tragen. Sie empfängt also Druck und teilt ihn den Gefäßwänden und den unter ihr liegenden Wasserschichten mit. Die folgende Schicht e k hat wieder den Druck der beiden über ihr liegenden Schichten aufzunehmen usf., so daß sich der stärkste Druck auf den Boden des Gefäßes konzentriert.

Will man nun feststellen, tvelchen Druck der Boden des Gefäßes Fig. 91 auszuhalten hat, so ist es klar, daß er dem Gewicht der über ihm stehenden Wassersäule gleich sein muß.

Anders liegt die Sache bei dem in Fig. 92 gezeichneten Gefäß, dessen Wände sich nach oben konisch erweitern. Hier hat der Boden c d nur das Gewicht der über ihn: stehenden senkrechten Wassersäule es clc zu tragen, während der Druck bei* *

Wassermassen aec und bfd durch den Gegen-druck der Wassersäule es cd aufgehoben wird in den Begreuzuugslinieu e c und fd.

Fig. 92.

CT

In: umgekehrten Verhältnis, Fig. 93, ist das Gefäß nach unten konisch erweitert. Die Grundfläche cd ist also wesentlich größer als die Oberfläche ab und hat hier der Boden einen Druck einer Wassersäule auszuhalten von der Größe oedf. Die Wassersäule abgh druckt die unterste Schicht c d, wie der große Kolben in Fig. 90.    ! A

F'g. 93.

Der in gh ausgeübte Druck wiederholt sich in cd so oft, als die Fläche gh in cd enthalten ist und entspricht das einer Wassersäule im Durchmesser cd bei einer Höhe von ec = fd.

Die angeführten Beispiele genügen zur Begründung der folgenden hydrostatischen Regel:

„Der Bodendruck des Wassers in Gefäßen ist stets gleich dem

Gewicht der Wassersäule aus der Grundfläche des Bodens und der Höhe des Wasserstandes in dem Gefäße."

Die Masse oder das Volumen des Wassers wird ausgedrückt in Kubikmetern (cbm), und kommt 1 cbm reines Wasser gleich einem Gewicht von 1000 kg.

z. B. ein Reservoir 2,5 m laug, 1,8 m breit und 1,6 m hoch es 2,5 X 1,8 X 1,6 — 7,2 cbm Wasser im Gewicht von

sein, so 7,2 X 1000 = 7200 kg.

Der in seiner Wirkung von oben nach unten wachsende Druck des Wassers bringt aber eine Gegenwirkung hervor, den sogenannten Auftrieb. Man kann sein Vorhandensein leicht konstatieren, wenn man ein auf dem Wasser schwimmendes Brettslück, also einen Körper, der spezifisch leichter als das Wasser selbst ist, unter seine Oberfläche drückt und dann schnell losläßt. Das Holzstück taucht sofort wieder an die Oberfläche auf durch die Kraft des Auftriebes, die cs in die Höhe drückt.

Eine weitere Erscheinung des Auftriebes besteht darin, daß ein tn das Wasser eintauchender Körper anscheinend eine Gewichtsverminderung erfährt. Man kann sich davon leicht überzeugen, wenn man ein unter Wasser liegendes Gewicht hebt, welches viel leichter erscheint, als es in Wirklichkeit ist, und zwar erscheint es um so viel leichter, als das Gewicht des von ihm verdrängten Wassers beträgt. Wenn man nun mit Gr das Gewicht des Körpers in kg bezeichnet, mit V sein Volumen in Litern und mit s das spezifische Gewicht der Flüssigkeit, dann ist der Auftrieb

A = Y X s kg.

Diese Auftriebskraft A wirkt also dem Körper entgegen. Ist nun das Produkt aus V X s größer als das Gewicht Gr des Körpers, dann schwimmt der Körper auf dem Wasser. Ist V X s gleich Gl, so befindet sich der Körper mit der Flüssigkeit im Gleichgewicht, er kann schwimmen oder auf dem Boden des Gefäßes liegen, in welchem sich die Flüssigkeit befindet. Ist endlich V X s kleiner als Gr, so sinkt der Körper sofort zu Boden.

Der Seitendruck des Wassers ist, wie der Druck auf den Boden eines Gefäßes, von der Druckhöhe abhängig, also von dem senkrechten Abstand des Wasserspiegels von der auf Seitendruck zu untersuchenden Stelle und wächst mit dem Abstand dieser Höhe vom Wasserspiegel. Will man den Druck auf die ganze Seitenwandfläche bestimmen und durch nur eine Druckhöhe messen, so ist die mittlere Druckhöhe der Berechnung zugrunde zu legen. Man versteht unter ihr den Abstand des Mittel- oder Schwerpunktes der Seitenwand vom Wasserspiegel.

Hieraus leitet sich die weitere hydrostatische Regel ab:

„Der Seitendruck auf eine vertikale Seitenfläche ist gleich dem Gewicht einer Wassersäule von der Grundfläche der Seitenflächengröße und dem Abstand ihres Schwerpunktes vom Wasserspiegel als Höhe."

In Fig. 94 stellt die Linie ab einen unendlich schmalen Streifen der Seitenwand eines mit Wasser gefüllten Gefäßes dar. Unter der Bezeichnung „unendlich schmal" ist eine Größe zu verstehen, die man sich in ihrer Kleinheit wohl denken, aber nicht messen kann. Wollen wir nun den auf dem Punkt d der Seitenwaud lastenden Seitendruck betrachten und machen wir ad — de, t so stellt ed den Seitendruck im Punkte d vor, und der im untersten Punkte b herrschende Seitendruck würde durch die Linie bc, die gleich ba ist, umgestellt werden. Die Summe des auf den Streifen ab ausgeübten Seitendruckes wird also durch das Dreieck abc ausgedrückt, dessen Inhalt ist:

Jt,

Fig- 94.

I Von A abc —

und da ab — cb

ab X ob

ab⁴

Betrachtet man nun unter den gleichen Voraussetzungen au Stelle des Streifens die Seitenwand ab in Fig. 94 eine Wandfläche ABCD in Fig. 95, so muß der auf ihr lastende Seitendruck AB mal größer sein, als der auf ab in Fig. 94 lastende Druck und das dreiseitige Prisma ADEFCB stellt die Summe des Druckes dar, den £ die Wandfläche AB CD empfängt.

Der Inhalt des Prismas berechnet sich aus der Grundfläche ADE als Dreieck und der Höhe AB, also ist die Summe des Druckes

AE X AD

E,

A—

Fig- 95.

Seitendruck —

X AB

und da AE = AD ist, so ist der

A ns

Seitendruck = AB X

Man hat sich mithin unter dem mittleren Druck den Gesamtdruck der Seitenfläche und diesen als eine einzig wirkende Kraft zu denken. Der Punkt, auf dem sich die Wirkung des gesamten Seiteudrucks vereinigt, liegt in ]/a der Höhe vom Boden abstehend, und nennt man diesen Punkt den Druckmittelpunkt. Seine Bestimmung ist überall da von Bedeutung, wo flüssige oder sonstige zusammenhanglose Stoffe, wie Sand, Getreide usw. einen Seitendruck auf Mauern oder Wände ausüben. Es ergibt sich aber hieraus auch noch, daß senkrecht stehende oder stark geneigt liegende Wasserleitungsröhren einen Druck auszuhalten haben, der bei hohem Wasserstande sehr stark anwachsen kann, und ist es deshalb nötig, solche Röhren in den unteren Partien zu verstärken.

INS

CO

Beispiel: In einem Schleusentor befindet sich ein Zugschützen von 1,0 m Breite und 0,75 m Höhe. Wie groß ist der auf dem Schützen lastende Wasserdruck, wenn der Wasserstand vor dem Tor 4 m hoch ist und der Mittelpunkt der Schützenfläche 1,6 m über dem Boden der Schleuse liegt?

Die Schützenfläche beträgt 1,0 X 0,75 = 0,75 qm. Die in Rechnung zu bringende Druckhöhe ist

Drnckhöhe — 4—1,6 — 2,4 m.

Wenn nun der auf 1 qm lastende Druck mit 1000 kg in Rechnung gebracht wird, so ist der ans dem Schützen lastende Druck P = 2,4 X 0,75 X 1000 = 1800 kg.

Der Druck, den das Wasser auf die Gefäßwände ausübt, wird in Atmosphären (atm) gemessen. Es ist eine Atmosphäre gleich dem Druck von 1 kg auf 1 qcm Wandfläche. Er wird deshalb Atmosphäre genannt, weil der Luft- oder Atmosphärendruck, am Meeresspiegel gemessen, ungefähr denselben Druck ausübt, nämlich 1,033 kg pro qcm.

Mitunter wird aber der Wasserdruck auch in Meter-Wassersäule ausgedrückt und so ist 1 atm = 10 m Wassersäule, weil eine Wassersäule von 10 m Höhe und 1 qcm Grundfläche ein Volumen von 1000 ccm = 1 1 hat und 1 kg wiegt.

Erhöht sich der Druck auf eine Wassermenge vom Volumen V beim Luftdruck um 1 Atmosphäre, so vermindert sich das Volumen des Wassers um

Ooo und ist dann das neue Volumen V¹

20 000 X V-

Beispiel: Ein zylindrischer Kessel von 1500 mm Durchmesser bei 6000 mm Länge und mithin einem Inhalt von 10 602 1. Der Kessel ist auf 6 atm konzessioniert und soll auf 11 atm Wasserdruck geprüft, also abgedrückt werden, und sind mithin

V¹ = V —

10 602 X

11

= 5,83 1 Wasser mehr

20 000

als 10 602 1 in den Kessel zu bringen. Durch die Drucksteigerung von Null auf 11 atm dehnen sich aber auch die Kcsselbleche aus, und der Kessel erfährt eine räumliche Vergrößerung. Wenn nun der Kesselinhalt beim gewöhnlichen Luftdruck V — 10 602 1 ist, dann ist die Ranmvergrößernng durch die Dehnung der Mantelfläche ungefähr

V _ 10 602 600 ~ 600

17,5 1.

Der Fassungsraum des Kessels ist also unter 11 atm Druck um 5,83 -s- 17,5 1 = 23,33 1 größer, als unter dem gewöhnlichen Luftdruck.

Wenn Wasserbehälter oder Röhren unter sich so verbunden sind, so daß das Wasser aus einem in den andern ungehindert eintreten kann, wenn sie also untereinander kommunizieren, so steht das Wasser in allen Behältern

in gleicher Höhe nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren, welches lautet:

„Das Wasser in kommunizierenden, also unter sich in Verbindung stehenden Röhren oder Gefäßen zeigt in der Ruhelage (im GlcichgewichtSwasserspiegel) stets ein und dasselbe Niveau."

Die Anwendung des Wasserdruckes bei den hydraulischen Pressen, Hebe-zeugen, Niet- und Formmaschinen usw. ist eine so vielseitige, daß wir noch öfter Gelegenheit haben werden, auf diese Gesetze zurückzugreifen und ihre Anwendung in der Praxis zu zeigen; wir können deshalb zu dem zweiten Abschnitt der Hydromechanik übergehen, ivelcher für die Konstruktion der Wasserräder und Turbinen von Bedeutung ist.

2.

Die Bewegung des Ivassers. u) Trr Ausfluß des Wassers aus Gefäßen.

Wenn Wasser einem Gefäß entfließt, so treten hierbei manche Erscheinungen auf, die int gewöhnlichen Leben unbeachtet bleiben, in der Technik aber unter Umständen größere Bedeutung gewinnen. Der Laie mag wohl die der Mechanik zugrunde liegenden Betrachtungen langweilig finden, wenn man sich aber im Wesen des Maschinenbaues und seiner Theorie vertiefen will, so ist es eben nötig, sich auch mit dieser trockenen Materie zu befreunden, denn durch sie wird das vielen erst verständlich, was sie in der Praxis wohl gesehen und ausgeführt, aber im Sinne noch nicht erkannt und verstanden haben, und darauf allein kommt es an.

So ist es auch mit den Bewegungen des Wassers. Es werden nur wenige sich die Mühe gegeben haben, einmal die Bewegungserscheinungen des Wassers mit den Augen aufmerksam zu verfolgen, wenn es aus einem Gefäß fließt, wie es sich hierbei verhält, wie verschieden die Ausflußmenge und Geschwindigkeit ist, mit der das Wasser entströmt, je nachdem die Öffnung, aus welcher es strömt, eng oder weit ist usw.

Besindet sich im Boden oder in der Wand eines Gefäßes, welches dauernd mit Wasser gefüllt ist, ein Loch, so würde, wenn keine anderen Hindernisse eintreten, in jeder Sekunde ein Wasserstrahl ausfließen, dessen Querschnitt gleich der Öffnung ist, aus welcher er fließt, und seine Länge müßte gleich der Geschwindigkeit sein, mit welcher er ausfließt.

Wäre nun F die Fläche des Querschnittes, und fließt in jeder Sekunde ein Wasserstrahl von der Länge v aus, so wäre die in der Sekunde ausfließende Wassermasse

M = F X v

Da nun aber die Geschwindigkeit des ausfließenden Wassers umso größer ist, je höher das Wasser im Gefäß steht, nach der Formel

v = |/2XgXh,

wäre g die Fallbeschleunigung — 9,81 m und h die Höhe des Wasserstandes (gemessen bis in die Mitte der Ausslußöffnungl, so wäre ohne jede sonstige Einwirkung die ausfließende Wassermenge pro Sekunde

FX/2XgXh-

M =

In Wirklichkeit beträgt aber die Ausflußmenge nur °/₁₀ der theoretischen, also

o,6 XFj/” 2 XsX li

M =

es sind mithin Widerstünde vorhanden, die es bewirken, daß weniger Wasser ausfließt, als theoretisch ausfließen müßte. Dieser Widerstand ist in m    der Kontraktion oder Zusammenziehung zu suchen,

'I    welche der Strahl an der Ausflußöffnung erfährt und

li die eine Folgeerscheinung des seitlichen Zuströmens- und Zusammendrängens des Wassers an der Ausflußöffnung ist, wie Fig. 96 zeigt.

Durch Versuche und Beobachtungen ist festgestellt worden, daß die Zusammenziehung des Strahles ungefähr gleich der halben Mündungsweite ist, in einer

kW

Fig. 96.

gewissen Entfernung von der Ausflnßöffnnng. Bei gewöhnlicher Drnckhöhe und nicht sehr großem Querschnitt der Ausflußöffnung beträgt der Strahldurchmesser in dieser Entfernung von der Ausflußöffnung nur zirka 0,8 des Durchmessers der Ausflußöffnung.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß der Ausflußkoeffizient, den wir mit 0,6 der theoretischen Ausflußmenge angegeben haben, umso größer ist, je kleiner die Druckhöhe und Mündungswcite sind, so daß bei sehr kleinen Werten dieser beiden Größen dcr Ausflußkoeffizient bis über 0,7 steigen kann, während er bei sehr großen Abmessungen für die Druckhöhe und den Mündungsquerschnitt auf 0,58 heruntergeht.

Aus der Formel N — 0,6 X F X j/"2 X g X h findet man noch die Ausflußöffnung F —

die Druckhöhe h =

0,6 X ^2 X g X ¹¹'

M²

0,62² X F² X 2 g

Druck P gleich sein der Fläche h. Dieser Druck wird durch die

Rückdruck des ausfließenden Wassers. Wir haben bereits vorn ausgeführt, daß der Druck auf die Seitenwände eines Gefäßes gleich ist der gedrückten Fläche f mal dem Abstand h des Schwerpunktes der Fläche vom Wasserspiegel. Es würde beispielsweise in Fig. 97 der auf die Wandfläche ab = toi mal der Höhe h, also P —

Werkstatt -Zeichnung (farbig.)

1cCt. (SLAaX'

450

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450

VV°< 100

TT

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gegenüberliegende gleichgroße Fläche c d aufgehoben, weil der Druck auf sie in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Würde man nun bei cd eine Ausflußöffnung genau der Fläche f entsprechend schaffen, so s strömt das Wasser unter dem Druck der Wassersäule h aus, der auf cd lastende Druck P fällt also aus, während der auf ab lastende Seitendruck bestehen bleibt, so daß die Gefäßwände einem einseitigen Drucke ausgesetzt sind, der eine dem ausströmenden Wasser entgegengesetzte Richtung hat.

«■apre

Oi r>

F'g. 97.

Zu diesem, dem Wasserausfluß entgegengesetzt wirkenden Drucke P = f X h kommt nun noch der Rückstoß des mit einer Geschwindigkeit — v ausfließenden Wassers. Die Geschwindigkeit wurde ebenfalls durch die Druckhöhe h für die Seitenflächen ab = cd bedingt, so daß zu dem Drucke noch ein Druck P = f X h hinzukommt, und wird alsdann der

Rückdruck R = 2P = 3XhXf.

Für die Geschwindigkeit v hatten wir den Wert v = X2xgXb und ist hieraus

v²

h 2 g

Setzen wir diese Werte in die Formel für R ein, dann ist

v²

v²

= f X-

2g

Es ist von Bedeutung, das Auftreten des Nückdruckes, namentlich bei Ausgußleitungen, im Auge zu behalten, weil durch ihn bei schlechter oder falscher Verankerung des Rohrkrümms dieser unter Umständen durch den Rückdruck (Wasserschlag) zertrümmert werden kann. Man muß deshalb die Verankerung so treffen, daß sie den Rückstoß ausfängt und unschädlich macht.

In den Mühlgerinnen ist die Bewegung des Wassers ebenfalls gewissen Einflüssen der Wandungen und Ausflußöffnungen unterworfen, die bei der Berechnung der Wasserkräfte berücksichtigt werden müssen. Hier findet man oft den sogenannten Überfall-Abfluß (Fig. 98), den ein rechtwinkliger Ausschnitt aus einer dünnen Wand an ihrer oberen Kante bildet.    ^

Bei dem Überfüllen (A C) ist die Höhe der Ausslußöffnung im Verhältnis zur Druckhöhe meist sehr groß und tritt deshalb eine bemerkbare Verschiedenheit in der Geschwindigkeit der ausfließenden Wasserschichten ein. Es ist deshalb auch die Wassermenge, welche in einer Sekunde durch einen Überfall ausfließt, geringer, als wir sie nach unserer Formel für M erhalten.

Erfahrungsgemäß beträgt bei Überfällen in Kanälen und Rinnen der Ausffußkoeffizient 0,413, wenn an drei Seiten Kontraktion stattfindet. Sind

_ J.

-=&F*

Fig. 98.

die Überfälle aber sehr schmal, so sinkt der Ausflußkoeffizient auf 0,3 bis 0,4 herab und steigt bei Überfällen von der Breite des Gerinnes auf 0,44, weil dann an den beiden Seiten die Kontraktion fortfällt. Im Mittel nimmt man 0,42 an und beträgt dann die Wassermenge, welche in einer Sekunde über den Überlauf fließt:

M = 0,42 X P X V 2 X g X h-

Hierin ist h die Druckhöhe vor dem Überfall in einer Entfernung von zirka 0,6 m bet BD gemessen.

Ein unvollständiger Überfall ist in Fig. 99 skizziert. Hier liegt der Unterwasserspiegel S₂ höher als die Oberkante des Überfalls B, und hat

JA

man sich in diesem Falle die Durchflußöffnung als aus zwei Teilen be-

JA

----- : stehend zu denken. Der obere Teil

Fig- 99.

A 6 bildet einen vollständigen Überfall, dessen Punkt man durch Rückver-' längerung des Unterwasserspiegels S2 im Schnittpunkt mit der Linie AB findet. Für diesen Teil berechnet sich die Menge des durchfließenden Wassers in der bereits mitgeteilten Weise. Der untere Teil des Überfalles B C dagegen ist als Ausslußöffnung von der Breite des Überfalles zu betrachten, die sich in der Wand A B befindet, und ist die Druckhöhe für diesen Teil

h = AC + V, BC.

Diese Art Überfälle findet man in den Wehren praktisch angewendet, die als Stauanlage in Flüssen und Büchen zu sinden sind, wo man dein Gerinne für Wassermotoren größere Wassermengen zuführen und ihr nutzbares Gefälle erhöhen will.

In diesen Fällen bleibt der Wasserzufluß und die Druckhöhe konstant. Findet aber nun kein Wasserzufluß statt und nimmt die Druckhöhe nach und nach ab, so gestalten sich die Bedingungen für den Ausfluß wesentlich anders. Das Wasser wird, der Abnahme der Druckhöhe entsprechend, mit immer geringerer Geschwindigkeit ausfließen und nimmt eine gleichförmig verzögerte Bewegung an.

Wir wissen nun aber, daß ein Körper, der sich anfangs mit einer Geschwindigkeit v bewegt, in der Zeit t, nach deren Verlauf er durch gleichmäßige Verzögerung zur Ruhe gelangt, einen Weg zurücklegt, der gleich ist

v_X_t

während er unter Beibehaltung seiner Anfangsgeschwindigkeit und ohne Verzögerung einen Weg von

s = v X t

in derselben Zeit zurücklegen würde, der also doppelt so lang ist. Es würde mithin bei dem verzögerten Ausfluß des Wassers aus einem Behälter, der keinen Zufluß erhält, in derselben Zeit die ausfließende Wassermenge nur halb so groß sein als die Wassermenge, welche einem Behälter entströmt, der ständig Zufluß erhält.

Bei vollständiger Kontraktion ist dann die durchschnittliche, in der Sekunde ausfließende Wassermenge

0,6 X F X V 2 X g X 2

M =

Wir haben bisher angenommen, daß das Wasser vermöge seiner eigenen Schwere ausströmt, daß also seine Oberfläche keinen Druck erhält, als nur den der auf ihr lastenden Luftsäule. Der Luftdruck steht aber auch dem ausfließenden Wasser in gleicher Stärke entgegen und hebt sich infolgedessen gegenseitig auf.

Wird nun in einem mit Wasser gefüllten Gefäß (Fig. 100) durch einen Kolben K auf die Oberfläche « des Wassers ein Druck ausgeübt, wie das bei den Druckpumpen mit Kolben der Fall ist, so ersetzt dieser Druck das Gewicht der Wassersäule, die man sich seiner Größe entsprechend auf der Oberfläche des Wassers lastend zu denken hat.

Fig. 100.

Drückt der Kolben nur durch sein Eigengewicht, und hat er den Querschnitt des Gefäßes, so vertritt sein Gewicht das der ihm gleichkommenden Wassersäule mit dem Querschnitt des Gefäßes. Zu diesem Gewicht würde dann noch das Gewicht der Wassersäule von der Höhe h kommen, die sich zwischen der unteren Kolbenfläche und dem Mittel der Ausflußöffnung befindet.

Beispiele: 1. Ein Wasserbehälter mit ständigem Wasserzufluß und konstant bleibender Druckhöhe läßt aus einem Loch von 100 mm Durchmesser Wasser entströmen, und liegt das Mittel der kreisrunden Ausflußöffnuug 600 mm unter dem Wasserspiegel; wieviel Wasser fließt in einer Stunde ab?

Die in einer Sekunde abfließende Wassermenge beträgt

M = 0,6 X F X s2Xg X Ir

— 0,785 qdm — 0,00785 qm;

„ ... d- X tc 1,0 X 1,0 X 3,14 4 ist =---1

h ist = 0,6 m; g = 9,81 m, mithin

M = 0,6 X 0,00785 X V 2 X 9,81 X 0,6 ----- 0,00471 X /IT,772"

— 0,0162 cbm in der Sekunde, mithin in einer Stunde 0,0162 X 3600 — 58,32 cbm.

2. Ein Wasserkasten erhält in einer Sekunde 5 Liter Wasserzufluß, und liegt die Ausslußöffnung 2 m unter dem Wasserspiegel. Um die Kontraktion zu verringern, ist ein konisches Ausflußrohr einzusetzen, dessen engster Durch messer für die Ausflußmenge gesucht ist, welche dem Zuflußquantum gleich sein soll.

Es ist in diesem Fall

M = 0,946 FX^2XgXh und

— 0,0086 qm.

0,005    0,005

F =- --—--'--

0,946 X V 2 X 9,81 X 2    0,946 X 6,18

Hieraus berechnet sich der Durchmesser der Ausslußöffnung

— 0,104 m — 104 mm.

d _ V 4 X 0,0086 3,14

3. Welche Breite muß ein vollständiger Überfall erhalten, der bei einer Druckhöhe von 400 mm 700 Liter Wasser gibt?

Auch hier gehen wir von der Formel aus

M = 0,42 X F X ^2 X g X”h = 0,42 X b X h- X ^2 X g X h und ist dann

die Breite b —

0,42 X t X V 2 X g X h

- = 1,49m.

t _    0,700___0,700

— 0,42 X 0,4 X V 2 X 9,81 X 0,4 ~~ 0,470

¹

jc.

b) Bewegung des Wassers in Kanälen. Flüssen und Röhren.

Die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Wasser in künstlichen uud natürlichen Wasserläufen bewegt, ist verschieden und zwar umso größer je größer die Neigung oder das Gefälle des Laufbettes oder der Leitung ist.

Man bestimmt das Gefälle aus dem vertikalen Abstand zweier Punkte im Wasserspiegel auf eine bestimmte Strecke, z. B. pro 1 in. In Fig. 101 ist für die Wasserspiegelstrecke BC das Gefälle gleich dem vertikalen Abstand AB

B'

Fig. 101.

der beiden Punkte C und B, die im Wasser-■sssgp spiegel liegen. Bezeichnet man das Gefälle AB M mit H und mit v die Geschwindigkeit des fließenden Wassers, so ist

v = /2XiXH.

Diese theoretische Geschwindigkeit stimmt aber mit der wirklichen nicht überein, weil die Reibung des Wassers an den Gerinne- oder Rohrwänden, sowie die Wasserteilchen unter sich Widerstände erzeugen, welche die Geschwindigkeit verringern. Die größte Geschwindigkeit hat der in der Mitte fließende Strahl, weil hier die Reibung am schwächsten ist und fast gleich Null wird.

Es entspricht die mittlere, also tatsächliche Geschwindigkeit des Wassers einem Gefälle von H—h, worin b die Widerstandshöhe ist. Man versteht

V²

unter ihr den Teil des Gefälles, welcher bet der Überwindung der Widerstände verloren geht.

Ist nun die wirkliche Geschwindigkeit

V = V2 X g X H — h, so ist die

Widerstandshöhe h = H —

2X8'

Mit der Länge der Leitung und der Größe des vom Wasser berührten Umfanges des Gerinnes wächst die Größe des Reibungswiderstandes, doch wird er geringer, wenn man den Querschnitt der Leitung vergrößert. Auch die Beschaffenheit der Wände des Gerinnes ist von Einfluß auf die Reibung. Während glatte Gerinnewände die Reibung vermindern, wird sie durch rauhe Oberflächen vergrößert.

Bezeichnet man nun die Länge des Gerinnes oder Rohres mit L, den vom Wasser berührten Teil des Umfanges mit p, mit F den Querschnitt des Wasserstromes und mit v seine Geschwindigkeit, so wächst der Durchflußwiderstand und mit ihm die Widerstandshöhe h mit den Größen L, und v²,

Den vom Wasser benetzten Umfang p des Gerinnes hat man bei Röhren mit dem vollen Umfang des Rohres im Lichten einzusetzen. Bei Kanälen und Flüssen ist der Boden und die Seitenwände, soweit sie vom Wasser berührt werden, zu messen.

Die Widerstandshöhe berechnet sich dann aus der Formel

_ a X F X P X y2 >xf :

Hierin ist a ein durch Erfahrung bestimmter Wert, das überall gleiche Reibungsund Widerstandsverhältnis und g der Koeffizient für die Fallbeschleunigung—9,81

Setzt man den zuerst für die Widerstandshöhe h angegebenen Wert dem zuletzt gefundencn gleich, so ist

v²

aXLXpXv*_H gXF

Hieraus gewinnt man die Formel für die Geschwindigkeit mit

2 g⁻

Ab

Den Wert a setzt man int Mittel mit 0,0034 in die Formel ein und erhält dann die T Ausflußgeschwindigkeit des Wassers ans den Röhren, wenn, wie aus Fig. 102 zu ersehen ist, die Druckhöhe H bis zur Mitte der Ausflußöffnung gemessen wird.

Es ist dann

v = j/

2 X g X H X F 2 X 0,0034 X L X P + F

Fig. 102.

und für kreisrunde Röhren

i /gxJEXd

* L + 36 d '

v = 8,57

Bei sehr langen Rohrleitungen kann man den Wert 36 d gegen L vernachlässigen und ist dann

v = y - — ^ —- bei geraden Leitungen.

Die Ausflußmenge in der Sekunde ist

X vr demnach ist

⁶-⁷xd⁸x/tiXwr

und derselbe Wert für lange Leitungen M = 6,7

Für das Leitungsgefälle H erhält man hieraus die Formel

M² X L

45 X g X 4⁵

und für den Durchmesser der Leitungsröhren im Lichten

H --

*=v

M² X L

45 X g X H"

Abbiegungen sind in Leitungen nicht zu vermeide». An diesen Stellen erfährt das Wasser eine Stauung, durch welche die Durchflußgeschwindigkeit eine. Verminderung erfährt. Auch auf diese Widerstände ist Rücksicht zu nehmen, wenn man den Wert der Geschwindigkeit richtig bestimmen will und muß man das ganze Leitungssystem daraufhin prüfen, welche ungünstigen Verhältnisse im Verlauf der Anlage auftreten können.

Beispiel 1. Welches Wasserquantum liefert eine Leitung von 45 m Länge bei 70 mm Rohrweite und 3 m Druckhöhe?

Für die Bestimmung des Wasserquantums in der Sekunde gilt die

Formel

In diese Formel sind die Werte einzusetzen mit

g — 9,81; H = 3,0 m; d = 0,07 und L — 45, also ist

= 0,03283 y

M = 6,7

= 0,0067 cbm — 6,7 1.

2,060 47,52

2. Wenn eine Leitung von 80 m Länge und 100 mm Rohrweite in der Minute 2 cbm Wasser liefern soll, wie groß muß dann die Druckhöhe sein?

Dieselbe bestimmt sich aus der Formel

M*X(L + 36cl)

45XgXd '

— 80 in, g — 9,81 ni, d —

hierin ist einzusetzen M mit -J- — 0,053; L 0,1 m. Dann ist

0,033ä X (80 + 36 X 0,1) " 45X9,81X 0,1

0,0206 m.

11 =

0,091 4,415

Die Bewegung des Wassers in Flüssen und Kanälen ist meist eine gleichförmige. Ist nun das Gefälle eines Fluß- oder Kaualbettes auf eine beliebige Länge L gleich H, so ist die Geschwindigkeit im Endpunkt der 1-Strecke ebensogroß, wie im Anfangspunkt, denn das ganze Gefälle wird durch die Adhäsion und Reibung des Wassers an den Wänden des Flußbettes verbraucht, und ist somit das Gefälle H gleich der Widerstandshöhe h zu setzen, also

H = h =    X(F^' ¹¹ hieraus ist

,-|AXHX>

' aX^Xp'

Bei Anwendung dieser Formel ist a = 0,0038 zu nehmen, und erhält man die Geschwindigkeit des Wassers in Flüssen und Kanälen mit

gXHXF 0,0038 X^XP

für die Wassermenge pro Sekunde

j/gXHXF

16,3XFX1/SX|P,

—16,3

und für das Gefälle

lXpXM⁸

266 X g X F⁸’

Beispiel: Welches Wasserquantum fließt pro Minute durch ein Flußbett mit 0,3 m Gefälle auf 500 m Länge bei einer mittleren Flußbettbreite von 36 m bei 3,5 m Tiefe?

Die Wassermenge in der Sekunde findet man aus der Formel

16,3 XFXlA^Xj;

Es ist hierin zu setzen:

F = 36 X 3,5 = 126 qm; p = 36 + 2 X 3,5 = 43 m; g = 9,81 m; L = 500 m; H = 0,3 m.

Diese Werte eingesetzt, erhält man:

M = 16,3 X 126 x 9,81₅oo°x 43^ = 2690,5 cbm Pro Sekunde.

In der Minute fließen also durch den Fluß

2690,5 X60 = 161430,0 cbm.

Am häufigsten handelt es sich bei der Anlage von Wasserleitungen um die Bestimmung der Rohrweite für den zu verlegenden Leitungsstrang, und wollen wir hierfür noch eine einfache Bestimmungsmethode angeben.

Nehmen wir also an, es ist durch eine Leitung eine bestimmte Wassermenge Q nach einem Orte zu führen und die Rohrweite zu bestimmen. Wäre die Geschwindigkeit bekannt, mit welcher das Wasser die Leitung durchströmt, so wäre

Q = 3,14XraXv,

wenn v die Geschwindigkeit und der Wert 3,14 X ra den kreisförmigen Querschnitt der Leitung darstellen, mit dem Durchmesser d.

Die Geschwindigkeit ist, wie wir wissen, vom Gefälle H abhängig und wird durch die Reibungs- und Adhäsionswiderstände in den Röhren vermindert. Es entstehen also sogenannte Gefäll- oder Druckhöhenverluste, und gibt die nebenstehende Tabelle über deren Größe erwünschten Aufschluß für je 100 m Leitungslänge. Es sind in der Tabelle für eine Anzahl Werte h' bei verschiedenen Geschwindigkeiten v diejenigen Wassermengen Q in cbm angegeben, welche von verschieden weiten Röhrenleitungen zu benutzen sind.

Es ist nun außer diesem Gefällverlust h' noch eine gewisse Druckhöhc erforderlich, die dann verbraucht wird, um der Wassermenge Q die Geschwindigkeit v zu geben.

Bezeichnet man nun die Druckhöhe mit h", so ist dieselbe

h« = l,5X^.

Beispiele zur Anwendung der Tabelle:

1.    Wie groß ist der Gefällverlust in einem 500 m langen Wasserleitungsröhrenstrang von 100 mm Weite, wenn das Wasser die Leitung mit 1 m Geschwindigkeit durchströmen soll? — Nach der Tabelle ergibt sich aus der mit 100 überschriebenen senkrechten Spalte und der wagerechten Spalte 1,00, daß die 100 mm weite Leitung in der Minute 0,4712 cbm Wasser bei einem Gefällverlust von 1,2156 m liefert. Für 500 m Länge wird daher der Gefällverlust 5 X 1,2156 = 6,0780 m.

2.    Welche Wassermenge ist eine Rohrleitung von 50 mm Weite und 200 m Länge zu liefern imstande, wenn in der Leitung ein Gefällverlust von 2 X 1,6303 — 3,2606 m eintreten kann? — Nach der Tabelle ergibt sich aus der mit 50 bezeichneten senkrechten Spalte und der mit 0,80 bezeichneten wagerechten Spalte, daß die Leitung in der Minute 0,0942 cbm Wasser liefert.

3.    Welche Geschwindigkeit erreicht das Wasser in einem 200 mm weiten und 100 m langen Rohrstrang, in dem ein Gefällverlust von 0,7222 eintritt? — Nach der Tabelle, senkrechte Spalte 200, ergibt sich, daß der Wert 0,7222

co

-i

Wassermengen und Gefällverluste bei Wasserleitungen.

Es bezeichnet: Q die Wassermenge in cbm in der Minute, h' die Gefällverluste in m auf 100 m Rohrlänge und v die Geschwindigkeit des Wassers

in m in der Sekunde.

350

300

250

200

175

2,8863

0,1012

3,4636

0,1395

4,0409

0,1834

4,6181

0,2330

5,1954

0,2865

5,7727

0,3481

6,3499

0,4124

6,9272

0,4824

7,2158

0,5211

8,6590

0,7242

10,102

0,9634

11,545

1,2292

2,1206

0,1181

2,5447

0,1629

2,9673

0,2141

3,3929

0,2717

3,8170

0,3350

4,2412

0,4005

4,6653

0,4815

5,0892

0,5636

5,3015

0,6071

6,3617

0,8459

7,4220

1,1218

8,4823

1,4332

1,4726

0,1417

1,7671

0,1954

2,0617

0,2569

2,3562

0,3261

2,6507

0,4026

2,9452

0,4866

3,2398

0,5778

3,5343

0,6763

3,6816

0,7285

4,4179

1,0151

5,5542

1,3461

5,8905

1,7199

0,9425

0,1771

1,1310

0,2443

1,3195

0,3212

1,5080

0,4075

1,6965

0,5033

1,8850

0,6083

2,0733

0,7222

2,2620

0,8454

2,3562

0,9107

2,8274

1,2689

3,2987

1,6825

3,7699

2,1499

O»O-+O(M00»£5i-'Ot-<N©5*stb-00t-©e000^«000-r}<H< H(MiC GCOO^OODiOCCKOt^^^^^CJ^OOiOOtOCO lN©OI>^ifflist005h-^0500^««0©^0^(M(MCO>st ^•(JJCOfNOCOH^fM^^^O^cOt-OSOOOHTltistOaO^ 0©0©nOrl©H©HOH©rl©HH(Mr(fIHfflN

in

150

-J^(Mb«(JJ!N(MT|(MOMHrtClCO(Nri((M^O>»st>st«0>ß

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0©0000©©0©rH0H©rtrtT-lriHrin(J)5^(M

Lichter Rohrdurchrness

125

0,3681

0,2823

0,4418

0,3909

0,5154

0,5138

0,5890

0,6521

0,6627

0,8052

0,7363

0,9733

0,8099

1,1535

0,8835

1,3526

0,9204

1,4570

1,1045

2,0302

1,2885

2,6922

1,4226

3,4398

100

80

V —

Meter in der Sekunde

0,2356

0,3542

0,2827

0,4886

0,3299

0,6432

0,3770

0,8152

0,4241

1,0065

0,4712

1,2156

0,5174

1,4444

0,5655

1,6908

0,5891

1,8213

0,7069

2,5378

0,8247

3,3659

0,9408

4,2997

0,1508

0,4427

0,1810

0,6108

0,2111

0,8029

0,2413

1,0189

0,2714

1,2581

0,3016

1,5208

0,3317

1,8055

0,3619

2,1135

0,3770

2,2766

0,4524

3,1723

0,5278

4,2006

0,5032

5,3746

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0,60

0,70

0,80

0,90

oo'x

ox'x

1,20

1,25

1,50

1,76

2,00

der wagerechten Spalte 1,10 entspricht und wird daher die Geschwindigkeit in dem Rohrstrang 1,10 m in der Sekunde sein.

Zahlen, die nicht in der Tabelle enthalten sind, kann man mit Hilfe einer kleinen Rechnung selbst ermitteln.

eine Wassermenge von

mm

4 Es soll beispielsweise für ein dreizölliges Rohr, also ein solches von 78 mm Weite, der Gefällverlust auf 325 m Länge, sowie die Wassermengen bestimmt werden, wenn die Geschwindigkeit zu 1 m angenommen ist. Da die Zahl 78 in der wagerechten Spaltenüberschrift nicht enthalten ist, dagegen die Zahlen 70 und 80, so kann man für die Weite von 78 die entsprechenden Werte in folgender Weise erlangen. Für 70 mm ist der Gefällverlust — 1,7380, für 80 mm 1,5208, also für 10 mm == 1,7380 — 1,5208 = 0,2172, und für 1 mm — 0,02172, demnach für 8 mm 0,17373 und für 70 —(— 8 oder 78 mm = 1,5642. Hieraus ergibt sich für eine 325 lange Leitung: 3,25 X 1,5642 — 5,0836 m Gefällverlust und in ähnlicher Weise für die Wassermenge: 0,3016 — 0,2309 = 0,0708, also für 8 mm = 0,0707 : 10 X 8 = 0,05656, dieses zu 0,2309 hinzugefügt, ergibt für 78 0,2875 cbm.

Diese Ermittlungen sind selbstverständlich nur als Beispiele zur Benutzung der Tabelle anzusehen; die Zahlen sind nicht für alle Fälle genau, geben jedoch einen guten Anhalt. Die Zwischenwerte, die nach Beispiel 4 berechnet sind, weichen in der Genauigkeit von den in der Tabelle enthaltenen Werten ab, doch ist der Unterschied nicht so bedeutend, daß er besonders ins Gewicht fällt.

5.

Der Luftdruck und feine Anwendung.

Die Physik lehrt, daß unser Erdball bis zu einer gewissen Höhe mit einer Hülle von atmosphärischer Luft umgeben ist und daß sie, vermöge ihres Gewichtes, auf alle Körper einen gewissen Druck ausübt.

Während wir nun beiin Wasser mit eigenen Augen sehen können, wie sich ein ihm mitgeteilter Stoß oder Druck nach allen Richtungen hin gleichmäßig fortpflanzt, und hierdurch leicht zu der positiven Erkenntnis gelangen, daß dem wirklich so ist, wird bei der Luft dem Laieu die Erkenntnis von der Existenz des Luftdruckes schwerer, weil er ihn in keiner Weise körperlich empfindet. Nur wenn die Luft, in der wir leben, die uns immer umgibt, eine Erschütterung erfährt, spüren wir ihr Vorhandensein in Gestalt ihrer Bewegungen — als Luftzug — Wind und Sturm. Welche Gewalt den Lufterschütterungen innewohnen kann, das hören wir an dem Krachen des Donners, der bekanntlich nur davon herrührt, daß der als Blitz von einer Wolke zur anderen oder zur Erde überspringende riesige elektrische Funke mit kolossaler Gewalt die Luftschichten durchteilt und durch die ihm innewohnende Glut hochgradig erhitzt; er erzeugt hinter sich ein Vakuum, einen luftleeren Raum, der auf einen Moment die Luftschichten voneinander trennt, und der Zusammen-prall der Luftwände, wenn man so sagen darf, erzeugt dann den Donner. Der hierbei entstehende Luftdruck ist so stark, daß er Bäume wie Strohhalme knickt und Menschen zur Erde wirft. Diese Äußerungen des plötzlichen Luftdruckes beweisen aber noch nicht sein ständiges Dasein in der ruhigen Atmosphäre, aber auch dieser Beweis ist durch ein einfaches Experiment leicht zu erbringen.

Wenn man ein Glas mit Wasser füllt, bis es überläuft, bis also alle Luft aus ihm vertrieben ist, und man legt alsdann ein Stück weißes Schreibpapier auf das Glas, sodaß es die Öffnung völlig von der Luft abschließt, so kann man das Glas, mit der Öffnung nach unten, umkehren, ohne daß das Papierstück abfällt oder ein Tropfen Wasser aus dem Glase fließt. Man sollte meinen, das Gewicht des Wassers im Glase, welches auf dem Papier lastet, müßte dasselbe sofort abwerfen; daß dies nicht geschieht, ist lediglich eine Wirkung des Luftdruckes, der im Glas selbst, durch die darin herrschende Luftleere, aufgehoben ist, während er von außen in gleicher Stärke das Glas umgibt und das Papier gegen die Öffnung gedrückt hält, sodaß es nicht abfallen kann.

Mit diesem Experiment erklärt sich auch die Tatsache, daß wir den Druck nicht selbst fühlen. Weil er uns von allen Seiten gleichmäßig und in gleicher Stärke umgibt, können wir ihn gar nicht fühlen, denn er hebt sich gegenseitig auf. Nur wenn er einseitig und verstärkt auf uns einwirkt, wie es bei Wind, Sturm, Explosionen und Lawinenstürzen der Fall ist, dann fühlen wir seine elementare Gewalt, die aber weniger eine Äußerung des Druckes der Luft, als ihrer Bewegung ist.

Die Größe des Luftdruckes kann aber ebenso leicht und sicher gemessen werden, wie die des Wasserdruckes, und hat man zu diesem Zweck nur dafür zu sorgen, daß die Luft nur von einer einzigen Seite her auf den Körper einwirken kann, damit sich ihm der Luftdruck in einer einzigen, bestimmten Richtung mitteilen kann, wie das bei dem Barometer der Fall ist, dessen wir uns zur Messung des Luftdruckes und durch ihn zur Höhenbestimmung der Lage und Standhöhe der Luftschiffe bedienen.

Im Prinzip besteht das Barometer aus einer luftleer gemachten Röhre aus Glas, die mit ihrem offenen Ende in Quecksilber taucht und am anderen Ende geschlossen — zugeschmolzen ist. Das Rohr ist zirka 80—90 cm lang; es wird durch Auskochen luftleer gemacht und sodann mit Quecksilber gefüllt. Wird nun das Rohr mit seinem offenen Ende nach unten gekehrt und in das Gefäß gestellt, welches für das Quecksilber bestimmt ist, so fließt etwas Quecksilber heraus, und es bleibt in der Glasröhre eine 76 cm hohe Quecksilbersäule stehen. Es verhindert also der Druck der auf dem Quecksilber im Gefäß lastenden Luft ein weiteres Ausfließen des Quecksilbers, mithin muß das Gewicht der 76 cm langen Quecksilbersäule dem Luftdruck das Gleichgewicht halten und kann als Normalmaß für den Luftdruck in einer bestimmten Höhenlage dienen. Wäre der Teil der Röhre über dem Quecksilber nicht luftleer, sondern mit atmosphärischer Luft gefüllt, so würde das Quecksilber vermöge seiner eigenen Schwere sofort aus der Röhre ausfließen; da aber dieser Nöhren-teil luftleer ist, sodaß von dieser Seite kein Druck auf der Quecksilbersäule lasten kann, so kann es eben nur der äußere Luftdruck sein, welcher das Quecksilber in der Röhre festhält.

Der gewöhnliche Stand des Barometers beträgt genau 28 Pariser Zoll oder 336 Linien, an der Ostsee 337'", am Äquator 338—339'". Schon aus diesen Zahlen geht hervor, daß der Stand des Barometers örtlich auf der Erdoberfläche verschieden ist, und mit ihm steigt und fällt der Luftdruck. Er steigt und fällt aber auch beim Wechsel der Temperatur und Spannung in der Atmosphäre, weshalb die barometrischen Beobachtungen für die Wetterbestimmung von Wichtigkeit sind.

Es gilt nun für den Luftdruck folgendes mechanische Gesetz:

„Der mittlere, auf eine Fläche ausgeübte Luftdruck ist gleich dem Gewicht einer Quecksilbersäule, welche als Basis die gedrückte Fläche und eine Höhe von 76 cm hat."

Quecksilber hat nun ein spezifisches Gewicht von 13,6, es ist also 13,6 mal schwerer als das Wasser, und ist infolgedessen der Luftdruck auch gleich einer Wassersäule von

13,6 X 0,76 = 10,336 m Höhe.

Da nun 1 cbm Wasser rund 1000 kg wiegt, ist der Luftdruck auf 1 qm Fläche gleich

10,336 X 1000 = 10336 kg

und der

Luftdruck auf 1 qcm Fläche — 1,0336 kg.

Diesen mittleren Druck der Erdatmosphäre nennen wir Atmosphärendruck. Wenn man also in der Technik vom Druck einer Atmosphäre spricht, so hat man sich hierunter einen Druck vorzustellen, der mit 1,0336 kg auf 1 qcm Fläche wirkt. In der Regel vernachlässigt man den Dezimalbruch in der Praxis und rechnet den Druck einer Atmosphäre mit 1 kg pro qcm. Bei 6 Atmosphären beträgt er also 6 kg pro qcm.

Die Luft hat, wie alle anderen Gasarten, die Eigenschaft, sehr elastisch zu sein, wenn nicht die eigene Schwere oder andere Widerstände entgegenwirken. Bei der großen Ähnlichkeit, welche die Gase mit Flüssigkeiten haben, nennt man sie zum Unterschied von den tropfbaren — elastische Flüssigkeiten. In der Tat verdichten sich die Gase unter besonders hohem Druck zu Flüssigkeiten in tropfbarer Form, und flüssige Kohlensäure, flüssiger Sauerstoff, flüssige Luft bilden heute einen gut begehrten Handelsartikel für technische und hygienische Zwecke.

Vermöge ihrer Elastizität üben die Gase in einem geschlossenen Behälter auf die sie umfangenden Gefäßwände einen Druck aus, dessen Größe von der die Gase ausdehnenden Spannung oder Expansivkraft abhängt. Man kann eine große Menge Gas vermöge seiner Elastizität aus einen sehr kleinen Raum

zusammenpressen und in einem Behälter unterbringen, wie uns die stählernen Gasflaschen beweisen, in denen die flüssigen und komprimierten Gase verkauft werden. Beispielsweise sind in den Gasbehältern, die unter den Eisenbahnwagen zur Zugbeleuchtung vorgesehen sind, in 1 cbm Raum 9—12 cbm Gas in komprimierter Form untergebracht.

Der Physiker Mariotte hat durch Versuche die Dichtigkeit der Luft festgestellt und fand, daß sie im gleichen Verhältnis mit dem Drucke wächst, welcher auf die eingeschlossene Luft ausgeübt wird. Wird also dieser Druck 2, 3 oder n mal größer, so nimmt die Luft einen 2, 3 oder n mal kleineren Raum ein.

Umgekehrt ist aber hieraus zu schlußfolgern, daß die auf ¹I₂, */s oder ^/utel ihres ursprünglichen Volumens zusammengepreßte Luft einen doppelten, dreifachen und n fachen Atmosphärendruck ausübt.

Für den Dampf gelten dieselben Verhältnisse, und das aus diesem Hergang abgeleitete, für die Technik sehr wichtige Mariottesche Gesetz lautet:

„Die Expansivkräfte ein und derselben Luft- oder Dampf-menge stehen im umgekehrten Verhältnis zu deren Volumina."

Nach späteren Forschungen weicht aber das Mariottesche Gesetz insofern etwas ab, wenn höhere Pressungen der Gase eintreten, als dann die Dichte in einem geringeren Grade zunimmt. Aber diese Fälle sind ziemlich selten, und behält deshalb für die Praxis das Gesetz seine volle Geltung.

Durch Erwärniung wächst die Expansivkraft der Gase, und ist diese Erscheinung nach den Versuchen von Gay-Lussac in folgenden Leitsatz zusammenzufassen :

„Die Expansivkraft der Gase wächst bei gleicher Dichtigkeit mit der Temperatur, wie auch bei gleicher Expansivkraft das Volumen mit der Temperatur wächst."

Mit anderen Worten heißt das, daß von zwei eingeschlossenen Luftmengen gleicher Art, die somit gleiches Volumen und auch gleiche Dichtigkeit haben, diejenige Luftmenge die größere Spannung annimmt, welche erwärmt wird. Andererseits wird aber diejenige Luftmenge von zwei gleichen Luftmengen, deren Spannung gleich bleibt, das größere Volumen einnehmen, welche erwärmt wird, und geschieht dies in dem Grade, als ihre Temperatur zunimmt.

Bei der großen Wichtigkeit, welche diese Gesetze für die Konstruktion der Dampfkessel, Dampf- und Gasmotoren haben, halten wir es für nötig, hier eine etwas ausführlichere theoretische Entwicklung der entsprechenden Formeln und ihre Anwendung in einigen Beispielen zu bringen.

Wir wissen aus dem Vorstehenden und aus der Praxis, daß durch Erhöhung der Temperatur der Luft und des Dampfes, und mit wenigen Abweichungen auch der Gase, ihre Ausdehnung und Expansionskraft wächst. Diese Zunahme beträgt bei einer Temperatur von je 1° C 0,00367 und für je 1° R = 0,00459 ihrer ursprünglichen Raumgröße (Volumen).

Geht man nun von der Annahme aus, daß eine Luftmasse ein Volumen V bei einer Temperatur von 0° hat, so ist ihr Volumen bei sich gleichbleibender Spannung und bei einer Temperatur von

1» c = V + 0,00367 X V = V X (1 + 0,00367 X 1), bei 2° C = V + 0,00367 ><2V = VX(1 + 0,00367 X 2) uff., kt n° C = V + 0,00367 X«XV:=VX(¹ + 0,00367 X n). Haben nun die Luftmengen V' und V" die Temperaturen t' und t",

so ist

V' = V X (1 + 0,00367 X to,

V" = V X (1 + 0,00367 X t"), oder auch, da die Temperaturerhöhung von t' auf t" — t"—t' ist, V" = V X (1 + 0,00367 X [t"—t'j),

Es verhält sich nun

V-: V" = V X (1 + 0,00367 X : v X (1 + 0,00367 X *") oder V': V" = 1 + 0,00367 Xt':l + 0,00367 X t" und hieraus

V“ = V' x

1 -f 0,00367 X t"

1 -f 0,00367 X t'

Es stehen nun aber die Dichtigkeiten der gleichen Massen im umgekehrten Verhältnis zu ihren Volumen. Wenn nun d die Dichte, also das Gewicht der Kubikeinheit bei 0° ist und d' die Dichte bei t', bezw. d' bei t", so hat man für das gegenseitige Verhältnis der Dichte

d : d'.•= V'; V = V X (1 + 0,00367 X *0 : V und demnach

XV.

1 -f 0,00367 X

Desgleichen ist auch

d': d" = V" : V' — 1 -f- 0,00367 X t" : 1 + 0,00367 X K

und es wird

d" =

d' X (1 + 0,00367 X *')

1 + 0,00367 X t"

Die Spannung haben wir bisher unberücksichtigt gelassen und sei als gleichbleibend vorausgesetzt. Bleibt dieselbe nicht gleich, und beträgt sie bei 0° — p; bei t'° — p' und bei t"° — p", so ist

V' = V x (1 + 0,00367 X t') x y

weil die Volumen der gleichen Gasmassen sich bei der gleichen Temperatur umgekehrt wie ihre Spannungen verhalten. Soll also die Spannung von p auf p' zunehmen, so nimmt, bei gleicher Temperatur, das Volumen im Verhältnis von p': p" ab. Will man also das Volumen V" für die Temperatur t" bei p" Spannung bestimmen, so braucht man nur den der Spannung p für die Temperatur t' entsprechenden Volumenwert

zu multiplizieren

V' == V X (1 + 0,00367 X tO mit -ij-

und erhält alsdann

V" = V x (1 + 0,00367 x t") xf„

nnd es verhält sich

V': V" = (1 + 0,00367 X ich X p": (1 + 0,00367 X t") X p' und d': ä" = (1 + 0,00367 X t") X p': (1 + 0,00367 X t') X p". Aus diesen Gleichungen erhalten wir für

V" ₌ - X ll + 0,00367 X t") X p'

(1 + 0,00367 X t') X p" d' X ll + 0,00367 X tQ X p"

und für

d" =

(1 + 0,00367 X t") X p' *

Kennt man nun das Volumen oder die Dichtigkeit einer Gasmasse, und ist außerdem noch ihre Temperatur und Spannung bekannt, so kann man mit Hilfe dieser Formeln das Volumen und die Dichtigkeit berechnen, welche die gleiche Gasmasse bei einer anderen Temperatur annehmen muß.

Bei einem mittleren Barometerstand von 76 cm, also bei dem Druck einer Atmosphäre, und bei 0° C hat 1 kg atmosphärische Luft ein Volumen von 0,76953 cbm, und das Gewicht von 1 cbm beträgt 1,2995 kg.

Setzt man diese Werte in die gefundenen Gleichungen ein, so ist z. B. das Volumen bei einer Temperatur von 1° C und bei gleicher Spannung V' = 0,76953 X (1 + 0,00367 X *') Kubikmeter und ,, _ _    1.2995

1 + 0,00367 X t' Kilogramm.

Hat nun die Luft von der Temperatur t' eine Spannung p', die nicht gleich der mittleren Spannung von 76 cm Quecksilbersäule ist, so ist

V-

und

= 0,76953 X (1 + 0,00367 X *0 X “

d' —    1'2995    _p_

1 + 0,00367 Xt' A 0,76'

In dieser Formel ist der Wert für p' ebenfalls in Meter», also die Höhe des der Spannung entsprechenden Barometerstandes einzusetzen.

Gibt man aber — wie üblich — die Spannung in Atmosphären an, also den Druck in Kilogramm pro Quadratmeter, so ist

V' = 0,76953 X (1 + 0,00367 X *') X ^4''' 1,2995

d — 1 + 0,00367 X V

und

Zx 1,0336*

Bei Berechnung der Expansivkraft des Dampfes geht man gewöhnlich von der Annahme aus, daß mit Dampf von 100° C. gerechnet wird, dessen Spannung gleich 1 atm oder 760 mm ist und von dem 1 kg ein Volumen von 1,7 cbm hat und 1 cbm 0,5895 kg wiegt.

Für das Volumen des Dampfes bei irgendeiner Temperatur erhält man, wenn die Temperatur t" und die Spannung p" ist:

P" =

_ 945,135 X (1 + 0,00367 X t")

P"

und

0,00106 x P"

d" 1 + 0,00367 X Der Wert für p" ist in diesen Formeln in Millimetern einzusetzen. Beispiele: 1. Ein Kilogramm Luft soll bei 60° C einen Druck von 3 Atmosphären ausüben, wie groß ist dann das Volumen?

Der Druck von 3 Atmosphären ist gleich einem Barometerstände von 0,76 X 3 — 2,28 m, demnach ist

V" = 0,76953 X (1 + 0,00367 X 60) X

0,76

2,28

— 0,310 cbm.

2. Ein Rezipient von 5 m Länge und 1,5 m Durchmesser soll mit gepreßter Luft gefüllt werden, die bei 3 atm Spannung 20⁰ Wärme hat, wie groß ist ihre Dichte?

Ter Kubikinhalt des Zylinders ist

I = r² X n X ¹ = 0,75 X 0,75 X 3,14 X 5 = 8,835 cbm.

Die Dichte berechnet sich nach der Gleichung ₌    1,2995    jp^

1 + 0,00367 X t'' ' 0,76 1,2995

1 + 0,00367 X 20

d' =

3 X 0,76

0,76

= 3,23 kg.

3. Wie groß ist das Volumen von 4 kg Dampf bei 6 atm Spannung? Nach der im Abschnitt „Wärmelehre" mitgeteilten Tabelle über die Dampftemperaturen bei bestimmten Spannungen hat Dampf von 6 atm 160° C Temperatur. Sein Volumen bestimmt sich nach der Formel:

945,135 X (1 + 0,00367 X t")

V" =

P"

Die Werte eingesetzt, erhält man

V" =

946,135 X (1 X 0,00367 X 160)

6 X 760

— 0,329 cbm

für 1 kg Dampf,

für 4 kg Dampf 0,329 X 4 — 1,316 cbm.

Die praktische Anwendung des Luftdruckes.

Die Eigenschaften der Luft finden bei verschiedenen mechanischen Vorrichtungen und Instrumenten praktische Nutzanwendung — oft in Verbindung mit Flüssigkeiten, auf die der Luftdruck oder — sein Gegenteil — die Luftleere ihre Wirkungen äußern.

Ersteres ist z. B. bei Flüssigkeiten in kommunizierenden Röhren der Fall, die unter dem Einfluß des Luftdruckes in beiden bezw. allen Abzweigungen einen in einem Niveau liegenden Wasserspiegel zeigen. Diese Eigenschaft der kommunizierenden Röhren findet in der Wasserwage,

Schlauch- oder Kanalwage praktische Verwendung, welche z. B. dazu dient, eine Maschine genau wagerecht auszuloten, ein Fundament auszurichten usiv.

LfH

Verstärkt sich der Druck der Luft in einem der beiden mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllten Schenkel zweier kommunizierender Röhren, so muß die Flüssigkeit in dem anderen Schenkel steigen, weil hier der Druck auf der Flüssigkeitssänle geringer ist (Fig. 103).

-L

Der Abstand r—s zwischen den beiden Flüssigkeitsoberflächen £ ist abhängig von der Stärke des Druckes, welcher in dem J Schenkel B auf die Flüssigkeit wirkt, und hat man in dem ,

Fig- 103.

Abstand auch ein Maß für die Stärke des Luftdruckes. Nach diesem einfachen Prinzip ist der Druckmesser für Luft-und Gaspressung gebaut, den man z. B. an Ventilatoren zur Messung der Windpressung, an Gasleitungen zur Messung des Gasdruckes verwendet. Er besteht aus einem Glasrohr mit ungleich langen, zur Il-form gebogenen Schenkeln A und B, zwischen denen eine Skala in Millimeterteilung angebracht ist, deren Nullpunkt in der Gleichgewichtslage der beiden Flüssigkeitssäulen in den Schenkeln A und B liegt. An den Schenkel B schließt ein Gummischlauch an, welcher mit der Wind- oder Gasleitung verbunden ist und durch ein zwischen geschaltetes Hähnchen geöffnet und abgesperrt werden kann. Die Flüssigkeit in dem Rohr wird gefärbt (mit roter Tinte), damit man den Stand der Flüssigkeitssäule besser unterscheiden kann. Der Druck wird abgelesen in Millimetern-Wassersäule.

Bei verschiedenen Maschinen und Apparaten entsteht auch Luftleere oder Vakuum; es wird also die Luft ganz oder teilweise aus einem geschlossenen Raume entfernt und mithin der Luftdruck verringert. Auch hierfür sind Meßinstrumente nötig, die man als Vakuummeter (Fig. 104) bezeichnet.

Ti

jC

HP

Ji

Fig. 104.

Auch hier haben wir in Fig. 104a eine in U-form gebogene Glasröhre, die aber auch, wie Fig. 104b zeigt, fortfallen und durch ein einfaches gerades Rohr ersetzt werden kann. Das Rohr ist mit dem Raum V verbunden, der die Luftverdünnung oder das Vakuum enthält. Dies kann z. B. der Kondensator einer Dampfmaschine oder ein Vakuumapparat sein, wie sie in der J|r=jp chemischen Industrie Verwendung finden. Da nun auf der Flüssigkeitssäule in dem Schenkel A, bezw. auf der Flüssigkeit in dem Gefäß R, der normale Luftdruck ruht, welcher stärker als der Druck in dem luftverdünnten Raum V ist, so drückt der Luftdruck die Flüssigkeit in dem Schenkel A nieder, so daß die Wassersäule in B steigt, und aus der Differenz h der beiden Flüssigkeitsoberflächen ergibt sich die Größe

10

der Luftverdünnung oder des Vakuums, die man auch als Unterdrück zum Unterschied von Überdruck bezeichnet. Letzterer Ausdruck bezeichnet die Zahl des Atmosphärendruckes über dem normalen Luftdruck von 1 atm, und spricht man deshalb bei Dampfkesseln von dem Überdruck, den sie auszuhalten haben-

Wäre z. B. der Druck in einem Kondensator p — 0,3 atm absolut und der Luftdruck 1,033, so lastet auf der Flüssigkeitssäule in A ein um 1,033 — 0,3 — 0,733 atm höherer Druck als im Schenkel ß. Wollte man das Rohr mit Wasser füllen, so müßte die Wassersäule 0,733 X 10 — 7,33 m lang sein, um dem Druck das Gleichgewicht zu halten. Da aber ein Apparat von zirka 10 m Länge für die Praxis ein Unding ist, so nimmt man am besten zur Füllung des Vakuummeterrohres Quecksilber und erhält dann einen, dem höheren spezifischen Gewicht des Quecksilbers entsprechenden kürzeren Apparat, der in unserem Beispiel h — 0,733 X 0,76 = 0,557 m ergibt.

Wie man aus der Tabelle der spezifischen Gewichte ersehen kann, haben auch die Gase Gewicht, und im Vergleich mit einer Flüssigkeit wird man auch für eine Gasmeuge annehmen müssen, daß sie in Bewegung wie die Flüssigkeit

V²

V²

2 g*

lebendige Kraft oder Arbeit A = M X y enthält, die nutzbar gemacht werden kann, wenn die Gasmenge zur Ruhe kommt. Der Truck h, welcher bei der Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck entsteht, ist gleich p -j-

Läßt man nun in Fig. 103 Luft oder sonst einen Gasstrom p mit einer Geschwindigkeit v in den Schenkel B eintreten, so wird die Geschwindigkeit v in den Druck p umgesetzt, der Gasstrom kommt zur Ruhe und drückt die Flüssigkeitssäule in A hoch. Die Differenz r — s = h zeigt die Größe des Druckes. Auf diesem Prinzip beruht die Einrichtung der Manometer, deren Konstruktion, soweit sie als feinmechanische Instrumente ausgeführt werden weiter hinteu noch zur Besprechung kommt.

Wie schon gesagt, kann man an dem Wasserdruck-Manometer den Druck in mm ablesen. Ist aber der Druck bekannt, so kann man auch die Geschwindigkeit v des Luftstroms bestimmen, und zwar beträgt dieselbe

v = ^2XgXh-

Beispiel: Um die Zugkraft eines Schornsteines zu messen, ist das Wasserdruck-Manometer oder der Zugmesser an den Schornstein angeschlossen worden und zeigt einen Druck von h = 18 mm.

18 mm Wassersäule entsprechen aber einer Luftsäule von 18: s, worin s das spezifische Gewicht der Luft = 0,00129 darstellt. Mithin ist

18

18

— 139,5 mm = 0,1395 m Luftsäule.

S 0,00129

Alsdann ist v = X2XgXh = V2X9,81X0,1395 = 1,65 msek.

Die luftverdünnten und luftleeren Räume finden in der Technik in verschiedenster Weise Anwendung, weil die Luftverdünnung Gegenwirkungen erzeugt, die nutzbringend Arbeit leistend verwendet werden können. Wo nämlich

luftverdünnte Räume entstehen, hat die Außenluft immer das Bestreben, sie wieder mit Luft zu füllen, also das durch die erzeugte Luftleere gestörte Gleichgewicht der Spannung zwischen der Innen- und Außenluft wieder herzustellen. Daher kommt das Bestreben der luftverdünnten Räume, begierig Luft, Gase und Flüssigkeiten anzusaugen, die unter der Wirkung des normalen Luftdruckes in die Räume hineingedrückt werden.

Betrachten wir zunächst die saugende Wirkung der luftleeren Räume auf die Flüssigkeiten, so finden wir eine große Zahl technischer Anwendnngs-formen dieses Prinzips. Die bekannteste und älteste ist unstreitig der Heber. Er besteht in seiner einfachsten Form aus einem gebogenen Rohr R (Fig. 105).

■äzsi

Fig. 105.

Steckt man dessen kurzen Schenkel in ein hochstehendes Gefäß mit Wasser A, und saugt durch das untere Rohrende mit dem Munde die Luft heraus, so tritt unter der Wirkung des auf dem Wasser- _ spiegel im Gesäß A lastenden Luftdruckes das Wasser durch den kurzen Schenkel in das Rohr R ein, steigt in ihm hoch, überwindet die Höhendifferenz h zwischen dem Wasserspiegel in A und der Rohrbiegung B und fließt in das unter den langen Schenkel gestellte Gefäß C aus, bis A entleert ist.

Im technischen Sinne versteht mau unter einem Heber eine Rohrleitung, mittels welcher Wasser über kleine Anhöhen gefördert werden samt, wenn deren Saughöhe ll den Abstand von 6—9 m nicht überschreitet. Theoretisch müßte auch noch eine Saughöhe von 10 m zu überwinden sein, weil eine Wassersäule von 10,033 m Höhe "dem Drucke der atmosphärischen Lust entspricht; da aber ein guter Teil Kraft durch die Reibung des Wassers in den Rohren verbraucht wird, so muß in der Praxis die Saughöhe niedriger genommen werden als 10 m, und hat man oft schon bei 9 m Saughöhe nicht den gewünschten Erfolg. Au dem saugenden Ende der Leitung wird ein Saugkorb mit Rückschlagventil angebracht uud auf dem höchsten Punkte der Leitung ein Füllstutzen eingeschaltet, durch den das saugende Ende der Leitung bei Inbetriebsetzung mit Wasser gefüllt werden und die Luft entweichen kann. Beim Füllen des Rohres wird das andere, also das Ausflußende, durch einen Hahn oder Pfropfen verschlossen, und erst nachdem alle Luft aus dem Rohre ausgetrieben und der Füllstutzen verschlossen worden ist, wird das Ausflußende geöffnet, uud der-kontinuierliche Betrieb der Heberleitung beginnt.

Der hydraulische Widder ist ebenfalls in gewissem Sinne eine Heberleitung, doch mit etwas anderer Einrichtung, deren Schema in Fig. 106 dargestellt ist. Die Erfindung dieser recht praktischen Wasserförderungseinrichtung ist Montgolfier (1796) zu verdanken. Sie dient dazu, kleinere Wassermengen nach einem höher gelegenen Reservoir selbsttätig zu befördern. Das von einem im Tal liegenden Bach oder Quell gespeiste Becken A wird durch

10*

ein Treibrohr R₁ mit dem Widder verbunden, der auch Stoßheber genannt wird. Unter dem Widder W• liegt die Fortsetzung des Treibrohres R, welches an seinem Ende mit einem Stoßventil 8 versehen ist. Dasselbe geht ständig auf und nieder, und ist sein Gewicht so bemessen, daß es durch den auf ihm

-n

Ji,

Mn»

CT,

tsÄ

Fig. 106.

ruhenden Druck der Wassersäule h nicht geschlossen wird, so daß also Wasser durch das Ventil abfließen kann. Das Wasser tritt nun aus dem Ventil mit zunehmender Geschwindigkeit so lange aus, bis hierbei eine Drucksteigerung eintritt, durch die sich das Stoßventil schließt. Da aber das Wasser in der Rohrleitung R, beim Schluß des Ventils diese Geschwindigkeit (v) beibehält, kommt es plötzlich zur Ruhe und erzeugt infolgedessen einen kräftigen Stoß, indem sich die Geschwindigkeit in Druck verwandelt. Dieser Druck öffnet das Widderventil T und läßt Wasser in den Widder W eintreten, wobei sich die Luft in dem Windkessel W komprimiert (zusammenpreßt). Dies dauert solange, bis die durch den Wasserstoß erzeugte Kraft verbraucht ist. Die im Windkessel befindliche komprimierte Luft drückt nun auf die Wasserfläche im Widder und schließt das Ventil T wieder, und das in den Windkessel getretene Wasser wird solange durch die gespannte Luft im Windkessel in dem Steigrohr R Hochgetrieben, bis die Spannung der Windkessellust ausgeglichen ist. Gleichzeitig ist aber auch die Wassergeschwindigkeit im Treibrohr Rx auf Null herabgesunken, so daß sich das Stoßventil 8 wieder selbsttätig öffnet und das Treibwasser wieder in Bewegung kommt, wodurch das Spiel von neuem beginnt.

Nach diesen Ausführungen müßte man -annehmen, daß der Widder, einmal in Gang gesetzt, lange Zeit ohne Unterbrechung seine Arbeit verrichtet. Das ist aber nicht der Fall, weil mit der Zeit die Luft aus dem Windkessel

entweicht, die aber zur Arbeit des Widders unbedingt nötig ist. Man muß deshalb in Zwischenräumen von einigen Tagen durch Abheben des Windkessels für die Erneuerung der Luft sorgen. Um diesem Mangel abzuhelfen, werden in neuerer Zeit Widder gebaut, bei denen sich die Erneuerung der Luft im Windkessel selbsttätig vollzieht, doch ist mir nicht bekannt, wie sich diese Vorrichtung in der Praxis bewährt hat.

Auch das Stoßven.il 8 muß öfter erneuert werden, weil es sich durch die kräftigen Slöße zienrlich bald an den Dichtungsslächen stark abnutzt.

Wenn nun q das pro Minute zu hebende Wasserquantum bedeutet, Q die Menge des dem Widder in einer Minute zufließenden Treibwassers in Litern, h den Höhenunterschied zwischen denr Wasserspiegel im Reservoir A und dem Sitz des Stoßventils 8 und lq die Förderhöhe, so ist die Menge q des zu fördernden Wassers zu bestimmen.

Die Pumpenfabrik von Kunz in Weißkirchen hat durch Versuche mit den von ihr gebauten Widdern bestimmte Ersahrungswerte E festgestellt, die bei der Berechnung der Widderleistungen mit zu benutzen und aus der folgenden Aufstellung zu ersehen sind.

h, + h

tV tV tV tV tV

tV

tV

ist E = 0,84 0,77 0,72 0,68 0,63 0,59 0,56 0,52 0,49 0,43 0,37 0,32 0,27 0,23 0,18,0,12 X = 0,42|0,26 0,18 0,14 0,11 0,08 0,07j0,06 0,05j0,04 0,03 0,02,0,015 0,012 0,008^0,005

Beispiel: Ein Bach liefert in 1 Minute 250 Liter Wasser bei 3 m Gesälle und 20 m Förderhöhe; wie groß ist das geförderte Wasserquantum X?

3    1,1

rofc-^-

Es ist also h = 3 m und lq — 20 m, mithin r—q , —₀..— „ Q

und E nach der Tabelle = 0,56 und X — 0,07. Nun ist aber x =

und q = Qxx — 250 X 0,07. q = 17,5 Liter pro Minute.

Die Länge der Treibleitung L bestimmt sich aus der Formel L =

-j- 0,3    für unser Beispiel ist also

20

L = 20 + 0,3Xy = 20 + 2,00 = 22 m.

Die Rohrweite D für die Treibleitung findet man aus der Formel

250

— 40,4 cm,

I) = 2,0

die Steigleitung

d = 3,3

Die Saug- und Druckpumpe. Die saugende Wirkung des luftver-dünnien Raumes kommt auch bei der Saug- und Druckpumpe zur Anwendung.

XV

17,5

60

= 17,8 cm.

Das Prinzip der Säugpumpe ist in Fig. 107 dargestellt. An den Pumpenstiefel a, der in seiner Verlängerung nach oben auch den Auslauf d trägt, setzt sich unten das Saugrohr b mit dem Saugkorb c an, und ist am Boden des Pumpenstiefels das Saugrentil i eingebaut. Der Kolken k mit dem in ihm angedeuteten Durchlaßventil wird mittels des Schwengels e und Hebels f, sowie durch die Zugstange g auf- und niederbewegt. Beim Niedergang des Kolbens entweicht durch das Kolbenventil zunächst die Luft aus dem Pumpenstiefel, und wird beim Hochgang das Ventil durch den äußeren Luftdruck geschlossen. Unter dem Kolben, also zwischen ihm und dem Säugventil, herrscht in diesem Moment Luftleere, weil die Luft beim Niedergang des Kolbens entwichen ist und bei seinem Hochgang frische Luft nicht eintreten kann. Sobald also der Kolben hochgeht, drückt der auf dem Wasserspiegel 8 im turnen ruhende Luftdruck das Wasser im Saugrohc hoch, das Säugventil i öffnet sich und der Pumpenstiefel füllt sich infolge seiner Luftleere mit Wasser.

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F'g. 107.

8-ig. 108.

Beim folgenden Niedergang des Kolbens öffnet sich das Kolbenventil, und das im Pumpenstiefel enthaltene Wasser tritt durch daS Ventil über den Kolben. Beim folgenden Kolbenhochgang nimmt der Kolben das über ihiu stehende Wasser mit hoch, und es fließt durch den Ausfluß d aus der Pumpe ab.

Zu beachten ist bei der Anlage aller Pumpen, daß die S a u g h ö h e h, das ist der Abstand des Wasserspiegels von dem Säugventil, nicht höher als 7—8,2 m genommen werden kann, weil der Reibungswiderstand des Wassers im Rohr, sowie das Eigengewicht der zu hebenden Wassersäule der vollen Ausnutzung des Luftdrucks mit 10 m Saughöhe entgegenwirkt. Dazu kommt noch, daß eine absolute Luftleere unter dem Kolben nie entstehen kann, sondern nur eine mehr oder weniger starke Luftverdünnung. Es hängt somit die Saugkraft der Pumpe sehr wesentlich von dem erzielten Grade der Luftverdünnung mit ab.

Die Druckpumpe (Fig. 108) bietet im Vergleich mit der Säugpumpe den Vorteil, daß sie einen kontinuierlich fließenden, stoßfreien Wasserstrom liefert und denselben auf eine beliebige Höhe fördert (drückt). Ihre Einrichtung ist aus der Abbildung wie folgt ersichtlich: Auch hier schließt sich an den Pumpenstiefel A unter dem Säugventil b das Saugrohr B mit dem Saugkorb an, nur fällt bei dieser Pumpe der Auslauf fort und an seine Stelle tritt das Abzweigrohr C mit dem Windkessel D und dem Druckrohre E. Der Kolben K ist vollständig geschlossen, ist also ein Druckkolben zum Unterschied von dem bei der Säugpumpe verwendeten Saugkolben.

Der.Arbeitsgang der Druckpumpe besteht nun in folgendem: Bei leerer Pumpe wird durch Auf- und Niederziehen des Kolbens K in dem Pumpenstiefel A zunächst die Luft verdünnt und in den Windkessel gedrückt. Entsprechend der fortschreitenden Luftverdünnung tritt unter der Wirkung des äußeren Luftdruckes auf den Wasserspiegel 8 im Brunnen das Wasser in das Saugrohr ein, öffnet beim Hochgang des Kolbens das Fußventil b und tritt in den Pumpenstiefel, diesen bis an den Kolben mit Wasser füllend. Beim Niedergang des Kolbens drückt dieser das Wasser aus dem Pumpenstiefel durch das Rohr C und das Ventil a in den Windkessel, der sich zum Teil mit Wasser füllt und die Luft im Kessel komprimiert. Da sich bei jedem Kolbenspiel dieser Vorgang wiederholt, wird der Druck auf die Wassersäule verstärkt und das Wasser steigt unter diesem kontinuierlichen Drucke in dem Steigrohr E hoch und zwar um so höher, je stärker die Pressung der Luft im Windkessel ist, die auch den selbsttätigen Schluß des Druckventils a im Boden des Windkessels bewirkt, sobald der Pumpenkolben wieder hochgezogen wird. —

Wir werden in dem Abschnitt „Pumpen und Gebläse" noch hinreichend Gelegenheit haben, diese Konstruktionen eingehend zu betrachten und können uns deshalb hier kurz fassen.

In gewissen Fällen wird es nötig den Grad der Luftverdünnnng möglichst hoch zu erhalten, und bedient man sich hierzu der Luftpumpen.

Die Luftpumpe besteht in ihrer einfachen Form aus einem Pumpenstiefel mit Kolben und dessen Bewegungsmechanismus, sowie zwei Ventilen oder Hähnen, durch deren abwechselndes Öffnen und Schließen die Luftleere in dem an den Pumpenstiefel anschließenden Raume erzeugt wird.

Eine weitere Abart der Pumpen sind die Dauipfstrahlpuiupen oder Ju-j cf teure. Ihre Einrichtung ist, wie wir noch sehen werden, eine wesentlich andere. Hier wird die Luftverdünnung und (siehe unter Armaturen) durch sie die Saugwirkung durch einen Dampfstrahl erzeugt, der mit großer Geschwindigkeit aus einer engen Düse in einen Hohlraum ausströmt.

Der aus dem Dampfkessel kommende Dampf tritt durch ein Rohr in den Apparat ein und gelangt durch Öffnungen in ein zweites Rohr, das sich stark verengt. Um nun die ringförmige Austrittsöffnung für den Dampf, welche einen Kreis mit der Wand der zweiten Röhre bildet, verkleinern zu können, ist ein Konus durch eine Schraubeuspindel und Kurbel verstellbar gemacht. Durch die Querschnittsverkleiuerung des austretenden Dampfstrahles wird die Geschwindigkeit des Dampfes erheblich größer, er reißt infolgedessen die ihn umgebende Luft mit und erzeugt so ein Vakuum, welches Wasser durch die Röhre ansaugt. Das angesaugte kalte Wasser verdichtet aber den in den Raum eintretenden Dampf und das Dampf-Wassergemisch tritt als vorgewärmtes Wasser in den Dampfkessel ein. Ein anderer Stutzen dient dazu, das bei Inbetriebsetzung des Injektors abtropfende Wasser abzuführen, und kann man beim Anlassen des Apparates beobachten, ob der Injektor richtig saugt.

Druckluft. In neuerer Zeit findet die komprimierte oder zusammengepreßte Luft mannigfache Verwendung im Gewerbe und Verkehrsleben, teils als Betriebskraft, teils als Beförderungsmittel für kleine Lasten, z. B. Briefen in den Rohrpostanlagen oder Geldbeträgen in den pneumatischen Zahlstellen der modernen Warenhäuser usw.

Weiter findet die Druckluft auch Verwendung bei Brückenbauten, zur Versenkung der eisernen Senkkasten (Caissons), deren Anwendung weiter hinten im Abschnitt Eisenhochbau behandelt wird, wie wir auch die zur Erzeugung von Druckluft nötigen Maschinen und die mit Druckluft betriebenen Maschinen und Werkzeuge in den betreffenden Kapiteln noch eingehend behandeln werden.

Sehr wichtig ist die Kenntnis der Luft und ihrer Eigenschaften auch für die Aeronautik, also für die Luftschiffahrt und Flugtechuik, diesen modernsten Sport, der anfängt lebensfähig zu werden und dem wir auch eine spezielle Abhandlung gewidmet haben; alles hierauf bezügliche wolle man in dem betreffenden Kapitel nachlesen.

Drittes Kapitel.

Wärmelehre.

Über Begriff und Wesen der Wärme ist früher unter den Gelehrten viel gestritten worden, und war man über ihr Wesen sehr verschiedener Meinung. Nur in einem Punkte war man einig, daß nämlich alle physikalischen Erscheinungen und chemischen Vorgänge auch mit Wärmeerscheinungen verbunden sind. Man erkannte wohl, daß die Wärme in der Natur die alles schaffende, treibende Kraft ist, und die Ansichten über das Wesen der Wärme blieben bis in unsere Zeit abhängig von der Vorstellung, die man von der Art und Ursache der Veränderungen gewann, welche mit Wärmeentwicklung verbunden waren.

Die Alten zählten die Wärme in Verbindung mit dem Feuer zu den vier Hauptelementen. Sie hielten das Feuer für ein ätherisches Wesen, grundverschieden von der materiellen Masse der Körper, und dachten über das Wesen der Wärme nicht weiter nach.

Baco von Verulam schrieb die Wärmeerscheinungen gewissen wellenförmigen Bewegungen der kleinsten Körperteilchen (Atome) zu, und Newton teilte diese Ansicht insofern, als er für glühende Stoffe, die in der Gluthitze außer der Wärme auch noch Licht ausstrahlen, denselben Gr'und für die Wärmestrahlungen gelten ließ. Bekannt ist ferner, daß er aus anderen Wärmeerscheinungen auf das Vorhandensein eines Wärmestoffes schloß, also an eine Feuermaterie glaubte, die auch seine Nachfolger in ihren Untersuchungen als vorhanden annahmen.

Die exakte Forschung hat aber unter den früher in Menge vorhandenen Trugschlüssen der Gelehrten gründlich aufgeräumt und ist zu der Überzeugung gekommen, daß wir es bei dem Wesen der Wärme, wie bei dem Licht, mit Schwingungen zu tun haben, in welche die Atome (kleinsten Körperteilchen) durch verschiedene Ursachen geraten.

Hierfür spricht zunächst die Möglichkeit, Wärnie in Licht zu verwandeln, und der enge Zusammenhang, welcher alle physikalischen Veränderungen als Begleiterscheinungen ein und derselben Kraft erscheinen läßt, läßt als Ursache dieser einzelnen Kraftäußerungen, als. Grundform nur die Wellenbewegung annehmen.

Wenn man nun die Körper in ihrem Verhalten gegenüber der Wärme betrachtet, so findet man zunächst, daß manche Stoffe Wärme sehr schnell aufnehmen und in sich weiter leiten, während dies bei anderen Stoffen nicht der Fall ist, denn sie setzen der Wärmeleitung und Aufnahme Widerstände entgegen. Dementsprechend hat man zwischen guten und schlechten Wärmeleitern zu unterscheiden.

Zu den guten Wärmeleitern rechnet man in erster Linie die Metalle, Glas, Porzellan, Steine usw., während als schlechte Wärmeleiter animalische und vegetabile Stoffe, wie Leder, Wolle, Filz, Holz, aber auch z. B. trockene Luft ii. a. angesprochen werden müssen.

Die Wärme teilt sich von einem Körper deni anderen durch Berührung mit und pflanzt sich durch Strahlung auch durch den luftleeren Raum fort; dies beweist die wärmende Kraft der Sonnenstrahlen, die mit dem Lichtäther durch den Weltenraum (der luftleer ist), von der Sonne auf die Erde fallen. Wenn man nun die Sonnenstrahlen mit einer Linse, einem Brennglas, sammelt, so vereinigen sie sich bekanntlich in einem Brennpunkte. Läßt man denselben auf einer brennbaren Unterlage entstehen, so entwickelt sich sehr bald Rauch, der mit der Zeit in helle Flamnien übergeht. Man hat also gleichzeitig mit den Lichtstrahlen die Wärmestrahlcn gesammelt und in dem Brennpunkte vereinigt; sie zeigen also dieselbe Eigenschaft wie die Lichtstrahlen und werden wie diese auch von Hohlspiegeln reflektiert (zurückgeworfen).

Wahrnehmbar wird die Wärme durch das Gefühl und durch die Ausdehnung der Körper unter dem Einfluß ihrer Erwärmung, mit der auch eine Veränderung ihres Aggregatzustandes verbunden ist.

Die Temperatur wird mit dem Thermometer nach Graden gemessen, und beruht es in seinem Prinzip auf der Eigenschaft der Körper, sich durch Erhöhung ihrer Temperatur auszudehnen und bei der Abnahme derselben sich zusamnicnzuziehen. Diese Eigenschaft ist dem Quecksilber in hohem Maße eigen, weshalb man zur Füllung der Thermometerröhre, die, wie die Barometerröhre, luftleer gemacht wird, mit Vorliebe Quecksilber benutzt. Das Röhrchen ist über einer Skala befestigt mit Einteilung nach Graden, an denen man den Stand der Temperatur jeweilig ablesen kann. Als Nullpunkt für die Skala ist der Gefrierpunkt des Wassers angenommen, als Grenzpunkt die Temperatur des siedenden Wassers, der Siedepunkt.

Es sind drei Thermometerskalen im Gebrauch:

1.    die Skala nach Röaumur hat 80 Grade,

„ Celsius

„ Fahrenheit „ 212    „

Im gewöhnlichen Leben bestimmt man die Temperatur nach der Skala von Reaumur (sprich Reomür); bei wissenschaftlichen und technischen Untersuchungen wird immer nach der lOOteiligen Skala von Celsius gerechnet, und alle Angaben von Wärmegraden, die in unseren Ausführungen vorkommen, sind nach dieser Skala berechnet.

„ 100

2.    .

3. „

Der Siedepunkt liegt nach Reaumur bei 80", bei Celsius bei 1000 und bei Fahrenheit bei 212", der Gefrierpunkt bei Röaumur und Celsius bei 0", bei Fahrenheit bei -j- 32". Der Nullpunkt liegt also bei letzterer Skala 32" unter dem Gefrierpunkt. Für uns hat die Fahrenheitsche Skala keine Bedeutung; sie ist in England und Amerika allgemein int Gebrauch. •

Die Grade über dem Nullpunkt bezeichnet man als Wärmegrade, die unter dem Nullpunkt als Kältegrade, bezw. mit -j- (plus) oder — (minus),

Für die Umrechnung der Grade einer Skala in die Grade einer anderen ist folgendes zu merken:

Um Grade nach Reaumur in Grade nach Celsius umzurechnen, braucht man sie nur mit 5 zu multiplizieren und durch 4 zu dividieren und erhält dann die gleichwertige Temperatur nach der Skala von Celsius,

z. B. 20 ⁰ Reaumur

= 25 « Celsius.

Um Grade von Reaumur in Fahrenheitsche Grade umzurechnen, multipliziert man mit 2,25 und zählt 32 hinzu. So sind z. B.

20° Reaumur — 20 X 2,25 + 32 = 45 + 32 = 77° Fahrenheit.

Nachstehende Tabelle enthält die Vergleichswerte aller drei Wärmeskalen.

Tabelle -er Wärmegrade nach Noaumur, Celsius und Fahrenheit.

—    32

—    30

—    28 — 26 — 24

— 22

— 20 — 18 — 16

—    14

—    12 — 10

—    10 - 7,5

8,5

cc cs

— 2,5

+ 2,5 + 5

— 0,5 + 5 + 9,5 + 14 + 18,5 + 23 + 27,5 + 32

4-36,5

+ 41

ttJOOOGSrf-tNüOGGCS^-tOOCOCSrf^tCO

+ 7,5 + 10 + 12,5 + 15 + 17,5 + 20 + 22,5 + 25 + 27,5 + 30 + 32,5 + 35 + 37,5 + 40 + 42,5 + 45 + 47,5 + 50 + 52,5

+ 45,5 + 50 + 54,5 + 59 + 63,5 4- 68 + 72,5 + 77 + 81,5 + 86 4- 90,5

-)- 95

4- 99,5

4-104

4-108,5

-j-113

+117,5

+122

-i-126,5

+++++++++++++++++++

OOOOlf‘HOCOOi^MOCOC5ii*liO(»ö5t^

+ 55

+ 57,5 + 60 + 62,5 + 65 + 67,5

+ 70

+ 72,5 + 75 + 77,5 + 80 + 82,5 + 85 + 87,5 + 90 + 92,5 + 95 + 97,5 +100

+ 131 + 135,5 + 140 -j- 144,5

4- 149 4- 153,5 4- 158 4- 162,5 4- 167

+ 171,5 + 176

4- 180,5 4- 185 4- 189,5 4- 194

+ 198,5 + 203 + 207,5 4- 212

Zur Messung der niederen Temperaturen dient außer dem Quecksilber-thermometer auch noch das Weingeistthermometer — namentlich für Kältemessungen, weil Weingeist selbst bei sehr niedriger Temperatur nicht erstarrt, was bei Quecksilber der Fall ist. Hochgradige Temperaturen werden mit dem Pyrometer gemessen, dessen Anwendung in der Abhandlung über das Härten von Stahl besprochen wird.

seiner

10000

Wie wir an der Quecksilbersäule des Thermometers gesehen haben, dehnt die Wärme die Körper aus und zwar alle Körper. Die Ausdehnung erfolgt linear (in der Längs- und Querrichtung) und kubisch, also auch räumlich. Wird z. B. ein Eisenstab von 0° C auf 100° C erwärmt, so dehnt er sich um 1,2 Millimeter pro Meter Länge aus, also um 0,0012 oder ¹²/

Länge. Man nennt die Zahl, welche angibt, um den wievielsten Teil seiner Länge sich ein Körper bei Erwärmung von 0° auf 100° C ausdehnt, seinen Ausdehnungs-Koeffizienten und findet ihn, indem man den Längenwert bei 100° Temperatur durch die Anfangslänge bei 0° Temperatur dividiert.

Die Flächenausdehnung durch Erwärmung ist doppelt so groß als die lineare oder Längenausdehnung, während die räumliche Ausdehnung dreimal so groß als die lineare ist.

Längenausdehnung verschiedener Körper bei einer Wärmezunahme von

0° stuf 100° C.

Blei

= 0,002848 = !/. = 0,001820 =

= 0,000 746

der Länge

Bronze Eichenholz

Eisendraht — 0,001440 — '/ 0,000861 = '/

= 0,001466 = 7 Gußeisen = 0,001075 = V₉₃₀    „

Kupfer Messing Platin Silber

Glas

Gold

091

1161

082

Stahl

Tannenholz — 0,000352 = »/

Zink Zinn

= 0,001240 = 7

807

2841

= 0,003108 = 7 = 0,002175 = 7 Die räumliche Vergrößerung oder kubische Ausdehnung durch Wärme wird ihrem Volumen nach aus der linearen berechnet, denn sie ist dreimal so groß als diese und beträgt dieselbe nach Kopp bei 1° C für

Kupfer — 0,000051 Blei = 0,000089 Zinn = 0,000069 Eisen = 0,000037 Zink — 0,000089 Quarz — 0,000058 0,000024.

822

4<J0

II •

Glas

Bei Gasen und Flüssigkeiten läßt sich die Ausdehnung direkt durch den Versuch bestimmen. Sie ist bei Flüssigkeiten von deren Temperatur abhängig und nur bei Quecksilber immer gleichmäßig gleich ¹/₅₀₉ der Länge; bei Gasen beträgt sie V*™ des Raumes, den sie füllen.

Die lineare und räumliche Ausdehnung der Körper durch Wärme ist von besonderer Bedeutung für die Gießereipraxis. Wir sagten schon, daß ein erwärmter Körper infolge seiner Ausdehnung durch die Erwärmung einen größeren Raum einnimmt als im kalten Zustande. Dementsprechend muß die Form eines Körpers, der gegossen werden soll, wesentlich größer sein als die des erkalteten Körpers es verlangt. Er nimmt im flüssigen Zustand, also dann, wenn die Gußform mit flüssigem Metall gefüllt ist, den größten Raum in Anspruch und schwindet beim Erstarren auf die Maße zusammen, die er im erkalteten, also im Gebrauchszustande zeigt. Dementsprechend muß die Gußform in ihren Abmessungen den Schwindungsverhältnissen angepaßt sein, welche das Metall hat, in dem der Körper gegossen werden soll. Der Modelltischler darf deshalb das Gußmodell nur nach Schwindmaß anfertigen, und ergibt alsdann das abgegossene Modell einen Gußkörper in den richtigen Maßen.

Die Zusammenziehung der Flächen ist hierbei wieder eine doppelte und die räumliche Schwindung dreimal so groß als die lineare. Wie verschieden die Metalle bei ihrem Übergang aus dem flüssigen in den festen Zustand schwinden, ist aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen.

Schwmdmatze der gegossenen Metalle.

Metall

Zu-

scnnmen-

zichung

1 m

im Schwind-mast ist gleich

Metall

Zu-

fammen-

Ziehung

1 m

im Schwind-niaß ist gleich

Messing Puddelstahl Stabeisen Wismut Zink Zinn

Flüssigkeiten haben eine absolute und eine scheinbare Ausdehnung. Bei Flüssigkeiten, die in Gefäßen eingeschlossen sind, beobachtet man eine scheinbare Ausdehnung; absolut wird sie, wenn sich das Gefäß, in dem sich die Flüssigkeit befindet, nicht selbst mit ausdehnt. Es ist ferner durch Versuche nachgewiesen worden, daß sich die Flüssigkeiten nicht proportional der Temperatur ausdehnen, sondern daß ihre Ausdehnung für gleiche Temperatur-differenzen bei höheren Temperaturen größer ist. Besonders merkwürdig ist das Verhalten des Wassers bei Temperaturschwankungen. Es verhält sich

Blei

Bronze

Feinkorn eisen

Glockenmetall

Gußeisen

Kanonengut

68

72

7°,

7flö

7,84

1,0092 m 1,0063 „ 1,0072 „ 1,0065 „ 1,0098 1,0134 „

7«

7 72 7₅4

280

es

128

1,0065 m 1,0072 „ 1,0054 „ 1,0280 „ 1,0062 .. 1,0128 „

Es besitzt u. a. ein Dichtigkeitsmaximum, welches anderen Flüssigkeiten vollständig fehlt. Wenn man seine Temperatur von 0° C an erhöht, so dehnt es sich nicht, wie man annehmen sollte, sofort aus, sondern es zieht sich zunächst zusammen, und diese Zusammenziehnng nimmt zu bis zu einer Temperatur des Wassers von -s- 4° C. Sowie diese Wärmegrenze überschritten wird, beginnt das Wasser sich auszudehnen, es liegt also das Dichtigkeitsmaximum des Wassers bei 4° C.

ganz anders wie andere Flüssigkeiten und zeigt eine auffällig große Ungleichförmigkeit.

Die Ausdehnung der Gase ist bei fast allen Gasen gleich groß und proportional zur Temperaturzunahme. Sie beträgt für eine Erwärmung von 0 bis 100" 6 ungefähr s/g des ursprünglichen Volumens (Rauminhaltes), und ist diese Eigenschaft festgelegt in dem Gay-Lussacschen Gesetz.

Biele feste Körper gehen bei der Erwärmung aus dem festen in den flüssigen Zustand über, sie schmelzen. Die Teniperaturgrenze, bei welcher der Übergang aus dem festen in den flüssigen Zustand stattsindet, heißt der Schmelzpunkt oder die Schmelztemperatur. Entsprechend der sehr verschiedenen Festigkeit und Dichte der Körper, sind auch die Schmelztemperaturen der Körper sehr verschieden, und tritt beim Schmelzen derselben meist auch eine Vergrößerung ihres Volumens ein. Auffallend ist die Erscheinung, daß ein geschmolzener Körper im schmelzflüssigen Zustand keine Temperaturerhöhung mehr zeigt, wenn ihm noch mehr Wärme zugeführt wird. Seine Temperatur bleibt auf dem Schmelzpunkt stehen, und nennt man diese Wärme deshalb auch seine latente oder gebundene Wärme, im Gegensatz zu der wahrnehmbaren freien Wärme. In der folgenden Tabelle sind die Schmelzpunkte für verschiedene Körper angegeben.

Tabelle der Schmelzpunkte einiger Körper.

Stoff

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Stoff

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Aluminium

Antimon

Barium

Blei

Bleioxyd

Borsäure

Brom

Butter

Calcium

Chrom

600—850

432

1800

330

1000

1300

32

360

1500

Gold

Gußeisen, grau „ weiß

1250

1200-1100

1100-1050

Jod

104

Kadmium

Kalium

Kiesel

Kieselsäure

Kobalt

Kochsalz

Kupfer

320

58—63

1200

2000

1500

2000

Stoff

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Stoff

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Magnesium

Mangan

Natrium

Nickel

Phosphor

Platin

Schmiedeeisen

Schwefel

500—750

Schwefelblei Silber Stahl Talg Wachs Wismut Zink Zinn

Der Schmelzpunkt von Legierungen liegt meist tiefer als die Schmelzpunkte der Metalle, aus denen sich die Legieruitg zusammensetzt.

So liegt z. B. der Schmelzpunkt einer Legierung aus 4 Teilen Wismut,

1    Teil Blei, 1 Teil Zinn bei 94° C, also noch unter bem Siedepunkt des Wassers, während die Schmelztemperatur der einzelnen Metalle bei 260, 330 und 230° C liegen. Diese leichtflüssigen Legierungen sind unter der Bezeichnung Schnellote bekannt und dienen zum Löten weicher Metalle. Auch das Weichlot zum Löten von Weißblech ist ein Schnellot und besteht aus

2    Teilen Blei auf 1 Teil Zinn. Man hat es durch das Legieren der Metalle ganz in der Hand, Legierungen herzustellen, welche bei bestimmten Temperaturen schmelzen, und gewinnt in ihnen ein Mittel, um einen bestimmten Wärmegrad zu technischen Zwecken zu fixieren.

Die Zwecke, denen sie dienen, sind sehr verschieden. So stellt man z. B. Schmelzpfropfen aus einer leicht flüssigen Legierung her, die bei der Temperatur des auf gewissen Druck gespannten Kesseldampfes schmelzen. Diese Pfropfen werden in Alarmapparate au Dampfkesseln eingesetzt und bleiben bei normalem Betrieb stets unter Wasser, d. h. sie sind in der Höhe des niedrigsten Wasserstandes in das Apparatrohr eingesetzt. Sobald nun der Wasserstand unter die normale niedrigste Grenze sinkt, wird der Pfropfen frei und schmilzt durch die Einwirkung des Kesseldampfes; die Folge davon ist, daß der Dampf durch das Apparatrohr aus dem Kessel entweicht und eine Alarnipseife ertönen läßt, die den Kesselwärter an das Speisen des Kessels erinnert.

Sehr wichtig sind auch die Temperaturen beim Härten der Werkzeuge oder beim Färben von Eisen- und Stahlteilen durch Anlaufenlassen. Bekanntlich nimmt ein Stück blanker Stahl bei bestimmten Temperaturen bestimmte Anlauffarben an, und hat der Stahl bei jeder Farbe eine bestimmte Härte. Man hat also in den Anlauffarben des Stahles eine bestimmte Kontrolle über die jeweils erreichte Härte und kann diese Härtegrade bezw. Farben durch Legierungen erzeugen, die genau dem Grad entsprechen, bei welchem diese Färbungen entstehen, wie folgende Tabelle erkennen läßt:

1400

90-96

1450

44

1775-2500

1600

108

190

1000

1400-1300

40

68

246—270

360—415

210—240

Tabelle der Anlauffarben des Stahles.

Metallegierung

Temperatur

Anlauffarbe des Stahles

2 Teile Blei,    1    Teil Zinn

reines Blei

strohgelb

dunkelgelb

purpurrot

violett

dunkelblau

225° 6 237° „

250» ..

262° „

330° „

Will man nun kleine Stahl- oder Eisenteile in einer der fünf Farben anlaufen lassen, so stellt man sich ein schmelzflüssiges Bad aus der betreffenden Legierung her und legt die Teile auf die geschmolzene Masse. Da diese Teile spezifisch leichter als die Legierungen sind, schwimmen sie auf ihr und können, dem Gang der Färbung entsprechend, gewendet und abgenommen werden, wenn sie fertig sind. Zu beachten ist dabei, daß die zu färbenden Teile nicht mit den bloßen Fingern berührt werden, ehe sie in das Metallbad kommen, weil ihre Oberfläche metallisch rein sein und bleiben muß.

Von Wert für die Praxis sind auch die in den folgenden Tabellen angegebenen Temperaturen beim Glühen von Eisen und Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt.

Tabelle der Temperaturen beim Glühen des Eisens.

Im Dunkeln rotglühend

Dunkelrot......

Kirschrot......

Hellrotglut.....

Gelbglut......

Weißglut......

Blendendweißglut. . .

525° 6. 700° „ 850° „ 950° „ 1100° „ 1300° „ 1500» „

Schmelzpunkte leicht schmelzender Legierungen.

Grade C

Gewichtsteile

Zinn

Blei

Wismut

Cadmium

79

96

124

145

155

QO lO H Cvl CQ

rH

lO 00 r—I r—I 1—1 1—i

00

Gewichtsteile

Zinn und 0

Blei

Schmelzpunkt Grade C 330

i—I

03 i—l

CO i—l

lO i—l

CD i—l

i—l

rH CX]

i—I CO

r—I

r—1 lO

1—i CD

189 169 171 180 186 191 194 211 227 250 259 267 270 230

Wir haben gesehen, daß das geschmolzene Metall bei einer ganz be-stimmten Temperaturgrenze verharrt und nicht imstande ist, noch mehr Wärme aufzunehmen, und haben diese Wärme als gebundene oder latente Wärme bezeichnet. Ebenso, wie aber beim Schmelzen fester Körper ein Binden von Wärme stattfindet, ist dies auch durch ihre Auflösung der Fall, wenn sie also aus dem festen in den dauernd flüssigen Zustand übergeführt werden.

Man kann diese Tatsache sehr leicht durch ein einfaches Experiment nachweisen, indem man Salpeter in Wasser löst. Dies geschieht, indem man den Salpeter in das Wasser wirft und dieses zur Beschleunigung der Auflösung umrührt. Mißt man die Temperatur des Wassers mit dem Thermometer vor und nach der Auflösung, so findet man, daß das Wasser nach der Auflösung des Salpeters kälter geworden ist. Es ist mithin ein Teil der im Wasser vorhandenen Wärme bei der Auflösung des Salpeters verbraucht worden, um seine Auflösung (Schmelzung) zu bewirken, mithin muß die fertige Lösung eine Verminderung der Temperatur erfahren.

Wie nun das Schmelzen der Körper bei einer bestimmten Temperatur erfolgt, so kann auch bei dem Übergang eines Körpers aus dem geschmolzenen in den starren Zustand ein ganz bestimmter Temperaturgrad beobachtet werden, der mit dem Schmelzpunkt zusammenfällt. Bei der Erstarrung geht aber die beim Schmelzen gebundene Wärme wieder verloren, indem sie frei wird.

Wärme wird aber auch noch bei anderen Vorgängen frei, so z. B. beim Löschen von Kalk durch Wasser, wobei sich bekanntlich eine so große Wärine entwickelt, daß das Wasser verdampft. Auch beim Binden von Gips, also bei seinem Übergang in den festen Zustand, durch Anfeuchten mit Wasser, zeigt sich dieselbe Erscheinung in einer intensiven Erwärmung der Masse.

Bei den flüssigen Körpern sind außer den bereits angeführten Erscheinungen auch noch andere zu beobachten. Wenn man Wasser in einem offenen Gefäß an der Luft stehen läßt, so verringert sich mit der Zeit sein Quantum, bis es endlich ganz verschwindet — verdunstet.

Die Verdunstung ist ebenfalls eine Folge der Erwärmung; es kann dieselbe durch größere Wärmezufuhr (Kochen) beschleunigt werden, und geht alsdann der flüssige Körper in einen gasförmigen über; er verdampft, und das hierbei erzeugte Produkt nennen wir Dampf. Die Dampfentwicklung ist dann am stärksten, wenn der Siedepunkt der zu verdampfenden Flüssigkeit erreicht ist. Derselbe ist bei den einzelnen Flüssigkeiten verschieden, und sind

in der nachstehenden Tabelle einige Siedepunkte angegeben, bei einem Barometerstände von 760 mm, also bei normaler Spannung in der Atmosphäre. Erklärend sei hier noch bemerkt, daß der Siedepunkt von dem Lustdruck abhängig ist.

Siedepunkt-Tabelle.

Siedepunkt

Stoff

in

Stofs

Siedepunkt

in

Graden 0.

Graden C.

Alkohol

Äther

Benzol

Chlor

Chloroform

Cyan

Kohlensäure

Phosphor

+ 78

4- 35 + 81 — 40

— 18 — 78 +290

Quecksilber

Schwefel

Schweflige Säure

Schwefelkohlenstoff

Stickstoffoxydul

Terpentin

Wasser

Zink

+350 +440 — 10 + 48 — 88 +159 +100 +1040

Je höher der Barometerstand ist, um so höher liegt der Siedepunkt, und kann man deshalb auch durch die Lage des Siedepunktes eventuell die Höhenlage eines Ortes bestimnien, weil mit der Ortshöhe der Siedepunkt fällt, bezw. der Luftdruck geringer wird.

Wenn eine Flüssigkeit in Dampfform übergeht, bindet sie ebenfalls wieder Wärme, und diese wird frei, sobald sich der Danipf kondensiert (verdichtet), d. h., wenn er wieder durch Kondensation aus dem dampfförmigen in den flüssigen Zustand übergeht.

Wird Wasser in geringen Mengen auf eine glühende Eisenplatte gespritzt, so sollte man glauben, es müsse sofort verdampfen; das ist aber nicht der Fall. Es fängt nicht an zu sieben, sondern es ballt sich zu einem runden Tropfen zusammen, und scheint derselbe zunächst kurze Zeit über der Metallfläche zu schweben. Endlich nimmt er eine wirbelnde Bewegung an, ohne daß eine Abnahme seines Volumens zu bemerken ist. Diese Erscheinung findet ihre Erklärung darin, daß die Wassertropfen das glühende Eisen gar nicht berühren, und kann mangels der innigen Berührung zwischen der glühenden Metallfläche und dem Wasser auch gar keine Wärmeaufnahme seitens des Wassers und durch sie seine Verdampfung bewirkt werden. Die wirbelnde Bewegung, welche die Wassertropfen annehmen, ist eine Wirkung der sehr starken Wärmestrahlung der Eisenplatte. Durch sie ist ein ständiges Abstoßen der Wassertropfen bedingt, dem ein ebenso beständiges Zurückfallen der Wassertropfen auf die Eisenfläche folgt. Kühlt sich die Eisenplatte ab, so findet auch sehr bald eine innige Berührung zwischen ihr und dm Wassertropfen statt, und das Wasser verdampft sofort.

Sichtbar wird sie erst in der Form von Dampf bei der Verdampfung, die beim Sieden einer Flüssigkeit rapid eintritt, und nimmt hieran nicht nur die Oberfläche der Flüssigkeit, sondern ihr gesamtes Volumen teil.

Auf denselben Vorgang sind in der Praxis manche Dampfkesselexplosionen zurückgeführt worden. Wenn nämlich der Wasserstand in einem Dampfkessel soweit sinkt, daß ein Teil der vom Feuer berührten Kesselfläche nicht mehr vom Wasser berührt wird, so fangen diese Partien des Kesselmantels alsbald an zu glühen. Wird nun plötzlich frisches, kaltes Wasser zugespeist, so daß dieses das glühende Blech berührt, so wiederholt sich der vorstehend im kleinen geschilderte Vorgang im großen. Das Wasser bleibt einige Zeit im Kessel ohne zu sieden, bis sich die glühende Kesselwand soweit abgekühlt hat, daß sie das Wasser nicht mehr abstößt, sondern von ihm innig berührt wird. Jetzt beginnt aber eine so heftige Dampfentwicklung, daß die Dämpfe nicht schnell genug durch die Sicherheitsventile entweichen können; es entsteht mithin im Kessel ein kolossaler Überdruck, dem die Widerstandskraft der Bleche nicht gewachsen ist, und es erfolgt eine Explosion.

Verdunstung einer Flüssigkeit tritt ein, wenn sich an ihrer Oberfläche nach und nach unter der Einwirkung der Luftwärme Dunst bildet, der sich, infolge seiner spezifischen Leichtigkeit, der Luft mitteilt und in ihr unsichtbar emporsteigt.

Je niedriger der Siedepunkt einer Flüssigkeit liegt, um so schneller verdunstet sie an freier Luft. Äther und Chloroform verdunsten schneller als Alkohol und dieser wieder schneller als Wasser.

Es wird nun bei der Verdunstung ebenfalls Wärme verbraucht, welche der Flüssigkeit und der Luft entzogen wird. Deshalb findet bei schneller Verdunstung eine Temperaturerniedrigung statt, die sehr groß sein kann. Gießt man sich z. B. auf die Handfläche etwas Äther, so hat man durch die schnelle Verdunstung des Äthers ein intensives Kältegefühl. Man kann durch die Verdunstung des Äthers und Ammoniaks sehr hohe Kältegrade erzeugen und benutzt diese Verdunstungskälte zur Erzeugung von künstlichem Eis. (Siehe unter Eismaschinen.)

Wie schon gesagt, werden Flüssigkeiten durch erhöhte Temperatur und verminderten Druck verdampft und gehen dann in den gasförmigen Zustand über. Ebenso ist es möglich durch gesteigerten Druck und verminderte Temperatur alle Gase zu Flüssigkeiten zu verdichten. Andrews weist nach, daß ein erhöhter Druck allein nicht genügend ist, um ein Gas zu verdichten, sondern es hat jedes Gas auch eine bestimmte Temperatur, über die hinaus es durch keinen auch noch so hohen Druck verflüssigt werden kann, und diese Temperatur nennt man die kritische Temperatur der Gase.

il*

Der französische Forscher Pictet hat zuerst Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff verflüssigt. Den Sauerstoff setzte er einem bis auf 560 Atmosphären gesteigertem Drucke aus, und bei einer Temperatur von — 140° C sank das Monometer auf 505 Atmosphären. Beim plötzlichen Aufheben des Druckes

durch Öffnen eines Hahnes entwich sehr heftig ein Strahl flüssiger Sauerstoff. Um Wasserstoff zu verflüssigen steigerte er, bei — 140° C Temperatur, den Druck auf 650 Atmosphären. Bei Aussetzung des Druckes strömte der Wasserstoff als Flüssigkeit von stahlblauer Farbe rapide aus. Im Laufe der letzten 10 Jahre hat sich für die Erzeugung flüssiger Gase eine sehr ansehnliche Industrie entwickelt, die eine große Zukunft hat, und die flüssigen Gase finden so vielseitige Verwendung in der Praxis, daß sie in absehbarer Zeit zu den technischen Bedarfsstoffen zählen dürften.

Verdunstet Wasser im Raume, so nimmt die Luft bei einer bestimmten Temperatur bestimmte Mengen Wasserdunst auf, und sagt man dann, sie sättigt sich mit Wasserdunst bis zu einem bestimmten Grade. Steigt die Temperatur, so können neue Wassermengen verdunstet werden; sinkt sie, so schlägt sich ein Teil des Wasserdunstes als flüssiges Wasser an kälteren Gegenständen, z.B. an den Fensterscheiben, nieder. Dalton hat aus dieser Erscheinung folgendes Gesetz hergeleitet:

„Das Sättigungsvermögen oder die Kapazität eines Raumes ist für beit Dampf irgend einer Flüssigkeit unabhängig von dem Vorhandensein und der Natur eines in demselben Raume vorhandenen Gases."

Es vermag somit ein Raum immer dieselbe Menge Wasserdampf aufzunehmen, gleichviel, ob er luftleer oder mit irgend einem Gase gefüllt ist. Die Zeitdauer der Aufnahme im luftleeren Raume ist etwas kürzer, als dann, wenn er mit Gas oder Luft gefüllt ist. Infolge der ihm eigenen Elastizität übt der Dampf auf die Wände des Gefäßes, das ihn umfängt, einen Druck aus, der mit der Dichtigkeit und Temperatur des Dampfes wächst. Es besteht für jede Temperatur des gesättigten Dampfes ein Spannungsmaximum und jede Flüssigkeit siedet bei der Temperatur, bei welcher die Spannkraft ihres gesättigten Dampfes dem auf der Flüssigkeit lastenden Atmvsphärendrucke gleichkommt. .

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Siedepunkte des Wassers bei verschiedenen Spannungen für Temperaturen unter 100° 6 zu ersehen:

Temperatur j Spannung Grade C |

mm

Temperatur Spannung Grade C

mm

Temperatur Spannung Grade C

mm

— 30

+ 15

— 25

20

— 20

—    15

—    10

25

30

35

40

45

50

X    x    oo^    x    io

(M    r -    CO    r—I    r-T    +Ö    r-T    Cxf    t>»"

H    H    (M    CO    ^    UO    I>    C

+ 60

65

70

75

80

85

90

95

148.8

186.9 233,1

288.5

354.6 433,0 525,4 633,8 760,0

Für Temperaturen über 100° C gilt die folgende Tabelle, in welcher der Atmosphärendruck mit 760 mm pro Atmosphäre angenommen wurde:

Spannung Temperatur Atm.

Grade C

Spannung

Atm.

Temperatur-Grade C

Spannung

Atm.

Temperatur Grade C

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

3,00

100,0

106.4

111.7

116.4

120,6

124.4

127.8

131.8

133.9

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

139.2 144,0

148.3

152.2 155,8

159.2

162.4

165.3 168,2

8,0

8,5

9,0

9,5

10

20

30

40

50

170.8

173.3

175.8

178.1

180.3 213,0

236.2 252,5

265.9

Soll die Siedehitze des Wassers über 100° C erhöht werden, so läßt man es in einem geschlossenen Gefäß weiter sieden. Alsdann können die sich entwickelnden Dämpfe nicht entweichen und üben auf das Wasser einen Druck aus, der es am Weitersieden solange verhindert, bis seine Temperatur dem auf ihm lastenden Atmosphärendrucke entspricht, also bis dahin gestiegen ist. Nach diesem Prinzip sind alle Dampfkessel gebaut, und werden wir in einen speziellen Kapitel uns mit diesem wichtigen Abschnitt des Maschinenbaues noch sehr eingehend beschäftigen.

Über die Eigenschaften der gesättigten Wasserdämpfe gibt Fliegner die umstehend mitgeteilte Tabelle.

Über die spezifische wärme der Aörxer.

Beim Vermischen gleicher Mengen Wasser von gleichen Temperaturen erhält man ein Gemisch von gleicher Temperatur. Sind die Temperaturen verschieden, so erhält das Gemisch    die    mittlere    Temperatur aus beiden    nur

den Liter von 0° ans 35° zu erwärmen.

Be'm Vermischen von Flüssigkeiten verschiedener Art sinkt die Temperatur des Gemisches unter den mittleren Wert herab. Wenn man z. B. Terpentinöl von 60° mit Wasser von 0° 6 Temperatur vermischt, so zeigt das Gemisch eine Temperatur von nur 24° C. Es hat mithin das Terpentinöl 36° 0 abgeben müssen, um das Wasser von 0° auf 24° C zu erwärmen. Umgekehrt würde aber nur 0,4 der Wärmemenge nötig sein, um die gleiche Menge Terpentin von 0" Temperatur auf 24 ° 0 zu erwärmen. Es sind also mit-

Tabelle über die Eigenschaften gesättigter Wasserdämpfe (nach Fliegner).

Dampfspannung p

Verdampfungtzwärme — r

At=kgpro qcm

mm

Queck

silbersäule

Flüssigkeitswärme (Grade (Kalor. Celsius) pro 1 kg)

Tempe

ratur

Innere latente Wärme (Kalor. pro 1kg)

Äußere latente Wärme (Kalor. pro lkg)

Differenz Dickte y der spez- ^Gewicht Volumlna    '

v. Dampf (s) u. Wassers) pro kg in cbm Dampf 11=s — a in kg

eines

Kubik

meter

0,1    73,55

0,2    147,10

0,3    220,65

0,4    294,20

0,5    367,76

0,6    441,31

0,7    514,86

0,8    588,41

0,9    661,96

1,0    735,51

1.1    809,06

1.2    882,61

1.3    956,16

1.4    1029,7

1.5    1103,3

1.6    1176,8

1.7    1250,4

1.8    1323,9

1.9    1397,5 1471,0

2.5    1838,8

3    2206,5

3.5    2574,3 2942,0

4.5    3309,8

5    3677,6

5.5    4045,3

6    4413,0

6.5    4780,8

7    5148,6

7.5    5516,3

8    5884,1

8.5    6251,8

6619.6

9.5    6987,4

10    7355,1

10.5    7722,9

8090.6

11.5    8458,4

12    8826,1

12.5    9193,9

13    9561,6

13.5    9929,4

14    10297,1

15    11032,7

11

0,0672 0,1293 0,1894 . 0,2482 0,3061

0,3634

0,4201

0,4763

0,5322

0,5878

0,6425

0,6972

0,7516

0,8058

0,8598

0,9135

0,9671

1,0204

1,0738

1,1265

1,3892

1,6487

1,9055

2,1600

2,4127

2,6636

2,9130

3,1610

3,4078

3,6535

3,8979

4,1416

4,3842

4,6258

4,8668

5,1073

5,3463

5,5850

5,8232

6,0606

6,2975

6,5335

6,7692

7,0044

7,4732

45,58

59,76

68,74

75.47 80,90

85.48 89,47 93,00

96,19 99,09

101.76

104,24 106,55 108,72

110.76

112,70

114,54

116,29

117.97

119,57

126,73

132,80

138,10

142.82 147,09

150,99

154,59

157.94 161,08 164,03

166.82 169,46

171.98

174,38 176,68

178,89

181,01

183,05

185,03

186.94

188,78

190,57

192,31

194,00

197,24

45,65

59,89

68,93

75,71

81,19

85,82

89,84

93,43

96,64

99,58

102,28 104,79 107,14

109,34

111,42

113,38

115,25

117,03

118.84 120,37

127,66

133.85 139,27

144,10

148.48

152.48

156,18

159,63

162.85

165,89

168,76

171.49 174,09

176.58

178,96

181,24

183,44

185,56

187,61

189.59

191,51

193,38

195,18

196,94

200,32

539,63

528,35

521,18

515,81

511,48

507,83

504,66

501,85

499,34

497,05

494,90

492,93

491.10

489.38

487.76

486,22

484.76

483.38

481,96 480,78

475.11

470,30

466.11

462.38 459,00

455,92

453,07

450.42

447,95

445.62

443,41

441.32

439.33

437.43

435.62

433,87

432,19

430,58

429,02

427,51

426,05

424.63 423,25 421,92

419,35

35,12

36,49

37.36 38,00

38,51

38.93 39,29

39,59 39,86

40.10

40.36

40.57

40,76

40.94

41.11

41,27

41,42

41,56

41,69

41,82

42,38

42,85

43,24

43.58 43,88

44,16

44,40

44,63

44,83

45,02

45,20

45,37

45,53

45,67

45.81

45,95

46,07

46,19

46,31

46,42

46,52

46,62

46,72

46.81 46,99

14,8914

7,7364

5,2808

4,0289

3,2666

2,7520

2,3806

2,0994

1,8789

1,7012

1,5565

1,4343

1,3304

1,2410

1,1631

1,0947

1,0311

0,9800

0,9313

0,8877

0,7198

0,6066

0,5248

0,4630

0,4145

0,3754

0,3433

0,3164

0,2934

0,2737

0,2565

0,2415

0,2281

0,2162

0,2055

0,1958

0,1870

0,1791

0,1717

0,1650

0,1588

0,1531

0,1477

0,1428

0,1338

hin ungleiche Wärmemengen erforderlich, um gleiche Gewichtsmengen verschiedenartiger Flüssigkeiten um die gleiche Anzahl Grade zu erwärmen.

Will man also die Temperatur von 1 kg Wasser um 1⁰ C erhöhen, so muß demselben eine ganz bestimmte Wärmemenge zugeführt werden. Diese Wärmemenge nennt man Wärmeeinheit oder Kalorie. Mit Hilfe der Wärmeeinheit kann man alle einem Körper entzogenen oder zugeführten erzeugten oder verbrauchten Wärmemengen auch ihrer Quantität nach miteinander vergleichen.

Will man also die Temperatur von p kg Wasser von 0⁰ auf 1⁰ C erhöhen, so braucht man p X * Wärmeeinheiten, wenn man mit t die Temperatur in Graden C bezeichnet. Im entgegengesetzten Falle muß dem Wasser die gleiche Wärmemenge entzogen werden, um seine Temperatur um 1⁰ C zu erniedrigen.

Man versteht nun unter spezifischer Wärme oder Wärme-Kapazität eines Körpers die Zahl der Wärmeeinheiten oder Kalorien, die nötig sind, um die Temperatur dieses Körpers um 1° 6 zu erhöhen. Zur Bestimmung des Wertes der spezifischen Wärme fester und flüssiger Körper bedient man sich verschiedener Methoden. Sie geschieht entweder durch Mischung, durch Beobachtungen bei der Eisschmelzung und den Erkaltungsgeschwindigkeiten. Wir können diese Methoden in ihrer Anwendung unerörtert lassen, und genügen die wissenschaftlich festgelegten Werte der spezifischen Wärme, die in der nachstehenden Tabelle für verschiedene Körper angegeben sind.

Tabelle über die spezifischen Wärmemengen einiger Körper.

Stoff

Spezifische

Wärme

Stoff

Spezifische

Wärme

er

Alkohol

Aluminium

Antimon

Atm. Luft

Blei

Chlor

Eis

Eisen

Gold

Jod

Kobalt

Kohlensäure

Kupfer

Magnesium

0,700

0,566

0,214

0,051

0,257

0,031

0,121

0,505

0,114

0,032

0,054

0,107

0,202

0,095

0,250

Messing

Nickel

Platin

Quecksilber

Sauerstoff

Schwefel

Schwefelwasserstoff

Silber

Stickstoff

Terpentinöl

Wasserdampf

Wasserstoff

Wismut

Zink

Zinn

0,094

0,111

0,032

0,033

0,217

0,203

0,243

0,057

0,243

0,453

0,475

0,409

0,031

0,095

0,056

Die Verbreitung d er Wärme erfolgt durch Leitung oder Strahlung. Durch Leitung wird die Wärme im Innern der Körper verbreitet oder auch bei unmittelbarer Berührung zweier Körper, weil sie sich alsdann von jedem Teilchen des einen Körpers zum benachbarten Teilchen des anderen Körpers fortpflanzt.

Die Wärmeverbreitung durch Strahlung kann auf beliebig große Entfernungen hin erfolgen, ohne daß ein Stoff vorhanden ist, der die Fortpflanzung vermittelt. Das beste Beispiel für diese Tatsache finden wir in der Sonne, deren Wärmestrahlung auf 20 Millionen Meilen Entfernung durch den luftleeren Weltenraum hindurch die Erde mit Wärme und Licht versorgt.

Die Leitungsfähigkeit der Körper ist sehr verschieden. In manchen Körpern geht die Wärmeverbreitung sehr schnell und leicht vor sich, während ihr andere wieder einen starken Widerstand leisten. Diesem Vermögen entsprechend hat man zwischen guten und schlechten Wärmeleitern zu unterscheiden. Man kann z. B. ein Stück brennendes Papier oder Holz lange in der Hand halten, ohne durch die fortgeleitete Wärme belästigt zu werden, während es ganz unmöglich ist, einen an einem Ende glühenden kurzen Eisenstab auch nur mit den Fingern zu berühren, ohne sich zu verbrennen. Schon aus diesem Beispiel geht hervor, daß Holz und Papier weniger gute Wärmeleiter sind wie Eisen. Von allen Körpern sind die Metalle die besten Wärmeleiter, während Stoffe wie Asche, Kieselgur, Holz, Seide, Tierhaare usw. zu den schlechten Wärmeleitern gerechnet werden.

Die Kenntnis der guten und schlechten Wärmeleiter ist für die Praxis ebenso wichtig wie nötig. Wenn man z. B. die Wärme einer Wärmequelle zusammenhalten oder fortleiten soll, so muß die Wärmequelle und die Leitung außen gegen Wärmeverluste geschützt werden, weil die sie umgebende Luft immer das Bestreben hat, ihnen Wärme zu entziehen, denn die Gefäße sind kälter als die sie umgebende Luft. Man schützt deshalb die Gefäße und die Leitungsteile (Röhren) durch einen Überzug aus schlechten Wärmeleitern (Kuhhaare mit Lehm vermengt, Filz, Korkplatten, Kieselgur-Jnfusorit usw.) und erzielt damit gute Resultate.

Umgekehrt wird man Apparqte, in denen Flüssigkeiten verdampft oder gekocht werden sollen, aus möglichst dünnem Metallblech herstellen, welches von den Feuergasen bestrichen tvird und ihnen die durch die Verbrennung der Kohle bezw. des Brennstoffes frei gewordene Wärme entzieht, um sie möglichst direkt dem zu erhitzenden Stoffe zuzuführen.

Es ist ferner von Wichtigkeit zu wissen, daß, namentlich bei Kochern und Kesseln, die Leitungsfähigkcit der Bleche mit der Zeit geringer wird, wenn diese nicht möglichst metallisch rein auf ihren Innen- und Außenflächen bleiben. Da das Wasser, welches bei allen Koch- und Verdampfungsprozessen die wesentlichste Rolle spielt, stets mehr oder weniger starke Mengen kohlensauren-schwefel-sauren Kalk und Magnesia gelöst enthält, so bildet sich auf den Innenflächen der Gefäße, soweit sie vom Feuer berührt werden, sehr bald ein Niederschlag

aus diesen Mineralien, welcher oft sehr fest am Blech hastet und als ein schlechter Wärmeleiter zu bezeichnen ist. Dieser Kessel- oder Wasserstein wird sich um so stärker absetzen, je mehr Kalk und Magnesia im Wasser enthalten sind. Je 'dicker aber die Kesselsteinschicht auf den Gefäßwänden wird, um so geringer wird ihre Wärmeabgabe und um so mehr Kohlen müssen verbrannt werden, um den gewünschten Verdampfungsefsekt zu erzielen. Man sagt dann, der Kessel muß forziert werden, aber, wie sich ans dem Gesagten von selbst ergibt, ist dies technisch ein unverzeihlicher Fehler, bemt die erste Pflicht des Konstrukteurs ist, am Rohmaterial zu sparen und zwar vor allen Dingen dann, wenn eine unnütze Verschwendung eines Rohmateriales — in diesem Falle des Brennstoffes — nicht nötig ist, wenn man, wie das in großen Betrieben allgemein üblich ist, dem Wasser den Kesselstein auf chemischen Wege entzieht, bevor es in die Gefäße zur Verdampfung kommt.

Aber auch die Außenflächen der vom Feuer bestrichenen Gefäßwände bleiben nicht auf die Dauer rein. Infolge der meist geradezu jämmerlich schlechten Feuerungsanlagen, welche die Kohle kaum mit 60—70°/, ausnutzen, hat man mit einer sehr unvollkommenen qualmenden Feuerung zu rechnen. Der Rauch verdichtet sich an den kühleren Gefäßwänden zu Ruß und schlägt sich auf ihnen nieder. Er ist aber auch wieder ein schlechter Wärmeleiter und die Folge davon ist, daß auch ans den Außenflächen das Wärmeleitungsvermögen der Bleche durch eine unrationelle Feuerung geschivächt wird.

Man verwendet zur Herstellung der Kocher und Kessel Eisen- oder Kupferblech, weil diese beiden Metalle zunächst preiswert sind und die größte Durchlaßfähigkeit für Wärme (Wärmeemissionsvermögen) haben. Wir werden bei Besprechung der Dampfkesselanlagen noch Gelegenheit haben, näher auf diese Dinge einzugehen, und möchten hier nur noch kurz das Verhalten der metallischen Körper gegenüber der Wärme skizzieren.

Bringt man einen Metallstab mit einer Wärmequelle in Berührung, so erwärmt er sich nach und nach immer mehr, doch steigt die Temperatur an dem von der Wärmequelle abgekehrten Stabende nie so hoch, wie an dem anderen Ende, welches die Wärmequelle berührt. Bleibt der Stab über eine gewisse Zeit hinaus mit der Wärmequelle in Berührung, so findet schließlich keine Wärmeaufnahme mehr statt. Es tritt gewissermaßen ein Beharrungszustand ein, bei welchem die Temperatur im Stabe mit der Entfernung von der Wärmequelle immer geringer wird.

In Flüssigkeiten pflanzt sich die Wärme durch Strömungen fort. Diese entstehen dadurch, daß die wärmeren Flüssigkeitsteilchen infolge ihrer größeren spezifischen Leichtigkeit nach oben steigen, während die spezifisch schweren kalten Teilchen zu Boden sinken. Da aber die Flüssigkeiten im allgemeinen schlechte Wärmeleiter sind, so nehmen sie die Wärme auch schwer in sich auf.

Die Gase sind ebenfalls schlechte Wärmeleiter und je mehr Luft ein Körper enthält, um so schlechter wird er die Wärme leiten. Das ist, wie schon gesagt, bei allen Tierhaaren und Pflanzenfasern der Fall. Wenn wir von unseren Kleidern sagen „sie sind warm", so ist das eine Verkennung der Tatsachen, denn sie lassen nur die Wärme des von ihnen bedeckten Körpers nicht nach außen durch, infolge ihres schlechten Wärmeleitungsvermögens. Sie halten den Körper wohl warm, sind es aber nicht selbst.

Die Fortpflanzung der Wärme vollzieht sich ähnlich wie die des Lichtes und geht wie dieses auch durch gewisse Körper hindurch. Die Sonnenstrahlen durchdringen die oberen, sehr kalten Luftschichten, ohne sie zu erwärmen, während die Oberfläche der Erde durch sie ihre Wärme erhält und aufnimmt. Der Glaszylinder einer brennenden Lampe, der geheizte Zimmmerofen strahlen eine intensive Wärme aus, die nicht durch die Luft im Raume fortgepflanzt worden sein kann, denn bringen wir zwischen uns und die Wärmequelle einen Schirm, so verschwindet die Wärmestrahlungsempfindung fast sofort. Wäre die Luft die die Wärme fortpflanzende Materie, so könnte diese Erscheinung nicht eintreten, weil dann immer eine gewisse Zeit vergehen müßte, ehe die Hitzestrahlung, die wir fühlen, aufhört. Gerade das plötzliche Aufhören der Empfindung beweist, daß die Luft an der Fortpflanzung der Wärme nicht beteiligt ist, obgleich sie durch diese selbst in eine gewisse Bewegung kommt. (Zittern der Luft über heißen Platten usw.)

Die Fortpflanzung der Wärme, ausgehend von heißen Körpern, erfolgt durch Strahlung nach allen Seiten hin, und sie geht durch die Luft hindurch, wie die Lichtstrahlen durch alle durchsichtigen — transparenten Körper. (Glas, Wasser, Krystall, Glimmer, Gelatine usw.)

Das Untersuchen der Gesetze, nach denen die Wärmestrahlung vor sich geht, ist mit dem Thermomultiplikator von Nobili und Melloni möglich. Dieser Apparat ist sehr empfindlich. Er besteht aus einer würfelförmigen, elektro-thermischen Säule (siehe Elektrotechnik) und einem Galvanometer, dessen Drahtenden mit den Polen der Säule verbunden sind. Um die Würmestrahlen vollständig aufnehmen zu können, sind zwei Gegenflächen der thermo-elektrischen Säule, in denen sich die Lötstellen befinden, mit Ruß geschwärzt. Die Wärmestrahlen werden durch einen Trichter gesammelt, welcher auf die Fassung der Säule gesteckt wird. Haben nun beide Seiten der Säule gleiche Temperaturen, so zeigt die Nadel des Galvanometers auf Null. Findet aber nur die geringste Temperaturdifferenz statt, so schlägt die Galvanometernadel sofort aus und zeigt durch diese Bewegung die Temperaturdifferenz und ihre Höhe an.

Auch das Verhalten der Körper in bezug auf ihr Wärmestrahlungsvermögen ist sehr ungleich und hängt stets von der Beschaffenheit der Körperflächen ab. Die Oberfläche dichter Körper strahlt unter sonst gleichen Umständen im allgemeinen weniger Wärme aus als die weniger dichte Fläche anderer Körper. Dunkle und rauhe Körper strahlen in der Regel mehr Wärme aus als helle und glatte. Ritze in Metallflächen erhöhen ihr Wärmeausstrahlungsvermögen, und besitzen Körper, welche die Wärme am leichtesten ausstrahlen, das größte Absorptionsvermögen.

Das Strahlungsvermögen ein und desselben Metalles ist abhängig von seiner Dichtigkeit, und strahlt z. B. eine gegossene Metallplatte mehr Hitze aus als eine gewalzte.

Absorption der Wärmestrahlen stndet bei jedem Körper mehr oder weniger statt, doch ist das Absorptionsvermögen nicht bei allen Körpern gleich groß, denn sie haben auch nicht alle ein großes Ausstrahlungsvermögen, weil eine Oberfläche, die leicht Wärmestrahlen aussendet, umgekehrt auch das Vermögen haben muß, diese Strahlen aufzunehmen.

Die Wärmestrahlen, welche ein Körper aufnimmt, erhöhen seine Temperatur und erwärmen ihn mithin. Will man nun einem Körper besonders viel Wärme zuführen, ihn stark erhitzen, so wird seine Oberfläche mit einem Stoff überzogen, der ein großes Absorptionsvermögen besitzt, und diese Eigenschaft hat am stärksten der Ruß.

Eine weitere Eigentümlichkeit der Wärmestrahlen, die sie mit den Lichtstrahlen gemein haben, ist ihr Reflexionsvermögen; sie werden also von Körpern, auf die sie treffen, reflektiert — zurückgeworfen und zwar genau in der gleichen Weise und nach denselben Gesetzen wie die Lichtstrahlen. Das Reflexionsvermögen wächst mit der Abnahme der Wärmeaufnahmefähigkeit der Körper. Die Summe der absorbierten und reflektierten Wärmestrahlen muß der Gesamtheit der auftreffenden Strahlen gleich sein, wenn der Körper für Wärmcstrahlen undurchlässig ist. Reflektiert also ein Körper gar keine Wärmestrahlen, so muß er sie alle absorbieren — aufnehmen.

Wie bei den Lichtstrahlen ist auch bei den Wärmestrahlen der Reflexionswinkel, unter dem sie zurückgeworfen werden, gleich dem Einfallwinkel, unter dem sie auf den Körper treffen. Man kann dies durch Versuche mit dem Hohlspiegel nachweisen und findet dabei, daß der Brennpunkt der Wärmestrahlen mit dem der Lichtstrahlen genau zusammenfällt. Die Lichtstrahlen werden von einer polierten Oberfläche eines Körpers nach allen Seiten hin unregelmäßig zerstreut, und finden wir die gleiche unregelmäßige Zerstreuung (Diffusion) bei den Wärmestrahlen, wenn sie auf polierte Flächen gelenkt und von diesen reflektiert werden.

Die Wärmedurchlaßfähigkeit der Körper ist dadurch nachzuweisen, daß man einen brennbaren Körper mittels Brennglas in bekannter Weise entzündet, indem man den Brennpunkt der Sonnenstrahlen auf den Brennstoff fallen läßt. Dies würde nicht möglich sein, wenn mit den Lichtstrahlen nicht auch gleichzeitig die Wärmestrahlen die Linse durchdrängen und sie ebenfalls im Brennpunkte mit sammelte.

Undurchsichtige Körper, welche die Licht- und Wärmestrahlen nicht durchlassen, also zurückwerfen, nicht absorbieren, nennt man atherman, zum Unterschied von denen, die sich den Wärmestrahlen gegenüber wie durchsichtige Körper verhalten, die man diatherman nennt. Von den letzteren und gasförmigen Körpern ist vor allen Dingen die Luft zu nennen, doch gibt es auch viele feste und flüssige Körper, die diatherman, also Wärmestrahlen durchlassend,

sind. Der Grund, warum sie diese Strahlen durchlassen, ist verschieden. Die Metalle sind gegen    Wärmestrahlen    ebenso    undurchlässig,    wie    gegen

die Lichtstrahlen, während Steinsalz und Glimmer Licht- und -Wärmestrahlen ebenso leicht durchlassen, wie Glas.

Aus diesen Beispielen geht hervor, daß zwischen den Gesetzen über die Fortpflanzung des Lichtes und der Wärme vollständige Übereinstimmung herrscht. Beide Strahlen    pflanzen sich    auch in    gerader Linie    fort.    Die

Intensität der Wärmestrahlen nimmt ebenso, wie die der Lichtstrahlen im umgekehrten Verhältnis des Quadrates von der Wärmequelle ab. Sie können wie die Lichtstrahlen reflektiert, gesammelt und gebrochen werden, und ihre verschiedenen Arten unterscheiden sich durch den verschiedenen Grad der Brauchbarkeit, ebenfalls wie die Lichtstrahlen.

Die Wärmequellen. Die stärkste, größte und auch billigste Wärmequelle ist. die Sonne, und die von ihr ausgehende Wärme ist der Quell alles Lebens auf unserer Erde.    Ohne Wärme    ist keine    Schöpfung möglich,    denn

Tiere und Pflanzen werden und vergehen    durch ihre Kraft.

Der Kreislauf der Wasser vom Quell zum Fluß, vom Fluß zum Meer und aus ihm empor in die Luft als Wasserdunst und wieder zurück zur Quelle als Rege» wird durch die Sonnenwärme aufrecht erhalten. Sie erzeugt die Winde und scheidet die Stoffe, wenn sie durch Tod und Verwesung zur Mutter Erde zurückkehren, um durch die Wärme von neuem an dem Kreislauf der Schöpfung in anderer Gestalt teilzunehmen. Nichts ist vergänglich, und nur die Hülle, die Form des Körpers unterliegt dem Wechsel, den die schaffende Kraft der Sonnenwärme bewirkt.

Nur in geringem Maße wird den Sonnenstrahlen auf ihrem Wege durch das Luftmeer Wärme entzogen, denn sie treffen mit dem größten Teil der durch den Weltenraum mitgebrachten Wärme auf der Erdoberfläche auf, während die Atmosphäre, tvelche die Erde umgibt, durch Rückstrahlung der von der Erde absorbierten Sonnenwärme erwärmt wird. Den Beweis dafür, daß dies wirklich der Fall ist, finden wir darin, daß im Hochsommer die Luft direkt über dem flachen Erdboden im Tal und Flachland heiß und drückend erscheint, ivährend sie auf den Höhen der Berge immer kühler wird, je höher man steigt. Würden die Sonnenstrahlen die Luft direkt erhitzen, dann müßte das Gegenteil der Fall sein. So wird aber alle Wärme, die zur Erde kommt, lange durch den schlecht wärmeleitenden Luftgürtel, der die Erde umgibt, festgehalten, und sie kann ihre nutzbringende Arbeit Tag und Nacht verrichten.

Eine andere, unsichtbare Wärmequelle bilden die chemischen Prozesse und namentlich der Verbrennungsprozeß, dem auch die tierische Wärme ihre Entstehung verdankt. Freilich sind auch die Verbrennungsprozesse in gewissem Sinne der Sonnenwärme zuzuschreiben, denn die Brennstoffe (Holz, Kohle) sind auch erst unter dem Einfluß der Sonnenwärme entstanden, und ist es vollkommen berechtigt, wenn man sagt, daß die Kohle nichts anders ist als seit Jahrtausenden aufgespeicherte Sonnenwärme — Energie, die durch

Wasserstosfgas Sumpfgas .

die Verbrennung als Wärme frei wird, zu neuer Arbeit im Dienste der fort-geschrittenen Kultur und zum Wohle der Menschen.

Man hat die bei der Verbrennung verschiedener Körper entwickelte Wärmemenge nach Wärmeeinheiten oder Kalorien gemessen, und nach Andrew werden bei vollkommener Verbrennung je eines Kilogramms der folgenden Stosse die in der Aufstellung angegebenen Wärmeeinheiten frei:

38808 Wärmeeinheiten 13108 7678 6850 5747 2431 2307 3054 5150

Kohle . . .

Alkohol . . ,

Phosphor . ,

Kohlenoxydgas Schwefel. .

Wassergas .

Leuchtgas . ,

Aus dem absoluten Heizeffekt oder der Verbrennungswärme läßt sich die Verbrennungstemperatur oder der pyrometrische Heizeffekt berechnen, wenn man die entwickelte Wärmemenge durch die den Verbrennungsprodukten zukommende Wärmemenge dividiert. (Nach Maßgabe ihrer Wärmekapazität auf 1° C.)

Bezeichnet man nun mit und t₂ die Anfangs- und Endtemperaturen, mit Cj, c₂, c₃ die Gewichtsmengen der entstandenen Verbrennungsprodukte, einschließlich solcher, welche an dem chemischen Vorgang der Verbrennung unbeteiligt sind, mit Wv W₂, W₃ . . . die spezifischen Wärmen der Verbrennungsprodukte, mit Ex den in den zur Verbrennung gelangenden Körpern vor der Untersuchung vorhandenen Energieinhalt, während E₂ den Energieinhalt der nach der Umsetzung vorhandenen Körper bezeichnet, so hat man für die Endtemperatur die Formel:

E, — E₂

t₂

W, X c ₂ -j- VV ₂ X c ₂ -J- W ₃ X c Bei gewissen Vorgängen, z. B. bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff zu Kohlensäure, wird E₂ — 0. Verbrennt aber z. B. Wasserstoff für sich allein oder in Verbindung mit gasförmigem Wasser, so behält letzteres einen gewissen Energieinhalt, die sogenannte Verdampfungswärme zurück, welche ebenfalls nicht außer Betracht gelassen werden darf.

Die Wärmemessnng bei metallurgischen Prozessen erfolgt mittels Pyrometer. Metall- undGraphit-Pyrometer(Feuermesser) sind auf das ungleiche Ausdehnungsvermögen der Metalle und sonstiger fester Körper durch die Wärme begründet, und finden namentlich die Graphitpyrometer vielfach Anwendung.

Dasselbe besteht in der Hauptsache aus einem Graphitstab, der in das untere Ende eines Eintauchrohres aus Messing, Kupfer, Eisen oder Stahl eingeschlossen ist, und richtet sich die Länge des Eintauchrohres nach der Höhe der zu messenden Temperatur. Die Ausdehnung des Graphitstabes ist praktisch

nicht meßbar, so daß nur die Ausdehnung des ihn umgebenden Metallrohres zur Wirkung kommt. Diese wird durch entsprechende Übersetzungen auf ein in der Kapsel eingeschlossenes Zeigerwerk übertragen, an dem die Temperatur abgelesen werden kann, und zwar gilt es für Temperaturen von 0 bis 1000° C. Wenn der Apparat richtig zeigen soll, muß das Tauchrohr stets mit seiner ganze» Länge in die Wärmequelle eingeführt werden, und ist es deshalb angebracht, das Pyrometer mit einem Schutzrohr aus Eisen zu umhüllen, damit das Tauchrohr vor dem Ausglühen und Verbiegen geschützt ist.

Zur Messung von Temperaturen über 1000° bedient man sich der elektrischen Pyrometer und Kalorimeter. Sehr oft aber werden auch die Schmelz- oder Segerkegel zu dem gleichen Zwecke verwendet.

Letztere genügen in vielen Fällen, um die annähernde Temperaturin einer Wärmequelle zu bestinimen. Dieselben werden im Chem. Laboratorium der Tonindustrie zu Berlin hergestellt und haben die Gestalt einer abgestumpften dreiseitigen Pyramide von 60 mm Höhe. An der Art der Formveränderung des Kegels erkennt man die Höhe der erreichten Temperatur, und aus der nachfolgenden Tabelle sind die Nummern der Segerkegel und ihre Abstufung in Graden 6 zu ersehen, bei welcher der Kegel schmilzt.

Nr. der Seger-Kegel

Temperatur ca. Grade C

Nr. der Temperatur Seger-Kegel ca. Grade C

Nr. der Seger-Kegel

Temperatur ca. Grade C

022

590

01

1130

21

1550

021

620

1150

22

1570

020

650

1170

23

1590

019

680

1190

24

1610

018

710

1210

25

1630

017

740

1230

26

1650

016

770

1250

27

1670

015

800

1270

28

1690

014

830

1290

29

1710

013

860

1310

30

1730

012

890

10

1330

31

1750

011

920

11

1350

32

1770

010

950

12

1370

33

1790

09

970

13

1390

34

1810

08

990

14

1410

35

1830

07

1010

15

1430

36

1850

06

1030

16

1450

37

1880

05

1050

17

1470

38

1910

04

1070

18

1490

39

1940

03

1090

19

1510

Es ist bei der Arbeit mit Segerkegeln nötig, diese gegen Stichflammen Zu schützen, und geschieht dies am einfachsten, indem man sie mit Schamottesteinen umstellt. Sobald sie schmelzen, neigen die Kegel gewöhnlich nach einer Seite hin. Man klebt sie mit etwas feuchtem Ton auf der Schamotteunterlage auf, damit sie nicht umfallen, und muß durch ein Schauloch, dem gegenüber sie in den zu messenden Brennraum gestellt werden, den Gang ihrer Schmelzung beobachten. Sie gelten als geschmolzen, sobald die sich umbiegende Spitze die Oberfläche ihrer Schamotteunterlage berührt. Biegt sich die Spitze nur schwach oder verzieht sich der Kegel in seiner Form, so gilt er nicht als geschmolzen.

Es kann aber auch vorkommen, daß mau eine hohe Temperatur messen möchte und hat nicht gleich ein Pyrometer oder einen passenden Segerkegel zur Hand. Alsdann hilft man sich in folgender Weise:

Man bringt z. B., um die Temperaturen der abgehenden Rauchgase einer Feuerung zu messen, in den Fuchskanal einen Schamottestein, in dessen Oberfläche drei kleine Vertiefungen eingeschabt sind. In diese legt man der Reihe nach ein kleines Stückchen Zinn, Blei und Zink. Nimmt man nun den Stein nach Verlauf einer Betriebsperiode (10 Stunden) heraus, so sieht man an dem geschmolzenen Metall, welche höchste Temperatur in dem Fuchs tvährend der Betriebsperiode geherrscht hat. Ist nur das Zinn und Blei geschmolzen, so kann man annehmen, daß die Temperatur der Rauchgase mindestens so hoch war, wie die Schmelztemperatur des Bleies, vielleicht sogar noch hoher, aber niedriger als die Schmelztemperatur des Zinks, welches uu-veräudert geblieben ist. Im Mittel würde dann die gemessene Temperatur betragen, da Blei bei 326", Zink aber bei 412° C schmilzt:

326 + 412

Mitteltemperatur

= 369° C.

In der folgenden Aufstellung geben wir einige Wärmemengen, die in Stoffen enthalten sind, welche bei metallurgischen Prozessen entstehen, bezw. gebraucht werden:

Es enthält

Strengflüssige Hochofenschlacke beim Austritt aus dem

Ofen....................

Leichtflüssige Hochofenschlacke desgleichen......

Mangan-und Eisensilikate aus dem Martinofen brauchen

zum Schmelzen...............

Bi- und Trisilikatschlacke beim Kupferschmelzen schmilzt

450    W.-E.

400—450    „

410—415

bei

. 405—410

Mehrbasische Bisilikatschlacke braucht zum Schmelzen

enthält aber beim Austritt aus dem Ofen.....

Eisenfrisch- und Bleiofenschlacke bedarf zum Schmelzen

mit über 30 ®/₀ Si 0₂.....

ohne Fe 0 und unter 30°/, Si 0

355

380—400

. 320—330 . 275—300

Freiberger Bleischlacke aus Pilzschen Ofen braucht

W.-E.

CO co

IO co

Schmelzwärme................

Eisenhaltige Kupolofenschlacke enthält. ......

415—420    „

230-240    ..

275—280 • „

Weißes Glas braucht, um geblasen zu werden. ....

Kupferstein braucht zum Schmelzen.........

„ enthält beim Verlassen des Ofens.....

240

Bleisteine brauchen zum Schmelzen.........

373

Kalksteine beim Brennen zum Austreiben der Kohlensäure

283

Ziegel brauchen zum Brennen...........

Wir können das Kapitel der Wärmelehre nicht zum Abschluß bringen, ohne des Mannes zu gedenken, der als Begründer der mechanischen Wärme-theorie anzusehen ist und dem sein Forschen zum Wohle und Segen aller Kulturvölker mit    schnödem Undank, Mißgunst und Neid seitens    einer    Ge

lehrtenkaste gelohnt wurde, die zu beschränkt war, um dem weit und scharf denkenden Geiste des Heilbronner Arztes I. Robert Mayer zu folgen, weil seine neue Theorie ihren als hohe Weisheit aufgebauschten veralteten Krempel über den Haufen    warf und sie — gelinde gesagt —    blamierte.    Bis    ins

Irrenhaus haben    sie den verdienstvollen Mann gehetzt,    und es gereicht    dem

später so großen    Helmholtz nicht zum Ruhme, daß er    an dieser    sinn-    und

skrupellosen Hetze gegen Robert Mayer teilgenommen hat, wenn er auch später bemüht war, diese Scharte in seinein Ruhmesschild dadurch auszuwetzen, daß er der endlich auch von ihm als richtig erkannten Mayerschen Theorie zu ihrer wissenschaftlichen Anerkennung und weiteren Entwicklung verhalf. Es zeigte sich auch hier der Autoritätendünkel, der Kapazitätenmumpitz. — Weil R. Mayer ein simpler Arzt und kein attestierter Professor der höheren Physik und Mechanik war, durfte er in solchen Fragen nicht als maßgebend anerkannt werden, und doch war es gerade seine Wissenschaft als Arzt, die ihn durch die Beobachtung der Wandlung der Farbe des Veneublutes auf die Gesetze brachte, mit denen er das mechanische Äquivalent der Wärmeeinheit begründet hat.

Er machte die Entdeckung in seiner Eigenschaft als Schiffsarzt auf einer Reise nach Java und fand, daß unter dem Einfluß des tropischen Klimas bei Aderlässen das Venenblut eine dem Arterienblut ähnliche hellere Färbung zeigte. Venenblut ist das verbrauchte Blut, welches in den Lungen durch die Ausscheidung der Kohlensäure und Aufnahme des Sauerstoffes aus der eingeatmeten Luft gereinigt (desoxydiert) und hierdurch wieder zu Artcrienblut wird, welches in unserem Klima Heller als das Venenblut gefärbt erscheint.

Er erblickte in dieser Erscheinung den Beweis dafür, daß im Körper infolge des heißen Klimas ein geringeres Bedürfnis für die organische Wärmeerzeugung vorliege und daß sich infolgedessen das Blut weniger desoxydiere als in den kälteren Klimaten, wo das Wärmebedürfnis des Körpers ein viel größeres ist und mithin von ihm auch mehr Wärme erzeugt werden muß. Diese Schlußfolgerung führte ihn zu der Theorie, daß nicht nur die tierische

Wärme, sondern auch die von dem Organismus hervorgebrachte Bewegung und Arbeit auf Kosten der Wärmeerzeugung erfolge. Er hatte sich die Aufgabe gestellt, die feststehenden Beziehungen zwischen Arbeit und Wärme — das ist das mechanische Wärmeäquivalent — zu bestimmen, und löste sie durch die Berechnung der Wärmemenge, welche durch Gaskompression erzeugt wird.

Man hatte diesen Grundsatz wohl schon früher geahnt als Mayer, aber er war es, der ihn zuerst aussprach und seine Richtigkeit nachwies, indem er feststellte, daß nicht nur der Materie, sondern auch der lebendigen Kraft in ihren verschiedenen Formen, als da sind die Bewegung, Wärme, Licht und Elektrizität, die Eigenschaft quantitativer Unzerstörbarkeit eigen ist. Auf dieser Erkenntnis beruht das Gesetz „von der Erhaltung der Kraft", auf das wir in dem Abschnitt über Motoren noch zurückkommen werden.

Wir wollen den Begriff des mechanischen Wärmeäquivalentes an Hand eines Beispieles erklären:

Wenn man Wärme zur Erzeugung mechanischer Arbeit verwendet, so würde durch Verbrauch einer Wärmeeinheit ein Gewicht von 423,55 kg 1 m hoch gehoben werden können, wenn es möglich wäre, alle durch Verbrennung der Kohlen erzeugte Wärme ohne Verlust auszunutzen. Diese Zahl nennt man das mechanische Äquivalent der Wärmeeinheit.

Ist A die Arbeit in mkg und W die ihr entsprechende Wärmemenge in Wärmeeinheiten WE, so gibt:

W = -4t X A oder A= 434 X W. 424

Arbeit und Wärme sind im Werte gleich, deshalb kann die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, also Energie zu erzeugen, nicht verloren gehen, es bleibt also die Kraft, die Energie erhalten. Es sind mithin die Verluste an mechanischer Arbeit durch Reibung usw. keine Verluste an Energie, weil sich auch die bei der Reibung geleistete Arbeit wieder in Wärme umsetzt und zwar in einer Menge, die der durch die Reibung geleisteten Arbeit völlig gleichwertig ist.

Wird also in der Mechanik Arbeit verbraucht ohne einen Gewinn oder Verlust ihr entsprechender lebendiger Kraft, wie dies z. B. Beim Zusammenstoß unelastischer Körper der Fall ist, so wird dabei eine dein Arbeitsverbrauch entsprechende Menge Wärme erzeugt. Uingekehrt wird aber auch durch den Verbrauch von Wärme Arbeit geleistet.

Bei der Dampfmaschine z. B. ist die durch die Verbrennung der Kohle unter dem Kessel erzeugte Wärme die Arbeitsguelle. Stellt man sich nun vor, wieviel von dieser erzeugten Wärme durch die Kesselzüge, das Kesselmauerwerk, durch den Kessel selbst, durch die Rohrleitungen usw. auf dem Wege von der Feuerung bis in den Dampfzylinder verloren geht, so hat man einen ungefähren Begriff davon, welche Arbeit mit der in der Kohle enthaltenen Energie geleistet werden könnte, wenn es gelänge, sie direkt in Arbeit umzusetzen, ganz abgesehen davon, daß allein zirka 25 °/₀ der verbrannten Kohle unver-brannt als Rauch und Gas in die Luft entweichen, weil es noch immer keine Feuerungen gibt, die unserer vorgeschrittenen Technik auch wirtschaftlich entsprechen und die Kohle wirklich verbrennen.

Jeder Maschinenbauer soll es sich gesagt sein lassen, daß es sehr nötig ist, die einmal zu Arbeitszwecken erzeugte Wärme zusammenzuhalten, gut auszunutzen und sich in jeder Hinsicht gegen Wärmeverluste zu schützen.

Wir lassen hier noch einige Tabellen folgen, die für die Praxis Bedeutung haben und öfter gebraucht werden.

Tabelle zur Vergleichung der Pyrometergrade nach Wedgewood, der Thermometergrade nach Celsius und der Glnhfarbe» des Eisens.

Glühfarben des Eisens

Pyrometergrade nach Wedgewood

Thermometergrade nach Celsius

0°W

575

Im Dunkeln rotglühend

650

720

792

Dunkelrot

Dunkelkirschrot

865

940

1010

1082

1155

1230

10

1300

11

1372

12

1445

13

1518

Kirschrot Hellkirschrot Dunkelorange Helles Glühen Hellorange Weißglühend Starkes Weißglühen Schweißhitze Blendend weiß

14

1590

Tabelle über den Bedarf an Luft bezw. Sauerstoff — (0) bei Verbrennung

verschiedener Brennstoffe.

1 kg erfordert 1 cbm erfordert

— (SO

cbm

kg

cbm

Luft | O || Luft | 0 Luft 0

Kohlenstoff. . , . . 111,50 Kohlenoxyd . .

Wasserstoff. . .

Methan CH₄ . .

2,46

34,42 .    17,24

Äthylen C₂H₄ ...    14,78

2,67

8,89

0,57

7,98

4,00

3,43

1,90

26,60

13,33

11,43

^ O 00 05 o

IO

i—i cT icT cxf cxT

CO

CO

cxT

co

Ol

GO CO CO LO

oT cd

l>- o

oo co cxf rjT

o o

CD O c\f CO

Tabelle über die absoluten (I) und pyrometrischen Heizeffette verschiedener Brennstoffe (nach Stühlen).

Auf ein Gewichtsteil

i.

II.

Wärmeeinheiten

Grade Celsius

Wasserstoff (zu Wassergas verbrannt) „ Wassergas in Sauerstoff Kohlenstoff (zu Kohlensäure). . . . „ (zu Kohlenoxyd)....

28780

8080

2400

2650

6650

2720

1430

Koks . ........

Holz (mit 20 °/₀ Wasser- .

„ (bei 120° getrocknet) Holzkohle.......

6860

2400

2750

3600

7750

1900

2500

2100

Steinkohle

6600

2590

7700

2680

3600

2190

Braunkohle ...........

Methan (zu Kohlensäure und Wassergas)

Acetylens „

Kohlenoxyd (zu Kohlensäure) . . .

Wassergas...........

Für Leuchtgas ist der absolute Heizeffekt mit 5240 W.-E. anzunehmen.

)

)

5350

2450

11996

11186

2425

2750

2442

3040

4198

2860

u

m

Viertes Kapitel.

Die ElektchiMslehre.

Die vielgestaltige Anwendung der Elektrizität im modernen Maschinenbau macht es nötig, daß jeder Maschinenbauer mindestens die Grundbegriffe der Elektrotechnik im allgemeinen und der Elektrizitätslehre im besonderen kennt. Es ist heute fast kein Großbetrieb ohne die Benutzung elektrischer Kraft denkbar, und bei dem osten Übergreifen des Maschinenbaues in das Gebiet der Elektrotechnik und umgekehrt, bei dem osten Kombinieren beider, erscheint es mir erforderlich, daß in einem Werk über die Praxis des modernen Maschinenbaues dieses Kapitel nicht fehlen darf. Wenn ich mich darin auch nur auf das Allernötigste beschränken muß, denn erschöpfend kann man auf so kleinem Raume diese umfangreiche Materie nicht behandeln, so hoffe ich doch, daß das Wenige, was ich nachstehend über die Elektrizität mitteile, genügt, um den Leser über ihre Nutzanwendung im modernen Kulturleben zu unterrichten.

Wir alle glauben zu wissen, was man unter Elektrizität zu verstehen hat, denn sie tritt uns als Naturkraft in der Natur ungebunden in ihrer ganzen Majestät beim Niedergang der Gewitter entgegen. Sie ist überall auf und in der Erde vorhanden, und doch ist es uns nicht möglich, sie direkt aus der Natur zu schöpfen und zur Arbeitsleistung heranzuziehen. Wir sind sogar nur imstande, sie erst mit Hilfe anderer Naturkräfte zu erzeugen, indem wir die genial erdachten Maschinen (Dynamos), die zu ihrer Erzeugung dienen, mit Wind-, Wasser- oder Dampfkraft antreiben. Beim Antrieb mit Wind- und Wasserkraft, die beide nichts kosten als die Anschaffung der entsprechenden Motoren, ist das nicht schlimm, aber sobald Dampfkraft für die Erzeugung von Elektrizität in Frage kommt, stellt sich deren Erzeugung infolge des starken Verbrauchs der teuren Kohlen ebenfalls sehr teuer, aber immerhin bietet der elektrische Strom Vorteile, die seine hohen Erzeugungskosten wieder ausgleichen.

Die zunächstliegende Frage, die der Leser stellen wird, lautet wohl: „Was ist Elektrizität?" Er wird erstaunt sein, wenn die Anwort auf diese Frage mit Sicherheit nicht zu geben ist, denn das Wesen der Elektrizität ist auch für die Wissenschaft noch ein ungelöstes Rätsel. Während man ihre

Wechselbeziehungen zum Magnetismus und zur Wärme genau kennt, ist sie uns ihrem Wesen nach noch so gut wie unbekannt. Sie bleibt für uns die Ursache gewisser Erscheinungen, die man an geriebenen Körpern wahrnimmt und die mutniaßlich auf eine Bewegung des Äthers zurückzuführen ist, welcher den Weltenrauin und alle in ihm vorhandenen Körper und Wesen erfüllt und durchdringt.

In der Physik versteht man unter Äther eine undenkbar feine elastische Substanz, welche, wie schon gesagt, nicht nur den Weltenraum als Weltäther, sondern auch die Räume zwischen den sogenannten Molekülen, den kleinsten Teilen aller Körper, ausfüllt. Das Vorhandensein des Äthers geht daraus hervor, daß ohne ihn eine Übertragung des Sonnenlichtes und der Sonnenwärme durch den unendlichen Weltenraum nicht denkbar wäre, denn Licht- und Wärmestrahlen bedürfen eines Mittels, um fortgepflanzt zu werden. Wie wir bereits wissen, geschieht die Fortpflanzung der Licht- und Wärmestrahlen in wellenförmiger Bewegung, also besteht die Fortpflanzung des Lichtes im Weltenraum in einer Wellenbewegung des Äthers (Lichtäthers). Man glaubt nun auch das Wesen der Elektrizität aus Bewegungen des Äthers und aus der Wechselwirkung desselben mit den materiellen Körperteilchen erklären zu können. Wir können hier diese spitzfindigen Schlußfolgerungen beiseite lassen; uns genügt die Tatsache, daß die Elektrizität vorhanden ist, und wollen wir uns in ihre Eigenschaften und Wirkungserscheinungen vertiefen, auf die es bei der Elektrotechnik zumeist ankommt.

Alle anderen Naturerscheinungen können wir mit Hilfe unserer Sinne wahrnehmen, die Elektrizität nicht; sie muß sich erst in andere Erscheinungsformen umsetzen, um für die menschlichen Sinne wahrnehmbar zu werden. Es würde zu weit führen, hier noch einen geschichtlichen Überblick der elektrischen Forschung zu geben, und wollen wir nach dieser kurzen Einleitung gleich zur Elektrizitütslehre selbst übergehen.

Reibungs-Llektryität.

Reibung erzeugt Wärme, sie erzeugt aber auch Elektrizität, wenn gewisse Stoffe aufeinander gerieben werden. Reibt man eine Siegellackstange oder einen schwarzen Federhalter aus Hartgummi mit einem wollenen Lappen und hält den geriebenen Stab über kleine abgerissene Löschpapierstücke, so werden dieselben heftig von der Stange angezogen und fallen nach kurzer Zeit wieder von ihr ab. Die Stäbchen sind durch das Reiben elektrisch geworden, und die erzeugte Elektrizität ist Reibungselektrizität.

Da sich nun beim Reiben verschiedener Körper miteinander auch zwei in ihren Wirkungserscheinungen verschiedene Elektrizitätsarten unterscheiden lassen, so hat man zwischen

zu unterscheiden.

positiver oder Plus-Elektrizität (-j-) und negativer oder Minus-Elektrizität (—)

Positive Elektrizität wird erzeugt durch Reiben von Glas oder Metallen mit Wolle oder Tierfellen.

Negative Elektrizität entsteht durch Reiben von Bernstein, Harz oder Hartgummi mit Tierfellen.

Der Kürze halber bezeichnet mau beide Elektrizitätsarten mit Plus-(-s-) oder Minus-(—Mektrizität.

Wenn man nun die Eigenschaften dieser beiden Elektrizitätsarten und ihr Verhalten zueinander durch Experimente nachprüfen, dem Auge sichtbar machen will, so braucht man hierzu nur eine Siegellackstange, einen Glasstab, einen Wollappen und eine tut rechten Winkel (tote ein Galgen) umgebogene Glasröhre oder deren zwei, die man in einen Korken steckt und diesen in den Hals einer leeren Flasche praktiziert. An das wagerechte Ende des gebogenen Glasröhrchens    wird ein    an    einem Seidenfaden hängendes Kügelchen    aus

Hollundermark    befestigt,    und    das elektrische Pendel ist fertig. Reibt    man

nun die beiden    Stäbchen    mit    dem Wollappen und berührt mit ihnen je    eins

der Hollundermarkkügelchen, so werden sie sofort stark angezogen, bleiben eine zeitlang an der geriebenen Stange hängen und fallen dann wieder ab. Nähert man nun die beiden Holundermarkkügelchen einander, und hat man vorher das eine mit der geriebenen Glasstange, das andere mit der geriebenen Siegel-lackftange berührt, so ziehen sie sich gegenseitig an. Berührt man aber beide Kügelchen mit    einer der    beiden geriebenen Stangen und nähert dann    ein

Pendelchen dem anderen, so stoßen sich die Kugeln gegenseitig heftig ab.

Trotz seiner Einfachheit ist dieser kleine Versuch äußerst lehrreich, denn er zeigt uns die Nutzanwendung eines elektrischen Fundamentalgesetzes. Zunächst sehen wir, daß die Kugeln durch die Berührung mit den geriebenen Stäben selbst elektrisch geworden sind. Die Elektrizität hat sich also durch Berührung von den Stäben auf die Kugeln übertragen, und aus dem eigentümlichen Verhalten der mit Elektrizität geladenen Kugeln gegeneinander sehen wir iticht nur, daß wirklich zwei verschiedene Arten von Elektrizität auf den Kugeln und Stangen vorhanden sind, sondern wir erkennen auch, wie sich diese beiden Elektrizitätsarten zueinander verhalten. Sie lehren uns das Gesetz der Polarität, welches lautet:

Gleichartige elektrische Körper stoßen sich gegenseitig ab, und ungleichartige elektrische Körper ziehen sich gegenseitig an.

Anscheinend ist bei dem Reiben der Stäbchen mit dem Wollappen nur eine Elektrizitätsart, positive oder negative, erzeugt worden; in Wahrheit werden aber in jedem Falle der Elektrizitätserzeugung beide, also positive und negative Elektrizität, erzeugt. Während sich aber die eine Elektrizitätsart beim Reiben auf dem Stäbchen sammelt, ist die andere durch die das Reibzeug führende Hand zur Erde abgesiossen, also nicht mehr nachweisbar. Wenn man das

Reibzeug von der Hand isoliert, indem man es in eine weite Glasröhre steckt und dann in dieser die Reibung des Stäbchens ausführt, so erhält man auch die andere Elektrizitätsart int Reibzeug nachweisbar angesammelt. Dieser Vorgang läßt sich bei jeder Elektrizitätserzengung nachweisen, und ans ihm resultiert wieder der folgende, sehr wichtige Lehrsatz:

„Es treten bei jeder Elektrizitätserzeugung stets beide Elektrizitätsarten gleichzeitig auf, und ist dann stets in dem einen der hierzu verwendeten Stoffe positive, in dem anderen negative Elektrizität vorhanden."

Die Eigenschaft der gegenseitigen Anziehung und Abstoßung finden wir and) bei den Magneten, uni) geht schon hieraus hervor, daß zwischen diesen beiden Naturkräften Wechselbeziehungen bestehen, die die Vermutung nahelegen, daß jedenfalls beide ihre Entstehung ein und derselben Ursache verdanken.

Außer durch die Anziehung und Abstoßung gibt sich die Elektrizität auck) noch in anderer Weise zu erkennen, wenn sie auf einem Körper vorhanden ist.

• Sind beispielsweise zwei Körper mit verschiedenartiger Elektrizität sehr stark geladen und man nähert sie beide gegenseitig, so springt ein Funken über mit schwach knisterndem Geräusch, und ist diese Entladung and) mit einem leichten Ozongeruch verbunden, ähnlich dem, den schweflige Säure verbreitet; man kann also auch durch den Geruch das Vorhandensein von Elektrizität in gewissen Fällen nachweisen.

Da man nicht durch Reiben jeden beliebigen Stoffes Elektrizität erzeugen kann, sondern hierzu ganz bestimmte Stoffe wählen muß, so geht hieraus hervor, daß sowohl Erzeugung wie Übertragung der Elektrizität von einem Körper auf den anderen an bestimmte Stoffe gebunden ist, die mehr oder weniger für Elektrizität empfänglid) sind, und hat man dementsprechend zwischen guten und schlechten Leitern zu unterscheiden.

Gute Leiter nennt man alle Stoffe, die Elektrizität gut aufnehmen und bei denen sich die auf sie übertragene Elektrizität sofort über die ganze Oberfläd)e des Körpers verteilt.

Halbleiter oder Leiter zweiter Klasse nennt man Stoffe, die ein gewisses Schwanken in der Leitungsfähigkeit zeigen und erst unter gewissen Umständen (z. B. durch Erwärmung) zu guten Leitern werden. So leitet z. B. Selen nur bei Belichtung Elektrizität, während es int Dunkeln für elektrische Einflüsse unempfänglich ist. Magnesium leitet Elektrizität in kaltem Zustande nicht und wird erst durch Erhitzung ein guter Leiter.

Schlechte Leiter nennt man Stoffe, die nur langsam oder garnicht Elektrizität fortleiten oder aufnehmen. Sie sind aber als Isolatoren für die Elektrotechnik sehr wichtig, denn sie werden gebraucht, um das Abfließen der Elektrizität zur Erde, die ein guter Leiter ist, da zu verhindern, wo sie in Apparaten und Maschinen nutzbringende Arbeit verrichten soll. Man isoliert also eine Leitung oder einen Apparat dadnrd) gegen den Einfluß

der Erdelektrizität, daß man zwischen sie und den Apparat isolierende, Elektrizität nicht leitende Stoffe bringt.

Gute Leiter für Elektrizität sind z. B. alle Metalle, Kohle, Salzlösungen, Säuren, Wasser, Gase usw.

Halbleiter sind z. B. Selen, Magnesium, Schwefel, trockenes Holz, Marmor, Stroh, Alkohol, Äther. Schlechte Leiter oder Isolatoren sind Glas, Porzellan, Ebonit, Haare, Wolle, Seide, Glimmer, Edelsteine, Harze usw.

Wir haben bei dem Experiment mit den elektrischen Pendeln gesehen, daß sich die beiden Elektrizitätsarten scheiden, indem im reibenden und geriebenen Stoss je eine Elektrizitätsart vorhanden ist. Diese Scheidung ist von den Stoffen abhängig, je nachdem diese mehr für positive oder negative Elektrizität empfänglich sind.

Es ist nun in vielen Fällen wertvoll, zu wissen, wie sich bei der Zusammenstellung der Leiter die Elektrizität gestaltet, d. h. ob sie positiv oder-negativ wird. Das ist aus der sogenannten Spannungsreihe zu ersehen und zwar in der Weise, daß bei Benutzung zweier Stoffe aus der folgenden Reihe der voranstehende Körper stets positiv, der nachstehende stets negativ elektrisch wird.

Katzenfell

Lack

Metalle

Flanell

Elfenbein

Federkiele

Bergkristall

Flintglas

Baumwolle

Leinewand

Weiße Seide

Kautschuk

Siegellack

Schwefel

Guttapercha

Elektrisches Papier

Kollodium

Die reinen Bietalle unter sich zeigen ebenfalls ein verschiedenes elektrisches Verhalten. Bei den Legierungen tritt hierin eine Veränderung ein, die sich nach dem Legierungsverhältnis richtet, und kann man infolgedessen durch richtige Kombination der zu legierenden Metalle Legierungen von bestimmten Leitungsvermögen bezw. Widerstand Herstellen.

Die Spannungsreihe der Metalle hat folgende Ordnung:

Aluminium

Blei

Zink

Kadmium

Eisen

Zinn

Kupfer

Wismut

Antimon

Silber

Platin

Quecksilber

Gold

Palladium

Um festzustellen, ob sich ein Körper in elektrischem Zustande befindet, bedient man sich desElektroskoPssFig. 109). Es ist dies ein auf isoliertem Fuß stehender Glasbehälter von Kugelform mit Flaschenhals, in dem straff schließend ein Kork sitzt. Durch den Kork wird ein lufl dicht in ihm sitzender Messingstab eingeführt, an dessen äußerem Ende eine kleine Metallkugel aufgelötet oder -geschraubt ist, während an dem Ende in der Flasche zwei nach dem unteren Ende spitz zulaufende gleichlange und gleichbreite Blattgoldstreifchen befestigt werden. Nähert man nun einen elektrisch geladenen Körper der Messingkugel, so fliegen die sonst senkrecht herabhängenden Blattgoldstreifchen mit mehr oder weniger großer Vehemenz auseinander, je nachdem viel oder wenig Elektrizität auf dem geprüften Körper vorhanden ist, und an der Größe des Winkelausschlags der beiden Blattgoldstreifen hat man ein Maß für die auf dem Körper vorhandene elektrische Spannung.

Die Erklärung dieser Erscheinung liegt darin, daß durch die Berührung der Kugel mit dem zu prüfenden Körper die beiden Blattgoldstreifen mit gleichartiger Elektrizität geladen werden und sich gegenseitig abstoßen müssen.

Auch bei diesem Experiment nehmen wir wieder wahr, daß die Elektrizität gleichsam verfliegt und auf ihre nächste Umgebung gewisse Kräfte ausübt, die sich int Anziehen und Abstoßen geeigneter Körper äußern. Diese Wirkungszone, also den Raum, der einen elektrisch geladenen Körper umgibt, nennt man sein elektrisches Feld. Dasselbe ist räumlich unbeschränkt und reicht so weit, als die Kraft des elektrischen Körpers wirkt. Mit der räumlichen Entfernung von dem elektrischen Körper nehmen auch die Kräfte im elektrischen Felde ab. Sie sind am stärksten in seiner direkten Umgebung, und das Gesetz über die Wirkung der Kräfte im elektrischen Feld lautet:

„Die von einem elektrischen Körper ausgehende, auf frei bewegliche Körper wirkende Kraft nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab."

Es liegt nun die Frage nahe, ob sich die Elektrizität auf den Körpern nur auf der Oberfläche verteilt, oder ob sie auch in den Körper selbst eindringt bezw. vorhanden ist. Durch entsprechende Versuche ist nun der Nachweis erbracht worden, daß sie tatsächlich nur auf der Oberfläche der Körper auftritt, in ihrem Innern aber nicht vorhanden ist. Es sind also im Innern

der Körper Kräfte vorhanden, welche bewirken, daß sich die Elektrizität ganz gleichmäßig auf seiner Oberfläche verteilt.

Die Elektrizität verteilt sich bei der Berührung zweier elektrischer Körper auf ihnen nach dem Verhältnis ihrer Oberflächen. Ist z. B. die eine von zwei sich berührenden elektrischen Kugeln doppelt so groß als die andere, so wird dieselbe auch die doppelte Elektrizitätsmenge von der Ladung aufweisen. Die Stärke der Ladung hat auf das Verteilungsverhältnis keinen Einfluß, und kann man das Gesetz über die Verteilung der Elektrizität auf den Körpern ausdrücken, indem man sagt:

„Unabhängig von der Stärke der Ladung verteilt sich die Elektrizität auf zwei Körpern im allgemeinen nach dem Verhältnis der Größe ihrer Oberflächen."

Die Stärke der elektrischen Ladungen wird mit dem Elektrometer gemessen. Es ist dies in seiner einfachsten Gestalt nichts anderes als ein Gold-blatt-Elektroskvp, bei dem die Goldblättchen so angeordnet sind, daß sie sich beim Ausschlag auf einer entsprechend eingeteilten Skala bewegen und mit ihren spitzen Enden die Stärke der Ladung ablesbar anzeigen.

Der größte leitende Körper für Elektrizität ist unsere Erde selbst, und muß man deshalb alle zur Leitung von Elektrizität dienenden Teile sehr sorgfältig gegen Ableitung der Elektrizität zur Erde schützen — isolieren, wenn man nicht große Verluste an elektrischem Strom haben will.

Wenn nun die Elektrizität auf den Oberflächen der Körper vorhanden ist und die Ladung stark oder schwach sein kann, so muß also auch die Elektrizitätsschicht auf den Oberflächen stärker oder schwächer sein, und kann man ihre Dichte sehr wohl messen. Man spricht in diesem Sinne von Dichtigkeit der Elektrizität auf einem Leiter, und je größer die elektrische Dichte ist, um so größer ist auch das Bestreben der Elektrizität, sich noch weiter auszudehnen. Dieses Bestreben nennt der Elektrotechniker elektrische Spannung. Sie ist direkt abhängig von der Dichte, aber nur möglich auf gut isolierten Leitern.

Wird nun die Ladung eines Körpers immer weiter gesteigert, dann kann sie so hohe Kraft annehmen, daß sie unter Durchbrechung der ebenfalls isolierend wirkenden Luftschicht auf andere gut leitende Körper in der Nähe überspringt, wobei sich ein elektrischer Funke bildet. Dies ist aber nur dann möglich, wenn auf einem Leiter sehr hohe Spannung vorhanden ist und ein Nichtleiter (in diesem Falle also die Luft) zwei leitende Körper voneinander trennt. Welche gewaltige Wirkungen solche elektrische Entladungen ausüben können, das sehen wir oft genug bei jedem Gewitter, bei dem die Wolken und die Erde als Leiter durch den Nichtleiter — Luft — voneinander getrennt sind, während der Blitz als riesenhafter elektrischer Funke den Spannungsausgleich beschließt, der zwischen der Wolke und der Erde stattfindet.

Wie oben gesagt, verteilt sich die Elektrizität durchaus gleichmäßig auf der Körperoberfläche, und kann man das mit dem Elektrometer nachweisen, das z. B. an den verschiedensten Stellen einer mit Elektrizität geladenen Kugeloberfläche stets denselben Ausschlag zeigt. Mithin ist die Dichte der Elektrizität auf einer Kugeloberfläche in allen Punkten gleich.

Untersucht man eine Metallscheibe darauf hin, wie sich auf ihrer Oberfläche die elektrische Dichte verteilt, so findet man, daß sie in der Mitte am schwächsten ist und nach dem Rande hin zunimmt, so daß sie also an der Kante am stärksten ist. Man findet überhaupt, daß die Elektrizität auf den leitenden Körpern immer an den hervorragenden Kanten die größte Dichte hat. Als hervorragende Kanten gelten auch die gekrümmten Begrenzungsflächen der Körper und wird aus dieser Tatsache die Regel:

„Die Dichte der Elektrizität ist auf einem leitenden Körper dort am größten, wo seine Oberfläche am stärksten gekrümmt erscheint."

Am stärksten ist aber die Krümmung auf den Oberflächen der Körper an allen Spitzen und Ecken, und müssen mithin diese im elektrisch geladenen Zustande die größte Dichte zeigen. Das ist auch tatsächlich der Fall, und kommt dies in der elektrischen Spitzenwirkung zum Ausdruck. Die Ansammlung der Elektrizität auf den Spitzen ist so stark, daß sie hier durch die mit der Dichte auch wachsende Spannung die Oberfläche des Körpers verläßt und ausströmt. Diese elektrische Spitzenwirkung kann unter Umständen so stark werden, daß sie mit der Hand fühlbar ist und wie eine leise Luftströmung wahrgenommen wird, weshalb man diese Erscheinung auch als elektrischer Wind bezeichnet.

Spannung nimmt die Elektrizität nur da an, wo sich der Ableitung der Elektrizität ein Widerstand bietet, also dort, wo ein Leiter mit einem Nichtleiter zusammentrifft, und sie wird da am größten werden, wo die besten Leiter mit den besten Isolatoren zusammentreffen.

Auf allen leitenden Körpern sind stets beide Elektrizitätsarten vorhanden. Die Körper erscheinen uns aber erst dann elektrisch, wenn eine der beiden Elektrizitätsarten im Uberschuß darauf vorhanden ist. Solange dies nicht der Fall ist, halten sich beide Elektrizitätsarten einander das Gleichgewicht, und erscheinen die Leiter in diesem normalen Zustande als unelektrisch. Die bloße Annäherung eines geladenen Körpers führt die Trennung der beiden Elektrizitälsarten sofort herbei, und nennt man diesen Vorgang elektrische Influenz. Es influenziert mithin ein geladener Körper auf einem leitenden unelektrischen „Jnfluenzelektrizität". Diese hat stets denselben Wert wie die, welche der elektrisierte Körper aufweist, und beide haben dieselbe Dichte.

Man unterscheidet hierbei zwei Arten Elektrizität und nennt Jnfluenzelektrizität erster Art diejenige, welche sich direkt dem genäherten Körper gegenüber ansammelt. Jnfluenzelektrizität zweiter Art ist diejenige, welche sich auf der anderen Seite, also möglichst entfernt von dem genäherten geladenen Körper, ansammelt.

In bezug auf die Jnfluenzerscheinungen ist noch zu bemerken, daß mau diejenige Stelle des durch Influenz elektrisierten Leiters, an welcher keine Elektrizität nachweisbar ist, die Jndifferenzzone nennt. Sie liegt bei langgestreckten Leitern genau in der Mitte. Ferner verteilt sich die Influenz-elektrizität erster Art auf eine kleine Oberfläche und ist dichter als diejenige zweiter Art. Die Dichte beider Elektrizitäten ist aber abhängig von der Stärke der Ladung des inflnenzierenden Leiters.

Größere Mengen Reibungselektrizität erzeugt man mit Elektrisiermaschinen und zwar schon seitsehr langer Zeit. Die älteste, die wir kennen, stammt von Otto von Guericke, dem gelehrten Bürgermeister von Magdeburg, dem Erfinder der bekannten Magdeburger Halbkugeln, die, luftleer gemacht, von an beiden Seiten angespannten Pferden nicht auseinandergezogen werden konnten.

Die Elektrisiermaschinen dienen nur Experimentierzwecken und sind wohl den meisten Lesern aus der Schulzeit her schon bekannt. Man benutzt sie, um größere Mengen Elektrizität zu erzeugen und die Entladungserscheinungen den Schülern vorführen zu können. In der Tat sind die Wirkungen der Entladungen sehr interessant und wichtig, weshalb wir auch bei ihnen kurz verweilen müssen.

Sie können nämlich physiologisch, mechanisch, thermisch, optisch, chemisch, magnetisch und elektrisch sein.

Physiologische Wirkungen sind solche, die wir durch unsere fünf Sinne wahrnehmen können. Nähert man einer stark geladenen Leydener Flasche den Entlader, so sieht man einen Funken überspringen, hört dabei ein knisterndes Geräusch und bemerkt einen phosphorartigen Geruch. Läßt man von einem geladenen Leiter Elektrizität auf die Zunge überströmen, so bemerkt man einen säuerlichen, laugenartigen Geschmack, und das stechende Gefühl, welches wir beim Berühren einer geladenen Batterie oder Elementes empfinden, hat wohl jeder schon einmal selbst gefühlt. Man kann also mit jedem der fünf Sinne die Entladungswirkungen wahrnehmen.

Die mechanischen Wirkungen bestehen darin, daß mit Hilfe der Spitzenwirkung leicht bewegliche Gegenstände bewegt werden, und auch der elektrische Funke kann mechanische Wirkungen äußern, indem er z. B. beim Überspringen auf einen anderen Leiter einen dazwischen gehaltenen schlechten Leiter (Papier oder Karton) einfach durchschlägt. Diese Wirkungen kommen mehr in Spielereien zur Anwendung und sind als Experimente interessant, haben aber sonst keinen positiven Wert.

Die thermischen oder Wärmewirkungen der elektrischen Entladungen sind bedeutungsvoller und zeigen sich darin, daß z. B. ein ganz dünner Metalldraht, welcher einer starken Entladung ausgesetzt wird, infolge des großen Widerstandes, den er dem Durchgang des elektrischen Stromes entgegenstellt, zu glühen beginnt und endlich schmilzt. Auch die unter Kurzschluß bekannte Erscheinung ist eine thermische Wirkung der Elektrizität. Praktische

Anwendung findet die Wärmewirkung der elektrischen Entladung bei der elektrischen Zündung der Minen und Sprengschüsse in Bergwerken und Steinbrüchen usw.

Die optischen Wirkungen der elektrischen Entladungen zeigen sich dem Auge am großartigsten im Blitz beim Gewitter und int Nordlicht, einer noch nicht ganz erklärten elektro-magnetischen Lichterscheinung, die in der Nähe der Erdpole oft beobachtet wird.

Der elektrische Funke erscheint beim Überspringen an der Elektrisiermaschine als feine, unruhige blaue Lichtlinie und beim Niedergang eines Gewitters zeigt sich der Blitz in gleicher Gestalt, aber die Zickzacklinie, in welcher er in der Regel dargestellt wird, entspricht nicht der Wirklichkeit, denn man hat durch die Aufnahme von Blitzphotographien erkannt, daß die Hauptader des Funkenweges eine Menge feiner Verästelungen zeigt, deren Menge von der guten oder schlechten Leitungsfähigkeit der zwischen den beiden Leitern befindlichen Luft abhängt, zwischen denen die Entladung stattfindet. Daß das Gewitter nichts weiter ist, als eine Ausgleichserscheinung der atmosphärischen Elektrizität ist bekannt. Sie tritt ein, sobald das Gleichgewicht des elektrischen Zustandes in der Atmosphäre dadurch gestört wird, daß in den Wolken einerseits und auf der Erde andrerseits so starke elektrische Spannungen entstehen, daß ein Ausgleich durch Entladung stattfinden muß.

Die chemischen Wirkungen der elektrischen Entladungen äußern sich in verschiedener Weise, und die schon erwähnte Bildung von Ozon beim Niedergang eines Gewitters ist auch eine solche chemische Wirkungserscheinung der elektrischen Entladungen. Sie zersetzt die Luft und auch das Wasser in die Grundstoffe Sauerstoff und Wasserstoff, Stickstoff und Kohlensäure, und ist wohl anzunehmen, daß das Ozon beim Gewitter dadurch entsteht, daß der Blitz das Regenwasser bei seinem Durchgang durch die Luft in Sauerstoff und

Der Ausgleich braucht nicht immer zwischen den Wolken und der Erde stattzufinden; er findet auch zwischen den Wolken statt, und kann man durch Beobachtung feststellen, daß die Blitze von oben nach unten, von unten nach oben und von einer Wolke zur anderen ihren Weg nehmen, je nachdem die Spannung auf der Erde oder in den Wolken überwiegt. Auch bei Gewitter und in der Nähe niedergehender Blitze bemerkt man sehr deutlich einen starken Ozongeruch, und ist der Ozongehalt der Luft nach einem Gewitter besonders stark. Ozon ist aber chemisch nichts weiter als eine Modifikation des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs, der bekanntlich nächst dem Wasser unser wichtigstes Lebenselement bildet. Mithin fällt dem Gewitter im Haushalt der Natur die sehr wichtige Aufgabe zu, die Atmosphäre zu reinigen und das durch die Ausstrahlungen der Erde an Kohlensäure und anderen schädlichen Stoffen gestörte Gleichgewicht der Luftzusammensetzung wieder herzustellen. Es hat eben jedes Ding zwei Seiten, und erst in den Nebenwirkungen und Folgeerscheinungen zeigt sich uns oft erst der tiefe Sinn, der unserer ganzen Schöpfung zugrunde liegt.

Wasserstoff zersetzt, sodaß eine Bereicherung der Luft mit frischem Sauerstoff aus dem Regenwasser stattfindet. Andererseits findet aber auch noch eine Modifikation des Sauerstoffs der Luft statt, denn das Ozon besteht aus 3 Atomen Sauerstoff, während der gewöhnliche Sauerstoff nur aus 2 Atomen besteht. Es hat also eine Verdichtung des Gases durch die Elektrizität stattgefunden.

Die magnetischen Wirkungen der elektrischen Entladungen sind insofern schon erwähnt worden, als wir bei Erwähnung des Nordlichts sagten, daß diese Erscheinung in der Nähe der magnetischen Erdpole am stärksten und häufigsten auftritt. Sie beeinflussen aber auch die Magnetnadel des Schiffskompasses und lenken sie aus ihrer normalen Nord-Süd-Stellung ab. Daß Stahlstäbchen, die man einer elektrischen Entladung aussetzt, magnetisch werden, ist ebenfalls eine längst bekannte Tatsache, und auch diese Erscheinungen weisen wieder auf die Wechselbeziehungen hin, die zwischen Elektrizität und Magnetismus bestehen.

Die elektrischen Wirkungen der Entladungsströme sind für die Elektrotechnik besonders wichtig und werden später noch eingehender behandelt. Wir können uns deshalb hier sehr kurz fassen und sagen, daß in benachbarten Leitern, mit denen die elektrisch geladenen nicht verbunden sind, Ströme entstehen — induziert werden, die man Jnduktionsströme nennt. Sie entstehen im elektrischen Rückschlag und in der Seitenentladung und sind beide als eine Folge der Jnfluenzwirkuug anzusehen.

2.

Berührungselektrisität oder Galvanisinns.

Die Kontakt- oder Berührungselektrizität spielt im modernen Verkehre und Industrie eine wichtige Rolle. Sie wurde bei ihrer Entdeckung nicht gleich als das erkannt, was sie ist, und der Italiener Galvani betrachtete die geheimnisvollen Zuckungen eines Froschschenkels bei der Berührung mit Kupfer und Eisen mehr mit den Augen des Arztes, denn als solcher lehrte er (1789) an der Universität zu Bologna, als mit denen des Physikers. Er erkannte dem Wesen nach den Galvanismus, der seinen Namen führt, nicht richtig, denn er schloß aus den Zuckungen der Muskeln auf eine in den Nerven vorhandene Flüssigkeit, die in Verbindung mit den berührenden Metallen ein Zusammenziehen und Strecken der Muskeln verursachte. Erst dem berühmten Professor und Physiker Alexander Volta zu Pavia war es vorbehalten, die wahre Ursache dieses geheimnisvollen Vorganges zu ergründen.

Er fand heraus, daß das Gelingen des Galvanischen Versuches nur von der Anwendung zweier verschiedener Metalle, in Verbindung mit den feuchten Nerven und Muskeln des Froschschenkels, möglich wurde. Auf diese Beobachtung hin stellte Volta den Lehrsatz auf:

„Bei der Berührung zweier Metalle wird Elektrizität erzeugt, die in nichts von der durch Reibung erzeugten verschieden ist."

si

Durch den sogenannten Voltaschen Fundamentalversuch wird die Richtigkeit dieses Lehrsatzes bewiesen. Er bestand nach Fig. 109 darin, daß je eine 100 — 150 mm im Durchmesser habende Kupfer- und Zinkscheibe an isolierenden Glas- oder Harzhandgriffen befestigt waren. Man legte die Scheiben wiederholt aufeinander und berührte jedesmal, z. B. die Kupferscheibe, mit der einen Scheibe eines Kondensators, während auf die andere der Finger gehalten wurde. Nach Abheben der oberen Kondensatorplatte schlagen die Blättchen des Goldblatt-Elektroskops, auf dessen Metallstift die eine Platte befestigt ist, im Winkel aus, wie Figur 109 zeigt.

Es hatte sich also durch die Berührung der beiden Metallplatten Elektrizität gebildet, und zeigte hierbei Kupfer negative, Zink positive Elektrizität.

Fig. 109.

Der Ausschlag der Goldblättchen im Elektro-skop wechselt mit der Art der hierbei benutzten Metalle, bleibt aber bei Benutzung bestimmter ungleichartiger Metalle immer derselbe. Mit Hilfe dieser Versuche konnte wiederum auch für die Berührungselektrizität eine Spannungsreihe aufgestellt werden, mit deren Hilfe man vorausbestimmen kann, welcher Art die erregte Elektrizität auf den miteinander in Berührung gebrachten Stoffen ist, und kann man nach ihr auch die zwischen den einzelnen Stoffen herrschenden Spannungen beurteilen. Bringt man z. B. Blei und Eisen miteinander in Berührung, so wird das Blei stets positiv, das Eisen aber negativ elektrisch. Nimmt man an Stelle des Eisens Kupfer, so bleibt Blei positiv elektrisch, während das Kupfer negativ elektrisch wird.

Wir können hier nicht die verschiedenen Spannungsreihen mitteilen, welche von einzelnen Gelehrten ausgestellt worden sind; es genügt, wenn wir die Spannungsreihe angeben, die heute maßgebend ist, weil bei ihrer Aufstellung die darin genannten Stoffe so beschaffen waren, wie man sie im Handel erhält. Die angegebenen und abgerundeten Zahlenwerte geben uns ein Mittel an die Hand, die für bestimmte Zwecke am geeignetsten erscheinenden Stoffe ganz nach Belieben auszusuchen und zusammenstellen zu können.

Spannungsreihe.

+ (Positiv).

(X> &Ö0 00

sisj

CH

VC

VD

O © ist IC ^ ^ IO

Wismut . Kupfer. . Antimon . Silber . . Quecksilber Schwefelcisen Gold. . . Koks. . . . Platin . . . Kohle . . . Graphit . . Braunstein .

97

100 106 109 110 112 115

122 123 200 203 220

— (negativ).

Aus dieser Spannungsreihe ersieht man nun z.B., daß die Elektrizitätserreguug zwischen Zink und Zinn nur halb so groß ist, wie zwischen Zink und Quecksilber. Zink = 0, Zinn = 55 ... 0 + 55 = 55 Zink = 0, Quecksilber = 110; 0 -j- 110 = 110 = 2 X 55.

Hingegen ist die Erregung zwischen Zink und Kohle doppelt so groß als zwischen Zink und Kupfer.

0 ff- 200 = 200 = 2 X 100 0 ff- 100 = 100.

Eisen . . Stahl . . Aluminium

75

. 88

89

Messing

92

Nickel

95

Zink = 0, Kohle = 200 Zink — 0, Kupfer = 100

Bringt man Kohle und Quecksilber zusammen in Berührung, so beträgt die zwischen ihnen vorhandene Spannungsdifsereuz:

Kohle — 200, Quecksilber =110,

Spannungsdifferenz = 200 — 110 = 90.

Eine gleichstarke Erregung würde man auch durch die Kombination Zink-Messing = 92 erhalten.

Legt man nun mehrere verschiedenartige Metallplatten aufeinander, z. B. Blei, Eisen, Nickel und Kupfer, so zeigt das Elektrometer 55 Grad an. Es ist dies die Spannungsdifferenz zwischen der ersten und letzten Platte Kupfer = 100, Blei = 45, also 100 — 45 = 55.

Vergleicht man aber die Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen aufeinanderliegenden Platten mit diesem Resultat, so sindet man, daß die Summe der einzelnen Spannungswerte ebenfalls die Zahl 55 ergibt, und in dieser Übereinstimmung liegt der Beweis für die Richtigkeit des gefundenen Zahlenwertes. Man erkennt aber ferner noch daraus, daß durch das Einschalten eines anderen leitenden Stoffes das Zahlenverhältnis der Spannungsreihe nicht gestört werden kann.

Um in einfacher Weise das geheimnisvolle Wirken des Galvanismus dem Auge wahrnehmbar zu machen, legt man auf das obere Augenlid ein Stückchen angefeuchtetes Zinkblech und nimmt ein Streifchen Kupferblech in den Mund. Verbindet man nun diese beiden Metallstückchen durch einen Kupferdraht, so nimmt man im Augenblick der Berührung in dem geschlossenen Auge einen Lichtschimmer wahr. Will man das Kreisen des elektrischen Stromes dem Gefühl wahrnehmbar machen, so legt man unter die Zunge ein Stück Kupferblech, auf die Zunge aber ein Stück Zinkblech und verbindet beide wieder mit einem Kupferdraht. Sofort fühlt man in der Zunge das Strömen der Elektrizität und außerdem noch einen säuerlichen Geschmack.

Dieser Vorgang ist auf die chemische Einwirkung der ungleichartigen Stoffe im Augenblick ihrer gegenseitigen Berührung zurückzuführen und heißt elektrische Scheidungskraft. Sie tritt zwischen verschiedenen Stoffen verschieden stark auf, bleibt aber immer zwischen bestimmten ungleichartigen Stoffen von gleicher Stärke, unabhängig von deren Größe, Gestalt und Anzahl der miteinander in Berührung besindlichen Punkte. Auch ist sie gleichbedetitend mit dem Begriff elektrische Spannung.

a) Die Maßeinheiten.

Wir haben schon öfter von dem elektrischen Strom gesprochen und als eine seiner besonderen Eigenschaften das Fließen bezeichnet. Wie aber das Wasser nur dann fließen kann, wenn es Gefälle hat, und seiner spezifischen Schwere folgend in ffießende Bewegung kommt, so kann auch die Elektrizität nur dann fließen, wenn eine Spannungsdifferenz an den beiden Polen der Elektrizitätsquelle vorhanden ist. Wie sich ferner dem Wasser bei seiner Bewegung in Röhren und Flußbetten ein natürlicher Widerstand in Gestalt der Reibung an den Gefäßwänden entgegenstellt, so bieten der Elektrizität die Leiter beim Durchgang einen gewissen Widerstand, der je nach der Art der Leiter sehr verschieden und bei den Isolatoren oder schlechten Leitern am größten ist. Je besser ein Leiter Elektrizität weiter führt, um so geringer ist sein Widerstand, auf alle Fülle erfordert aber die Überwindung des Widerstandes stets einen Verlust an elektrischer Kraft oder Stromstärke. Dieselbe ist nicht allein abhängig von der Spannung, sondern auch von dem Leitungswiderstande.

Die fließende Bewegung des Wassers in einem Röhrensystem hält nur solange an, als am Ausgangspunkte des Wasserzuflusses Druckdifferenzen bestehen. Man muß deshalb z. B. bei Wasserleitungen durch Pumpwerke immer dafür sorgen, daß in dem Hochdruckreservoir immer genügend Wasser vorhanden ist, das den für die Bewegung des Wassers in den Röhren nötigen Druck schafft und auf gleicher Höhe erhält. In gleicher Weise muß die Quelle der elektromotorischen Kraft, das Element, die Batterie oder die Dynamo, andauernd für die nötige Spannung sorgen, damit keine Unterbrechung in

CD

CO .

Man wird also nur dann eine möglichst gute Ausnutzung der Kraft erzielen, wenn man den Leitungswiderstand auf das geringste Maß beschränkt, indem man die Leitungen so kurz wie nur möglich anlegt und durch die Wahl reichlich großer Drahtquerschnitte für einen guten Durchgang des Stromes sorgt.

Auf dieser an sich einfachen Erfahrung beruht das sogenannte Ohmsche

Gesetz:

„Die Stromstärke ist der elektrischen Kraft direkt, dem Gesamtwiderstand aber umgekehrt proportional."

Unter dem Gesanitwiderstand hat man die Summe aus den Widerständen der Leitung, der zu betreibenden Apparate und der treibenden Kraft zu verstehen.

Als bleibendes Denkmal für die großen Physiker, denen die Welt die gruitdlegenden Forschungen auf diesem Gebiete verdankt, hat man den elektrischen Maßeinheiten die Rauten dieser Männer gegeben.

So heißt nach dem Physiker Ohm die Einheit des Widerstandes —

das Ohm.

beut Fließen des elektrischen Stromes eintritt. Hieraus geht schon hervor, wie wichtig es ist, bett elektrischen Leitungswiderstand zu kennen. Er ist nicht allein abhängig von der Art des Materiales, aus dem der Leiter besteht, sondern er vergrößert sich auch noch durch die Länge der Leitung und durch die Verringerung des Leituugsquerschnittes. Hieraus geht der Lehrsatz hervor:

„Der Leitungswiderstand ist abhängig von der Größe des Querschnittes und der Länge des Leitungsdrahtes."

Die nachstehend ausgeführten Metalle haben bei 0⁰ C und bezogen auf Quecksilber die beigeschriebene Leitungsfähigkeit:

Kupfer Aluminium Eisen. . .

Blei . . .

Neusilber .

Quecksilber.

Hiernach hat also Kupfer eine 57 mal größere Leituugsfähigkeit als Quecksilber. Die Temperatureinheit von 0° ist deshalb angegeben, weil sich bei Temperaturveräuderuugen auch die Leitungsfähigkeit wieder ändert.

57,00

33,35

9,70

4,80

3,14

1,00.

Ein Ohm ist gleich demjenigen Widerstande, den eine Quecksilbersäule von 14,4521 g Gewicht bei 0° C und bei 106,3 cm Länge und 1 qmm Querschnitt dem Durchgang des elektrischen Stromes entgegenstellt. Das Quecksilber ist infolge seiner flüssigen Form schon deshalb besonders für diese Normierung geeignet, weil seine Dichte vollständig gleichmäßig auf die ganze Länge der Säule ist und dementsprechend auch der Querschnitt der Säule an jeder Stelle getmit 1 qmm.

Einheit der elektromotorischen Kraft — das Volt.

Nach betn berühmten Forscher Ampere nennt man die Einheit der Stromstärke — das Ampere.

Es bedeutet 1 Ampere diejenige Stromstärke, welche bei gleichmäßigem Durchgänge durch eine wässrige Losung von Silbernitrat mit einem bestimmten Silbergehalte eine bestimmte Menge Silber ausscheidet.

Auch der bereits genannte Physiker Volta hat feinen Namen zur Benennung einer elektrischen Maßeinheit hergeben müssen und nennt man nach ihm die

Man versteht unter 1 Volt diejenige elektromotorische Kraft, welche erforderlich ist, um in einem Leiter von 1 Ohm Widerstand 1 Ampere Stromstärke zu erzeugen.

Wie in der Mechanik, bezeichnet man auch hier in den einfachen Formeln, die zur Berechnung der einzelnen Werte dienen, diese mit feststehenden Buchstaben, und zwar mit

W das Ohm, den Widerstand, mit I die Stromstärke, das Ampere oder Intensität, mit E die elektromotorische Kraft ober Volt.

Für das Ohmsche Gesetz gilt die Formel:

Kraft

E

Widerstand'

^ oder Intensität —

in Worten ausgedrückt heißt das:

Mau findet die Stromstärke, indem man die elektromotorische Kraft durch den Widerstand dividiert.

Durch Umkehrung der Formel findet man die für die elektromotorische

Kraft:

E = I X W, bog heißt:

Die elektromotorische Kraft ist gleich betn Produkt aus der Intensität und dem Widerstände. Dagegen ist der Widerstand:

E

j oder in Worten:

Der Widerstand ist gleich der elektromotorischen Kraft, dividiert durch die Intensität.

Die Einheit des elektrischen Effektes ist das Watt. Man nennt sie aber auch Volt-Ampere und deutet damit gleichzeitig ihren Wert an, denn es ist 1 Watt — 1 Volt X 1 Ampere, d. h, ein Watt ist gleich dem Produkt aus der bekannten Spannung (Volt) mit der vorhandenen Stromstärke (Ampere).

Sekundeu-Volt-Ampere und Volt-Coulomb.

Die Einheit der elektrischen Arbeit ist das Joule. Man nennt diese Einheit aber auch

Es ist aber

1 Joule — 1 Volt x 1 Ampere X 1 Sekunde.

Ji*

Da nun aber nach dem vorher Ausgeführten

1 Watt — 1 Volt X 1 Ampere ist, und man setzt diesen Wert in die vorstehende Formel ein, so ist 1 Joule — 1 Wattsekunde.

Dieser Wert ist aber für die Bezeichnung der Arbeit in der Praxis zu klein/ und hat man deshalb die Arbeitsleistungen auf Wattstunden normiert. Es ist nun

1 Wattstunde = 60 X 60 Wattsekunden — 3600 Joule.

Bei vielen elektrischen Kraftanlagen handelt es sich aber oft um so große Arbeitseffekte, daß auch diese Einheit noch nicht genügt und rechnet man dann in der Regel nach Kilowattstunden.

Dieser Bezeichnung sind die Arbeitsleistungen von 100 und 1000 Watt in der Stunde zugrunde gelegt worden und heißen

für 100 Watt Arbeitsleistung pro Stunde — Hektowattstiinde,

„    = Kilowattstunde.

„ 1000 „

— 1 normale PS,

Da man aber im Maschinenbau allgemein gewöhnt ist, die Arbeitsleistung in Pferdestärken anzugeben, so müssen wir auch wissen, in tvelchem Verhältnis die Werte der elektrischen Arbeitseffekte zu den in normalen Pferdestärken ausgedrückten stehen. Es entsprechen 736 Watt

1 Hektowatt = 0,136 PS,

1 Kilowatt = 1,36 PS.

c) Die galvanischen Elemente.

Das erste galvanische Element war die von Volta konstruierte Voltaische Säule. Der einfache Apparat bestand aus einer Säule, die aus Zink- und Kupferplatten gleicher Größe in abwechselnder Folge der beiden Metalle aufgebaut war, und legte man zwischen je eine Zink- und Kupferplatte eine mit Salzwasser getränkte Filzscheibe. Die erste und letzte Platte der Säule, also einerseits Zink (-)-), andrerseits Kupfer (—), waren mit den Drahtanschlüsse» für die Zirkulation des Stromes versehen, der nach unseren Begriffen nur ein ziemlich schwacher war. Wir sehen hier das Salzwasser als vermittelnden flüssigen Leiter oder Elektrolyten auftreten und werden dessen Notwendigkeit noch schätzen lernen.

Die Voltasäule ist eigentlich schon eine Batterie, das heißt, eine Verbindung von Elementen zur Erzeugung stärkeren Stroms, denn es bildet in ihr je eine Zink- und Kupferscheibe in Verbindung mit der mit Salzwasser getränkten Zwischenlage ein vollkommenes Element.

Der elektrische Zustand der Voltasäule ist genau in ihrer Mitte ein neutraler; es ist also an dieser Stelle eine Wirkung des elektrischen Stronrs nicht wahrzunehmen. Nach ihren beiden Enden hin wächst ihre elektrische

Spannung und erreicht in den beiden Endplatten den höchsten Spannungsgrad. An der letzten Zinkplatte findet man den positiven, an der letzten Kupferplatte den negativen Pol des Elementes und nennt dieses Plattenpaar die Elektroden. Die Menge der erzeugten Elektrizität wächst mit der Größe der Platten.

.    Strom zeigt sich erst, wenn die beiden Endplatten oder Elektroden durch

Drähte leitend miteinander verbunden sind, also dann, wenn der Stromschluß hergestellt ist.

Wir sehen aus diesem Beispiel, daß die Flüssigkeit als Elektrolyt die Erzeugung von Berührungselektrizität günstig beeinflußt, denn bei der trockenen Berührung zweier Metalle wird wohl Elektrizität entwickelt, aber sie ist nicht als Wirkungserscheinung wahrzunehmen. Es muß also eine Flüssigkeit hinzutreten, um den elektrischen Strom wahrnehmbar werden zu lassen. Es treten aber nicht nur elektrische Wirkungserscheinungen auf, wenn sich zwei verschiedene Metalle durch Vermittelung einer Flüssigkeit berühren; dasselbe ist der Fall bei Berührung verschiedenartiger Flüssigkeiten untereinander, bei Berührung von Metallen mit Gasen, von gleichartigen Metallen bei verschiedener Temperatur und verschiedener Nichtleiter untereinander.

Kommen Metalle mit Wasser in Berührung, so wird das Wasser positiv, die Bietalle aber negativ elektrisch.

Man rechnet nun bei der Berührungselektrizität zu den Leitern I. Klasse alle die bereits als solche genannten Stoffe. Leiter II. Klasse sind solche Stoffe, durch deren Anwesenheit die Spannungsreihe gestört wird, das ist der Fall durch Wasser, Säuren, Salzlösungen und geschmolzene Salze.

Die Erregung der Elektrizität in einem Element erfolgt durch einen sich darin abspielenden chemischen Prozeß, und ist di^ dauernde Strömung der Elektrizität nur so lange möglich, als diese chemische Zersetzung in dem Element stattfindet. Die chemische Arbeit kann aber nur auf Kosten der Stoffe vor sich gehen, aus denen sich das Element zusammensetzt, und tritt durch die geleistete Arbeit ein Verbrauch der die Elektrizität erzeugenden Stoffe ein. Die Metalle gehen mit der Flüssigkeit chemische Verbindungen ein, indem sich neue Stoffe bilden und andere ausgeschieden werden.

Soll keine Unterbrechung des Stroms eintreten, so muß immer rechtzeitig für Ersatz der verbrauchten Stoffe gesorgt werden, ebenso wie der Mensch seinem Körper immer neue Nahrung zuführen muß, um sich arbeitsfähig zu erhalten.

Fig. HO.

In Fig. 110 sehen wir ganz schematisch dargestellt das Bildchen eines galvanischen Elementes, an dem tvir die sich in ihm abspielenden Vorgänge erklären wollen. Sobald die durch einen dünnen Kupferbügel miteinander verbundenen Platten Cu —

Kupfer und Zn — Zink in die in dem Glas

enthaltene leitende Flüssigkeit gestellt werden, beginnt zwischen den beiden Metallplatten die elektromotorische Kraft zu wirken und veranlaßt ein ununterbrochenes Strömen derselben vom Zink nach dem Kupfer innerhalb der Flüssigkeit und von dem Kupfer nach dem Zink zurück durch den außerhalb des Glases liegenden Drahtbügel, der in der Praxis durch die Gebrauchsleitung ersetzt wird, so daß in Richtung der eingezeichneten Pfeile ein geschlossener Strom vorhanden ist, der in dem Elemente und der Leitung kreist.

Es strömt nun aber die Elektrizität von Stellen höherer Spannung (Potential) zu solchen niedrigerer Spannung, und so erhält die Kupferplatte Cu durch das konstante Zuströmen der Elektrizität von der Zinkplatte Zn innerhalb der Flüssigkeit, außerhalb dieser eine höhere Spannung. Bietet man der Elektrizität durch einen Leiter, in unserem Falle also durch den Kupferbügel, Gelegenheit zum Abströmen nach dem Zink, so folgt der Strom unbedingt diesem vorgeschriebenen Wege.

Durch Vergrößerung der Platten erfolgt eine Erhöhung der elektromotorischen Kraft nicht. Will man größere Effekte erzielen, so muß man durch geeignete Verbindung von Elementen zu einer Batterie dies erzielen. Dabei kommt es aber sehr auf die Art und Weise an, wie man die zu einer Batterie zusammengestellten Elemente miteinander verbindet, um durch die Verbindung eine Erhöhung der elektromotorischen Kraft des Einzelelementes um das Vielfache der Zahl der Einzelelemente zu erhöhen, aus denen die Batterie besteht.

Es sind zwei Arten der Batterieschaltung zu unterscheiden, Serien-und Parallelschaltung.

Bei Serien- oder Hintereinanderschaltung, wie sie Fig. 111 a schematisch zeigt, sind die Elemente auf Spannung geschaltet, d. h. die Spannung eines Elementes wird um das Vielfache der Anzahl der hintereinander geschalteten Elemente erhöht. Eine Batterie, die aus drei Elementen besteht, gibt also bei der Serienschaltung dreimal soviel elektrische Kraft als das einzelne Element geben kann. Es wird hierbei die Kupferplatte K des ersten Elementes mit der Zinkplatte des zweiten usf. verbunden, so daß die Zinkplatte

4*

a jr

⁷\y

dy

4-

3 fl

Fig. 111.

des ersten Elementes den — Pol und die Kupferplatte des letzten Elementes den -J- Pol der Batterie bildet.

Bei der in Fig. 111 a veranschaulichten Parallel- oder Nebeneinanderschaltung sind die Elemente auf Quantität geschaltet. Hierbei werden sämtliche Zinkplatten der Elemente untereinander metallisch leitend verbunden und desgleichen auch die Kupferplatten. Galvanisch wirksam ist nun aber in dem Einzelelemente nicht die ganze Fläche der in der Flüssigkeit stehenden Platten, sondern nur der Teil, der von der Flüssigkeit berührt wird. Würde man nun beispielsweise ein Element herstellen, dessen beide Platten die dreifache Größe der von der Flüssigkeit berührten Fläche des Einzelelementes haben, so würde man mit diesem Element doch nur die einfache Stromstärke des Einzelelementes erhalten. Auf Grund dieser Erklärungen erhält man für die beiden Schaltungsarten folgende Leitsätze:

„Serienschaltung galvanischer Elemente summiert die Spannungsdifferenzen der Einzelelemente, erzeugt aber nur die Stromstärke des Einzelelementes."

„Parallelschaltung summiert die Stromstärke der Einzelelemente, erzeugt aber nur die Spannungsdifferenz eines einzelnen Elementes."

Die in der Praxis benutzten Elemente zerfallen in zwei Hauptklassen — konstante und inkonstante Elemente. Es liegt schon in der Bezeichnung, daß man konstante Elemente hauptsächlich dazu benutzt, wo man mit einer dauernden, konstant bleibendeu und ununterbrochenen Stromentnahme zu rechnen hat, wie bei Telegraphen. Bei diesen Elementen ist die schädliche Wirkung der Polarisation nahezu beseitigt, und gestatten sie deshalb eine fast ungeschwächte Stromentnahme.

Inkonstante Elemente sind solche, welche durch die Wirkung der Polarisation schneller an elektromotorischer Kraft verlieren und würden dieselben bei andauerndem Betrieb sehr schnell unbrauchbar werden. Sie eignen sich deshalb nur zu Anlagen, die mit einem unterbrochenen Betriebe rechnen können, wie dies bei den Haustelegraphen, Telephon, Klingelanlagen usw. der Fall ist, wo nur im Augenblick des Gebrauches ein Strom durch die Leitung und Elemente kreist.

Entsprechend dieser Verschiedenartigkeit des Betriebes nennt man die mit konstanten Elementen ausgestatteten Anlagen und dauerndem Betrieb Ruhestromanlagen, während man die mit inkonstanten Elementen betriebenen und nur zeitweise benutzen „Arbeitsstromanlagen" nennt.

Konstante Elemente finden Benutzung bei der Ferntelegraphie und Sicherheits-Alarmanlagen-. Sie geben auf verhältnismäßig lange Zeit einen gleichmäßigen Strom, der dauernd durch die Leitung fließt, und tritt bei dieser Betriebsart (Ruhestrom) der in die Leitung geschaltete Apparat in Tätigkeit, sobald an einer Stelle der Leitung der Strom unterbrochen wird. Es eignen sich hierfür besonders die Zink-Kupfer-Elemente in Verbindung mit Kupfervitriollösung als Elektrolyt. Zu den viel benutzten Elementsystemen dieser Gattung zählen das von Meidinger, Daniel!, Heller, Krüger u. a. m.

Inkonstante Elemente finden bei den elektrischen Haus- und Telephonanlagen Anwendung. Hier kreist der Strom nur dann, wenn zur Betätigung der angeschlossenen Apparate der Strom geschlossen wird, der Strom also arbeitet (Arbeitsstrom). Es ist meist nur eine kurze Betätigung, die stattfindet, so daß die Abnutzung der Elemente nur gering erscheint und sehr langsam vor sich geht.

Als Elektroden kommen für diese Elemente namentlich Zink und Braunstein in Frage und als Elektrolyt Salmiaklösung.

Man hat bei ihnen zwischen nassen und trocknen Elementen zu unterscheiden. Von den bekannteren nassen inkonstanten Elementen sind zu nennen das von Leclancho, das Braunsteinröhrenelement, Standkohlenelement und Beutelelement.

Die Trockenelemente führen ihren Namen nicht in der Tat, denn ohne Feuchtigkeit sind auch sie nicht denkbar. Da aber der flüssige Leiter beim Transport des Elementes leicht ausfließen oder verschüttet werden kann, so können bei transportablen elektrischen Anlagen die nassen Elemente nicht gut verwendet werden. Als Ersatz hat man die Trockenelemente geschaffen, in denen die elektrische Flüssigkeit an eine weiche teigartige Pasta gebunden ist, um ein Überfließen zu verhindern. Es werden im Handel eine ganze Anzahl solcher Element-Systeme angeboten, die alle ihren Zweck gut erfüllen.

Um Störungen im Betrieb der Elemente zu verhüten, ist es gut, folgende Ratschläge zu beachten:

Das Kriechen der Salze ist eine Erscheinung an den nassen Elementen, die sich in Gestalt eines Weißen Niederschlages an der Zinkeloktrode zeigt. Die Salze bedecken schon bald einen großen Teil der Oberfläche des Zinkes, erhöhen den Widerstand und schwächen das Element. Durch gute Amalgamierung der Zinkplatte kann man diesem llbelstand begegnen.

Zu schnelles Verdunsten des Elektrolyts verhütet man durch vorsichtiges Aufgießen einer Schicht Öl oder Petroleum, das sich natürlich nicht mit der Elektrolyt-Flüssigkeit vermischen darf.

Auch das Emporsteigen des Elektrolyts an den Gefäßwänden kann zu Störungen in den Funktionen des Elementes Anlaß geben. Es ist bedingt durch die Kapilarität und Kristallisation der Flüssigkeiten. Man verhindert das Emporsteigen, indem man den oberen Rand der Metallelektroden mit einer Lackschicht überzieht; beim Zink ist auch schon durch' das Amalgamieren vorgebeugt. Gute Wirkung hat aber auch ein Zusatz von Zucker in die Salmiaklösung. Tränken der Kohle an ihrem oberen Ende mit Paraffin hat bei Elementen mit Kohlenelektrode den gleichen Zweck.

c) Akkumulatoren oder Sekundär-Elemente.

Auch im Maschinenbetrieb haben wir Akkumulatoren und zwar zur Regulierung des Betriebsdruckes bei hydraulischen Anlagen. Hierbei stellt der Akkumulator gleichsam den Kraftsammler für die ganze Anlage bar, denn die hydraulische Druckpumpe hat dabei nur die Aufgabe, den Akkumulator immer auf einer bestimmten Druckhöhe zu erhalten, und erst von ihm aus werden die einzelnen Arbeitsstellen der hydraulischen Anlage mit hydraulischem Druck versorgt.

Die in der Elektrotechnik zur Anwendung kommenden Akkumulatoren sind nun ebenfalls „Kraftsammler", und wird in ihnen elektrische Energie aufgespeichert, um dann als Strom zur Arbeitsleistung nach Bedarf wieder abgegeben §it werden. Wie schon in der Überschrift des Abschnittes angedeutet, sind die Akkumulatoren ebenfalls Elemente und zwar sekundäre; sie sind aber etwas anders beschaffen als die vorher mitgeteilten, welche ausschließlich für Schwachstrom Geltung haben, während die Akkumulatoren Starkstromelemente darstellen nnd auch mit Starkstrom gespeist werden. Ihre Einrichtung, Herstellung und Wirkungsweise wollen wir kurz mitteilen.

Stellt man zwei Bleiplatten in ein mit verdünnter Schwefelsäure gefülltes Gefäß, die sogenannte Zelle, und verbindet jede dieser beiden Platten mit einem Pol einer Elektrizitätsquelle, so bildet sich beim Durchgang des Stromes an der als positive Elektrode dienenden Bleiplatte Bleioxyd und an der als negative Elektrode dienenden Wasserstoff. Hierbei nimmt die positive Elektrode eine braune Färbung an, während die negative grau wird. De» Durchgang des Stromes nennt man auch Formieren und macht dabei die eigenartige Beobachtung, daß die Bleiplatten, infolge der Umwandlung, die sie während des Formierens erleiden, die Eigenschaft erlangen, selbst einen Strom, den sogenannten Entladestrom, abzugeben, sobald das Formieren eingestellt wird. Verbindet man beide Elektroden leitend miteinander und schaltet in bic Leitung ein Galvanoskop ein, so findet man, daß der Entladestrom dem Ladestrom entgegengesetzt gerichtet ist.

Man erklärt sich die Entstehung des Entladestromes durch das Rückgängigwerden des während der Dauer des Formierens oder Ladens stattgehabten chemischen Prozesses. Das während des Formierens auf der positiven Platte sich bildende Bleisupervxyd und das lockere Blei (Bleischwamm) auf der negativen Platte nennt man die aktive Masse der Zelle. Je mehr aktive Masse in einer Zelle vorhanden ist, um so größer ist die Kapazität der Zelle oder ihre Aufnahmefähigkeit Um die Arbeit des Formierens abzukürzen, werden die beiden Platten zumeist gleich mit fertiger aktiver Masse bestrichen in die Zellen eingesetzt.

Man kann drei Arten der Zusammenstellung bei Akkumulatoren unter

scheiden:

1.    Zellen mit reinen Bleiplatten,

2.    Zellen mit Bleiplatten und aktiver Füllmasse in verdünnter Schwefelsäure,

3.    Zellen aus anderen Materialien oder in anderen Lösungen.

Die Elektrodenplatten sind in den Gefäßen so angeordnet, daß eine positive Platte stets mit einer negativen abwechselt, und sind dann die Endplatten in der Regel negativ. Die positiven Platten einerseits und die negativen andererseits werden unter sich durch Verbindungsglieder (Lamellen) aus Blei zu je zwei Systemen vereinigt. Glasgefäße sinden meist nur bei kleineren Batterien Verwendung; bei großen Anlagen bevorzugt man hölzerne Gefäße, die gut geteert und innen mit Bleiblech ausgeschlagen werden. Bei der Montierung werden eins oder beide Systeme an Nasen aufgehangen, die für diesen Zweck an den Elektrodenplatten bereits vorgesehen sind. Die Platten dürfen den Gefäßboden nicht berühren, weil zu leicht Kurzschluß eintritt, den selbst Glasunterlagen oder Holzkeile nicht mit Sicherheit verhüten können. Die Verbindung der Zellen geschieht durch Löter mit reinem Blei vor der arsenfreien Wasserstoffflamme.

Die Zahl der Zellen für eine Batterie richtet sich nach dem Strombedarf, und werden die Zellenpaare nebeneinander geschaltet, während der Strom von beiden Seiten zugeführt wird. Die Platten werden auch unter sich gut isoliert, indem man zwischen sie Glasstäbe schiebt, die sie in sicheren Abstand voneinander halten.

Die Ladung erfolgt meist durch eine Dynamomaschine, und ist im Anfang für jede Zelle eine Spannung von 2 Volt erforderlich. Während der ersten w/₁₀ steigt die Spannung auf 2,35 Volt und schließt zuletzt mit 2,65 Volt ab. Die Ladung geht so lange vor sich, bis in den Zellen eine lebhafte Gasentwicklung entsteht oder — wie der Fachmann sagt: „bis die Zellen kochen". Bei beendeter Ladung zeigt jede Zelle zirka 2 Volt Spannung, die bei der Entladung zuerst sehr schnell auf 1,95 Volt fällt, dann langsam auf 1,85 herabsinkt und dann sehr schnell abnimmt. Wenn 1,85 Volt erreicht sind, soll die Entladung unterbrochen werden.

Die Regulierung der Akkumulatoren geschieht mit einem Zellenschalter, mit dem man ganz nach Bedarf einen Teil der Zellen ab- und zuschalten kann. Bemerkenswert ist noch, daß sämtliche Apparate, welche zum Betrieb der Akkumulatorenbatterie gehören, außerhalb des Batterieraumes aufgestellt werden müssen. Auch alle brennenden Lampen sind in dem Batterieraum verboten, weil sich beim Laden das sehr explosible Knallgas entwickelt. Es darf der Akkumulatorraum nur durch Vakuumglühlicht beleuchtet lverben, und auch zum Ableuchten der Zellen sind nur in starken Glasröhren untergebrachte transportable Glühlampen zu gebrauchen, die an Steckkontakte, die vorgesehen werden müssen, anzuschließen sind.

3.

Magneto-Induktion.

Eine ebenso geheimnisvolle Naturkraft wie die Elektrizität ist der Magnetismus, von dem wir schon wiederholt gesagt haben, daß zwischen ihm und der Elektrizität Wechselbeziehungen bestehen, die der Vermutung Raum geben, daß beide in ihrem Wesen eng miteinander verwandt sein müssen. Man kann Elektrizität in Magnetismus umwandeln und durch Magnete Elektrizität erzeugen, und das würde nicht möglich sein, wenn nicht eine enge Beziehung im Ursprung beider Naturgewalten besteht. Ehe wir auf die Induktions-Elektrizität näher eingehen, müssen wir uns erst mit den Eigenschaften der Magneten bekannt machen und mit der ihnen innewohnenden Kraft, dem

a) Magnetismus.

Er ist seinem Wesen nach, wie die Elektrizität, noch unerforscht, und jedenfalls ist seine Ursache in wellenförmigen Bewegungen des Äthers zu suchen, in dem Sinne, daß die einzelnen Ätherteilchen wirbelartige Bewegungen um gewisse Achsen ausführen, die eine gleiche oder doch annähernd gleiche Richtung einnehmen, sobald ein Körper magnetisch (oder elektrisch) wird. Dies ist der Grundgedanke der nach ihrem Begründer benannten Maxwellschen Theorie.

Wir haben schon mitgeteilt, daß der elektrische Strom oder Funke die Magnetnadel aus ihrer normalen Nord-Südstellung ablenkt, wenn man ihn um eine Magnetnadel führt. In noch stärkerem Maße zeigt der galvanische Strom dieselbe Eigenschaft, die in dem Galvanoskop nutzbringende Anwendung gefunden hat. Der elektrische Strom übt also in diesem Falle magnetische Wirkungen aus und erteilt unmagnetischen Metallteilen Eigenschaften, die wir sonst nur an Magneten kennen.

Es wird zwischen natürlichen und künstlichen Magneten unterschieden. Die natürlichen Magnete kommen für die Elektrotechnik nicht in Frage, und nur die künstlichen Magnete müssen besprochen werden.

Die künstlichen Magnete werden auf verschiedene Weise erzeugt. Man kann z. B. Stahl- und Eisenstäbe mit Hilfe eines Hufeisenmagneten durch Streichen in einer bestimmten, sich stets gleich bleibenden Richtung und Haltung des Streichmagneten magnetisch machen. Es ist zu empfehlen, sich in einer Eisenhandlung einen Hufeisenmagneten zu kaufen und mit ihm einige Stahlstricknadeln durch Streichen in Magnetnadeln zu verwandeln, um mit ihnen einige kleine Versuche vorzunehmen, durch die man die Eigenschaften des Magneten und die Grundgesetze, nach denen seine Kraft wirkt, durch den Augenschein kennen lernt.

Die bekannteste und auffälligste Eigenschaft des Magneten ist die ihm innewohnende, Eisen- und Stahlkörper anziehende und abstoßende Kraft.

Wenn man beispielsweise auf ein Stück weißes, glattes Papier feine Feilspäne von Schmiedeeisen oder Stahl streut und nähert ihnen einen Stabmagneten, so zieht er an beiden Enden heftig Spänchen an und hält sie fest. Am stärksten ist die Anziehung an den Enden, den Polen, die man mit IST und 8 (Nord- und Südpol) bezeichnet.

Hängt man einen Stabmagnet genau in seiner Mitte so auf, daß er eine möglichst horizontale Lage einnimmt und zwar an einem dünnen Seidenfaden, so wird er stets eine ganz bestimmte Stellung einnehmen, in die er sofort wieder zurückkehrt, so oft man ihm auch eine andere Richtung gibt. Er nimmt freihängend stets die schon einigemal erwähnte Nord-Südstellung ein. Das eine Ende zeigt also stets genau nach Norden, das andere nach Süden und zwar infolge der magnetischen Anziehungskraft, die von den beiden Erdpolen ausgeht, denn die Erde ist bekanntlich selbst ein Magnet.

Nähert man nun dem freihängenden Stabmagnete an dem Nordpolende einen anderen Stabmagnet, so wird derselbe entweder kräftig angezogen oder abgestoßen. Erfolgt eine Abstoßung des freihängende» Magneten, so ist das dem Nordende desselben genäherte Ende des Stabmagneten, den man in der Hand hält, dessen Nordpol. Macht man den Gegenversuch und bringt das andere Magnetende demselben Ende des hängenden Magnete näher, so erfolgt kräftige Anziehung. Zu diesem Versuch ist es nötig, daß man erst wie angegeben feststellt, welches Ende der Magnete der Nordpol ist, und zeichnet man dieses Ende mit roter Farbe, um stets unterrichtet zu sein, mit welchem Polende man experimentiert. Hieraus erkennt man das Grundgesetz des Magnetismus:

„Gleichnamige Pole der Magnete stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an."

Dasselbe Gesetz hat auch Anwendung auf die positive und negative Elektrizität, und liegt auch hierin ein Beweis dafür, daß beide Kräfte sehr nahe miteinander verwandt find. Auch die auffallende Gruppierung der Stahloder Eisenspänchen an den Enden eines Stabmagneten ist als Wirkungserscheinung der Anziehung und Abstoßung anzusehen, denn jedes der angezogenen Spänchen wird im Moment ebenfalls magnetisch und zwar an der angezogenen Stelle ungleichnamig, an der entgegengesetzten gleichnamig magnetisch.

Da nun aber die Einstellung des freihängenden Magneten mit dem einen Ende nach dem Nordpol der Erde gerichtet, durch dessen Anziehung erfolgt, so ist der Nordpol des hängenden Magneten in Wahrheit ein Südpol und umgekehrt der Südpol eigentlich der Nordpol. In Frankreich bezeichnet man auch logisch richtig das nach Norden gerichtete Ende der Magnetnadel als deren Südpol, während es bei uns unlogisch Nordpol genannt wird.

Bei dem Versuch mit den Feilspänchen sieht man, daß der Stabmaguet nur an den Enden die Spänchen kräftig anzieht, während nach der Mitte zu die Anziehungskraft abnimmt und in der Mitte selbst gar nicht wirkt; hier ist der Magnet indifferent. Durch das Bestreben der gegenseitigen

Abstoßung der gleichnamigen Magnetismen konzentriert sich deren stärkste Ansammlung in den beiden Polenden.

Nimmt man ein kräftiges Vergrößerungsglas zur Hand und betrachtet die Anhäufung der Stahlspänchen an den Polenden genauer, so sieht man, daß sich die Spänchen nach gewissen geschwungenen Linien ordnen, die in ihrem Verlauf ganz den sogenannten magnetischen Kraftlinien entsprechen.

Hinsichtlich der Einstellung der Magnetnadel in die Nord-Südrichtung ist noch zu sagen, daß diese Richtung genau dem magnetischen Pol der Erde, nicht aber ihrem geographischen Pole entspricht. Zwischen beiden besteht aber eine kleine Abweichung und zwar um 16° nach Westen zu. Diese Abweichung nennt man Deklination und die im Schiffskompaß freischwebend über der Windrose horizontal liegende Magnetnadel „Deklinationsnadel".

Durch Versuche mit größeren und kleineren Eisen- oder Stahlteilen und einem kräftigen Stabmagneten ist nun festzustellen, daß die von dem Magneten ausgehende Kraft mit der Entfernung von ihm immer geringer wird, und gilt für die Stärke der Anziehung und Abstoßung das Gesetz:

„Die magnetische Anziehung und Abstoßung des Magneten nimmt im Quadrat der Entfernung ab."

Unter dem Einfluß des elektrischen Stromes wird Eisen magnetisch. Es entsteht dann ein Elektromagnet, wie sie in der Elektrotechnik in vielen Fällen zur Antvendung kommen. Man erhält auf diese Weise sehr starke Magnete und benutzt sie jetzt in großen Werken vielfach zum Heben und Transport ganz bedeutender Lasten. Der Hebemagnet wird einfach auf das zu hebende Eisenteil herabgelassen (z. B. große Träger). Sobald der elektrische Slroin angestellt ist, zieht der Magnet die Last spielend leicht an, hält sie und legt sie nach dem Transport an eine andere Stelle ebenso leicht und sicher ab, sobald der elektrische Strom abgestellt wird. Diese Magnete sind also nur solange magnetisch, als der elektrische Strom um sie kreist. Wir werden sie noch oft angewendet finden und brauchen uns deshalb hier nicht weiter mit ihnen zu befassen.

1>) Galvanoskop und Galvanometer.

Man rechnet in der Elektrotechnik vornehmlich mit den drei Größen Widerstand, elektrische Kraft und Stromstärke. Von der richtigen Bestimmung dieser drei Größen hängt auch die Richtigkeit der Berechnung ab, und braucht man    deshalb    Apparate, mit deren Hilfe    eine    genaue Messung

dieser drei Größen    möglich    ist. Diese Apparate besitzen    wir    in dem elektro

magnetischen Galvanoskop und Galvanometer.

Ein sehr einfaches, aber wirksames Galvanoskop zeigt Fig. 112. Der Apparat besteht aus einer Holzplatte, auf der mit Hilfe eines anderen Klötzchens ein Kupferbügel k    befestigt    ist. Dieser hat ein kurzes    und    ein langes Ende

und ist auf letzterem eine Magnetnadel M so gelagert,    daß    sie sich innerhalb des Bügels frei drehen kann. Auf bem kurzen Bügelende ist die Polklemme P für den positiven Pol, auf dem langen Ende die für den negativen Pol N angeordnet und sind beide natürlich leitend mit dem Kupferbügel verbunden.

Wird nun dieser    kleine

■ff

Apparat in einem    galva-

l    nischen Stromkreis    einge-

gp    schaltet, so    dreht    sich bei

"    Durchgang    des    Stromes

Fig. 112.

durch den    Bügel    K die

Nadel aus    diesem    heraus,

rncnn man den Apparat erst so aufgestellt hat, daß die Nadel gleichlaufend und genau in der Mitte des Kupserbügels steht. Wechselt man die Poldrähte und schließt den positiven Draht bei N, den negativen bei P an, so dreht sich die Nadel im entgegengesetzten Sinne aus dem Bügel heraus, wird also wieder von ihrer normalen Nord-Südrichtung abgelenkt.

Die Galvanoskope sind hochempfindliche Instrumente, die zum Nachweis des Vorhandenseins von elektrischem Strom dienen, ohne daß damit eine genaue Messung des vorhandenen Stromes verbunden zu sein braucht. Sie sind meist nach dem Prinzip gebaut, daß ein elektrischer Strom in Windungen um und gleichlaufend zu einer Magnetnadel geführt wird und diese durch die Einwirkung des elektrischen Stromes aus ihrer gewöhnlichen Nord-Südstellung herausgedreht wird. Je großer die Zahl der Windungen ist, in denen der Strom um die Nadel geführt wird, und je näher er bei ihr vorübersließt, um so stärker ist die Ablenkung der Magnetnadel aus ihrer normalen Richtung. Das in Fig. 112 abgebildete Galvanoskop ist für exakte Messungen nicht empfindlich genug und mehr für Versuchszwecke beim Studium der Elektrotechnik geeignet, weil man es sich, bei einiger Geschicklichkeit, selbst Herstellen kann. Zur Untersuchung sehr schwacher Ströme bedient man sich des Vertikal-Galvanoskopes, bei dem die Magnetnadel um eine horizontal liegende Achse schwingt. Man kann mit dem Galvanoskop in einem Stromkreis sehr gut die Gleichmäßigkeit und Schwankungen des Stromverlaufes und das Vorhandensein von Strom selbst nachweisen, nicht aber seine positive Stärke.

Hierzu bedient man sich der Galvanometer. Sie bilden ebenfalls eine sehr reichhaltige Klasse elektrischer Apparate, und können wir hier nur das Prinzip mitteilen, welchem sie dienen und nach dem sie gebaut werden.

Daß der Erdmagnetismus von störendem Einfluß auf alle Apparate ist, bei denen Magnetnadeln zur Anwendung gelangen, geht schon daraus hervor, daß bei ihrer Einstellung Rücksicht auf die normale Nord-Südstellung der Nadel genommen werden muß. Je empfindlicher nun solche Apparate sind, um so mehr Rücksicht muß man auf den störenden Einfluß des Erdmagnetismus nehmen und ihn von vornherein abzuschwächen suchen. Man schützt die Magnetnadel gegen die schädlichen Einflüsse des Erdmagnetisnius in doppelter Weise und zwar zunächst dadurch, daß oberhalb der Nadel ein verschiebbarer

Magnetstab angebracht wird. Das Nordende dieses Stabes zeigt nach Nordeil und schwächt dadurch den Einfluß des Erdmagnetismus auf der Nadel ab. Man nennt diesen Stab einen Astasierungsmagneten und zwei zu dem gleichen Zweck übereinander angeordnete Magnetnadeln ein astatisches Nadelpaar.

Ein weiteres Mittel zur Abschwächung der Wirklingen des Erdmagnetismus besteht darin, daß man in dem Apparat zwei entgegengesetzt liegende Magnete anbringt. Sie sind fest miteinander verbunden und drehbar aufgehangen. Dieses astatische Nadelpaar ist das spezielle Kennzeichen des astatischen Galvanometers, wie es zuerst Thomson ausgeführt hat.

Bei den vorher besprochenen Apparaten magneto-elektrischen Prinzips dreht sich die Nadel unter dem Einfluß des elektrischen Stromes. Es kann aber auch das umgekehrte Verhältnis geschaffen werden, daß sich der Strom unter dem Einfluß des Magneten dreht. Das erste Galvanometer nach diesem Prinzip hat Deprez gebaut und außer dem Deprez-Galvanometer ist noch das Torsions-Galvanometer der Firma Siemens & Halste A. G. zu nennen. Bei letzteren muß für jede Messung der Zeiger gedreht werden und ist ohne diese Manipulation kein direktes Ablesen möglich. Auch kann dieser Apparat nicht in direkter Nähe großer Eisenmassen oder starker elektrischer Ströme aufgestellt werden, ohne von ihnen beeinflußt zu werden. Deprez vermeidet an seinem Galvanometer diese Übelstände und kann man an diesem Apparat die Stromstärken an der Skala direkt in Volt und Ampere ablesen. Im ersteren Falle heißen diese Apparate Voltmeter, im letzteren Amperemeter.

Die Präzisions-Galvanometer von Siemens & Halste sind nach dein Prinzip von Deprez gebaut. Bei ihm ist zwischen den Polen eines kräftigen Hufeisenmagneten eine Drahtspule angeordnet. Diese nimmt, während ein Strom hindurch fließt, Pole an, ans welche die Pole des Magneten drehend wirken. Durch Anziehung und Abstoßung wird mithin die Spule in Umdrehung versetzt. Die Größe des Drehungswinkels wird durch Torsionsaufhängung beschränkt und bestimmt derselbe die Stromstärke.

Die Stromstärke wird mit dem Amperemeter gemessen, und sind auch von diesen Apparaten verschiedene Arten im Gebrauch. Auch von dem Voltmeter, zum Messen der Spannungen, gibt es verschiedene Konstruktionen, und findet man beide meist auf den Schalttafeln der elektrischen Anlagen, wo sie ebenso nötig sind, wie das Manometer an den Dampfkesseln zum Messen des im Kessel herrschenden Druckes. —

c) Induktion.

Wir sagten schon im Abschnitt a) über Magnetismus, daß auch an den Magnetpolen Kräfte wirken, die sich in magnetischen Kraftlinien verfolgen lassen. Sie liegen in dem Wirkungsbereich des'Magneten und neimt man diese wirkungsvolle Umgebung des Magneten sein magnetisches Feld. An jeder Stelle des magnetischen Feldes besitzt die magnetische Kraft eine bestimmte Größe und Richtung, und die Kurven, nach denen sich die angezogenen Eisen-spänchen an den Polen der Magnete ordnen, verlaufen nach diesen Linien. Man nennt sie, wie schon gesagt, magnetische Kraftlinien, und haben dieselben für den Huf- und Stabeisen-Magneten den in Fig. 113 und 114 skizzierten Verlauf.

Fig. 113.

Fig. 114.

Man sieht in den beiden Figuren an dem Verlauf der Kurven, sowie aus der Richtung der eingezeichneten Pfeilspitzen, daß die magnetische Kraft von einem Pol zum anderen ungleichnamigen überströmt, also Anziehung äußert. Man sieht aber auch aus den Linien, wie die Kraft nach dem indifferenten Mittel des Magneten zu abnimmt, und zwar erkennt man das am Hufeisenmagneten an den in immer weiter werdenden Zwischenräumen zwischen den beiden Schenkeln verlaufenden Linien.

Wesentlich interessanter ist das Bild der magnetischen Kraftlinien des Stabmagneten (Fig. 114). Auch hier kann man eine bestimmte Regel herausfinden, nach der die magnetischen Krafilinien verlaufen. Wir sehen, daß gewisse Linienbündel den Nordpol des Magneten mit dem Südpol verbinden; sie strahlen vom Nordpol aus und ziehen sich nach dem Südpol hin. Die Richtung vom Nord- zum Südpol, in welcher diese Linien verlaufen, nennt man die Richtung der magnetischen Kraftlinien.

Wenn in ein magnetisches Kraftfeld Eisenmassen eingeführt werden, so wird die Anzahl der Kraftlinien vermehrt, und gibt sich dies durch dichtere Anhäufung der Eisenfeilspänchen beim Experimentieren in diesem Sinne zu erkennen. Alsdann verändert sich auch der ursprüngliche Verlauf der Kraftlinien, und da sie einerseits ihre Bewegungsrichtung von einem Pol zum anderen, andererseits aber auch nach dem unmagnetischen Eisenstück hin nehmen, so kommt man zu dem Schluß, daß die Kraftlinien ihren Verlauf in dem Magneten und in dem in sein magnetisches Feld gebrachten Eisenkern fortsetzen. Diese inneren, dem Auge unsichtbaren Kraftlinien bezeichnet man als Jnduktionslinien.

Es bildet also jede Kraftlinie eine in sich geschlossene Kurve, die sich im Außenraum der Umgebung des Magneten vom Nordpol nach dem Südpol,

im Jnnenranm des Magneten aber vom Südpol nach dem Nordpol hinzieht. Die Stärke eines magnetischen Feldes kann man sich durch eine Anzahl Kraftlinien dargestellt denken, welche die Flächeneinheit von der Größe eines Quadratzentimeters durchziehen.    ,,

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Man hat nun gefunden, daß sich die Kraft- A^vv/ZSilil^lW' ' linien ändern, wenn man ein Stück Eisen in die Umgebung eines Magneten, also in sein magnetisches Feld, bringt. Natürlich ändert sich alsdann auch die Stärke des magnetischen Feldes, und ist dieser Vorgang in Fig. 115 dargestellt.

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Hierbei ist angenommen, daß in das magnetische Feld des Nordpolendes N eines Magneten ein Stück weiches Eisen E eingeführt ist. Alsdann gruppieren sich die Kraftlinien zwischen dem Polende N und dem Eisen E viel dichter, weil sich durch den Einfluß der Influenz oder Induktion gegenüber dem Nordpol N ein Südpol bildet, und ist alsdann in diesem Zwischenraum die Stärke des magnetischen Feldes am größten, weil hier die Kraftlinien am dichtesten verlaufen. Diese Tatsache gibt uns den Beweis dafür, daß weiches Eisen, in das magnetische Feld eines Magnetpoles gebracht, die Kraftlinien des magnetischen Feldes in sich sammelt (konzentriert). Auch ein Ring aus weichem Eisen, den man in ein von magnetischen Kraftlinien durchsetztes Feld bringt, konzentriert die Linien auf sich. Sie biegen in seiner Nähe von ihrem früheren Verlaufe ab und durchsetzen ihn in seinem Innern viel dichter als dies außen der Fall ist.

Will man nun in einem Raum eine starke magnetische Kraft entwickeln, so müssen die im Raume vorhandenen magnetischen Kraftlinien möglichst verdichtet und gesammelt werden, indem man ihre Zerstreuung nach außen dadurch verhindert, daß man einen Körper aus weichem Eisen in das magnetische Feld einführt, der alsdann in der bereits beschriebenen Weise das Sammeln der magnetischen Kraftlinien bewirkt.

So wie nun ein vom elektrischen Strom durchflossener Eisenstab selbst zum Magneten wird und alle Eigenschaften eines solchen annimmt, so ist dies auch bei Drahtspulen oder Solenoiden der Fall, die von einem elektrischen Strome durchflossen werden, und besitzen dieselben ebenfalls ein magnetisches Kraftfeld. Auch für diesen besonderen Fall kann man die Kraftlinien sichtbar machen, indem man einen geraden Draht durch ein Stück weißes Papier steckt und um ihn herum feine Eisenfeilspäne streut, worauf man den elektrischen Strom durch den senkrecht zur bestreuten Papierfläche stehenden Draht schickt. Es bilden sich dann aus den Feilspänchen Kraftlinien, wie in Fig. 116 dargestellt. Sie erscheinen in Form konzentrischer Kreise, deren Zwischenräume in der Nähe des Drahtes am dichtesten sind, und verlaufen dieselben nach

außen hin in immer geringerer Dichte. Wie sich der einzelne Draht verhält, muß sich nun auch die aus ihm gewickelte Spirale, das Solenoid, verhalten, wenn sie von einem elektrischen Strome durchflossen wird. Auch sie besitzt ein

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Fig. 117.

Mg. 116.

von magnetischen Kraftlinien durchsetztes Feld, deren Verlauf in Fig. 11V skizziert wurde. Bei dieser, in der Mitte durchschnitten gezeichneten Drahtspirale, die aus vier Windungen besteht, sehen wir, daß die Kraftlinien in der Mitte des inneren Spiralhohlrauines mit der Mitte'achse der Spirale fast gleichgerichtet (Parallel) sind und senkrecht oder schief zur Ebene des Stromkreises, der senkrecht zur Mittelachse des Solonoids liegt. Die eingezeichneten Pfeilspitzen deuten den Verlauf der Stromkreisrichtungen in seiner Verschiedenheit an.

Daß auch der Raum zwischen den beiden Schenkeln eines Hufeisenmagneten von Kraftlinien durchsetzt ist, geht aus Fig. 113 hervor. Bringt man nach Fig. 118 in dieses magnetische Feld einen Eisenstab Lj und bewegt ihn darin, so daß die Kraftlinien im Feld des Magneten von ihm durchschnitten und von ihrer vorherigen Richtung abgelenkt werden, so sammeln sich die Kraftlinien in dem Eisenstab, er wird während der Bewegung im magnetischen Feld ebenfalls magnetisch, und wird in ihm somit elektromotorische

Kraft geweckt (induziert). Schließt man die beiden Enden des Leiters Lt durch zwei senkrechte Eisenstäbe, deren Enden durch Drähte mit einem Galvanometer Gr verbunden sind, an, so erhält man einen in der eingezeichneten Pfeilrichtung zirkulierenden Strom, dessen Stärke der Ausschlag der Galvanometernadel an der Skala sichtbar macht.

Diese Art elektrischer Ströme bezeichnet man als Jnduktionsströme, weil sie durch magnetische Wirkung geweckt werden. Hierbei verhält sich jedes Stück des Leiters L, während seiner Bewegung im magnetischen Feld wie ein galvanisches Element.

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Fig. US.

Es ist nun weiter eine auffallende Tatsache, daß auch ein vom elektrischen Strom durchflossenes Solenoid die Wirkungserscheinungen und Eigenschaften eines Magneten zeigt, und müssen sich dementsprechend zwei vom Strom durchflossene Solenoide ebenso wie zwei Magnete zueinander verhalten, d. h. sich gegenseitig an den Polen anziehen und abstoßen, je nachdem diese gleichnamig oder ungleichnamig aufeinander gerichtet sind.

Bei Versuchen in dieser Hinsicht hat sich gezeigt, daß sich gleichgerichtete Ströme gegenseitig anziehen, wenn sie sich gegenüberstehen, während sich entgegengesetzt gerichtete abstoßen. Diese elektrodynamische Bewegungswirkung des elektrischen Stromes hat mit der Jnduktionswirkung nichts zu tun. Während sich die elektrodynamische Wirkung bei dem elektrischen Strom dauernd äußert, ist die magnetelektrische Induktion eine rein impulsive Wirkung des elektrischen Stromes.

Die induzierende Wirkung des elektrischen Stromes hängt ab von dem schnellen Anwachsen und Schwinden des Hauptstromes, und wird diese Wechselwirkung am besten durch die elektromagnetischen Stromunterbrecher erzielt. Ferner ist aber die Jnduktionswirkung noch abhängig von der Länge der parallel verlaufenden Drähte, und wählt man deshalb für sie die Form spiralförmig gewundener Drähte, weil es durch diese Art der Anordnung möglich wird, sehr lange und parallel laufende Leitungen auf einem kleinen Raum unterzubringen; auch dient ein weicher Eisenkern aus den schon mitgeteilten Gründen zur weiteren Verstärkung der Jnduktionswiikung?

Dementsprechend setzt sich ein Induktionsapparat in der Hauptsache aus vier Teilen zusammen, der Primär- und Sekundär- oder Jnduktions-rolle, dem Eisenkern und dem Stromunterbrecher.

Die Primärrolle bildet mit ihrer Drahtwicklung, die in die Leitung der Stromquelle eingeschaltet wird, den größten Teil des Hauptstromkreises. In ihm liegt auch der Stromunterbrecher, dessen Anker entweder durch den Verstärkungskern der Hauptspule oder durch besondere Elektromagnetenkerne angezogen und abgestoßen wird. Die eigentliche Jnduktions- oder Sekundärrolle ist in ihrer Bewicklung von der Hauptspule vollständig getrennt, muß aber ferner gegen diese, sowie in sich selbst, also in ihren einzelnen Windungen, ebenfalls gut isoliert sein.

Bei Stromschluß wirkt nun die Primärrolle induzierend auf die Sekundärrolle ein. Diese Wirkung ist abhängig von der Stromstärke und Windungszahl, unix sind die Grenzen für die Primärwicklung nach dem Ohmschen Gesetz sehr eng gezogen. Am zweckmäßigsten ist es stets, die Primärspule aus verhältnismäßig wenigen Windungen nicht zu dünnen Drahtes zu bilden, weil mit der Feinheit des Drahtquerschnittes und der Länge des Drahtes sein innerer Widerstand erheblich wächst.

Bei den Stromunterbrechern haben wir zwei Arten zu unterscheiden: mechanische und automatische. Auf die Konstruktion dieser Apparate näher einzugehen, ist hier nicht angebracht. Man hat ihnen, mit Rücksicht

Wenn man nämlich in den Jnneuraum eines vom Strom durchflossenen Solenoides, welches selbst einen Magneten vorstellt, einen weichen Eisenkern einführt, so wird dessen Wirkung hierdurch wesentlich verstärkt. Das Solenoid, als Magnet betrachtet, kann seine volle magnetische Kraft deshalb nicht entwickeln, weil die in seinem Innern verlaufenden Kraftlinien einen sehr hohen magnetischen Widerstand in dem Widerstand der Luftsäule im Solenoid zu überwinden haben. Dieser Widerstand wird nun durch die Einführung des weichen Eisenkerns gebrochen, weil er einerseits die Luftsäule im Innern des Solenoides zum größten Teil verdrängt und anderseits infolge des sehr geringen magnetischen Widerstandes, welcher dem weichen Eisen eigentümlich ist, die Kraftlinien in sich sammelt, verdichtet.

auf ihre große Bedeutung bei der Jnduktionswirkung, viel Aufmerksamkeit geschenkt und war namentlich bestrebt, mit möglichst geringem Kraftaufwand eine hohe Steigerung der Unterbrechungen in der Sekunde zu erzielen. Wir werden, wenn sich die Gelegenheit bietet, auf die Unterbrecher noch verschiedentlich eingehen können.

In welcher Weise durch den weichen Eisenkern eine Verstärkung der Jnduktionswirkung möglich wird, ist uns schon in dem Abschnitt über die magnetischen Kraftlinien klar geworden, es bleibt hier nur noch übrig darzutun, wie diese Wirkung bei dem Induktionsapparat durch den Eisenkern erzielt wird.

Nun ist aber beim Magnetisieren des weichen Eisens noch eine Kraft — die Koörzitivkraft zu überwinden, welche der Magnetisierung Widerstand leistet und mit der Größe des Ausschnittes des Eisenkerns wächst. Diese Kraft soll aber bei den Induktionsapparaten möglichst klein sein, weil Magnetisierung und Entmagnetisierung des weichen Eisenkerns bei ihnen sehr schnell wechseln müssen, um eine gute Jnduktionswirkung zu erzielen. Es ist deshalb die plötzliche Magnetisierung und Entmagnetisierung eines vollen Eisenkerns nicht möglich. Da lange dünne Eisenstäbe nun leichter zu magnetisieren sind, als kurze, aber dicke, so ist ein Ausweg leicht darin gefunden, daß man den weichen Eisenkern nicht aus einem vollen Eisenstück bildet, sondern aus einem entsprechend dicken Bündel einzelner ganz dünner Drähte aus weichem Eisen, die außen natürlich sehr gut isoliert werden müssen. Man hat deshalb nicht nötig, jeden einzelnen Draht mit einem guten Nichtleiter zu überziehen. Es genügt vollständig, daß man die einzelnen Drähte durch Ausglühen erst weich macht und dann an der Luft erkalten läßt. Es bildet sich dann auf ihrer Oberfläche eine Oxydschicht, die genügenden magnetischen Widerstand besitzt, um die einzelnen Drähte gegeneinander zu isolieren. Man führt also bei gewöhnlichen Induktionsapparaten in den Hohlraum der Primärspule einfach ein Bündel ausgeglühter und auf der Oberfläche oxydierter Eisendrähte ein. Für bessere Apparate ist eine bessere Isolierung angebracht, und erzielt man diese dadurch, daß man das Drahtbündel erwärmt und in geschmolzenes Paraffin oder Schellack taucht.

Die Induktionsapparate dienen dazu, bei einer niedrigen Stromstärke eine möglichst hohe Spannung zu erzeugen, welche so stark wird, daß selbst bei geöffnetem Sekundärstromkreis Funken überspringen können. Zu welchem Spezialzweck der Induktionsapparat dient, bleibt sich im Grunde genommen ganz gleich, es kommt vor allem immer darauf an, mit verhältnismäßig geringer Energie große (lange) Entladungsfunken zu erzielen, und ist dies nur dadurch zu erzielen, daß man der Herstellung der Sekundärspule größte Sorgfalt zuwendet.

Namentlich muß die Isolation der Sekundärspule eine sehr gute sein, denn es herrscht zwischen den Endpunkten der Sekundärwickelung eine sehr hohe Spannung, die natürlich ungeschwächt zur Geltung kommen soll. Ist die Isolierung aber nur mangelhaft, so ist das nicht möglich.

Die Stärke der Jnduktionswirkung ist abhängig von der Windungszahl auf der Sekundärspule. Die Stärke der Spannung ist in den einzelnen Windungen verschieden und am größten an den beiden Endwindungen. Mit Rücksicht auf die sehr geringe Stromstärke des Jnduktionsstromes ist für die Wicklung die geringste Drahtstärke zulässig, welche im Handel zu haben ist. Dieser Draht muß aber sehr gut isoliert sein, doch darf die Isolierung, welche den Querschnitt des Drahtes erhöht, nicht derart dick sein, daß sie den für die Bewicklung vorhandenen Raum wesentlich verkleinert, weil man sonst nicht genug Draht auf die Spule wickeln kann. Es muß also die Isolierung nicht zu stark auf den Draht aufgetragen sein, doch inuß ihre Schutzkraft genügen, um ein Überschlagen der Funken zwischen den dicht übereinander liegenden Drahtlagen zu verhüten.

Eine gute Isolation in diesem Sinne bildet die Umspinnung des Drahtes mit Seide und lagenweises Durchtränken mit Schellackfirnis, Terpentinöl oder Paraffin. Außerdem isoliert man die einzelnen Lagen durch zwischen gelegtes Wachspapier voneinander.

Thermo-Llektrifität.

Obgleich diese Art Elektrizitätserzeugung nur bei gewissen Prozessen Nutzanwendung findet und in der Praxis seltener benutzt wird, ist es doch nötig, auch ihr Aufmerksamkeit zu schenken, um ein geschlossenes Bild der Elektrizitätserzeugung zu geben.

Wie schon die Bezeichnung (Thermo) sagt, handelt es sich hierbei um Elektrizitätserzeugung durch Wärme. Entdeckt wurde die Thermoelektrizität durch Seebeck 1822. Er fand, daß bei Vereinigung zwei oder mehrerer verschiedenartiger Drähte zu einem Stromkreis ein elektrischer Strom entsteht, sobald eine der Verbindungsstellen erwärmt oder abgekühlt werden.

Man kann sich von dieser Tatsache durch einen Versuch überzeugen, indem man auf einer Wismutplatte einen an seinen beiden Enden rechtwinklig zu kurzen Schenkeln abgebogenen Kupferstreifen mit diesem auf der Wismutplatte festlötet. In dem Zwischenraum zwischen dem Wismut und Kupferblech

bringt man eine Magnetnadel an umgestülptes Wasserglas, daß die Magnetnadel in ihrer Ruhelage in der Längsachse bzw. parallel zu den Längsseiten des Wismut- und Kupferstreifens liegt.

und legt den einfachen Apparat so auf ein

Erwärmt man nun an dem einen Ende die Lötstelle, so schwingt die Magnetnadel alsbald aus ihrer Ruhelage heraus und zeigt auf diese Weise an, daß in den Metallplatten ein elektrischer Strom kreist. Aus der Richtung des Nadelausschlags kann man auch bestimmen, in welcher Richtung der elektrische Strom in den beiden Metallstreifen kreist.

Wird aber die Wismutplatte durch eine solche aus Eisen ersetzt und in gleicher Weise durch Lötung mit der Kupferplatte verbunden, so kreist der Strom bei Erwärmung der Lötstelle durch die Flamme einer untergehaltenen Spiritusflamme oder Kerze in entgegengesetzter Richtung. Wiederholt man diese Versuche mit den verschiedensten Metallen, so erhält man eine Reihe, bei welcher der elektrische Strom stets von dem voranstehenden durch die er-tvärmte Lötstelle zu dem folgenden Metall übergeht. Der Ausschlag der Magnetnadel ist unter sonst gleichen Umständen verschieden bei Verwendung verschiedener Metalle, und erhält man hierbei wieder eine Spannungsreihe, die man als thermoelektrische Spannungsreihe bezeichnen kann. Diese Spannnngsreihe gestaltet sich folgendermaßen:

Wismut, Quecksilber, Platin, Gold, Kupfer, Zinn, Blei, Zink, Silber, Eisen, Antimon.

In dieser Spannungsreihe wächst der Nadelausschlag mit der Größe der Entfernung der beiden Metalle in der Reihe. Der größte Spannungsunterschied besteht mithin zwischen Wismut und Antimon.

Das beste Thermo-Element besteht also aus den Metallen Wismut und Antimon, liefert aber auch nur eine geringe elektromotorische Kraft. Praktisch ausgeführt wurde die in Fig. 119 dargestellte Thermosäule von Gülcher, welche die Firma Julius Pintsch in Berlin in drei Größen von

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Fig. 119.

1,5 bis 4 Volt baut mit 26 bis 66 Elementen. Diese Thermosäule wird mit Gas geheizt, und bestehen ihre Elemente aus Nickel und einer Antimonlegierung. Die röhrenförmige Nickelelektrode ist mit der Antimonelektrode durch Lötung verbunden, und wird letztere mit einem Kupferblech versehen, welches die Verbindung mit der Nickelelektrode des folgenden Elementes bildet. Das brennende Gas tritt in die Röhre der Nickelelektrode ein, gibt hier seine Wärme ab, während das Kupferblech der Antimonelektrode die Wärme an die Luft wieder abgibt und hierdurch die nötige Abkühlung der Elektroden wieder herbeigeführt wird.

In der Metallurgie bedient man sich neuerdings der Thermoelemente mit Erfolg zur Messung hoher Temperaturen, und bieten sie dabei unstreitig große Vorteile. In den Laboratorien benutzte man schon länger gewisse Meßapparate zur Bestimmung hoher Temperaturen, in die Praxis sind sie aber erst in den letzten Jahren eingeführt worden, nachdem es gelungen war, thermoelektrische Pyrometer zu konstruieren, die sich dem Bedarf in den Gießereien und Hüttenwerken in geeigneter Weise anpassen lassen. —

Namentlich in der Metallurgie spielen die Wärmeverhältnisse eine wichtige Rolle bei der Fabrikation der verschiedensten Waren, und ist gar oft Güte und Gleichmäßigkeit des Materials von der genauen Einhaltung bestimmter Temperaturen abhängig. In all diesen Fällen ist nun mit Hilfe des Pyrometers eine genaue Kontrolle möglich, und da die Beobachtung solcher Instrumente, die in den Schmelz- oder Glühräumen eingesetzt werden und von außen durch Schaulöcher zu beobachten sind, ebenfalls nicht die nötige Zuverlässigkeit zeigen, so sind die besten Apparate immer die, welche ein genaues und bequemes Ablesen der jeweilig in dem Raume herrschenden Temperaturen gestatten.

5.

Die chemischen Wirkungen des elektrischen Stromes.

a) Elektrolyse.

Das Wunderbarste an der Naturkraft „Elektrizität" ist die große Vielseitigkeit ihrer Wirkungserscheinungen. — Wir haben gesehen, wie von ihr Licht- und Wärmewirkungen ausgehen, wie leicht sie sich von einem zum anderen Leiter überträgt und wie sie durch Induktion und Wärme entsteht. Wir haben auch bereits erfahren, daß sie in Gestalt galvanischer Ströme Wasser zersetzt und beim Überspringen von Funken die zwischen den Leitern befindliche Luftschicht chemisch verändert, und liegt in diesen Erscheinungen bereits der Beweis dafür, daß sie imstande ist, chemische Veränderungen an Körpern hervorzurufen, chemische Wirkungserscheinnngen zu vermitteln, einzuleiten und zu fördern. Gerade diese elektrischen Wirkungserscheinungen sind für industrielle und gewerbliche Zwecke von größter Bedeutung und verdienen deshalb eingehende Beachtung.

Wie wir dargetan haben, fließt der elektrische Strom dauernd nur durch eine in sich geschlossene Kette von Leitern. Die chemischen Wirkungen des elektrischen Stromes treten nur beim Durchgang durch Flüssigkeiten, den Leitern zweiter Klasse, am schärfsten in Erscheinung, denn er verursacht in ihnen stets chemische Zersetzungen, die nach bestimmten Gesetzen stattsinden. In der Fachsprache nennt man die leitenden Flüssigkeiten Elektrolyte, weil die Elektrizität die Fähigkeit besitzt, sie in ihre Grundstoffe oder Elemente aufzulösen-Den Vorgang der Auflösung selbst bezeichnet der Elektriker durch das Wort Elektrolyse. Alle sogenannten elektrolytischen Verfahren beruhen also auf einer Auflösung des oder der dabei zur Anwendung kommenden Elektrolyte.

Wir wissen aus der Abhandlung über Galvanismus, daß jedes Element in der Hauptsache aus zwei Elektroden und einem bezw. zwei Elektrolyten zusammengesetzt wird. Die beiden Elektroden sind außerhalb der Flüssigkeit leitend durch Poldrähte miteinander verbunden, und die Überleitung des Stromes im Element von einer Elektrode zur anderen vermittelt die leitende Flüssigkeit. Die beiden Elektroden werden noch als positiver und negativer Pol näher unterschieden, und zwar heißt in der Fachsprache der positive Pol — Anode, der negative Pol — Kathode.

Beide Worte sind nicht willkürlich gewählt, sondern aus Worten der griechischen Sprache gebildet, und zwar deutet das Wort Anode auf den hinaufführenden, Kathode auf den hinabgerichteten Verlauf des Stromes hin, den er in den beiden Elektroden einschlägt.

Die Zersetzung des Elektrolyten findet nicht in der ganzen Flüssigkeit gleichmäßig statt, sondern nur an den Elektroden. Es steigen nur an ihnen Gasblasen auf, welche den Zersetzungsprozeß anzeigen. Der Prozeß selbst ist durchaus nicht einfacher Natur und bedarf der Erläuterung.

Die Elektrolyte sind zumeist Lösungen von Säuren und Salzen in Wasser. Die Salze wieder enthalten als Bestandteil ein Metall und sind meist aus Verbindungen des Grundmetalls mit einer Säure entstanden. So enthält z. B. Kupfervitriol oder schwefelsaures Kupfer Kupfer als den einen und eine Säure als den anderen Bestandteil. Jede Säure enthält wieder Sauerstoff. Läßt man nun den elektrischen Strom durch eine solche Salzlösung von einer Elektrode zur anderen gehen, so scheidet sich an der negativen Elektrode oder Kathode immer das Metall ab, der Rest der Verbindung dagegen an der Anode oder positiven Elektrode. Auf eine Kupfervitriollösnng dieses Grundgesetz angewendet, wird also an der Kathode Kupfer abgeschieden. Wir haben mithin im elektrischen Strom ein ganz vorzügliches Mittel, aus Salzlösungen in sehr einfacher Weise die Metalle in reinster Form zurückzugewinnen.

Der andere Bestandteil des Salzes erscheint, wie schon gesagt, an der Anode, und nennt man diese Bestandteile, in welche der elektrische Strom einen Elektrolyten zerlegt, seine Jonen. Diese unterscheidet man wieder, je nachdem

sie an der einen oder anderen Elektrode auftreten, und nennt die an der Anode auftretenden Bestandteile Anion, die an der Kathode Kation.

Wenn man nun für den chemischen Zersetzungsprozeß den Lehrsatz

festhält:

„Bei jeder elektrolytischen Auflösung scheidet sich das

Metall an der Kathode aus",

so ist in diesem Sinne auch das als Wasserstoff bezeichnete Gas als Metall anzusehen, denn er tritt bei der Zersetzung gewisser Lösungen ebenfalls an der Kathode auf. Diese Unrichtigkeit ist aber nur eine scheinbare. Man muß nämlich im Auge behalten, daß die Bestandteile, welche der Strom aus dem Elektrolyten ausscheidet, auch wieder chemische Wirkungen auf die Flüssigkeit oder auf die Elektroden ausüben. Dazu sind sie nämlich in reinem Zustand viel mehr befähigt, als im gebundenen in der Form eines Salzes. Es kann deshalb sehr leicht geschehen, daß man an den Elektroden nicht die wirklichen Bestandteile des Elektrolyten erhält, sondern andere Verbindungen, welche durch die Einwirkung der frei gewordenen Jonen auf den Elektrolyten oder die Elektroden entstanden sind.

Diese Umbildung der Jonen während des Ausscheidens durch den elektrischen Strom bezeichnet man als sekundären Prozeß. Um hierfür ein Beispiel anzuführen, sei bemerkt, daß z. B. bei der Zersetzung von Zinkvitriollösung zwischen Kupferelektroden an der Kathode das Zink frei wird, während sich die an der Anode frei werdende Schwefelsäure mit dem Kupfer der Elektrode sofort zu Kupfervitriol (schwefelsaures Kupfer) umwandelt. Es findet also in diesem Fall an der Anode ein sekundärer Prozeß statt. Gerade an der Anode treten die sekundären Prozesse am häufigsten auf, doch kommt es auch vor, daß an der Kathode das Metall, welches an ihr ausgeschieden wird, sofort wieder chemische Verbindungen mit anderen, daselbst vorhandenen Stoffen eingeht.

Diese sekundären Prozesse haben bei der Entdeckung der Elektrolyse zu falschen Schlußfolgerungen geführt und zwar bei Versuchen mit Platin-Elektroden in Wasser. Bei Durchgang eines Stroms durch die in Wasser stehenden Platinplatten entwickelt sich nämlich an der Kathode Wasserstoff, an der Anode aber Sauerstoff. Da aber das Wasser aus diesen beiden Grundstoffen besteht, so nahm man an, daß der elektrische Strom das Wasser in diese beiden Elemente zerlegt, aber dies ist in Wirklichkeit gar nicht der Fall. Reines Wasser leitet nämlich den Strom fast gar nicht und ist ein sehr guter Isolator (Nichtleiter), es kann mithin auch nicht elektrisch zerlegt werden. Sobald das Wasser aber leitet, muß es Salze (meist Kali oder Natriumsalze) enthalten. Der elektrische Strom zersetzt nun beim Durchgang durch das Wasser diese Salze, und die an der Kathode frei werdenden Metalle Kali und Natrium zersetzen das Wasser in sekundärem Prozeß, verbinden sich mit dem aus dem Wasser ausgeschiedenen Sauerstoff zu einer neuen Verbindung, und der frei werdende Wasserstoff steigt in Gestalt von Gasblasen an der Kathode auf.

Auffallend ist namentlich die Tatsache, daß die frei werdenden Stoffe immer nur an den Elektroden auftreten bezw. sich ausscheiden. Man sollte annehmen, daß diese Ausscheidung auf dem ganzen Wege, den der Stroni zwischen den beiden Elektroden in dem Elektrolyten zurücklegt, stattfinden müßte. Clausius Archenius hat für diesen Vorgang eine Theorie aufgestellt, die in allen ihren Schlußfolgerungen bestätigt worden ist. Hiernach besteht jedes Stoffteilchen im Elektrolyten aus zwei entgegengesetzt elektrischen Bestandteilen, dem positiven Metall und dem negativen anderen Bestandteil. Mithin sind die Stoffteilchen selbst unelektrisch. Durch die Lösung eines Elektrolytsalzes im Wasser tritt nun eine sehr feine Verteilung der Stoffteilchen in der Lösung ein. Es gehen in der Flüssigkeit gewissermaßen immer Spaltungen und Vereinigungen der Jonen vor sich und zwar so, daß der Hauptteil der Atome getrennt ist. Befinden sich nun in einer so beschaffenen Flüssigkeit zwei Elektrodenplatten, von denen die eine negativ, die andere Positiv elektrisch ist, so äußern die Platten anziehende und abstoßende Wirkung auf die Jonen der im Elektrolyten enthaltenen Atome. Die negativ elektrische Kathode zieht das positive Metall an, die positiv elektrische Anode aber den Rest, mithin können diese ausgeschiedenen Stoffe nur an den beiden Elektroden in Erscheinung treten. In der Flüssigkeit selbst findet also eine Wanderung der Jonen nach den Elektroden hin statt.

Während nun die Flüssigkeit selbst in ihrem Innern scheinbar unverändert bleibt, ändert sich dies an den Elektroden. Hier treten an der Kathode immer Metalljonen hervor, geben an sie ihre positive Elektrizität ab und bleiben, unelektrisch geworden, an ihr haften. Bei der Anode findet derselbe Prozeß im entgegengesetzten Sinne statt, indem von ihr die negativ elektrischen Bestandteile gezwungen sind, ihre Elektrizität an die positiv elektrische Anode abzugeben und setzen sich, unelektrisch geworden, an ihr fest, wenn sie aus einem festen Stoff bestehen, oder steigen in Gestalt von Luftblasen an ihr empor, wenn sie aus einer Gasart bestehen.

Unzweifelhaft fest steht also die Tatsache, daß der elektrische Strom die Kraft hat, eine elektrolytische Flüssigkeit in ihre Bestandteile zu zerlegen; es würde sich nur noch fragen, wie die Zerlegung quantitativ vor sich geht.

Jeder Stoff setzt sich ja aus ganz bestimmten Gewichtsteilen der in ihm enthaltenen Grundstoffe zusammen, wenn er eine chemische Verbindung solcher Grundstoffe darstellt. Man weiß also mit Hilfe der Chemie ganz genau, wieviel Gewichtsteile der einzelnen Grundstoffe, aus denen der Stoff besteht, in einer Gewichtseinheit derselben enthalten sind.

Es ist wichtig, daß nur bei der elektrolytischen Zersetzung die Bestandteile an den Elektroden gerade in dem Gewichtsverhältnis auftreten, in betn sie in dem Elektrolyten vorhanden sind. Wenn nun z. B. eine Kupfervitriollösung elektrolysiert wird, so würde die Zersetzung in folgendem Verhältnis stattfinden:

Eine weitere, für die Praxis sehr wichtige Frage ist die, wie der elektrische Strom beschaffen sein muß, im Verhältnis zur Menge der durch ihn ausgeschiedenen Stoffe. Nach den Erfahrungen in der Praxis hat sich gezeigt, daß die Menge der ausgeschiedenen Stoffe einesteils von der Dauer des Stromes abhängt und wächst, je länger man den Strom unterhält. Andernteils hängt aber die Ausscheidung auch ab von der Stromstärke.

Kupfervitriol hat die chemische Formel S0₄ Cu, und heißt das nichts anderes als 32 Gewichtsteile Schwefel mit 64 Gewichtsteilen Sauerstoff haben sich mit 63,5 Gewichtsteilen Kupfer zu 159,5 Gewichteteilen Kupfervitriol verbunden. Wird nun die Kupfervitriollösung elektrolysiert, so scheiden sich an der Kathode 63,5 Gewichtsteile Kupfer des in der Lösung enthaltenen Quantums Kupfervitriol aus, während an der Anode 96 Gewichtsteile Schwefelsäure frei werden.

Man kann dies durch einen Versuch nachweisen, zu dessen Ausführung man Bunsenelemente benutzt. Es wird ein Stromkreis aus drei Bunsen-elementen gebildet, indem man ein Gefäß mit zwei Platin-Elektroden, die in angesäuertes Wasser tauchen und ein Milliamperemeter einschaltet. Sobald der Stromkreis geschlossen ist und der Strom darin kreist, scheiden sich an den beiden Platinelektroden Sauerstoff und Wasserstoff aus und entweichen aus dem gasdicht geschlossenen Gefäß durch ein Glasrohr in einen graduierten Zylinder, der mit Wasser gefüllt und umgekehrt so in eine mit Wasser gefüllte Schüssel (pneumatische Wanne) gestellt ist, daß sich das aus dem Gefäß mit den Platinelektroden entweichende Gas (Knallgas) in dem Zylinder ansammelt. An den Teilstrichen des Zylinders (ccm) kann man also genau ablesen, wieviel Gas in einer bestimmten Zeit durch den Strom ausgeschieden wird.

Durch Versuche mit diesem einfachen Apparat findet man, daß bei großer Stromstärke mehr Gas entwickelt wird als bei geringer. Man hat also umgekehrt schon an der Stärke der Gasentwicklung einen Maßstab für die Stärke des Stromes und benutzt ihn unter der Bezeichnung Knallgas-Voltmeter zur Messung der Stromstärken in elektrolytischen Bädern.

Ebensogut wie man aus der ausgeschiedenen Gasmenge auf die Strom« stärke schließen kann, ist das aber auch durch jede andere Stoffmenge möglich, die auf elektrolytischem Wege ausgeschieden wird.

Es ist ferner eine allgemein bekannte Tatsache, daß bei jedem chemischen Prozeß auch Wärme erzeugt wird, wie ja überhaupt viele chemische Prozesse als eine Verbrennung anzusehen sind. Im gewöhnlichen Leben sind wir allerdings gewöhnt, Verbrennung nur die Vorgänge zu nennen, bei denen für unser Auge eine Flammenerscheinung und Rauchentwicklung sowie große, fühlbare Wärmeentwicklung stattfindet. Die Chemie unterscheidet feiner und nennt auch all die Prozesse Verbrennung, wo gewisse Stoffe in ihre Grundstoffe in gleicher Weise aufgelöst werden, wie dies bei der Verbrennung mit Feuer der Fall ist. Diese „kalte Verbrennung" dauert unter Umständen sehr lange, während die „heiße Verbrennung" unter Feuer und Rauchentwicklung sehr

schnell von statten geht. Das Endresultat beider Prozesse ist dasselbe. Es wird dabei eine bestimmte Menge Wärme entwickelt, und während ein Teil der Bestandteile sich in Gestalt von Gasen verflüchtigt, bleiben die festen, erdigen Bestandteile in Gestalt von Asche zurück. Da aber bei der heißen Verbrennung die ganze Wärme in sehr kurzer Zeit frei wird, wird sie auch für uns fühlbar. Bei der kalten Verbrennung aber nicht, weil diese sehr langsam vor sich geht, z. B. bei allen Verwesungs- und Fäulnisprozessen in der Natur.

Aber nicht nur bei der Zersetzung der tierischen und pflanzlichen Stoffe sindet diese Wärmeentwicklung statt, man kann sie auch bei der Lösung erdiger und metallischer Stoffe und Salze nachweisen. Dies ist z. B. auch bei dem Ausscheiden des Kupfers aus der Kupfervitriollösung der Fall, nur ist die hierbei frei werdende Wärmemenge sehr klein, hat aber eine ganz bestimmte Größe. Man sollte nun meinen, daß diese frei werdende Wärme mit der Zeit doch in Erscheinung treten müßte. Sie bleibt aber nicht frei in dem Elemente und kann infolgedessen auch seine Temperatur nicht erhöhen, sondern sie verwandelt sich zum Teil direkt in elektrische Energie und begünstigt so die Unterhaltung des ununterbrochenen Strömens der Elektrizität von einer Elektrode zur anderen. Es wird also die Arbeit, welche in dem Element geleistet wird, durch die Wärme veranlaßt, geliefert, welche bei den chemischen Vorgängen int Element frei wird. Aus allen diesem ersehen wir nun, daß der Durchgang eines elektrischen Stromes durch eine elektrolytische Flüssigkeit mit einer stetigen Bewegung • der Jonen in dem Elektrolyten verbunden ist. Es findet also nach Einschaltung des Stromes eine konstante Doppelbewegung in dem Elektrolyten statt, indem die positive elektrische Metalljone nach der negativ elektrischen Kathode wandert, und die an ihr frei werdenden negativ elektrischen Jone wandern nach der positiv elektrischen Anode hin, geben dort ihre negative Elektrizität ab, und der Rest des Bestandteils wird frei.

Faraday hat nun ein Gesetz ausgestellt, bezw. aus den Vorgängen im stromdurchflossenen Elektrolyten hergeleitet, nach dem die Jonen in allen elektrolytischen Flüssigkeiten stets in äquivalenten Mengen abgeschieden werden. Das heißt soviel als, das Äquivalent- oder Teilgewicht einer Jone trägt immer dieselbe Menge Elektrizität mit sich, wie das Äquivalentgewicht eines anderen Jons und zwar für die Kationen die gleiche Anzahl positive Coulombs, die Anionen die gleiche Anzahl negative Coulombs mit sich.

Wir sagten schon vorhin, daß ein Teil der Wärme, welche bei den im Elektrolyten stattfindenden chemischen Prozessen frei wird, direkt in elektrische Energie übergeht. Da nun bei manchen Elektrolyten die frei werdende Menge größer ist als in der vorhin als Beispiel gewählten Kupfervitriollösung, so geht ein Teil der Wärme in das Bad über und erhöht seine Temperatur. In diesem Fall ist dann die elektrische Kraft kleiner. Entzieht man dem Element die Wärme, sodaß es sich abkühlt, und setzt sich die entzogene Wärme wieder in elektrische Energie um.

Bei den elektrolytischen Wirkungen zeigt sich aber auch wieder, daß jede von der Richtung des galvanischen Stromes abhängende Wirkung desselben umgekehrt wieder einen galvanischen Strom erzeugt. Sobald nämlich ein Strom durch ein solches aus zwei Elektroden und Elektrolyten bestehendes galvanisches Bad geschickt wird, wird dieses selbst zum galvanischen Element, und es entsteht in ihm eine elektromotorische Kraft, welche wieder umgekehrt imstande ist, einen Strom hervorzurufen, und zwar geht diese Kraft von den Elektroden aus. Dies ist namentlich dann der Fall, wenn sich die eine (negative) Elektrode mit einem aus dem Bad ausgeschiedenen Metallniederschlag bedeckt hat und die Elektrode aus einem anderen Metall als das auf ihr niedergeschlagene besteht. Wie wir wissen, sind zwei verschiedene Metalle in einem Elektrolyten elektrisch wirksam gegeneinander, und muß deshalb durch die Elektrolyse in dem Bad selbst elektroinotorische Kraft entstehen. Aber auch in Fällen, wo kein Metallniederschlag auf der einen Elektrode stattfindet und keine Oberflächenveränderung an ihnen wahrzunehmen ist, sind die Elektroden nach Durchgang des Stromes elektromotorisch wirksam gegeneinander. Es kommen eben bei jeder elektrolytischen Zersetzung die Elektroden in einen ganz eigenartigen Zustand, der ihre elektomotorische Wirksamkeit gegeneinander bedingt, und diesen Zustand nennt man in der Elektrotechnik

b) Polarisation.

Wenn also in einem galvanischen Bad oder Element selbständig elektromotorische Kraft sich entwickelt, so sagt man — die Elektroden werden polarisiert. Dies ist stets der Fall, wenn ein Strom durch eine elektrolytische Zersetzungszelle (Bad mit zwei Elektroden) fließt. Verbindet man die Elektroden in diesem Zustand durch einen Draht miteinander, so fließt durch ihn ein elektrischer Strom, der Polarisationsstrom, was sich durch ein Experiment sehr leicht beweisen läßt. Dieser Polarisationsstrom hat immer die entgegengesetzte Richtung des ursprünglichen Stromes, durch den er hervorgerufen wird, und deshalb auch als polarisierender Strom bezeichnet lverden kann.

man

Sobald also ein Strom durch eine Zersetzungszelle gesandt wird, beginnen die Elektroden sofort elektromotorisch gegeneinander zu wirken, und fließt deshalb schon während der Polarisierung von der Zersetzungszelle ein Strom durch den Schließungskreis in entgegengesetzter Richtung zu dem polarisierenden Strom. Es ist klar, daß durch diesen Gegenstrom eine Schwächung des polarisierenden Stromes eintreten muß. Man muß also bei Bestimmung der Stromstärke diesen Umstand in Rechnung ziehen und erfährt das Ohmsche Gesetz, nach dem die Stromstärke gleich ist der elektromotorischen Kraft der Batterie, geteilt durch den Gesamtwiderstand, insofern eine Abänderung, als bei der Berechnung von der elektromotorischen Kraft der Batterie die elektromotorische Kraft der Polarisation erst abziehen muß, ehe man durch den Gesamtwiderstand dividiert.

Die Stärke der Polarisation ist von der Natur der Elektroden und des Elektrolyten nicht abhängig, sondern von den auf den Elektroden sich bildenden Niederschlägen und deren Stärke. Sind dieselben nur ganz schwach, so ist auch die elektromotorische Kraft der Polarisation nur gering, aber sie wächst mit der Zunahme der Dicke des Niederschlages von Gasblasen (Wasserstoffe Ist dieser so dicht geworden, daß die Elektrode ganz bedeckt ist, so ist das Maximum (der Höhepunkt) der Polarisation erreicht, und diese wächst nicht mehr, wenn auch die Gasschicht noch weiter zunimmt. Ist die elektromotorische Kraft des polarischen Stromes geringer als das Maximum der Polarisation der Elektroden in der Zersetzungszelle, so kann selbstredend dieses Maximum nie erreicht werden, weil der Strom dann in umgekehrter Richtung fließen und die Polarisation aufheben müßte, sobald die elektromotorische Kraft des Polarisationsstromes die der ladenden Batterie übertreffen würde. Es ist dann bis zu diesem Maximum die elektromotorische Kraft des Polarisationsstromes gleich der des polarisierenden Stromes und hat ein jedes Element, welches polarisiert wird, ein Maximum der elektromotorischen Kraft. Alles weitere über diese Vorgänge haben wir im Abschnitt über Akkumulatoren bereits mitgeteilt.

6.

Gleich-, Wechsel- und Drehströme.

Bei Besprechung der galvanischen und Thermo-Elemente haben wir gesehen, daß in ihnen der galvanische Strom immer in einer bestimmten Richtung zirkuliert, sobald der äußere Stromkreis geschlossen ist. Diese Ströme haben also eine gleichartige Richtung, welche sie dauernd beibehalten, und können deshalb als Gleichströme bezeichnet werden.

In der Lehre von den Jnduktionswirkungen haben wir nun erfahren, daß auch andere Arten von Strömen erzeugt werden können, deren Richtung im Stromkreis Veränderungen unterworfen ist, die sich in schnellem Wechsel vollziehen und deshalb ganz bezeichnend Wechselströme genannt werden. Dieselben werden durch abwechselnde Jnduktionswirkungen geweckt und können beispielsweise durch Öffnen und Schließen eines Primärstromes entstehen. Auch durch Annähern und Entfernen eines primären Stromes an einen sekundären können sie hervorgerufen werden, aber immer bringen die verschiedenen Arten der Erzeugung in dem sekundären Stromkreis abwechselnd Ströme in zwei verschiedenen Richtungen wirkend hervor, die in dem äußeren Stromkreis der Jnduktionsrolle fließen.

Es ist ohne weiteres klar, daß bei dem Wechselstrom die Stromstärke ebenfalls einem gewissen Wechsel unterworfen ist, indem sie bei jedem Wechsel vom Nullpunkt bis zu einem Maximum steigt, auf den Nullpunkt zurückkehrt und so fort tut ständigen Wechsel. Dieser vollzieht sich aber so schnell, daß

die Stärkenstufen nicht zur klaren Wirkung kommen, und wird man deshalb am besten mit der mittleren Stromstärke rechnen. Wenn Fig. 120 den Verlauf einer Periode des einfachen Wechselstromes darstellt, so sehen wir daraus, daß in den Punkten a, c, e die Stromstärke auf Null sinkt und in b, d ihr Maximum erreicht, 'Ci    ”'5

7z

Fig. 120.

beide Male aber im entgegengesetzten Sinne, entsprechend dem Richtungswechsel im Verlauf des Stromes.

Man kann also für den Wert der Stromstärke des Wechselstromes nicht das Maximum, entsprechend der Höhe b h = d ht annehmen, sondern nur den mittleren Wert

b . h _ dhj

Während die Gleichströme mit dem Voltmeter gemessen werden können, bedient man sich zum Messen der Wechselströme des Elektrodynamometers. Es ist dies ein Apparat, der in seiner einfachsten Form die in Fig. 121 gezeichnete Einrichtung erhält. Hier ist ein fest X§ auf dem Grundbrett ste-

(x

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hender Rahmen GH mit [

Fig. 121.

Draht umwickelt, dessen Enden in die Klemmschrauben K und Kx führen und von ihnen aus einen elektrischen Strom erhalten. Im Hohlraum des Rahmens G H ist nun ein zweiter um zwei Zapfen in seiner Mitte leicht drehbarer Rahmen Gx Ht angeordnet, der ebenfalls mit Draht in einer Lage umwickelt ist. Auch in diese Drähte, deren Enden durch eine besondere Vorrichtung mit einer Stromquelle verbunden sind, kann Strom geleitet werden. Bei der in Fig. 121 gezeichneten Stellung kreuzen sich die Richtungen beider Ströme in den Drahtwickelungen auf dem Rahmen und haben gegenseitig das Bestreben sich gleichzurichten. Es hat dann die feste Rolle immer die Neigung, die bewegliche aus ihrer Stellung zu bringen. Beim Elektrodynamometer sind nun beide Rollen von demselben Strom durchflossen, und wird die bewegliche Rolle von der festen mit einer Kraft abgelenkt, die abhängig ist von dem Produkt der Stromstärke in beiden Rahmen; sie ist also abhängig von dem Quadrat der Stromstärke (die Ablenkung). Ändert sich nun in beiden Rahmen die Stromrichtung, so ändert der bewegliche Rahmen seine Richtung auch mit, es ist mithin in der Stellung der beiden Rahmen zueinander ein Mittel zum Messen der Stromstärke der Wechsel-

ströme gegeben, und kann man aus ihr direkt die Stromstärke in Ampere bestimmen.

Während mit diesem Apparat nur schwache Wechselströme gemessen werden können, bedient man sich zur Messung starker Wechselströme eines anderen Apparates, den Siemens konstruiert hat. Bei diesem ist die bewegliche Rolle aus einem starken Kupferstreifen hergestellt, welche an einer Feder hängt und mit Spitzen in Quecksilbernäpfchen eintaucht. An dem Kupferstreifen ist ein Zeiger befestigt, welcher sich über einem Zifferblatt frei bewegt und durch seine Stellung die gefundene Stromstärke markiert. Zum Aichen des Apparates bedient man sich eines Gleichstroms mit Voltmeter, an dem die jeweiligen Stromstärken abgelesen und auf dem Zifferblatt vermerkt werden.

Auch zur Messung von Spannungsdifferenzen kann der Apparat benutzt werden, und erhält man bei Wechselströmen die mittlere Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten eines Stromkreises. Bequemer ist aber die Messung mit dem Siemensschen Spannungsdynamometer, in welchem die feste Rolle aus Nickeldraht, die bewegliche aus Kupferdraht besteht. Die beiden Rollen sind astatisch miteinander verbunden, so daß der Erdmagnetismus nicht auf sie einwirken kann, und muß der Strom die Windungen der oberen beweglichen Spule in entgegengesetzter Richtung wie die der unteren durchlaufen. Man läßt nun den zu messenden Strom zuerst in die feste Spule gehen und erst dann durch Spiralfedern in die beweglichen Spulen. Auch hier bewegt sich ein Zeiger über kreisrundem Zifferblatt und zeigt dieser den Winkel an, um welchen die Spirale jeweilig zurückgedreht werden muß. Die Kreisteilung ist nach Volts vorgesehen, so daß man die Spannung direkt in Volts ablesen kann. Um den Apparat auch zum Messen höherer Spannungen benutzen zu können, sind am Fuß Widerstände angebracht, welche durch Stöpselkontakte ein- und ausgeschaltet werden können. Durch sie hat man es in der Hand die Empfindlichkeit des Apparates bezw. des Zeigerausschlages auf ¹I₂, i/g usw. zu verringern. Der Zeigerausschlag ist alsdann mit 2, 3 usw. zu multiplizieren, um die Spannung in Volts zu erhalten.

Bei diesen Ausführungen ist angenommen worden, daß der Leiter, durch welchen der Wechselstrom geht, ein sehr niedriges Selbstpotential hat, und würde dies bei einer bifilar gewickelten Rolle der Fall sein. Man kann also durch bifilare Wickelung das Selbstpotential sehr klein machen und erhält dann nur sehr schwache Extraströme in dem so gewickelten Leiter.

Es steht fest, daß die Form des Drahtes von wesentlichem Einfluß auf die Größe des Extrastromes ist, und die elektromotorische Kraft des Extrastromes hängt wieder davon ab, mit welcher Geschwindigkeit sich die Intensität des Stromes ändert. Je schneller und plötzlicher dies geschieht, um so stärker ist die Spannung des Extrastromes. Das Verhältnis, in welchem die erzeugte elektromotorische Kraft des Extrastromes zu der Geschwindigkeit steht, mit welcher sich die Stromstärke in der Spule ändert, ist allein abhängig von der Form der Spule. Man nennt dieses Verhältnis das Selbstpotential oder

den Koeffizienten der Selbstinduktion der Spule. Die Einheit, mit welcher es gemessen wird, heißt 1 Henry.

Gehen nun Wechselströme durch einen Leiter mit hohem Selbstpotential, so entstehen natürlich Extraströme, weil Stärke und Richtung des Stromes sich fortdauernd ändern. Mithin wird die Stromstärke in einem solchen Leiter erheblich kleiner sein, als sie eigentlich nach dem Ohmschen Gesetz sein müßte. Es wirkt nämlich nicht die tatsächlich vorhandene elektromotorische Kraft allein, sondern diese wird um die Größe der elektromotorischen Kraft des Extrastromes verringert. Es findet also eine scheinbare Vergrößerung des Widerstandes des Leiters statt, den man mit Impedanz bezeichnet. Sie ist stets größer als der wirkliche Widerstand des Leiters und zwar um so größer, je schneller sich der Richtungswechsel im Verlauf des Wechselstromes vollzieht, je kürzer also die Wechselpcrioden und je größer das Selbstpotential des Leiters ist. Bei der bifilar gewickelten Rolle ist der Unterschied gleich Null, sie hat also beim Durchfließen eines Wechselstromes denselben Widerstand wie beim Durchfließen von Gleichstrom.

Wenn zwei in ihrer Stärke und Richtung verschiedene Gleichströme ein und denselben Leiter durchfließen, so erhält man eine Stromstärke, welche bei gleicher Richtung der Ströme gleich der Summe, bei entgegengesetzter Richtung gleich der Differenz der beiden Stromstärken ist. Bei Wechselströmen gestaltet sich das Verhältnis aber anders. Es kann die mittlere Stromstärke beider verschieden sein; beide Ströme können verschieden große Wechselperioden haben und beide können nicht gleichzeitig ihre höchsten und tiefsten Kraftwerte erreichen, und sagt man dann, die Wechselströme haben verschiedene Phasen. Wenn beispielsweise zwei Wechselströme von gleicher Periode oder verschiedenen Phasen durch einen Leiter gehen, so ändert sich die Phase des aus beiden Strömen resultierendcn Stromes und es findet eine Phasenverschiebung statt.

Der Phasenunterschied beeinflußt nun die Wechselströme in ihrem Verhalten ganz eigenartig. Während bei Gleichstrom der Effekt gleich dem Produkt in Watts aus der elektromotorischen Kraft in Volt und der Stromstärke in Ampere ist, hat dieses Produkt bei Wechselstrom in jedem Augenblick eine andere Größe, weil die Spannung und Stromstärke sich dauernd verändern. Der wirkliche Effekt beim Wechselstrom ist mithin der Mittelwert der im Umlauf einer Periode wechselnden Effekte. In einem induktionsfreien Leiter, durch den ein Wechselstrom fließt, würde der Mittelwert des Effekts in Watts gleich sein dem Produkt aus dem Mittelwert der Spannungen und dem Mittelwert der Stromstärken. Sobald aber eine Phasendifferenz zwischen Spannung und Stromstärke auftritt, wird der Effekt in Watts kleiner als das Produkt.

Bei einer Phasendifferenz von 90 Grad zwischen Stromstärke und Spannung eines Wechselstromes ist der Effekt gleich Null, er führt also keine Energie mit sich. Einen solchen Strom nennt man einen Leer- oder watt-

15

losen Strom. Sie treten nur in Verbindung mit anderen Strömen aus und sind als vollständige Leerströme allein nicht zu erzeugen.

Bei Wechselströmen, deren Phasendifferenz gegen die Spannung zwischen 0 und 90 Grad liegt, hängt der Stromeffekt von dieser Phasendifferenz ab. Der Effekt eines solchen Stromes ist gleich dem Produkt aus Spannung und Stromstärke, multipliziert mit einer Zahl, deren Wert von der Phasendifferenz abhängt, dem sogenannten Phasenfaktor.

Mit dem Arbeitsdynamometer wird der Effekt der Wechselströme gemessen. Dieses Instrument beruht auf dem gleichen Prinzip, wie das Elektrodynamometer für Strommessungen. Die Hauptteile sind eine feste Rolle aus einigen Windungen starken Drahtes und eine bewegliche Drahtrolle, welche an einer Torsionsfeder aufgehangen ist. Bei der Arbeitsmessung wird die feste Drahtrolle in den Stromkreis eingeschaltet, dessen Effekt gemessen werden soll, während die bewegliche Rolle an die Enden dieses Stromkreises in Nebenschluß [gelegt wird. Sodann fließt durch die feste Rolle der Hauptstrom, durch die bewegliche aber ein Zweigstrom. Die letztere Rolle wird dann abgelenkt und durch die Torsionsfeder zurückgeführt. Der Winkelausschlag, um den sich die Feder verdreht, hängt ab von dem Produkt der beiden Stromstärken und von der Phasendisferenz zwischen ihnen. Die Stärke des Zweig-stromes ist aber proportional der Spannung an den Enden. Um einen günstigen Effekt zu erreichen, muß man dafür sorgen, daß im Nebenstromkreis eine möglichst geringe Phasenverschiebung gegen den Hauptstrom stattfindet. Dies erreicht man dadurch, daß ein großer Widerstand ohne Selbstpotential vorgeschaltet wird und zwar auch im Nebenschluß.

Aus den vorstehenden Ausführungen kommt man zunächst zu der Ansicht, daß infolge der Phasendifferenzen das Wesen der Wechselströme schwer zu verstehen ist und daß man in der Praxis mit mancherlei Schwierigkeiten

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Fig-

bei ihnen zu rechnen hat. Das ist aber nicht der Fall, denn gerade die Phasendifferenzen verschiedener Wechselströme bringen eine Wirkung von sehr großer praktischer Bedeutung hervor. Die beiden Drähte x und y führen zu einem feststehenden Ring aus weichem Eisen und sind an zwei sich gegenüberstehenden Stellen um ihn geführt, wie Fig. 122 zeigt. Wenn nun durch beide Leitungen x und y Wechselströme fließen, so hat infolge des Phasenunterschiedes der eine im gleichen Moment die größte Stärke, wenn die Stärke des anderen gerade auf Null steht, wie dies durch die verschieden stark gezeichneten Drahtwindungen in der Figur angedeutet ist.

Während also der Strom bei b b¹ in seiner größten Stärke zur Wirkung kommt, ist er in aa¹ gleich Null. Durch den Strom in bb¹ wird nun der Eisenring magnetisiert und zwar so, daß sein Nord- und Südpol an N und 8 liegen. Der Pfeil deutet nun eine in dem Ring befindliche und um die Mitte drehbare Magnetnadel an. Sie wird also in der in Fig. 122 gezeichneten Phasenstellung die gezeichnete Lage NS einnehmen. Nimmt man nun an, daß die

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beiden Drähte x und y von Rollenpaaren ausgehen, welche sich drehen und die Ströme erzeugen, dann bildet sich an dem Eisenring in aa¹ und bb¹ abwechselnd, aber nicht gleichzeitig ein Maximum und Minimum, so daß sich die Pole des Ringes verschieben, wie dies in den sechs Stellungen Fig. 123 angedeutet wird. In I ist der Strom in aa¹ stark, in bb¹ aber Null, so daß die Magnetnadel die gezeichnete Lage einnimmt. Drehen sich die stromerzeugenden Rollen um 45°, so wird, wie Stellung II zeigt, der Strom in aa¹ und bb¹ gleich stark; die Pole verschieben sich auf dem Ring ebenfalls um 45° und die Magnetnadel macht die gleiche Drehung mit. An den übrigen vier Stellungen III bis VI in Fig. 123 kann man nun den Wechsel der Stromstärken, die Verschiebung der Pole auf dem Eisenring und die Drehung der Magnetnadel verfolgen, so daß die Nadel im Innern des festen Ringes in fortlaufende Drehung kommen muß und so lange drehen wird, als Strom durch die Drähte um den Eisenring fließt. Denkt man sich an Stelle der Magnetnadel ein Stück unmagnetisches Eisen in den Ring gebracht, so wird dieses durch Induktion magnetisch und muß sich auch drehen. Es bringt also hier der Wechselstrom Drehungen hervor, die Arbeit zu leisten vermögen, und auf diesem Prinzip beruhen die Jnduktionsmotoren. Diese zusammenwirkenden Wechselströme nennt man Mehrphasenströme. Zwei Rolleupaare mit 90° Phasenunterschied erzeugen Zweiphasenströme; drei Rollenpaare mit 60° Phasenunterschied — Dreiphasenströme uff. Am meisten benutzt wird der Dreiphasenstrom und heißt allgemein Drehstrom. Die praktische Anwendung dieser Ströme werden wir weiter hinten kennen lernen.

7.

Elektrische Schwingungen und Strahlungen.

Bei Besprechung der Wechselströme haben wir gesagt, daß der Richtungswechsel oder die Periodenfolge so schnell in dem Leiter vor sich geht, daß die Wirkung der wechselnden Ströme als ein geschlossener Strom erscheint. Diese Perioden sind von sehr kurzer Zeiteinheit und können 500 mal in der Sekunde wechseln, so daß man eine Periodenzeit von 0,002 Sekunden erhält. Man kann auf mechanischem Wege den Wechsel der Stromrichtung in der Sekunde noch auf das 6fache erhöhen, aber nur durch Aufbietung ganz außerordentlicher Mittel, die wenig praktischen Wert haben. Dagegen gibt es noch andere elektrische Oszillationen oder Schwingungen, die in der Sekunde millionenmal die Richtung wechseln, und zwar werden dieselben durch den elektrischen Funke hervorgerufen. Diese elektrischen Schwingungen treten bei jeder elektrischen Funkenentladnng auf, und ihre Schwingungs-perioden hängen in der Schnelligkeit ihrer Folge von der Kapazität der Leiter ab, zwischen denen der Funke überspringt. Sie entstehen durch Extraströme, welche bei jeder Funkenentladung auftreten.

Bei der Entladung einer Leydener Flasche kann man sich den Vorgang ganz gut vergegenwärtigen. Die geladene Leydener Flasche weist auf dem inneren Belag die eine, auf dem äußeren die andere Elektrizität (plus oder minus) auf. Beide sind in gleich großen Mengen vorhanden, klm eine Funkenbildung zwischen den auf dem Innen- und Außenbelag der Leydener Flasche vorhandenen Elektrizitätsarten herbeizuführen, legt man um den Außenbelag etwas oberhalb des Flaschenbodens ein Metallband mit Klemme, in der sich ein Metalldraht senkrecht auf- und niederschieben läßt. An Stelle des Kondnktorknopfes der Flasche schraubt man eine mit dem Konduktordraht einen rechten Winkel bildende Klemme auf, in welcher sich ebenfalls ein Metalldraht auf- und niederschieben läßt. Diese beiden Drähte müssen vom Flaschenmittel gleichen Abstand haben, so daß sie sich evtl, mit ihren Spitzen berühren können. Auf diese Weise erhalten wir Gelegenheit, die auf dem inneren und äußeren Belag gesondert voneinander vorhandenen Elektrizitäten abzuleiten. Nehmen wir nun an, es sei auf dem inneren Belag positive und auf dem äußeren Belag negative Elektrizität vorhanden, und nähern die beiden Drahtenden sich gegenseitig, so fließt die Elektrizität von dem inneren Belag nach außen, und es springt zwischen den beiden Drahtenden, ehe sie sich noch gegenseitig berühren, alsbald ein kräftiger Funke über. Die Entladung der Flasche geht also unter Funkenbildung in sehr kurzer Zeit vor sich. Gehen wir nun dem sich hierbei abspielenden Vorgang auf den Grund, so finden wir, daß die auf den beiden Belägen der Flasche vorhandene Spannungsdifferenz die Elektrizität zur Entladung durch die Drähte und die Luft treibt. Durch das Abfließen der Elektrizität von den beiden Belägen wird aber auch deren Menge immer kleiner und mithin auch die Spannungsdifferenz geringer. Die Stromstärke, mit welcher die Elektrizität abfließt, nimmt im gleichen Verhältnis rasch ab, und durch die Veränderung der Stromstärke während der Entladung werden Extraströme hervorgerufen, die sich in irgend einer Weise bei der Entladung äußern müssen, und ist dies auch tatsächlich der Fall. Der Extrastrom hat nämlich auch die entgegengesetzte Richtung des Entladestromes, und geht letzterer von oben nach unten, so ist der Extrastrom von unten nach oben gerichtet. Da nun der Entladestrom im Moment der Entladung so schwach wird, daß der Extrastrom das Übergewicht gewinnt, so geht dieser sofort in entgegengesetzter Richtung des vorangegangenen Entladestroms durch die Leiter. Der Entladestrom geht also abwechselnd von oben nach unten und von unten nach oben; es entsteht also eine abwechselnde, oszillierende Entladung oder kurzelektrische Schwingungen. Obgleich sich dieser Vorgang an der Leydener Flasche sehr schnell abspielt, so kann man doch deutlich mit dem Auge wahrnehmen, wie der Wechsel in der Richtung des Entladestromes vor sich geht. Diese Umkehrung der Stromrichtung vollzieht sich gleichzeitig zwischen beiden Leitern in bestimmten, sehr kurz aufeinander folgenden Zeiten, und nennt man diesen Zeitabschnitt die elektrische Schwingnngsperiode. Sehr schön lassen sich die Oszilla-

Honen des elektrischen Entladungsfunkens bei der Leydener Flasche mit einem sogenannten Drehspiegel beobachten. Es ist dies ein kleiner Spiegel, der sich sehr schnell um seine Achse dreht und zwar so, daß der überspringende Funke in ihm sichtbar wird. Gleichzeitig dreht sich der Spiegel auch um einen bestimmten Winkel, so daß der in den Spiegel fallende Lichtstrahl des elektrischen Funkens im Spiegelbild zu einem Lichtband auseinander gezogen erscheint. In dem Lichtband erscheinen nun dunkle Stellen mit hellen Lichtstreifen wechselnd, und ist jeder dieser dunklen Flecken gleichbedeutend mit einem Wechsel in der Richtung des Entladestromes oder der einzelnen Oszillationen. Feddersen, dem wir diese interessante Beobachtung zuerst verdanken, hat mit Hilfe des Drehspiegels auch die Periodenlängen der elektrischen Schwingungen bestimmt, und kommt man dabei auf eine Zeitdauer von zirka einer Millionstelsekunde für die Oszillation. Kirchhofs hat diese Forschungen fortgesetzt und erweitert. Er fand, daß die Periode der elektrischen Schwingungen abhängt von der Kapazität des Kondensators und dem Selbstpotential der angewendeten Leitung. Die Periode wird um so größer, je größer die Kapazität der Flasche und das Selbstpotential der Leiter ist.

Wir wissen, daß Töne, die wir hören, durch in Schwingungen versetzte Luft entstehen. Eine lange und weite Pfeife gibt beim Anblasen tiefere Töne als eine enge und kurze. Je kleiner also die bewegte Luftmenge ist, um so höher klingt der Ton. Bei der Funkencntladuug wird nun die Luft, welche sich zwischen den beiden Leiterenden befindet, ebenfalls bewegt, in Schwingungen versetzt. Die Luft bietet als schlechter Leiter dem Durchgang der Elektrizität Widerstand, der aufgehoben wird, wenn die Spannung auf den Leitern so groß wird, daß der Funke überspringen muß. Er durchbricht, durchschlägt die Luft und versetzt sie dabei in periodische Schwingungen. Diese Schwingungen sind in ihren Perioden um so kürzer, je geringer die bewegte Luftmenge, also je geringer der Widerstand ist. Auch die Form des Leiters hat Einfluß auf die Schwingungsdauer, und ist es durchaus nicht gleichgiltig, ob die dabei verwendeten Leitungsdrähte gerade oder spiralförmig gewunden sind. Je geringer aber die Kapazität der Leiter ist, um so kürzer ist die Periode der zwischen ihnen stattfindenden Entladungs-Oszillationen.

H. Hertz hat zuerst solche Schwingungen in sehr rascher Periodenfolge hervorgerufen, und führen sie nach ihm die Bezeichnung Hertzsche Schwingungen. Er bediente sich hierzu eines Apparates, dessen Einrichtung in Fig. 124 schematisch dargestellt ist. Der Induktionsapparat J ist durch Drähte mit den geradlinigen Drähten ac und bd in seinen sekundären Polen verbunden, so daß zwischen den beiden Endkugeln a und b Funken überspringen. Auch diese Funken sind wieder oszillatorisch, und sind diese Schwingungen in ihrer Zeitfolge deshalb besonders klein, weil die Kapazität der geraden Leiter m i ihren Kugeln, sowie das Selbstpotential des Leiter sehr klein ist. Bei dem geringen Selbstpotential der geradlinigen Leiter a c und b d würden die elektrischen Schwingungen zu klein werde», um für Beobachtungen geeignet zu sein. Hertz

hat deshalb die Kapazität der beiden Leiter dadurch vergrößert, daß sie mit den Metallplatten A und B verbunden wurden. Durch sie wird die Kapazität der Leiter vermehrt und mithin auch die Länge der elektrischen Schwingungsperioden vergrößert.

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Fig. 124.

Der Hergang einer elektrischen Entladung in diesem Apparat ist an Hand des Schemas Fig. 124 in folgender Weise zu denken: Sobald der primäre Strom in J zu wirken beginnt, wird der Leiter acA mit positiver, b dB mit negativer Elektrizität geladen. Beide entgegengesetzte Elektrizitäten suchen, dem Gesetz der gegenseitigen Anziehung folgend, den gegenseitigen Spannungsausgleich durch die zwischen den Kugeln a und b vorhandene Luftschicht, in Gestalt von Entladungsfunken, die zwischen den beiden Kugeln überspringen. Dieser Ausgleich erfolgt wieder oszillierend in Perioden von etwa dem hundertmillionsten Teil einer Sekunde. Man kann sich nun schwer vorstellen, mit welcher Geschwindigkeit diese Oszillationen erfolgen bezw. der Richtungswcchsel der Entladungen zwischen den Leitern stattfindet, aber diese Entdeckung bezw. die Anwendung, welche Hertz von diesen Oszillationen machte, haben für die Elektrodynamik große Bedeutung gewonnen.

Hertz stellte nämlich fest, daß diese oszillierende Bewegung nicht nur auf die Länge des Funkens, den Abstand der Kugeln a und b (der Funkenstrecke) beschränkt ist, sondern sich auch den Leitern vollständig mitteilt und in der Umgebung des Apparates weiter wirkt. Sie teilen sich den Ätherteilchen mit, mit denen die Luft erfüllt ist.

Die Entladung geht nämlich nicht durch den Induktionsapparat J, weil dessen hohes Selbstpotential dies verhindert, sondern nur durch die Leiter und die sie umgebende Luftschicht. Sobald nun die Leiter in oszillierende Schwingungen geraten, teilen sich diese Schwingungen dem Luftäther längs der Leiter mit und diese Ätherbewegungen pflanzen sich von der Ursprungsstelle aus weiter im Raume fort. Es gehen also von den Funkenstrecken aus nach allen Seiten im Raume hin Ätherwellen, wie von einer brennenden Kerze die Lichtstrahlen in gleicher Wese nach allen Seiten hin sich verbreiten. Bei dem Licht kommt der die Flamme umgebende Äther nun dadurch in Wellenbewegung, die nach allen Seiten hin gleichmäßig fortschreiten, daß das Licht gewisse Zeit zu seiner

Fortpflanzung durch die Ätherschwingungen braucht. In gleicher Weise ist auch bei den elektrisch angeregten Ätherschwingungen eine gewisse Zeit nötig, daß sich die Bewegung von einem Ätherteilchen zum andern fortpflanzt. Es brauchen eben auch die elektrischen Wirkungen Zeit zu ihrer Fortpflanzung, und ist dieselbe meßbar als Fortpflanzungsgeschwindigkeit, so kann man auch erkennen, wie sich die Verhältnisse hierbei gestalten. Angenommen die Geschwindigkeit, mit der sich die Bewegungen des durch elektrische Schwingungen angeregten Äthers fortpflanzen, betragen 20 Millionen Meter pro Sekunde und die Bewegung Pflanze sich in Gestalt einer Wellenlinie (Fig. 125) in

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Fig- 125.

SchwingungsPerioden von ein Millionstel Sekunde fort, so finden wir auf der geraden Linie R-g Punkte, in denen gar keine Bewegung stattfindet, und wiederum andere, in denen die Wellen abwechselnd nach entgegengesetzten Seiten ihren Höhepunkt in der Bewegung erreichen. Die Punkte liegen bei der angenommenen Geschwindigkeit und Periodeneinheit je 5 m auseinander, so daß jedes Wellental vom vorhergehenden Wellenberg 10 m entfernt ist, und zwischen beiden liegt ein Punkt (a, c, e, g), in welchem die Bewegung gleich Null wird.

Entsprechend der Wellenbewegung, dem Anwachsen der Bewegung von einem Nullpunkt bis zu einem Maximum und darauffolgendem Abfall auf Null, wird auch die Stärke der elektrischen Kraftwirkung, die von den elektrischen Schwingungen ausgeht und die sich als Induktion äußert, in gleicher Weise Veränderungen zeigen. Zur Beobachtung dieser Verhältnisse hat nun Hertz einen Apparat konstruiert, mit dem es ihm gelang, diese Jnduktionswirkungen durch Überspringen feiner elektrischer Funken sichtbar werden zu lassen.

Besser gelang dies aber mit der von dem Franzosen Branly erfundenen und nach ihm benannten Branlyschen Röhre (Fig. 126). Dieselbe besteht aus einer Glasröhre, welche an beiden Enden luftdicht gut verschlossen ist und in ihrer Mitte eine Füllung grober Metallspäne M enthält, welche durch zwei Metallelektroden E und Ex berührt, bezw. eingeschlossen werden. Von

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Fig- 126

bett Elektroden führen Leitungsdrähte L und Lj durch die Verschlußstöpsel nach außen. Zwischen den groben Metallkörnchen (M) ist nun noch überall Luft mit eingeschlossen, sie berühren sich infolgedessen nur sehr mangelhaft, und dementsprechend ist auch der Kontakt zwischen ihnen sehr schlecht, mithin der Leitungswiderstand, den sie einem elektrischen Strom entgegensetzen, sehr groß. Man kann dies durch Einschalten der Röhre in den Stromkreis eines galvanischen Elementes leicht feststellen.

Branly machte nun die Beobachtung, daß diese Röhre gegenüber den elektrischen Wellen ein sehr eigentümliches Verhalten zeigt. Wenn nämlich eine elektrische Welle auf diese Röhre trifft, so treten zwischen den Metall-spänchen ganz feine, unsichtbare Fünkchen auf, durch die ein Zusammenschweißen der benachbarten Metallspänchen erfolgt. Hierdurch wird der Kontakt des Metallpulvers sofort ein guter, und der erst so enorme Widerstand sinkt auf wenige Ohnr herab. Während vorher das galvanische Element nicht iinstande war, seinen Strom durch die Röhre zu senden, fließt er jetzt ungehindert und kräftig hindurch. Man hat also in diesen Röhren, die auch Kohärer genannt werden, ein sehr feines Mittel zum Nachweis elektrischer Wellen und bedient sich als Metallpulver in ihnen feiner Eisen-, Silber- oder Nickelspänchen, kann aber auch andere Metalle benutzen. Wenn man den Kohärer benutzt, schaltet mau ihn mit einem Galvanoskop in den Stromkreis eines galvanischen Elementes. Solange der Kohärer von keiner elektrischen Welle getroffen wird, zeigt das Galvanoskop keinen Ausschlag, der Strom ist also durch den Kohärer mit losem Metallpulver-Widerstand unterbrochen. Sobald aber eine elektrische Welle den Kohärer trifft, beginnt der Zeiger am Galvanoskop zu spielen. Um den Apparat für den Empfang neuer elektrischer Wellen empfänglich zu machen, ist es nötig, die zusammengeschweißten Metallteilchen wieder voneinander zu trennen, um den großen Widerstand wiederherzustellen. Dies geschieht durch Anklopfen an die Röhre. Hierdurch trennen sich die nur leicht miteinander verbundenen Metallkörnchen voneinander, und der große Widerstand ist wieder vorhanden. Man kann das Anklopfen an die Kohärerröhre ganz leicht selbsttätig durch den Strom ausführen lassen, indem man eine elektrische Klingel in den Stromkreis einschaltet, deren Klöppel an die Röhre klopft, sobald der Strom das Galvanoskop beeinflußt, also der Kohärer eine elektrische Welle angezeigt hat.

Man kann mit Hilfe des Kohärers schon sehr schwache elektrische Wellen nachweisen. Die großen Wellen von einigen Metern Länge verbreiten sich ganz wie Schallwellen, also nach allen Richtungen hin im Raume, und nicht geradlinig wie die Wellen des Lichtes. Sie biegen sich um jedes Hindernis wie die Schallwellen, gehen also auch leicht um die Ecken herum.

Bei den kürzeren Wellen ist das weniger der Fall; sie breiten sich nicht so leicht nach allen Seiten aus und schreiten mehr in gerader Richtung im Raum fort. Zu ihrer Erzeugung hat Righi einen nach ihm benannten Apparat, den Radiator, konstruiert. Bei dieser Vorrichtung springen die wirksamen

Funken zwischen zwei größeren Metallkugeln über, welche zur Hälfte in Hartgummikästchen untergebracht sind, und befindet sich zwischen ihnen Petroleum. Dies ist nötig, um das Oxidieren der Kugeloberslächen durch die Entladungen zu verhüten. Außerhalb dieser beiden großen Kugeln oder in ihrer nächsten Nähe sind zwei kleinere Kugeln vorgesehen, die Ansätze tragen, in welche Leitungsdrähte eines Jnduktoriums oder einer Influenzmaschine führen. Sobald nun die Elektrisiermaschine oder das Jnduktorium in Tätigkeit ist, springen zunächst beiderseits von den kleinen Kugeln Funken auf die in dem Ebonit-kasten steckenden großen Kugeln über und zugleich auch zwischen den großen Kugeln. Diese letzteren haben eine sehr geringe Kapazität, und entstehen deshalb durch die zwischen ihnen entstehenden Funken Wellen mit sehr kleinen Schwingungsperioden.

Will man die Geschwindigkeit der Fortpflanzung berechnen, so findet man sie, indem man die Wellenlänge durch die Schwingungsdauer dividiert. Die Schwingungsdauer ist für den Righischen Radiator auf zwei Zehntausend-inillionstel Sekunde berechnet worden, und erhält man bei diesem Wert für die Geschwindigkeit der Fortpflanzung den kolossalen Wert von 300000 km in der Sekunde.

In dieser Zahl finden wir aber nun genau denselben Wert, den man für die Geschwindigkeit der Fortpflanzung des Lichtes im Raume gefunden hat. Ist es nicht wunderbar, wie man in der Elektrizitätslehre in allen Hauptmomenten und Gesetzen Übereinstimmungen findet, die uns erkennen lassen, wie alle Kräfte, die in der gewaltigen Natur und im unendlichen Welteuraum wirken und schaffen, ehernen und einheitlichen Gesetzen folgen, die in ihrem Wesen noch unerforschlich für uns geblieben sind? Aber gerade in bicfer hohen Einfachheit und Übereinstimmung der wichtigsten Physikalischen Grundgesetze offenbart sich uns die Schöpfung weit schöner und herrlicher, als in den langatmigen Predigten psalmotierender Geistlicher. Hier, im Erkennen der gewaltigen Kräfte, die um uns im All wirken und schaffen, fühlen wir am tiefsten die eigene Unbedeutenheit und staunen über die Werke der Schöpfung.

Es durcheilten also die elektrischen Wellen den Raum mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Lustwellen. Da nun aber bekanntlich der den Weltenraum anfüllende Äther der Träger des Lichtes und seiner Wellen ist, so liegt die Schlußfolgerung sehr nahe, daß auch die elektrischen Wellen sich durch den Äther im Weltenraum fortpflanzen. Man geht sogar noch weiter und sagt, daß Lichtwellen und elektrodynamische Wellen ein und dasselbe sind, nämlich Schwingungen des Äthers, aber von ungleichen Größenverhältnissen. Die für das Auge sichtbaren Lichtwellen haben Wellenlängen, die mit der Farbe wechseln und zwischen 4 und 7,5 Zehntausendsteln eines Millimeters liegen. Längere Wellen bis zu 15 und 20 Zehntausendstel eines Millimeters geben noch Wärme ab. Im Vergleich zu den Längen der elektrischen Wellen, die einige Zentimeter oder Meter betragen können, sind die Lichtwellen sehr klein, aber der Unter-

schied ist nur ein zahlenmäßiger in bezug auf das Längenmaß. Auch die Schwingungszeiten der Lichtwellen sind viel kürzer als die der elektrischen Wellen, und kann man nun aus diesen Feststellungen den folgenden Lehrsatz konstru'eren:

„Elektrische Wellen von sehr kurzer Schwingungsdauer erscheinen uns als Lichtwellen, aber Ätherwellen von verhältnismäßig sehr großer Schwingungsdauer sieht man nicht mehr als Licht, sondern sie zeigen sich durch ihre Jnduktionswirkungeu an und sind elektrische Wellen."

Die Wichtigkeit dieser Voraussetzung würde dadurch zu beweisen sein, daß man mit Hilfe der elektrischen Wellen ähnliche Erscheinungen wie mit Lichtwellen hervorrufen könnte. Diesen Beweis hat Hertz durch interessante Versuche erbracht mit Hilfe des Kohärers und den durch Righis Radiator erzeugten kleinen elektrischen Wellen. Diese Wellen sind aber immer noch zu groß und zeigen nicht wie die Lichtwellen eine vollständig geradlinige Fortpflanzung. Sie gehen ebenso leicht wie die großen Wellen um Hindernisse herum und mußte deshalb ein Mittel gesucht werden, diesen Übelstand zu beseitigen. Man steckte die Funkenftrecke samt Jnduktorium und Batterie in einen Metallkasten, und an ihm wurde ein nach außen offenes Rohrstück angesetzt, durch welches sich die Wellen der Außenluft mitteilen konnten. Ist nun der Radiator in Tätigkeit, so dringt durch das Rohr ein elektrischer Strahl nach außen. Stellt man den Kohärer in der Richtung des Strahles auf, so wird er angeregt; stellt man ihn seitlich auf, so bleibt er in Ruhe, wird also von dem elektrischen Strahl nicht getroffen. Bringt man zwischen den Kohärer, wenn er in Tätigkeit ist, und den elektrischen Strahl einen Metallschirm, so stellt der Kohärer seine Tätigkeit ein. Es gehen also durch Metall die elektrischen Wellen nicht hindurch. Man hat nun durch Versuche festgestellt, daß sie durch Glas, Schwefel, Holz und andere schlecht leitende Stoffe hindurchgehen; so durch verschlossene Türen aus einem Zimmer in das andere, was sich leicht dadurch nachweisen läßt, wenn man in dem einen Zimmer den Funkengeber und im anderen bei verschlossener Tür den Kohärer mit Klopfer und Galvanometer aufstellt.

Man kann ferner die elektrischen Wellen wie die Lichtstrahlen aus ihrer Richtung nach Belieben ablenken. Mit den Lichtstrahlen hat wohl jeder das Experiment schon ausgeführt, indem er mit einem kleinen Handspiegel einen in das Zimmer dringenden Sonnenstrahl auffängt und als hellen Lichtfleck an der Decke tanzen läßt. Bei den elektrischen Wellen vertritt ein Stück Metallblech die Stelle des Spiegels. Man stellt den Kohärer seitlich von dem aus dem Radiator dringenden elektrischen Strahl auf, sodaß ihn keine elektrischen Wellen treffen können und hält ein Stück Metallblech in schräger Richtung so in die Richtung des elektrischen Strahles, daß die Wellen auf das Blech treffen müssen. Man hat es nun ganz in der Hand, die das Blech treffenden Wellen, welche nicht durch das Blech dringen können, so zn lenken, daß sie auf den Kohärer geworfen werden, der alsbald in Tätigkeit tritt, sowie ihn die reflektierten Wellen treffen.

Eine weitere Eigentümlichkeit der Lichtstrahlen besteht darin, daß sie durch ein Prisma gebrochen und durch eine Linse in einem Punkte — dem Brennpunkte — gesammelt werden. Auch diese Eigenschaft zeigen die elektrischen Wellen, wenn man ein Prisma aus Paraffin in den elektrischen Strahl bringt. Es wird alsdann der Strahl in gleicher Weise wie ein Lichtstrahl durch das Prisma gebrochen, und erkennt man dies wieder mit Hilfe des seitlich von der eigentlichen Strahlrichtung hinter dem Prisma aufgestellten Kohärers. Um die elektrischen Strahlen wie Lichtstrahlen mit Hilfe einer Linse in dem Brennpunkt zu sammeln, nimmt man eine gewöhnliche rundbauchige Wasserflasche, die man mit Petroleum füllt. Bringt man nun den Kohärer so weit von Dem Radiator fort, daß er nicht mehr beeinflußt wird, so kann man ihn durch Zwischenstellen der als Linse sammelnd aus die elektrischen Strahlen wirkenden Flasche wieder in Tätigkeit setzen. Es lassen sich also mit den elektrischen Wellen oder Strahlen genau dieselben Eigenschaften nachweisen, welche die Lichtstrahlen haben und kennzeichnen, somit ist auch die Gleichartigkeit beider Wellengattungen bewiesen, die, wie schon gesagt, nur in ihrer Länge und Schwingungsdauer voneinander verschieden sind. —

Alle diese Tatsachen tragen dazu bei, das Wesen dieser eigenartigen elektrischen Erscheinungen dem Verständnis näher zu bringen. Wir wissen nun, daß sich die elektrischen Schwingungen, ebenso wie die Lichtschwingungen, und mit der Geschwindigkeit des Lichtes durch die Luft und sonstige lichtdurchlässige Körper, wenn sie dielektrisch sind, fortpflanzen und zwar als Transversalwellen. Der Begriff dieser Bezeichnung ist dahin zu erklären, daß die elektrische Bewegung an jeder Stelle des Dielektrikums immer senkrecht auf die Richtung ist, in welcher diese Bewegung durch das Dielektrikum weiter schreitet. Man kann aber auch noch in anderer Weise den Begriff der Transversalwellen erklären und zwar an einem sehr einfachen Beispiel, das leicht praktisch auszuführen ist. Wenn man in den klaren Wasserspiegel eines Teiches oder Baches ein Steinchen fallen läßt, so bilden sich Kreiswellen, die von der Einfallstelle des Steines aus in immer größeren Wellenkreisen weiter schreiten. Jedes Wasserteilchen kommt an der Oberfläche in Bewegung und hebt sich senkrecht auf, um dann wieder senkrecht nieder zu fallen, während die ganze Bewegung auf der Oberfläche immer weiter und mit abnehmender Kraft fortschreitet. Hier haben wir die Kreisbewegung auf der Fläche. Sie kann uns nur als sichtbare Darstellung des Vorganges im Raum bei den elektrischen Wellen dienen, wo sich natürlich die Bewegung, den drei Dimensionen des Raumes entsprechend, aus dem Kreis zur Kugel wandeln muß. Lassen wir plötzlich z. B. ein Zündholz im dunklen Raum aufflammen, so setzt die Flamme den Äther nach allen Richtungen im Raum hin gleichmäßig in schwingende Bewegung, so- daß man sofort den Eindruck einer kugelförmigen Verbreitung des Lichtes im Raum gewinnt, mit der Flamme als Mittelpunkt. Bei den elektrischen Bewegungen findet nun der gliche Vorgang statt, und könnte man Wohl annehmen, daß es sich auch hierbei um elektrische Bewegungen wie bei den Lichtschwingungen handelt; man muß aber eine andere Erklärung suchen und zwar mit Hilfe der Induktions-Wirkungen, die allen elektrischen Bewegungen eigentümlich sind. Sie üben bekanntlich magnetische Kräfte aus, die stets senkrecht zu den elektrischen Bewegungen auftreten, durch die sie erzeugt werden. Im entgegengesetzten Falle erzeugen aber veränderliche magnetische Kräfte, also magnetische Be-N'egungen, wieder elektrische Bewegungen, welche senkrecht zu ihrer eigenen Richtung gerichtet sind. Um sich nun darüber klar zu werden, wie die Fortpflanzung der elektrischen Transversalwellen im Äther zustande kommt, muß man im Auge behalten, daß jede elektrische Bewegung rings um dieselben herum eine magnetische Bewegung erzeugt, welche wieder senkrecht zu sich eine elektrische Bewegung hervorbringt, die dadurch zur ersten parallel oder gleichlaufend wird. Diese Art der Fortpflanzung entspricht aber nicht dem Vorgang bei elastischen Körpern, mithin muß man die Vorgänge von anderen Gesichtspunkten aus beurteilen, und hat für sie Maxwell eine besondere Theorie, die elektromagnetische Lichttheorie, ausgestellt, welche hier nicht näher erörtert werden soll.

Während nun Hertz mit seinen grundlegenden Forschungen über die elektrischen Schwingungen ein neues, interessantes Gebiet der Elektrotechnik eröffnete, hat Tesla die von Hertz gemachten Entdeckungen zur Erzeugung interessanter Phänomene benutzt, die s. Z. die ganze gebildete Welt in Erstaunen gesetzt haben. Tesla arbeitet nicht mit den schnellen Oszillationen, mit denen Hertz seine Versuche anstellte. Er arbeitet nur mit Schwingungen, die bei der Entladung sehr großer Leydener Flaschen entstehen. Auch bedient er sich hierbei sehr hoher Spannungen und verfolgte nun eingehend die auffallenden Erscheinungen, welche bei diesen Oszillationen unter hohen Spannungen eintreten. Es wird interessieren zu erfahren, wie Tesla seine Versuche verwendete, um elektrische Schwingungen mit hoher Spannung hervorzubringen.

Bei der Entladung großer Leydener Flaschen, die mit Hilfe einer starken Elektrizitätsquelle geladen werden, erhält man einen Funken, welcher elektrische Schwingungen erzeugt, deren Zahl bis zu einer Million in der Sekunde beträgt. Tesla schickt nun diese mit großer Schnelligkeit wechselnden Ströme durch eine Primärspule mit sehr kleinem Selbstpotential und geringem Widerstand. Es entstehen dann in der Induktionsspule Wechselströme von großer Frequenz oder Schwingungszahl und großer Stromstärke. Diese primäre Spule ist nun in einer Sekundärspule untergebracht, welche aus sehr vielen Windungen eines dünnen und aus das Sorgfältigste isolierten Drahtes besteht. In dieser Sekundärspule werden nun Jnduktionsströme geweckt mit sehr hoher Spannung und großer Schwingungszahl. Diese Anwendung liegt dem in Fig. 127 mitgeteilten Schema zu Grunde.

Der in li aufgestellte Ruhmkorffsche Apparat ladet die großen Leydener Flaschen L, und sind hierbei die inneren Belegungen der Leydener Flaschen

mit den Polen der Sekundärspule des Ruhmkorffschen Apparates verbunden. Die äußeren Belegungen der Leydener Flaschen, welche mit entgegengesetzter Elektrizität wie die inneren Belegungen geladen sind, werden durch die Funkenstrecke F und die Primärspule P miteinander verbunden. Es treten nun an der Sekundär-

"“WWW'

Fig- 127

spule 8, bezw. an deren beiden Polen O, die hohen Spannungen mit großer Schwingungszahl (Frequenz) auf. Unter diesen beiden Spulen? und 8 hat man den als Tesla schen Transformator bekannt gewordenen Apparat zu verstehen. Als Funkenstrecke F benutzt man mit Vorteil ein Funkenmikrometer. Es ist dies eine Vorrichtung, welche folgende Einrichtungzeigt. Zwei mit Klemmschrauben versehene Metallkugeln sind auf isolierenden Glasfüßen befestigt, von denen der eine auf einem gegen die Erde isolierten Stativ befestigt ist, während der andere in einer supportartigen Vorrichtung, die ebenfalls auf dem Stativ ruht, mit Hilfe einer Schraubenspindel bewegt werden kann. Man hat es somit ganz in der Hand, die beiden Kugeln mehr oder weniger weit voneinander zu entfernen und zwar so weit, bis regelmäßig Funken überspringen. Auch die beiden Spulen P und 8 müssen mit Rücksicht auf die hohen Spannungen auf das Sorgfältigste gegeneinander isoliert werden, und in der Sekundärspule sind außerdem, wie schon früher gesagt, auch noch die einzelnen Drahtwindungen sehr sorgfältig gegeneinander zu isolieren. Man umkleidet meist die Drähte der Sekundärspule mit Stabilit und bringt die ganze Spule in einem mit Öl gefüllten Gefäß unter, welches man vorher durch Auspumpen völlig luftleer gemacht hat.

Die wunderbaren Lichterscheinungen, welche durch die hochgespannten und schnell schwingenden Oszillationen hervorgerufen werden, lassen sich durch Worte schwer beschreiben. Da uns aber Abbildungen hierüber nicht zugänglich waren, müssen wir schon versuchen, eine Beschreibung derselben zu geben.

So bilden sich z. B. an den Polen der sekundären Spule blau strahlende, senkrecht nach außen gerichtete Lichtbüschel. Nähert man die beiden Pole der sekundären Spule einander und bläst einen Luftstrom gegen den Zwischenraum, so bildet sich zwischen den Polen eine wundervoll leuchtende Lichtbrücke, die

aus dünnen und starken, wie Silber glänzenden Fäden zu bestehen scheint, die ein feines Netzwerk aus lauter elektrischen Funken darstellen.

Eine andere Erscheinung entsteht, wenn man an einem Pal der sekundären Spule einen langen Draht anlegt, der an seinem Ende isoliert ist. Es schießen alsdann auf der ganzen Länge des Drahtes und senkrecht zu seiner Längsachse blaue Strahlen aus dem Drahte hervor. Bringt man nun auch auf dem anderen Pol einen Draht von gleicher Länge und Stärke so an, daß beide Drähte parallel zueinander und in nicht zu großer Entfernung voneinander verlaufen, so entwickelt sich zwischen den beiden Drähten ein bläulichweiß leuchtendes Lichtband, während auch aus den Enden der Drähte und übrigen Flächen ihres Umfanges feine Strahlenbündel ausbrechen und in die Luft strömen.

Auffallend ist es, daß diese Entladungen durch die Luft leichter als durch die Drähte erfolgen, während wir doch bisher fanden, daß die Luft als schlechter Leiter den Entladungen immer großen Widerstand entgegensetzt, der nur durch den Spannungsunterschied gebrochen werden kann. Diese auffallende Verringerung des Luftwiderstandes ist aber nur eine Folge der hohen Wechselzahl der Oszillationen, durch welche infolge der schnellen Änderungen der Stromrichtung auch die Extraströme sehr stark werden. Wenn aber das Selbstpotential des den Strom leitenden Drahtes groß ist, so wird der Strom durch die Extaströme stark geschwächt und zwar unter Umständen so bedeutend, daß er überhaupt nicht durch den Draht gehen kann. Es kommt aber für diese schnellen Oszillationen mehr auf das Selbstpotential als auf den Widerstand des Leiters an, durch den der Strom gehen soll. Es gehen deshalb die elektrischen Schwingungen viel leichter durch eine kurze Luftstrecke, als durch einen Kupferdraht der doppelten Länge dieser Luftstrecke (z. B. 2 cm), weil das Selbstpotential eines 2 cm langen Kupferdrahtes größer ist als das einer 1 cm langen Luftstrecke, obgleich der Widerstand der Luftschicht viel größer als der des Kupferdrahtes ist. Diese Tatsachen kann man mit Hilfe des folgenden Versuches beweisen: Verbindet man die beiden Pole einer sekundären Spule des Teslatransformators durch einen dicken Kupferstreifen und schaltet gleichlaufend zu ihm eine Glühlampe ein, so leuchtet die Lampe. Ein gleichmäßig verlaufender (konstanter) Strom, aber auch ein Strom mit nur geringer Schwingungszahl würde nur durch den Kupferstreifen gehen und nur zu einem ganz geringen Teil durch den Kohlenfaden der Glühlampe, weil dieser einen sehr hohen Widerstand hat. Der Teslastrom geht aber hauptsächlich durch die Glühlampe und nicht durch den Kupferstreifen, weil ihr Selbstpotential viel kleiner als das des Kupferstreifens ist.

Ein weiteres, sehr interessantes Experiment wird auch mit einer Geißler-schen Röhre in Verbindung mit dem Teslatransformator ausgeführt. Es sind dies Glasröhren, in welchen die Luft so hoch wie möglich verdünnt ist. Berührt man nun mit einer solchen Röhre einen der Pole der Sekundärspule des Teslatransformators, so leuchtet dieselbe hell auf. Ja die Röhren leuchten sogar schon, wenn sie nur in die Nähe der Pole gelangen, ohne sie zu berühren. Verbindet man mit jedem der beiden Pole der Teslaspule eine Metallplatte, so daß die beiden Platten sich gegenüberstehen, so wirken in dem zwischen den Platten liegenden Raume so starke elektrische Schwingungen, daß Geißlersche Röhren, welche in diesem Raum frei aufgehangen werden, hell aufleuchten. Es ist dies das als Teslalicht bekannt gewordene Prinzip der idealen elektrischen Beleuchtung, wie sie Tesla erdacht hat. Es würden alsdann die Zimnierwände die mit den Polen der Teslarolle verbundenen großen Metallplatten aufnehmen und eine Geißlersche Röhre, die ohne jede Drahtleitung im Zimmer frei hängt, würde von selbst den Raum magisch hell beleuchten.

Man sollte nun glauben, daß die unter so hoher Spannung entstehenden elektrischen Oszillationen auch auf den menschlichen Organismus in irgend einer Weise kräftig einwirken müßten. Das ist aber merkwürdigerweise nicht der Fall. Geht ein gewöhnlicher, langsam wechselnder Jnduktionsstrom, wie ihn ein einfacher Induktionsapparat liefert, durch den menschlichen Körper, so erhält man heftige Schläge, die bei großer Stromstärke auch tödlich wirke» können. Die sehr schnell aufeinanderfolgenden Oszillationen hingegen, wie wir sie bei den Hertzschen und Teslascheu Versuchen kennen lernten, wirken auf den menschlichen Organismus garnicht oder nur sehr wenig ein. Man kann die Pole der Teslaspule mit den Händen berühren und die Oszillationen durch den Körper gehen lassen, ohne den geringsten Schmerz zu empfinden. Es ist anzunehmen, daß diese raschen Schwingungen garnicht in das Innere des Leiters, also auch nicht in den menschlichen Körper eindringen, sondern sich nur auf seiner Oberfläche verbreiten. Hierfür sprechen auch gewisse Vorgänge, die wir weiter vorn bereits kennen gelernt haben. Entladet man z. B. eine Leydener Flasche, so verbreitet sich diese elektrische Bewegung durch den Luft-äther, indem sie wellenförmig fortschreitet. Trifft sie auf einen Leiter, so schreitet sie längs des Leiters oder in der ihn umgebenden Ätherhülle weiter. Der Leiter bildet also wirklich eine Leitung für die elektrische Bewegung, indem er sie zwingt, seiner Oberfläche zu folgen und sich nicht zu zerstreuen. In den Leiter selbst dringen aber die schnellen elektrischen Bewegungen nicht ein. Es wird also eigentlich der ausgesprochene Elektrizitätsleiter zum Nichtleiter der elektrischen Bewegungen, tvährend die ausgesprochenen Isolatoren Leiter der elektrischen Bewegungen sind. Eben deshalb erscheint aber die Elektrizität an den Leitern, während sie in der Regel an Nichtleitern nicht zu erkennen ist. Mithin sagen die Begriffe Leiter und Nichtleiter nichts Bestimmtes aus, solange man nicht sagt, was geleitet oder nicht geleitet wird, ob die elektrische Bewegung oder ihr scheinbarer Träger, die Elektrizität, die sich scheinbar auf der Oberfläche der Leiter ausbreitet.

Die elektrischen Strahlungen.

Wir haben bisher das Verhalten der Elektrizität gegen Metalle, Nichtmetalle und Flüssigkeiten ziemlich eingehend kennen gelernt, ihr Verhalten gegen Gase (Luft) aber nur vorübergehend erwähnt. Das hat seinen guten Grund darin, daß man noch nicht genau angeben kaun, unter welchen Bedingungen die verschiedenen Erscheinungen eintreten, welche bei Durchgang der Elektrizität durch Gase zu beachten sind, wie sie begründet werden müssen und wie sie auf einfache Gesetze zurückzuführen sind.

Am meisten ist wohl das Verhallen der Gase beim Durchgang eines elektrischen Funken bekannt, wenn er z. B. den Luftraum durchschlägt, welcher sich zwischen den beiden mit entgegengesetzter Elektrizität geladenen Konduktoren befindet. Wie groß die Entfernung zwischen den beiden Leitern sein muß, um eine Funkenbildung zwischen ihnen zu veranlassen, hängt in der Hauptsache von dem Spannungsunterschied ab, der zwischen ihnen besteht, in gewissem Sinne allerdings auch von der Form der Leiter selbst. Man nennt die Entfernung zwischen den beiden Konduktoren die Schlagweite bei einer gewissen Spannungsdifferenz. Mit der Größe der Spannungsdifferenz wächst auch die Größe der Schlagweite, und dient zu ihrer Messung das Funkenmikrometer, dessen Einrichtung wir schon weiter vorn beschrieben haben. Die Verhältnisse zwischen Schlagweite und Spannungsdifferenz gestalten sich wie folgt:

Schlagweite zwischen Kugeln: 0,5 mm 1,0 „

3,0

6,0 „

Spannungsdifferenz tu Volt: 2910 Volt 4830 11460 20470 25410 29340 31350

Es ist also schon eine Spannungsdifferenz von 2900 Bolt nötig, um einen Funken von nur 0,5 mm Länge zu erzeugen. Man ersieht aber aus der Aufstellung auch noch, wie mit der Größe der Schlagweite die Spannungsdifferenz wächst.

Die Frage liegt nahe, welche Vorgänge sich nun beim Durchschlagen des Funken in der von ihm durchschlagenen Luft abspielen und wie sich die Luftatome dabei verhalten. Bis heute ist diese Frage noch nicht beantwortet. Das Einzige, was wir wissen, ist, daß die Luft dem Durchgang der Elektrizität einen sehr bedeutenden Widerstand entgegensetzt, der eben nur durch sehr hohe Spannungen überwunden werden kann. Um nun dem Verhalten der Luft beim Durchgang elektrischer Funken auf die Spur zu

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kommen, versuchte man zunächst die Erscheinungen einer Betrachtung zu unterziehen, welche sich in luftverdünnten Räumen beim Durchgang elektrischer Entladungen abspielen. Namentlich der Physiker Plücker (1858) in Bonn hat sich um diese Untersuchungen ein Verdienst erworben und wurde hierbei von dem Glasbläser Geißler unterstützt, dem es gelang, gläserne Gebilde herzustellen, deren Hohlräume Luft von sehr hoher Verdünnung enthielten. Die Herstellung dieser mit verdünnter Luft gefüllten Röhren ist an sich ziemlich einfach. Sie werden nämlich mit der Luftpumpe verbunden, die Luft wird mit Hilfe der Pumpe soweit als möglich herausgepumpt (verdünnt) und alsdann abgeschmolzen. Soll ein solches Gefäß mit einem anderen Gas gefüllt werden, so muß zunächst die Luft ausgepumpt, das andere Gas eingefüllt und endlich durch wiederholtes Auspumpen auf den gewünschten Grad der Verdünnung gebracht werden.

Wenn man nun durch ein verdünntes Gas, welches in einer an beiden Enden verschmolzenen Glasröhre enthalten ist, einen elektrischen Schlag oder Strom gehen lassen will, so müssen selbstverständlich zwei Drahtenden in der Röhre mit eingeschmolzen oder eingekittet sein, welche mit der Elektrizitätsquelle verbunden werden können. Man nennt diese eingesetzten oder eingeschmolzenen Pole die Elektroden der Röhre und unterscheidet auch hier in der üblichen Weise zwischen Anode und Kathode. Bei den gewöhnlichen Geißlerschen Röhren sind die Elektroden einfach aus Drahtenden gebildet. In anderen (Röntgen-) Röhren versieht man sie aber auch mit glatten oder hohlspiegelartig gekrümmten Platten. Zu Versuchen mit verdünnten Gasen eignet sich das in Fig. 128 abgebildete Rohr besonders gut, weil man es durch die beiden Hähnchen A und B immer wieder mit Gas füllen bezw. das Gas mit Hilfe der Luftpumpe verdünnen kann. Hier sind die beiden Elektroden E, an der unteren Seite der Röhre eingeschmolzen, während sie bei Röhren ohne Hähne an Stelle der Hähne A und B in der Mittelachse der Röhre eingeschmolzen werden.

Mit Hilfe der in Fig. 128 abgebildeten Röhre läßt sich nun folgender interessante Versuch anstellen: Die Röhre wird an der einen Seite durch einen der Hähne A und B mit der Luftpumpe verbunden, während man die Elektroden mit einer Influenzmaschine oder der sekundären Rolle eines kräftigen Induktionsapparates verbindet. Bei Beginn des Versuches ist die Röhre vollständig mit Luft gefüllt, so daß in ihr der normale Luftdruck von 1 atm oder 760 mm Quecksilbersäule vorhanden ist. Es zeigt sich nun beim

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Ng. 128.

Stromschluß nicht die geringste Erscheinung in der Röhre, weil der hohe Widerstand der Luft ein Überspringen von Funken zwischen den Elektroden verhindert. Beginnt man nun mit Hilfe der Luftpumpe die Luft in der Röhre zu verdünnen, so beharrt ihr Inneres noch lange im Zustand absoluter Ruhe. Erst wenn in ihr der Druck auf zirka 8—6 cm verringert ist, geht ein schwaches bläuliches Licht von den beiden Elektroden aus, das sich bei weiterer Verdünnung der Luft in der Röhre in ein hellviolett leuchtendes Band von einer Elektrode zur anderen verdichtet. Geht die Verdünnung noch weiter herunter bis auf 1 cm Druck, so füllt das Licht endlich die ganze Röhre aus, und sieht man bei genauer Betrachtung, daß das Licht geschichtet erscheint, denn es ist in seiner ganzen Länge von Hellen und dunklen Streifen abwechselnd durchzogen.

Das Leuchten in den Geißlerschen Röhren ist also nur auf die verdünnte Luft zurückzuführen, welche im Zustand hochgradiger Verdünnung zum Leiter der Elektrizität wird. Dabei bleibt es sich ganz gleich, ob die Röhre gerade oder in den abenteuerlichsten Verschlingungen gebogen ist, die Elektrizität folgt bei der Entladung durch das Rohr allen seinen Krümmungen und geht durch die verdünnte Luft von einer Elektrode zur anderen über.

Ist nun eine solche Röhre mit einem anderen Gase gefüllt, so ändert sich beim Durchgang der Entladung auch die Farbe des Lichtes, und hat man in der Geißlerschen Röhre, in Verbindung mit dem Spektroskop, ein gutes und zuverlässiges Mittel, um aus dem Flammenbild die Natur eines Gases feststellen zu können. Die leuchtende Entladung geht nur von der positiven Elektrode aus, aber nicht ganz bis an die negative heran. Dieses Helle, bei verdünnter Luft violette Licht nennt man positves Licht oder auch positive Entladung.

Wenn man nun mit der Verdünnung der Luft in der Röhre weiter als auf 1 atm Druck heruntergeht, so geht die Schönheit des Lichtcffektes auffallend zurück. Es bildet sich zwischen der negativen Elektrode (Kathode) und dem positiven Licht der Anode ein dunkler Raum, der immer größer wird, je weiter die Verdünnung der Luft in der Röhre vor sich geht. Es wird also das positive Licht immer kürzer und schwächer, der dunkle Raum vor der Kathode immer größer und er füllt bei fortgesetzter Luftverdünnung mit der Pumpe endlich die ganze Röhre aus, bis auf einen kleinen Rest positiven Lichtes an der Anode. In diesem Zustand zeigt sich nun eine eigenartige Erscheinung, die zuerst von Hittorf beobachtet wurde. Es gehen nämlich bei dieser hochgradigen Luftveldünnung in der Röhre von dcr Kathode Strahlen aus, die das Glas der Röhre da, wo sie es treffen, zu hellem Leuchten (Phosphoreszieren) anregen. Die deutschen Gläser leuchten meist grün, die englischen blau. Die von der Kathode ausgehenden Strahlen sind im Hohlraum der Kathode nicht sichtbar, sondern verraten ihre Gegenwart eben nur durch das Aufleuchten der von ihnen getroffenen Glasstelle. Diese von Hittorf ent*

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deckten Strahlen heißen Kathodenstrahlen (1869). Später hat sich Crookes eingehend mit ihrer Erforschung beschäftigt und erdachte die nach ihm benannte Crookessche Röhre, welche die Versuche mit Kathodenstrahlen wesentlich erleichtert. Die Luft in der Crookesschen Röhre ist auf zirka 0,001 mm Druck verdünnt, während der Druck der Luft in den besten Geißlerschen Röhren noch immer 1 mm beträgt.

Die besonderen Eigenschaften der Kathvdenstrahlen besteheil zunächst darin, daß sie immer senkrecht zur Kathode von ihr ausstrahlen, ganz unabhängig davon, wo die Anode sich befindet, denn sie scheinen von der Anode nicht abhängig zu sein; die Kathodenstrahlen gehen immer unabhängig von ihrer Anordnung ihren bestimmten Weg, senkrecht zur Kathodenfläche hinaus in den dunklen Raum vor der Kathode. Da aber alle Strahlen von der Kathode in senkrechter Richtung, also Parallel zueinander auslaufen, so kann man sie auch in einem Brennpunkte sammeln. Wird z. B. als Kathode keine Scheibe mit glatter Fläche, sondern ein hohlspiegelartiges Blech R wie in Fig. 129 genommen, so müssen sich die von ihr ausgehenden Strahlen in einem Brennpunkte vereinigen und hinter ihm unter dem von der Hohlspiegel-Kathode bedingten Schnittwinkel wieder auseinandei gehen, so daß sie in S die Glashülle treffen. Es ist nun ganz gleichgültig, an welchem der drei Punkte a der positive Strom angeschlossen bezw. die Anode gebildet wird, immer erscheint das hellste Licht (Kathodenlicht) an der Stelle 8 der Glashülle.

Durch den in Fig. 130 abgebildeten Apparat hat Crookes den sichersten Beweis dafür erbracht, daß sich die Kathodenstrahlen ganz geradlinig ausbreiten, indem er in das Strahlenbündel, welches von der Kathode ausgeht, einen undurchsichtigen Körper in Gestalt eines eisernen Kreuzes stellte. Dieses Kreuz wirft, wie die Figur zeigt, einen Schatten d auf die Glashülle, wenn die Strahlen von der Kathode a ausgehen. Das Schattenkreuz ist von einem Hellen Schein des phosphoreszierenden Glases umgeben.

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Besonders geheimnisvoll erscheint uns die Eigenschaft der Kathodenstrahlen, das Glas der Röhre sowie alle anderen nichtmetallischen Körper zum Leuchten anzuregen, sobald sie mit ihnen zusammentreffen. Man fertigt Croo-kessche Röhren an, die im Innern verschiedene Mineralien enthalten und zwar in einer Anordnung, daß sie unbedingt von den Kathodenstrahlen getroffen werden müssen. Es zeigt nun jedes Material eine andere Phosphoreszierungs-farbe, und erstrahlt z. B. Marmor in orangegelben Licht. Andere Körper leuchten wieder blau, rot, grün usw., aber immer bilden sich blendend schöne Farbenlichtbilder. Setzt man im Innern der Röhre eine lichtempfindliche Platte, wie sie zum Photographieren benutzt wird, den Kathodenstrahlen aus, so wird sie in kürzester Zeit geschwärzt.

Eine weitere Eigenschaft der Kathodenstrahlen besteht darin, daß sich an der von ihnen getroffenen Stelle der Glashülle ziemlich stark Wärme entwickelt. Das Glas der Crookesschcn Röhren kann unter Umständen so heiß werden, daß es weich wird und, dem äußeren Luftdruck nicht mehr widerstehend, nach innen durchbricht.

Die merkwürdigste, bereits von Hittorf festgestellte Eigenschaft der Kathodenstrahlen besteht aber darin, daß sie durch den Magneten abgelenkt werden. Bewegt man an einem unter Kathodenstrahlen aufleuchtenden Glase einen Magneten hin und her, so folgen ihm die Kathodenstrahlen, tvas man daraus erkennt, daß der leuchtende Fleck auf der Glashülle mit der Bewegung des Magneten und dieser folgend seine Stellung verändert. Fährt man nur mit dem Finger auf der Glashülle hin und her, so wandert die leuchtende Stelle ebenfalls mit, weil die statische Ladung der Röhre durch den Finger beeinflußt wird.

Eine andere von Crookes entdeckte Eigenschaft der Kathodenstrahlen ist die, mechanische Wirkung auf leicht bewegliche Körper auszuüben. Er ordnete zu diesem Zweck in einer Röhre ein Flügelrädchen an, das sich auf einer Schienenbahn rollend hin- und herbewegen kann. Anode und Kathode sind so angeordnet, daß die von der Kathode ausgehenden Strahlen die oberen Flügel des Rädchens treffen müssen. Sobald nun die Entladung der Kathodenstrahlen im Rohr vor sich geht, läuft das Rädchen, durch die Strahlen getrieben, nach der Anode zu. Wird nun durch Umkehrung des Stromes die Anode zur Kathode, so läuft das Rädchen wieder zurück uff. Aus dieser Erscheinung kam Crookes zu dem Schluß, daß durch die Strahlung kleine Teilchen von der Kathode selbst oder der noch in der Röhre vorhandenen Gase fortgeschleudert werden. Die Crookessche Hypothese ist aber stark angefochten worden, und eine einwandsfreie Begründung dieser mechanischen Wirknngs-crschcinung ist bis heute noch nicht gefunden.

Bis zu Ende des 19. Jahrhunderts hat man die Kathodenstrahlen eigentlich nur als eine interessante wissenschaftliche Erscheinung betrachtet. Ihre Wirkung blieb anscheinend nur auf den Jnnenraum des luftleeren Glaskörpers beschränkt, und hatte es den Anschein, als ob die ganze Energie der Kathoden-strahlen bei Erregung der starken Wärmeentwicklung und Phosphorcszierung der Glashülle aufgebraucht würde. Hertz hatte allerdings beobachtet, daß die Kathodenstrahlen eine sehr dünne Schicht Aluminium durchdringen, und gelang es auch, die Kathodenstrahlen durch Aluminiumblättchen, die in die Glashülle eingesetzt wurden, nach außen zu leiten. Diese Versuche bewiesen aber nur, daß die Kathodenstrahlen wohl in dichter Luft auch bestehen, aber nur in hochgradig verdünnter Luft erzeugt werden können.

Mit einer ganz zufällig durch den Physiker Röntgen 1896 gemachten Entdeckung gewannen die Kalhodenstrahlen mit einem Mal ein bedeutendes wissenschaftliches Interesse, und im Laufe der vergangenen zwölf Jahre hat diese Entdeckung einen Ausbau und so vielseitige praktische Nutzanwendung erfahren, daß sie zu den bedeutendsten Errungenschaften der letzten zwölf Jahre gerechnet werden kann. Röntgen fand beim Experimentieren mit Crookesschen Röhren, daß von der durch die Kathodenstrahlen zum Leuchten angeregten Glasstelle Strahlen ausgehen, welche photographische Platten beeinflussen und fluoreszenzfähige Körper zum Leuchten (Fluoreszieren) bringen. Wird eine Crookessche Röhre nun so umhüllt, daß alle Wirkungen des in der Röhre sichtbaren Lichtes abgeschlossen werden und bringt man in die Nähe der von den Kathodenstrahlen getroffenen Stelle des Glases einen mit Bariumplatincyanür bestrichenen Kartonschirm (Fluoreszenzschirm), so beginnt dieser in hellgrünlichem Licht aufzuleuchten. Eine lichtempfindliche Photographenplatte in gleicher Weise diesen Strahlen ausgesetzt schwärzt sich, wenn sie nach der Belichtung mit Kathodenstrahlen in gewöhnlicher Weise in der Dunkelkammer entwickelt und fixiert wird.

Es gehen mithin von dieser leuchtenden Stelle der Crookesschen Röhre unsichtbare Strahlen aus, die mit den Kathodenstrahlen bezw. wie diese auch durch den Magneten in ihrer Richtung abgelenkt werden können. Nach ihrem Entdecker hat man diese unsichtbaren oder X-Strahlen — Röntgenstrahlen genannt. Es ist nun durch zahlreiche Versuche festgestellt worden, daß sie durch die meisten nichtmetallischen Körper leicht hindurchgehen, namentlich ist Holz besonders dazu geeignet, sie durchgehen zu lassen. Setzt man z. B. auf eine lichtempfindliche Platte eine Holzkassette, in welcher sich einige Schlüssel, Geldstücke usw. befinden, belichtet nun die Platte unter Einwirkung der Kathodenstrahlen und entwickelt sie dann in der Dunkelkammer, so erscheint auf der Platte das deutliche Schattenbild der in der Kassette enthaltenen Metallgegenstände, während die Umrisse des Holzkastens nur als schwacher Nebelschleier erscheinen, aus dem aber immer noch die Form der Kassette zu erkennen ist. Die Röntgenstrahlen durchdringeu also das Holz des Deckels und Bodens der Kassette und zeichnen auf der Platte das scharfe Schattenbild der für sie undurchdringlichen Metallteile. Aber genau so wie durch Holz dringen die Röntgenstrahlen auch durch andere undurchsichtige Stoffe wie Hartgummi, Wachs, Kork, Kohle usw. Von den Metallen ist Aluminium, wie schon gesagt, dasjenige Metall, welches den Röntgenstrahlen leichter Durchgang gestattet.

Auch durch dünne Schichten anderer schwerer Metalle, wie Gold, Silber, Kupfer, Eisen usw. gehen die Strahlen, und nur das Blei setzt ihrem Durchgang größeren Widerstand entgegen. Es erhellt schon hieraus, daß die Röntgenstrahlen durch spezifisch leichte Körper am besten gehen, während ihnen spezifisch schwere Körper einen größeren Widerstand bieten. Wie sich die einzelnen Körper in der Dichtigkeit voneinander unterscheiden, so ist auch ihre Durchlässigkeit gegenüber den Röntgenstrahlen von ihrer Dichtigkeit abhängig, um sie entsprechend im Bild wiederzugeben. Infolge dieser Eigenschaften hat sich die Photographie mit Röntgenstrahlen zu einer Wissenschaft ausgebildet, die für die Heilkunde von höchstem Werte ist, denn man kann mit ihr Fremdkörper im menschlichen Organismus sofort nachweisen, und an Hand der Röntgen-photographie hat dann der Operateur keine Schwierigkeiten, den Gegenstand zu entfernen. Bei Verschiebungen im Knochengerüst oder bei Knochenbrüchen zeichnet der Röntgenapparat genau die Stellung der Knochen zueinander auf die photographische Platte usw.

Während nun die Lichtstrahlen, mit denen wir bisher die elektrischen Schwingungen und Strahlungen öfter verglichen haben, nur durch durchsichtige Körper dringen und von undurchsichtigen Körpern zurückgeworfen werden, gehen also die Röntgenstrahlen durch die meisten undurchsichtigen Körper ohne Schwierigkeit hindurch und zeigen also hierin keine Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Lichtstrahlen. Sie zeigen als weiteren Unterschied von den Lichtstrahlen noch die Eigenschaft, daß sie sich nicht regelmäßig zurückwerfen (reflektieren) lassen, sondern nur wenig zerstreut zurückgeworfen werden. Auch werden die Röntgenstrahlen in ihrer Richtung nicht abgelenkt (gebrochen), wenn man sie durch ein Prisma sendet.

Der Bedeutung entsprechend, welche die Röntgenstrahlen für die Heilkunde gewonnen haben, hat man eine ganze Zahl Spezialapparate und Röntgenröhren konstruiert, in denen es namentlich auf die Stellung der Elektroden ankommt, um eine möglichst günstige Bestrahlung bei den photographischen Aufnahmen mit diesen Apparaten zu erzielen. Es hat sich nun an Hand der zahlreichen elektrischen Versuche ergeben, daß jeder Körper, welcher von Kathodenstrahlen, gleichviel ob innerhalb oder außerhalb der Röhre, getroffen wird, Röntgenstrahlen abgibt. Auch Metalle senden Röntgenstrahlen aus, wenn sie von Kathodenstrahlen getroffen werden, und im Gegensatz zu der die Röntgenstrahlen erzeugenden Kathode nennt man die von den Kathodenstrahlen getroffene Stelle der Glashülle, welche die Röntgenstrahlen aussendet, die Anti-Kathode der Röhre.

Die besten photographischen Bilder erhält man, wenn die Röntgenstrahlen nicht von einer ganzen Fläche, sondern möglichst nur von einem Punkte ausgehen. Die mit Flächenstrahlung erzeugten Bilder erscheinen ver-schwonimen und werden durch die Erzeugung von Schlagschatten undeutlich. Macht man aber die Kathode hohlspiegelartig gewölbt, so daß sich die von ihr ausgehenden Strahlen im Brennpunkte des Hohlspiegels sammeln, also iit diesem Punkte vereinigen müssen, so hat man es in der Hand, die Strahlen auch auf einen Punkt der Röhrenhülle zu konzentrieren. Dies geschieht in den sogenannten Fokusröhren.

Die Luftverdünnung in den Röntgenröhren wird möglichst weit getrieben, um größere Schlagweiten für die Entladungen zu erhalten. Bei längerem Gebrauch werden nun die Röhren von selbst immer luftleerer, so daß nach einiger Zeit der Strom nicht mehr durch die Röhre geht, weil das leitende Medium, die verdünnte Luft, fehlt. Wenn nun die Luftleere der Röhre durch den Gebrauch sich erhöht, so fragt es sich, wo die Lust, welche doch anfangs in der luftdicht verschmolzenen Röhre war, hingekommen ist. — Es wird nun angenommen, daß beim Durchgang des Stromes durch die Röhre sich Gas- ' teilchen im Innern der Röhre laden und an den Glaswänden festsetzen, wodurch das Glas selbst elektrisch geladen und die Röhre immer luftleerer wird. Wenn man die versagende Röhre, namentlich in der Nähe der Kathode, erwärmt, werden diese ant Glas haftenden Gasteilchen wieder frei, und die Röhre wirkt wieder eine zeitlang ganz gut.

Es kann aber auch der Fall eintreten, daß der Druck des Gases in der Röhre zu groß ist und infolgedessen ebenfalls Unwirksamkeit eintritt. Diese sogenannten weichen Röhren (zum Unterschied von den harten mit hoher Verdünnung der Luft) kann man dadurch wieder normal wirkend machen, daß man die Entladung geraume Zeit hindurchgehen läßt, wodurch dann in der vorgedachten Weise eine Erhöhung der Verdünnung der Luft eintritt. Man hat zur Verhütung dieser Übelstände regulierbare Röntgenröhren konstruiert, die sich auf jeden gewünschten Grad der Verdünnung einstellen lassen.

Die wesentlichsten Bestandteile eines kompletten Röntgenapparates sind ein Funkeninduktor, Unterbrecher, Stromquelle und Röntgenröhre. Zur Vervollständigung kommen als Nebenapparate noch hinzu ein Bariumplatincyanür-schirm (Fluoreszenzschirm), Spannungsmesser und Schaltapparate. Mit dem Jnduktorium aus den Werkstätten von Siemens und Halste A.-G., Berlin wurden bei Betrieb mit Wehnelt-Unterbrecher Funken bis zu 1 m Länge erzielt.

Mit Hilfe der intensiv wirkenden im Brennpunkte gesammelten Röntgen strahlen, wie sie die modernen Röntgenröhren liefern, werden in den Kliniken anstatt der früher geübten photographischen Aufnahmen meist direkte Durchleuchtungen des Körpers vorgenommen, so daß der Arzt nach der Durchleuchtung gegebenenfalles sofort zur Operation schreiten kann, während er sonst damit warten mußte, bis die belichtete Platte entwickelt und das Bild fixiert war.

Zu diesen Durchleuchtungen benutzt man den schon genannten Fluoreszenzschirm, auf dem dann das Bild erscheint. Ein solcher Schirm besteht aus schwarzem Karton, der mit einer Schicht feingepulverten Barium-platincyanür auf einer Seite bestrichen ist. Bringt man nun zwischen einen solchen Schirm und die Röntgenröhre das zu untersuchende Glied oder Teile

des menschlichen oder tierischen Körpers, so gehen die Röntgenstrahlen durch die Kleider und das Fleisch leicht, durch die Knochen aber weniger leicht, und es erscheint auf dem Schirm, b. h. auf der mit Bariumplatincyanür bestrichenen Seite desselben, das Schattenbild des zu untersuchenden Gegenstandes in feinsten Abstufungen der Schattierungen, je nach der Dichtigkeit der Stoffe, durch die die Röntgenstrahlen gehen und den Schirm an den am wenigsten beschatteten Stellen zum Leuchten bringen. Man sieht also auf diesen Bildern nicht nur die Knochen, die sich als die dichtesten Teile als tief schwarze Schattenrisse grell abheben, sondern auch die inneren Organe, wie Lungen, Herz, Magen usw. direkt auf dem leuchtenden Schirm. Man kann sogar die Bewegungen des Herzens und des Zwergfelles deutlich verfolgen. Namentlich für die Untersuchung des Herzens hat die Röntgenphotographic insofern großen Wert, weil man aus dem Vergleich seiner Umrißkurven bei wiederholten Aufnahmen feststellen kann, ob krankhafte Erweiterungen oder sonstige Veränderungen an diesem edelsten Organ wahrzunehmen sind.

Für die Röntgenphotographie hat Dr. Albers in Schöneberg in seiner allgemein eingeführten Kompressionsblende ein Hilfsmittel geschaffen, mit dem es ntöglich wurde, von den stärksten Teilen des menschlichen Körpers Aufnahmen von größerer Schärfe zu machen, als dies sonst möglich war, z. B. von den Lendenwirbeln, Nierensteinen usw. Dies wird dadurch erreicht, daß der Apparat den betreffenden Körperteil durch Kompression (Zusammendrücken) in seiner Stärke verringert und festlegt.

Der Apparat besteht in der Hauptsache aus einem mit Blei ausgekleideten Preßzylinder, der auf einem mit Grundbrett versehenen Metallgestell so montiert ist, daß er sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung verstellt und auch um seine horizontale Achse gedreht werden kann, Auf die obere Öffnung wird ein an der unteren Seite mit Blei beschlagener und mit einer mittleren Bohrung versehener Holzaufsatz gestellt, der gleichzeitig auch den Halter für die Röntgenröhre trägt. In die Öffnung des Aufsatzes können scheibenförmige Bleiblenden eingesetzt werden zur Begrenzung des von der Röhre ausgehenden Strahlenbündels. Dieser Apparat ermöglicht es also zunächst, diejenigen Körperteile, welche seitlich von den abzubildenden liege», von der Bestrahlung auszuschließen und so die Entstehung störender Sekundärstrahlen zu verhindern. Andererseits wird es aber mit ihm möglich, die direkt oberhalb der zu bestrahlenden Teile liegenden Partien durch Kompression derselben mittels des Preßzylinders zu verdrängen und so die Absorption der Röntgenstrahlen zu verringern.

II. Teil.

Die Maschmrn-Gleumite.

Wie sich jeder Stoff in der Natur, jeder Rohstoff, den wir verarbeiten, aus einer Anzahl Grundstoffen oder Elementen zusammensetzt, so wird auch jede Maschine aus einzelnen Teilen zusammengesetzt, die wir Maschinen-Elemente nennen, weil sie bei allen Maschinen, wenn auch in verschiedener Größe und Form, so doch nach betn gleichen Grundprinzip ausgeführt wiederkehren und gleichsam die Elemente bilden , aus denen die Maschinen aufgebaut werden.

Wenn sie nun auch ihrer Art nach nicht sehr bedeutend sind, so sind sie doch in ihrer Form nicht fest zu bestimmen, weil immer neue Elemente hinzukommen und alte, bisher angewandte Formen verschwinden, weil sie den Anforderungen des modernen Maschinenbaues nicht mehr entsprechen, denn mit den Fortschritten, die man im Bau der Maschinen von Jahr zu Jahr zu verzeichnen hat, müssen naturgemäß auch die Elemente Schritt halten und sich den veränderten Verhältnissen anpassen.

Man könnte nun gut und gern ein mehrbändiges Werk allein über die im Gebrauch befindlichen Maschinenelemente und ihre Berechnung schreiben, und müssen wir uns deshalb hier auf das Notwendigste beschränken, was über dieselben zu sagen ist, und werden namentlich die Elemente ausführlich behandeln, welche gleichsam als Normalien des Maschinenbaues gelten.

Eine Normalisierung gewisser Maschinen-Elemente ist nämlich nicht nur wünschenswert, sondern dringend nötig, und man kommt immer mehr zu der Einsicht, daß es ein großer Vorteil für die Fortentwicklung der Technik sein würde, wenn alle Maschinenfabriken nach gewissen Normalien arbeiten würden, weil man dann bei etwa nötig werdenden Reparaturen nicht von einer bestimmten Fabrik abhängig ist, sondern von der ersten besten Firma der gleichen Branche die Ersatzelcmente beziehen könnte, wie es z. B. in Amerika schon in vieler Hinsicht der Fall ist.

Diese Normalisierung der Elemente im Maschinenbau wird meines Wissens zurzeit nur von einer Firma, der Aktien-Gesellschaft Ludwig Löwe-Berlin, mit Erfolg angestrebt und dürfte mit der Zeit

auch von anderen Firmen Aufgenommen werden. Merkwürdigerweise hält es ziemlich schwer, eine Einigung zwischen den Beteiligten über gewisse Normalien herbeizuführen, und besitzen wir heute eigentlich nur allgemein seststeheude Normalien über Röhren, Schranken und Nieten, aber selbst in den Schraubengewinden gibt es noch immer Abweichungen, die dem alten deutschen Zopf der Separierung entsprechen und dem Fortschritt hinderlich sind. Auch in bezug auf die Lagerbohrungeu, Wellen- und Zapfenstärken sind gewisse Normalien aufgestellt und der Fabrikation allgemein zugrunde gelegt, aber die ebenso nötige Normalisierung der Lagerlänge ist z. B. noch nicht gelungen, denn diese Maße weichen wieder bei den verschiedenen Fabrikaten voneinander ab, wenn auch die Bohrungen gleich sind, und ist es kein Zweifel, daß gerade auf dem Gebiete der Normalisierung der nötigsten Maschinenelemente noch viel zu tun bleibt.

Während wir nun in der Mechanik nur Formeln gegeben haben, die ganz allgemein gehalten sind und für den jeweiligen Fall Anwendung finden, sind die Angaben zur Konstruktion der Maschinenelemente auf Maßeinheiten bezogen, die auch in gewissem Sinne als Normalien gelten und an denen festgehalten werden muß.

Als Einheitsmaß für alle Abmessungen gelten Millimeter und für die Belastungen Kilogramme. Sind Abweichungen von diesen Normen aus irgendwelchen Gründen nötig, so wird das an Ort und Stelle angegeben. Soweit Geschwindigkeitsangaben nötig werden, sind dieselben ihrem Weg nach in Metern pro Sekunde ausgedrückt, und werden bei Rotationsteilen die Umdrehungszahlen pro Minute als Einheit angegeben. Das Maß für . die Arbeitsgröße bildet das Kilogrammeter (kgm), das für die Arbeitsleistung das Sekundenmeterkilogramm (skmkg) und für größere Arbeitskräfte die Pferdekraft (HP oder PS), und ist

1 Pferdestärke — 75 Sekundenmeterkilogramm.

Wir haben im Ganzen acht Hanptgrnppen von Maschinenteilen oder Elementen zu unterscheiden und beginnen unsere Besprechung mit

Gruppe I.

Elemente M Verbindung von Maschinenteilen.

Die Verbindung der Maschinenteile bildet einen wichtigen Teil der Konstruktion der ganzen Maschine, denn von ihrer Art hängt nicht nur ihre Widerstandsfähigkeit, ihre innere Festigkeit ab, sondern auch ihr Aufbau am Ort ihrer Aufstellung. Da jede Maschine infolge der von ihr zu leistenden Arbeit gewissen Abnutzungen und Schäden unterliegt, so muß sie in ihren Teilen auseinandernehmbar, also lösbar sein, während wieder andere Teile, namentlich die Gestelle, welche gewissermaßen das stabile Knochengerüst der

Maschine bilden, in ihren Teilen unlösbar verbunden sein können. Man wird also zunächst bei der Konstruktion eine Maschine zu überlegen haben, welche Teile derselben fest oder lösbar zu verbinden sind.

Als lösbare Verbindungselemente kommen die Schraube, der Keil und der Bolzen in Frage, als festes Verbindungselemeut der Niet und einige metallurgische Verfahren, wie das Löten und Schweißen, die aber selbstverständlich nicht an dieser Stelle besprochen werden können und unter dem Kapitel über Arbeitsverfahren besondere Berücksichtigung finden.

A, Lösbare Verbinbungselemente.

Die Schrauben.

Kein Maschinenelement wird so oft und so vielseitig verwende , wie die Schraube. Sie dient, mit flachem Gewinde versehen, zur Bewegungsübertragung, z. B. als Leitspindel an den Drehbankstipporten, als Preßspindel an den Schraubenpresscn, und wird in diesem Falle Bewegungsschraube genannt.

Mit scharfem und spitzem Gewinde versehen, dient sie zur Verbindung zweier Maschinenteile und heißt dann Befestigungsschraube.

Ihre mechanische Wirkung als einfache Maschine im Sinne der Mechanik haben wir int vorigen Kapitel der Mechanik kennen gelernt, und da wir an der gleichen Stelle auch die Entstehung und Konstruktion der Schraubenlinie bereits erörtert haben, so können wir uns hier auf das beschränken, was wir über ihre praktische Ausführung und Anwendung im Maschinenbau wissen müssen.

Wir unterscheiden an dem Schraubenbolzen zwei Durchinesser, den Kerndurchmesser d₁ des Gewindegrundes und den eigentlichen Bolzendurchmesser d des äußeren Umfanges. Wir haben nun. verschiedene Gewindesysteme, die iin Maschinenbau eingeführt sind, das von Whitworth und das von Seiler. Man hat versucht, ein metrisches Gewindesystem einzuführen, es ist aber bisher bei dem Versuch geblieben, und wir arbeiten heute noch allgemein nach den genannten beiden englischen Systemen. Die Abweichungen in den für die Gewinde gewählten Querschnittsformen sind mehr theoretisch und für die reine Praxis zu unwesentlich, um dabei lange zu verweilen. Bei uns ist in den Werkstätten das Whitworthsche Gewindesystem eingeführt. In der nachstehenden Tabelle sind die Werte der alten und neuen Skala (nach Reuleanx) zusammengestellt, worin d in engl. Zollen ausgedrückt ist und s die Zahl der Gänge pro 1" engl, angeben.

Die Befestigungsschrauben erhalten meist Whitworth-Gewinde, doch wird dasselbe nur in wenigen Werkstätten genau dem System Whitworth entsprechend geschnitten. Es bezeichnet d den äußeren Durchmesser der Schraube, (I, ihren Kerndurchmesser, t die Gangtiefe des Gewindes, s die Ganghöhe und Steigung und n die Zahl der auf 1" engl. Schastlünge geschnittenen Gänge. Ist nun P die in der Richtung der Schraubenachse wirkende Zugkraft, so ist:

t = 0,64 X s; d, = d — 1,28 X s = d - l-'— = 0,67 X VT

n

d = d1 + ^8 1 n

und

P = 2,2 X dl².

Die Gewindequerschnitte (Fig. 131) bilden gleichschenklige Dreiecke, sind an der Spitze leicht abgerundet, und beträgt der Spitzwinkel 55°.

rr

f-

Fig. 131.

ff

>!

Fig. 132.

Bei dem Sellerschen Gewindesystem beträgt der Spitzwinkel, wie Fig. 132 zeigt, 60°, und sind die Gewindekanten nicht abgerundet, sondern scharfkantig.

Bezeichnet d den äußeren Durchmesser der Schrauben, dt den Kerndurchmesser, f die Breite der zylindrischen Flächen am Gewinde und n die Anzahl der Gänge auf 1" engl., so ist in englischen Maßen:

1,29904

dj = d —

und f —

0,125

Tabelle über Sellers-Gelvinde.

D in mm — in engt. Zoll

D in mm — in engt. Zoll

6,35 = 74

7,94 = »A«

9,53 = s/₈

11,11 = ⁷/ie

12,70 = V, 14,29 = »A₆

O 00 CO TU CO N

0,1855" 0,0062" 0,2403" 0,0070" 0,2938" 0,0078" 0,3447" 0,0089" 0,4000" 0,0096" 0,4543" 0,0104"

15,88= »/„ 19,05= ⁸/4 22,23= 7s 25,40 = 1 28,57 = l>/8 31,75 = IV*

11 0,5069" 0,0114" 10 0,6201" 0,0125" 9 0,7307" 0,0139" 8 0,8376" 0,0156" 7 0,9394" 0,0179" 7 1,0644" 0,0179"

0<i4— CODOI—lCCDOO~3CiOX^CO

Nummer der Schrauben

OXrfxi4^l4XCOCOCODODODO OCiCOOCiCOOCiCOOCiCOO

3 Durchm. der glatten Bolzen

GO IO ' CO*"" rfx'⁻'

-tz-

00 tf* GO l>0 GO

^^^WWCOtCtOICH —J 4^

Ci bx co

00 4** J-¹ _GC ox JO CD _CX jo _CD "cd "bo bi b "lo b "cd b bx

Äußerer Durchmesser des Gewindes d

^WCOCOtOMMlOHHHH. o ^ jp- JO _CD -O _CO J—¹ OO _OX JO _o -O

b "cd "oo bi bx b "cd "co bi "oo "cd "o bx

| Kerndurchmesser dt

0,441

0,784

1,311

1,961

2,720

3,573

4,498

5,768

6,835

8,388

9,495

11,31

12,82

qcm

Kernquerschnitt d sn

^OiÜiQOi<l<lOOCDO

do Ci

Zahl der Gänge aus 1 Zoll engt.

COCODOlNSWWICHM

0Ö5^tOOOOC5^tOCO^

4^

3 des sechs- oder 5 viereckigen Kopfes

üi^^^OOWWtCtODOH OCiCOOCiCOOCiCOOCiCOO

der Mutter

CO CO CO DO DO LO DO

1 der Contremutter

OOOQ ^MOOOÖilM^OOOOJ

to to to to M H QX CO

OOOQ^WHOOO^W

| im ganzen ³ im Konus

des versenkten Kopfes

m<$_

uZLjogMgnv.rchZ)

00<l*vlCiCiÜiÜlf4WCODOICH

CO^lCCiHÜiOl40COOODOH

4^

CD

9 ff

4^ CO CO CO IO LO DO j—¹ GO Ol H X _OX DO _CD C5 IO JD

"to "bo "cd b "bx 1—¹ lo bi bo

OOOCDCDOC*<l^lCiCiOxOx4^

3 Schlüsselweite u. Seite 3 des viereckiger: Kopses

3 Seite des Sechseckes für 3 den Kopf oder die Mutter

| Splintdurchmesser

CO CO IO DO DO DO DO

CDÖi^DOOOOCi^DOvD^

4^

Ci ÜX Ox 4^ CO DO LO O CD CD 00 GC Ci

^ durch die Mutter | vom Rande des letzteren

3 vor d. Mutter vom 3EndedesBolzens

Splintes

l^t^WCOtOMDOM

004-hP-Ci004^

3 Durchmesser des 3 äußeren Kreises

OJ Oi IC' M IO M M COCOOOQOLO-I^IO

§ Seite des Viereckes

CO CO CO DO DO DO CiCOOCiCOOCiCO

3 Durchmesser runder 3 Sliftschrauben

Stift

schrauben

Ci Ci Ci Ci Oi 4^ 4^ CO CO DO DO 1—1 G04^OCiD0004^OCiD0CiD0Ci

1—¹ h-L I—¹ I—¹ I—¹ I—¹ I—1 CO CO DO DO

I—iOOCDOO<ICiÜX

gajitoy

gaq

Durchmesser

Höhe

mdj0K

vm®

C Ci Ci Ol ox ^    CO CO IC DO M

GO 4^ O Ci DO 00 4^ O Ci DO Ci LO Ci

100

92

86

80

74

89

62

56

50

44

36

28

22

ccoooo^^icicioiox^^o;

DO DO DO IO WMr-O’OOO^OiCTWMHO

i—¹

I für gedrehte Bolzen O

g für Schrauben- ^ muttern

5 Höhe der Unterlegscheibe

3 Höhe des Splintringes

Unterlagscheiben

'uauhvMvviT

uitpiitznoa^ «Q U3i)t)to.t0iß U3Q tpvu ^3yu>ai3öhpoaih;igx) US?10A spviö tzun usynvLtzD anj uzöunjjomavivmroitz

Whitworthsche Schraubentabelle.

Durchmesser

der

Schraube

e*

Hl

i|~

" s

Kern

durch

messer

CX3

mm

s auf einen engl.Zoll

J? auf den Durchm.

englische Zoll

Zulässige Belastung

kg

Höbe der Mutter Drchm. des Bolzens in mm abgerundet H = d dx -f 1,28 s

Schlüsselweite. Seite des quadratischen oder Dräun, des runden oder sechseckigen Kopfes. Dk — D 5 -f 1,4 d Drchm. d. Kreises, der um das^ Muttersechseck beschrieben ist

_vi 1,155 D_

Höhe des Kopfes. Hk 0,7 d

Drchm. der Unterlegscheibe

__ü 1,3 D__

Ticke der Unterlegscheibe

u 0,1 D_

Gew. von 100 mm Bolzenlänge kg Gb

Gew. d. quadratischen Kopfes kg Ga

Gew. d. Mutter einschl. darin befindlichen Bolzen kg Gm

Gew. d. Unterlegscheibe einschl. darin befindlichem Bolzen kg

Gu

0,18

4,72

48

15

5⁵/s

0,24

6,09

81

16

0,29

7,36

118

10

19

«Vs

0,34 8,64

164

12

22

0,39

9,91

215

13

b- b- tO lO xO    r*

67s 7 Vs 77s 8

77s

87₄

874

87s

874

«Vis

10

97s

1072

0,51 12,92 370 0,62 15,74 542 0/73 18,54 752 0,84 21,33 998 0 94 23,87 1250 1,07 26,92 1590 1,16 29,461900 1,29 32,68 2350

1.37    35,28 2740 1,49 37,84 3140 1,59 40/38 3590 1,71 43,43 4140 1/93 49,02 5280 2/18 55,37 6750

2.38    60,45 8030 2,63 66,80 9820

16

24

27

20

23

26

29

32

35

39

42

45

48

51

58

64

70

77

33

38

42

45

50

54

60

64

68

72

76

85

94

103

112

17/5    5 20 1/5 0/030 0/008 0/010 0/004

18.5    6 21 1,5 0/039 0/012 0/014 0/004 7 25 2 0/061 0/020 0/024 0/007

25/5 8 29 2 0/0880,0300,0390/010 9 32 2,5 0/103 0,040 0,050 0,015 31    11    35    3    0,156 0/062 0,078 0,022

38    14    43    4    0,244 0/118 0/147 0,044

44    16    50    4    0,323 0,180 0,224 0,060

48.5    18 55 4 0,413 0,247 0,309 0,073

52    20    58    4    0,514 0,315 0,396 0,081

58    22    65    5    0,625 0,428 0,539 0,124

62.5    24 70 5 0,748 0/544 0,738 0/148

69.5    27 78 6 0,931 0,756 0,947 0,222

74    29    84    6    1,077 0,956 1,160 0,258

78.5    32 88 7 1,237 1,151 1,341 0,328

83    34    93    7    1,407 1,371 1,678 0,364

88    36    98    8    1,589 1,617 1,987 0,460

97.5    40 110 9 2,051 2,301! 2,893 0,666 109 45 121 9 2,502 3,100 3/896 0,825 119 49 131 10 2,993 4,075 5,025 1,099 130 54 145 12 3,621 5,325 7,667 1,323

22

28

Bei der Berechnung der Schrauben nimmt man die Beanspruchung aus Abscheeren Pr. qmm Zugfestigkeit — 38 kg. Dehnung 18 °/₀ bei Beanspruchung auf 25 bis 40 mm Dehnung Pr. qmm Zugfestigkeit — 36 kg; Dehnung 15°/,.

Zulässige Belastung.

Zuläss. Bel. . . . kg Bolzenstärke . . . mm

48

9/5 11/1 12/7

375

15/9

O CM L CM

1000 1250 1600 1900 25/4 28/6 31/8 34/9

Zuläss. Bel. . . . kg    2350    27501 3150    3600    4150 529016750 8050 9800    11600

Bolzcnstärke ... mm    38,1    41,31 44,5    47,6    50,8 57,11 63,5 69,8 76,2    82,5

dt* X n

Befestigungsschrauben werden auf Druck oder Zug berechnet, je nachdem ihre Beanspruchung erfolgt. Ist dann der äußere Durchmesser d, d, der Kerndurchmesser, P die wirkende Zug- oder Druckkraft und kz die zulässige Beanspruchung, dann ist

X kz.

Beispiel: Es ist die Stärke einer Schraube zu berechnen, welche einer Zugkraft von 4100 kg Widerstand zu leisten hat.

P =

— 6,82 qcm — 30 mm Durchmesser.

In diesem Falle wird kg — 600 kg Pr. qcm eingesetzt, und erhält man für den Bolzenquerschnitt

dt _ P 4100

4 k z 600

Nach der Schraubentabclle Seite 254 würde diesem Querschnitt am besten die Schraube Nr. 11 mit 6,835 Querschnitt des Bolzenkernes entsprechen, die einen äußeren Durchmesser von d = 34,9 mm — l³/g" engl. hat. Es ist dabei noch zu berücksichtigen, daß gewisse Schrauben, z. B. die Laschenschrauben an Eisenbahnschienen, besonders fest angezogen werden und infolgedessen höher beansprucht werden. Man rechnet dann P zur Sicherheit um 7s höher, also ⁴/₈ P.

Tabelle für internationales metrisches Gewinde.

mm

mm

d*

mm

Schlüssel

weite

di

Schlüssel-

weite

mm

mm

mm

mm

mm

WWCOCOCOhphhmm

O*d^COOOOOi^COl-lO0OO*dO

JO 03 03 CO CO CO JO JO    I—» M ^ ^

Oi o b üi bn oi "o "o Vj oi bn bo CO o o'

Ol    Ol Oi

4,59

5,59

6,24

7,24

7,89

8,89

9,54

11.19

13.19

14.48

16.48

18.48

19.78

22.78 25,08

_ r— —

07) CO QO Ol CO CO 07) CO I—¹ CO GO CT) Oi CO CO

3,5

4,0

4,0

4,5

4,5

5,0

5,0

5,5

5,5

6,0

6,0

6,5

co o

C- 00

6,5

7,0

28,08

30.37

33.37

35.67

38.67

40.96

44.96

48.26

52.26

55.56

58.56

62.85

66.85 70,15

50

54

58

63

67

71

77

82

88

94

100

105

110

116

Gasgewindetabelle nach Whitworth.

Lichter

Nr. Rohrdurchniesser engl. Zoll

mm

Äußerer

Gewindedurchniesser engl.Zoll

mm

Gewinde- 8aW der i m Rohr Gänge pro

1 engl.Zoll    kg

Tiefe

wiegt

mm

CO CO CO CO i—¹

3,175

6,350

9,525

12,700

15,875

LS'

/64

47/

82

21/

/ 82 28/

32

29

88

9,922

13,493

16,668

20,637

23,018

j-¹ >P O o i—¹ bo 'bo "bx

<1 07 Q 00

J-¹ J-* jd _o CO bo "er b-

Gasgewindetabelle nach Whitworth (Fortsetzung).

Lichter

Nr. Rohrdurchmesser cngl.Zoll I

mm

Äußerer

Gemindedurchmesser cngl.Zoll

mm

Gewinde-    bcr i m Rohr

Gänge uro

1 cngl.Zoll kg

Tiefe

wiegt

mm

69,056 76,199 81,755 88,898 3³¹/s2    100,805

4¹⁶/s2    114,290

Während wir im Maschinenbau eine allgemein gültige Normallehre für Gewinde noch nicht haben, ist eine solche für Schraubengewinde der Feinmechanik vorhanden und zwar für Gewinde bis zu 5,5 mm Durchmesser nach folgender Tabelle.

l’/i

17.

i7i

CM CO CO

19,050

22,225

25,400

31,749

38,099

44.499 50,799 57,149

63.499 69,849 76,199 88,898

101,600

17*2 i¹⁰ U, 1-7-2

OS/

^ ZS2

(M Cd CO CO CO

82

32

32

Normal-Tabelle für Feingewinde.

Äußerer

Gewinde- Ganghöhe durchmesser d ----- mm

mm

Kerndurchmesser di ----- mm

0,625

0,825

14

11

Äußerer

Gewinde- Ganghöhe durchmesser d — mm

mm

0,5

1,7

2,1

2,5

3,5

4,3

5,0

6,0

7,1

8,2

9,0

10,0

13,0

15,0

Kerndurchmesser 6i = mm

2,25

3,5

0,6

2,6

0,3

0,95

0,7

0,35

1,175

4,5

0,75

2,95

3,375

0,4

1,4

0,8

3,8

2,3

0,4

1,7

5,5

0,9

4,15

1,925

Das flachgängige Gewinde wird nicht wie die scharfgängigen mit dem Schneidzeug, sondern auf der Drehbank geschnitten, und geben wir die Einleitung zum Schneiden dieser Gewinde sehr ausführlich im zweiten Bande bei Besprechung der Dreharbeiten. Hier möchten wir nur über das System selbst noch einige Notizen bringen.

Wie Fig. 133 zeigt, ist der Querschnitt des Gewindes rechteckig, bezw. ein Quadrat. Man nimmt die Ganghöhe h = 0,17 d + 2 mm und macht

die Gangtiefe, sowie die Gewindestärke — | während der Kerndurchmesser ch

— 0,8 d genommen wird.

2,6

0,45

17

Ganz dieselben Abmessungen gelten auch für das in Fig. 134 skizzierte Nundgewinde, bei welchem dem Gewindekörper der Kreis zugrunde gelegt ist. Wie sich die Schraubenlinie entwickelt, haben wir schon in der Mechanik gesagt. In gleicher Weise entwickelt sich auch die Zeichnung des Schraubenkörpers, den man aber, um Zeit zu sparen, zeichnerisch nie in seiner richtigen, sehr komplizierten Konstruktion darstellt, sondern man markiert das Gewinde, wie Fig. 135 zeigt, durch abwechselnde feine und starke schräg gelegte Striche,

deren Neigung der Steigung des Gewindes entspricht. Die feinen Linien markieren die Gewinde-

Ji

Ti

->t — H - k—    k— W—x

Hr

TI

fsm

L_

Fig. 13.').

Fig. 134.

Fig. 133.

Fig. 136.

schneide und werden auf die Linien des äußeren Durchmessers durchgezogen, während die zwischen ihnen liegenden dicken Linien von der Länge des Kerndurchmessers die Tiefen der einzelnen Schraubengänge markieren. Neuerdings spart man aber auch noch diese Gewindelinien und bezeichnet die Stärke des Schraubenkernes d₁₍ sowie die Länge des Gewindes I durch punktierte Linien, wie Fig. 136 zeigt, darf dann aber nicht den Bolzen schraffieren, weil sonst die Linien leicht unkenntlich werden.

Schraubenmutter, Aoxf und Unterlegscheibe.

Für die richtige Formgebung dieser Teile der Schraube sind ebenfalls bestimmte Formeln ausgestellt, nach denen die Normalmaße bestimmt sind.

MH

4-1-

"T vj"~

—>s7ls*- HtL—yl

Fig- 137.

Die Wandstärke der Mutter ist abhängig von der Gangtiefe t und .. Steigung s des Gewindes, und wird für den Durchmesser!) (des dem Mutter-sechseck eingezeichneten Berührungskreises) empfohlen, ihn v — 1,45 ck

mm zu nehmen (Fig. 137). Muttern, die unbearbeitet bleiben, nimmt man etwas stärker. Man bezeichnet dieses Maß auch als Schlüsselweite.

ihre Dicke

Unterlegscheiben werden da angewendet, wo eine unebene Fläche als Grundlage für die Mutter dienen würde; ihr Durchmesser Dn ist Dn — d -j- 10 s oder ⁴/₃ D zu nehmen, n = ⁵/, 8.

Der Schraubenkopf wird bei groben Verbindungsschrauben vielfach quadratisch oder länglich viereckig gestaltet, obgleich es richtiger ist, auch ihni die sechseckige Form der Mutter zu geben, um ihn beim Anziehen der Schraube mit dem Schraubenschlüssel festhalten zu können. Sein Durchmesser wird gleich D, dem Durchmesser der Mutter, gemacht, und seine Höhe h — 0,7 d.

Bearbeitete Muttern werden in der Regel auf der oberen und unteren Fläche überdreht und zwar nach einem Kegel vom Basisdurchmesser D und dem Basiswinkel von 30°.

Zur Gewichtsbestimmung der Schrauben bedient man sich der nachstehenden Rundeisen-Gewichtstabelle und rechnet für das Gewicht einer Schraube folgende Werte aus:

Quadrat- und Rundeisen.

Gewicht von 1 Meter in Kilogramm.

Stärke

Quadrateisen

uajiaqunjG

Stärke

Quadrateisen

Rundeisen

Stärke

Quadrateisen

Rundeisen

Stärke

Quadrateisen

uajiaqmiiß

8    0/500 87, 0/562

9    0,632 97, 0,705

10    0,780 10'/₂ 0/860

11    0/944 ny₂ 1/033

2,25

18

21

23

237,

24

2,53

2,82

3/12

3,44

3,78

4/13

5/31

4,49

18,73 14/71 100 19,50 15/32 1027a 20/29 15/93 105 21/09 16/57 1077» 21/91 17/21 110 22,75 17/86 1127, 23/60 18,53 115 24,46 19,21 117 7, 25,34 19/90 120 26,24 20,61 1227, 27/15 21/33 125 28,10 22/05 1277» 29,02 22,80 130

29.98    23,55 135

30,99

31/95

32,96

33,98

35/01

36,07

37/14

38,22

39,32

40/44

41,57

42/71

43,88

45/05

46,25

47,46

48,68

49,92

53/09

56,36

59.72 63,18 66,74 70/40 74,15 78/00 81/95 86/00 90/14 94,38

98.72

103.15 107,69 112,32 117,05 121,88 126,80 131,82

142.16

24/31

25/09

25,88

26,69

27/50

28,33

29/17

30/02

30/88

31/76

32,65

33,55

34,46

35,38

36,32

37,27

38.23 39/21 41/70 44,26 46/90 49,62 52,42 55,29

58.24 61/26 64,36 67,54 70/79 74,12 77,53 81/02

84.58 88/21 91/93 95,72

99.59 103,53 111,65

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

205

210

215

220

225

230

235

240

245

250

255

260

265

270

275

280

285

290

295

300

310

320

330

340

350

360

152/88

164/00

175.50 187/40 199/68 212/36 225/42 238/88 252/72 266/96 281/58 296/60 312/00 327/80 343/98 360/56 377/52

394.88

412.62 430/76

449.28 468/20

487.50 507,20

527.28 547,76

568.62

589.88 611,52

702,00

749,58

798,72

849,42

901,68

955,50

1010,88

120,07

128/80

137,84

147,18

156,83

166/78

177/04

187/61

198/48

209/66

221.15 232,94 245,04 257,45

270.16 283/17 296/50 310,13 324,07 338/31 352/86 367/71 382,90

398.34

414.12 430/20 446,59 463,28 480/28 497/58 515/20

533.12

551.35 588/42 627/00 666/79 707/82 750/07 793,54

Gewichtstabelle über Sechskanteiseu.

1 Meter wiegt Kilogramm:

D — innerer Durchmesser des Querschnitts (Zchlüsselweite).

Gew.

D Gew.

D I Gew.

Gew. D

Gew.

Gew.

tÄ cr> t» oo a> o T-i

0,169

0,243

0,331

0,432

0,546

0,675

0,816

0,971

1,140

1,322

1,518

1,727

1,949

2,185

2,435

2,698

2,975

3,265

3,568

3,885

4,216

4,560

4,917

5,288

5,673

6,071

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

6,907

7,798

8,742

9,740

10,792

11,899

13,059

14,273

15,541

16,863

18,239

19,669

21,153

22,691    90    51,637

24,283    95    60,876

25,929    100    67,453

27,629    105    74,367

29,382    110    81,618

31,190    115    89,207

33,052    120    97,133

34,967    125    105,397

36,937    130    113,998

38,961    135    122,936

41,038    140    132,211

43,171    145    141,824

48,735    150    151,774

155 | 162,001 160 172,686 165    183,618

170    191,917

175 206,583 180 218,557 185 230,868 190 213,517 195 256,502 200 269,825 205 283,186 210 297,483 215 311,818

Das Gewicht der Schrauben mit sechskantigem Kopf und Mutter ist gleich der Länge des Schaftes, einschließlich der Kopfhöhe -f- für Mutter und Kopf — dreimal den Schraubendurchmesser.

Bei Schrauben mit vierkantigem Kopf und Mutter nimmt man die Länge des Schraubenbolzens -j- Kopfhöhe -|- 1,5 d für die Mutter + 2,5 d für den viereckigen Kopf.

Beispiel: 1 Schraube von 19 mm (³/₄" engl.) Durchmesser und 350 mm Schaftlänge mit sechskantigem Kopf und Mutter ist auf ihr Gewicht zu berechnen:

Länge des Schaftes

nun

= 350

Kopfhöhe = 0,7 d = 0,7 X 19 = 13,3 „ Mutter und Kopf — 3 d = 3 X 19 = 57    „

420,3 mm.

Das Gewicht von 1 m Rundeisen von 19 mm Durchmesser beträgt nach der Tabelle 2,21 kg, mithin das Gewicht von

= 2,21 X 0,420 = 0,93 kg.

mm

1 Schraube 420,3

Die Schraubensorten.

Die große Familie der im Maschinenbau znr Verwendung kommenden Schrauben zerfällt in zwei Hauptgruppen,

Schrauben mit Eisengewinde „    „ Holzgewinde.

Selbstredend erhalten auch die Metallschrauben aus Messing oder Kupfer Eisengewinde und dienen wie die Eisenschrauben zur Verbindung von Metall-und Eisenteilen, während die Holzschrauben zur Verbindung von Holzteilen untereinander oder auch von Holzteilen mit Metallteilen dienen.

Schrauben, die dampf- oder wasserdicht unter hohem Druck halten müssen, erhalten ein wesentlich feineres Stehbolzengewinde, wie es z. B. bei den eisernen und kupfernen Stchbolzen der Wasserkammern an Wasserrohrkesseln und an den Stehbolzen der Lokomotiv-Feuerbüchsen zur Anwendung kommt.

Am häufigsten und in den verschiedensten Größen braucht man die einfache Maschinen schraube (Fig. 138) mit sechskantigem Kopf und Mutter und einfachem rundem Schaft. Sie werden fabrikmäßig in großen Mengen roh geschmiedet und auch blank bearbeitet im Handel geführt. Für lange Schrauben, die im Handel nicht zu beziehen sind, kann man sogenannte Anschweißenden kaufen, mit angeschnittenem Gewinde und Mutter.

Die Kopfschraube (Fig. 139) kommt ebenfalls sehr oft vor und wird im Maschinenbau da verwendet, wo es nicht möglich ist, eine normale Mutter-schraube mit Kopf zur Verbindung zweier Maschinenteile zu benutzen. Es tritt dann an Stelle der Mutter ein in das Material geschnittenes Muttergewinde des Maschinenteiles (B), auf dem der andere Maschinenteil (A) befestigt werden muß. Zum besseren Anzug legt man unter den Kopf eine Unterlegscheibe, wie Fig. 139 zeigt.

frfe?

i'l

SiiiS

Fig. 130.

/CV

U

Fig. 140.

Fig. 138.

Stiftschrauben ober Stehbolzen mit Doppelgewinde (Fig. 146) dienen in den meisten Fällen demselben Zweck wie die Kopfschrauben und bestehen aus einem zylindrischen Schaft mit an beiden Enden angeschnittenem Gewinde. Das eine Ende wird in den einen Maschinenteil eingeschraubt, und kann man dann auf dem anderen einen anderen Maschinenteil befestigen. Zwischen beiden Gewinden bleibt ein kurzes Stück glatter Bolzen stehen, dem man oft auch einen quadratischen Querschnitt gibt, um den Bolzen fest einschrauben zu können. Man kann dies aber ebensogut durch Aufschrauben zweier Muttern auf das andere vorstehende Gewindeende, von denen die obere als Gegenmutter dient und das Losdrehen der unteren beim Einschrauben des Stiftes hindert.

In Fig. 140 sind 4 verschiedene Arten der Ausbildung der Schraubenköpfe bei. kleineren Kopfschrauben wiedergegeben. Dieselben finden namentlich bei Stiftschrauben Anwendung und zeigt 140 a einen vierkantigen Kopf. Diese Schrauben finden z. B. an Stellringen Anwendung, weshalb man sie

auch Stellringschrauben nennt. Der halbknglige Kopf 140 b, der versenkte Kopf 140 c und der zylindrische Kopf 140 d haben in der Mitte ihres Durchmessers einen Schlitz zum Einsetzen des Schraubenziehers, mit dem sie angezogen und gelöst werden. Man nennt sie deshalb auch Schlitzschrauben.

Fig- Hl.

Zur Befestigung von Konstruktionsteilen an Trägern aus Eisen dient die Hakenschraube, Fig. 141, und ist der Bolzen, wie der Haken, bis zum Gewinde flachkantig, also viereckig im Querschnitt. Ihm entsprechend erhält der Träger eine Ausklinkung, so daß sich die Schraube und mit ihr die Nase beim Anziehen nicht verdrehen kann.

Je nach den gegebenen Umständen erhalten die Schraubenköpfe wohl auch andere Gestalt, und wird ein Drehen der Schraube beim Anziehen dadurch verhindert, daß man dem Schaft oberhalb des Kopfes einen viereckigen Ansatz

Je

um

'i

\*-JD

Fig. 142.

f—JJ—H

Fig. 143.

Fig. 144.

gibt, oder eine Nase ansetzt, die seine Stellung in jeder Weise sichert. Fig. 142—144 zeigen einige Formen der Sicherung von Schrauben gegen Drehung beim Anziehen, und geschieht dies in Fig. 144 durch Versenken des viereckigen Kopfes in den Gußkörper.

Andere Arten der Sicherung zeigen Fig. 145—147. Bei Fig. 145 ist der Bolzen durch einen Keil K gegen Verdrehen beim Anziehen gesichert. Bei dem Stehbolzen Fig. 146 verrichtet denselben Zweck ein vierkantiger Ansatz in der Mitte des Schaftes und bei Fig. 147 eine aufgeschweißte oder angestauchte Nase n.

Auch Schrauben mit versenktem Kopf werden oft angewendet, wenn der Kopf in eine glatte Fläche eingelassen werden muß, die aus irgendwelchen Gründen glatt bleiben soll. Die Köpfe erhalten die Form eines abgestumpften Kegels, dessen Basis mit der glatten Fläche, in welche der Kopf versenkt wird, zusammenfällt, und wird gewöbnlich in den Kopf noch eine kleine Nase eingesetzt, die die Schraube beim Anziehen festhält.

Steinschrauben und Fundamentschrauben kommen zur Anwendung, wenn Maschinenteile auf Steinfundamenten oder an Mauerwerk zu befestigen sind.

Fig- 145.

Fig. 146.

Fig. 147.

In Fig. 148 a und b sind zwei Steinschrauben abgebildet, von denen Fig. 148 a wehr als Fundamentschraube dient, während die andere 148 b zur Befestigung von Maschinenteilen an vertikalen Mauern benutzt wird. Die Länge der Ansätze richtet sich nach dem Steinmaterial, in welches die Schrauben eingelassen werden, und nimmt man in hartem Stein die Löcher apa nicht tiefer wie 100 bis 120 mm. In weichem Sand-stein kann man sie auf 200 mm Tiefe einstemmen, in Ziegelmauerwerk 3—400 mm. Nach dem Einsetzen der Schrauben in die Löcher gießt man diese mit Zement, u flüssigem Schwefel, Blei oder Gips aus und hat darauf zu achten, daß sie genau senkrecht zur Befestigungsebene zu stehen kommen.

Der konische Ansatz bei Schraube Fig. 148 a hat vierkantigen Querschnitt, und werden die Kanten mit dem Schrotmeißel zu Widerhaken aufgehauen, damit ein Lockern der Schraube durch Stöße nicht eintritt i F'g. 148 a. und sich der Kops mit dem eingegossenen Befestigungs- J material gut verbindet. Bei der anderen Schraube 1 148 b wird der Schaft flach ausgeschmiedet und halbrotwarni \ zweimal verdreht. Diese Schrauben sind zur Befestigung von Teilen geeignet, die wenige oder nur geringere Stöße auszuhalten haben. /

Die Fundamentschrauben großerMaschinen sind natur- | gemäß sehr starken Erschütterungen und Beanspruchungen ausgesetzt | und müssen deshalb nicht nur besonders sorgfältig befestigt sein, sondern H auch so eingerichtet werden, daß man sie nachziehen kann, ohne sie in Fig. 148b. ihrem Sitz zu verändern oder zu lockern. Andererseits ist es nötig, die von der Maschine ausgehenden Erschütterungen möglichst gut auf das Fundament zu übertragen, indem man mit jeder Fundamentschraube möglichst viel Fundamentmauerwerk faßt. Zu diesem Zweck mauert man nach einer aus

Holzlatten hergestellten Fundameiitschablone, welche genaue Marken für den Sitz der Fundamentschrauben enthält, für jede Fundamentschraube einen eigenen vertikalen Kanal in das Fundament ein, der unten in der Fundamentsohle große, nach der Schablone eingelegte gußeiserne Unterlagsplatten enthält, in die die Fundamenischrauben später eingesetzt werden.

Die Fundamenlschraube erhält dann am unteren Ende entweder einen breiten vierkantigen Kopf, wie Fig. 149 zeigt, der beim Montieren der Fundamentschraube durch einen entsprechenden Schlitz in die Unterlagsplatte U gesteckt wird; dann dreht man die Schraube um ¹/i, so daß der Kopf rechtwinklig zu dem Schlitz zwischen zwei angegossene Nasen N zu sitzen kommt, die ihn in seiner richtigen Stellung begrenzen und bei Anziehen der Mutter festhalte!'.

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Fig. 149 a.

Fig. 149 b.

Etwas umständlicher und mühsamer ist die Befestigung mit Keil Fig. 149b. Hier erhält der Schraubenschaft am unteren Ende nur eilte angestauchte Verstärkung und einen Schlitz, durch den bei der Montage von der Außenseite des Fundamentes her durch einen seitlichen Kanal ein Keil K eingeführt wird, der in der Mitte eine Ausklinkung von der Stärke des Schäftendes hat und sich beim Anziehen der Mutter mit seinem Rücken gegen die Unterlagsplattc legt, die eine Nute von der Breite des Keilrückens erhält, in die sich der Steil fest einlegt.

Schranbtnsichcrungen sind überall da nötig, wo eine absolute Sicherung der Mutter gegen Lösen geboten ist. Durch die rhythmischen Schläge und Stöße, welche jede Maschine und der Maschinenbewegung dienende Konstruktionen aushalten müssen, lockern sich mit der Zeit die fest angezogenen Muttern und können deshalb leicht zu Unglücksfällen Veranlassung geben, wie das z. B. durch Lockerung der Laschenschrauben der Eisenbahngleise, der Muttern an Federgehängen der Lokomotiven usw. nicht selten der Fall ist. Aus diesem Grunde ist es auch eine Hauptaufgabe der Streckenwärter, alle Laschenverbindungen täglich zu kontrollieren und die Muttern nachzuziehen, die sich trotz der Sicherung durch stählerne llnterlag-Sprengringe (Fig. 150) dennoch

lösen. Diese Ringe bestehen aus elastischem Quadratstahl, sind an einer Stelle ihres Umfanges schräg gesprengt, so daß die eine. Spitze an der Sprengstelle nach oben, die andere nach unten gerichtet ist. Beim Anziehen der Mutter drückt sich die eine Spitze in die Unterlagsplatte oder Laickie (aus weichem Stahl), die andere in die Mutter ein — sie soll es wenigstens, doch sind die Fälle nicht ausgeschlossen, wo es nicht geschieht und deshalb eine Lockerung der Schraubenmuttern doch eintritt.

Fig. 150.

Bei Maschinenteilen bedient man sich andrer Mittel zur Sicherung der angezogenen Mutter gegen selbsttätiges Lösen. Die einfachste Art der Sicherung besteht nach Fig. 151 in der sogenannten Gegen- oder Kontermutter. Es ist dies einfach eine zweite auf den Bolzen ausgeschraubte Mutter, der man früher eine etwas niedrigere Höhe    |j|Jp

als der normalen Mutter gab. Jetzt nimmt man aber ge-    ^

Fig- 151.

wöhnlich eine normale Mutter, die auf die bereits fest angezogene untere geschraubt wird. Wenn durch die Gegenmutter auch das Lösen der Grundmutter erschwert ist, so werden mit der Zeit durch die Erschütterungen der Maschine doch beide Muttern locker und müssen deshalb ebenfalls öfter nachgesehen und angezogen werden.

Fig. 152.

Die Sehraubensicherung durch Splint (Fig. 152) bietet mehr Sicherheit, namentlich auch gegen Verlieren bei Schrauben an transportablen Maschinen und Fahrzeugen. Hier wird durch Mutter und Bolzen ein Loch gebohrt, durch das ein aus ^Q-Draht gebogener Splint nach dem Anziehen der Mutter gesteckt wird, dessen Enden, die aus der Bkutter hervorsehen, etwas aufgebogen werden, damit der Splint nicht aus dem Loch wieder herausrutschen kann. Ein nachträgliches Anziehen der Mutter ist bei dieser Sicherung nicht mehr möglich. Weitere Sicherungen mittels Splint zeigen auch noch Fig. 153 und 154, deren Anordnung ans den Abbildungen deutlich §u' erkennen ist.

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Fig. 153.

Fig- 154.

Fig. 155.

Eine andere Art der Sichernng zeigt Fig. 155. Dieselbe ist unabhängig von der Mutter selbst angeordnet und besteht aus einer Schlüsselscheibe 8 mit einem, der Schlüsselweite der Mutter entprechenden Ausschnitt, der mit einer besonderen Stiftschraube so neben der Mutter befestigt ist, daß sich das Schlüsselmaul um die Mutter legt und diese festhält. So gibt es noch sehr viele Sicherungen, deren Anwendung man am besten durch die Praxis kennen lernt.

Die Schraubenschlüssel werden zum Anziehen und Lösen der Muttern gebraucht und sind in ihrer einfachsten Form handliche Griffe aus Schmiedeeisen oder Temperguß mit einem oder zwei Schlüsselköpfen an einem oder beiden Enden (Fig. 156). Ein solcher Doppelschlüssel hat gewöhnlich an

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F'g. 156.

jedem Ende ein für eine bestimmte Schraubensorte passendes Muttermaul, und sind seine Konstruktivnsabmessungen aus der Skizze Fig. 156 zu ersehen. Außer diesen unverstellbaren Schraubenschlüsseln gibt es noch eine ganze Anzahl mechanisch- und selbsttätig verstellbarer Schraubenschlüssel. So z. B. der englische mit drehbarem Griff, der gegen eine mit der Spindel fest verbundene Backe eine andere bewegt und zwischen den Backen die Mutter festklemmt. Das Prinzip ist bei diesen Schlüsseln stets dasselbe, und sie weichen nur in der Art, wie die lose Backe bewegt wird, voneinander ab.

Die Schraubenberbindungen sind sehr mannigfacher Art, und erübrigt es sich, hierfür Beispiele anzuführen, weil sich die Arten der Verbindungen ans de» Konstruktionen selbst ergeben und Normen hierfür nicht gegeben werden können.

Die Verbindung der Flanschröhren z. B. geschieht mit einfachen Maschinenschrauben durch zwei an den Rohrenden angegossene Flanschen, die der Mutter und dem Kopfe genügend freien Spielraum gewähren. Diese Art der Schraubenverbindung ist weiter hinten unter den Rohrverbindungen in Abbildungen dargestellt.

Eine viel angewendete Art der Schraubenverbindung ist die mit Schlitz-schrauben, wie wir sie beim Aufspannen der Arbeitsstücke ans die Tische der Werkzeugmaschinen verwenden, während zur Verbindung zweier Maschinenteile, die in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden müssen, Stehbolzen dienen, bei denen auf dem Schaft zwei Bunde aufgeschweißt sind, welche mit ihrer äußeren Flächenentfernung genau dein Abstand entsprechen, der zwischen den

beiden Maschinenteilen vorhanden sein soll, und finden wir z. B. bei den Stopfbüchsen solche Stehbolzen angewendet.

Bei der Verbindung der Träger wird der Abstand durch Distanz-rollen gesichert. Es sind dies einfach Abschnitte von schmiedeeisernen Röhren, die etwas weiter als der Durchmesser der Berbindungsschraube sind, und geben sie bei der Montage den Abstand der Träger an.

Auch das Spannschloß ist eine Schraubenverbindung, die bei Eisenkonstruktionen Anwendung findet, und dient zur Kuppelung zweier Spannschrauben. Es besteht aus einem viereckigen, an allen vier Seiten geschlossenen starken Eisenbügel, an dessen Längsseiten je ein Links- und ein Rechts-Muttergewinde eingeschnitten ist. Den Gewinden entsprechend müssen die Zugstangenenden ebenfalls Links- und Rechtsgewinde erhalten. Wird nun das Schloß auf die beiden Zugstangenenden geschraubt, so werden die Stangen angezogen — gespannt und der Eisenverbindung die richtige Stabilität gegeben.

Wir werden im weiteren Verlauf der Abhandlungen noch viele Schraubenverbindungen angeordnet finden und können deshalb davon absehen, diese hier eingehender zu behandeln.

2.

Die Keile und Keilverbiiidnngen.

Die zweite Gruppe der lösbaren Verbindungen von Maschinenteilen bilden die Keile, deren mechanische Wirkung wir schon in dem Abschnitt „Mechanik" besprochen haben. Wie schon das Wort „Keil" sagt, handelt es sich bei diesem Verbindungsmittel um keilförmig zugerichtete Schmiedeeisen- und Stahlstücken, und zwar kann der Keil einseitigen oder zweiseitigen Anzug erhalten.

Man versteht unter Anzug die Schrägung bezw. das NeiguiigsverhältniS zur Geraden. Je kleiner der Anzug des Keiles ist, um so großer ist seine Wirkung und die durch ihn erzeugte Reibung ans den Keilflächen. Man findet in der Praxis den Anzug sehr verschieden gewählt, und sind die Anzüge im Verhältnis von 1 : 30, 1 : 40 bis 1 : 100. Soll eine dauernde Verbindung durch Keilverschluß geschaffen werden, so geht man mit dem Anzug noch weiter herab bis 1 : 150. Keilverbindungen, die schnell gelöst werden sollen, gibt man größeren Anzug, und sind derartige Anzüge mit 1 : 20 bis 1:10 nicht selten zu finden.

Verbindungskeile. Zu einer Keilverbindung gehören immer mindestens drei Teile, nämlich ein Keil und die beiden durch ihn zu verbindenden Maschinenteile. Der Keil kann einseitig nach Fig. 157 oder zweiseitig nach Fig. 158 sein, wenn er als Verbindungskeil dient. Ein einseitiger Keil hat einfachen, der zweiseitige doppelten Anzug. Der Anzug ist bei der Kon-struktion zu berücksichtigen und auf beit entsprechenden Seiten in den Keillöchern ein genügender Spielraum zu geben. Um nun das Verhältnis des Anzuges klar zu stellen, hat man zu beobachten, daß die angegebenen Verhältniszahlen die Länge angeben, auf welche je 1 mm Anzug zu geben ist.

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Fig. 158.

Fig- 157.

Ist z. B. ein Keil 150 mm lang, am Kopf 60 mm breit und er soll einen zweiseitigen Anzug von 1 : 30 erhalten, so sind ihm auf je 30 mm seiner Länge auf beiden Seiten je 1 mm Anzug zu geben. Also auf 30 mm je 1 mm Anzug, mithin „ 150 „ 150 : 30 — je 5 mm auf jeder Seite.

Es wird also das Keilende um 2 X 5 — 10 mm schmäler als der Kopf — 50 mm.

Wird der Keil so eingesetzt, daß die an den Maschinenteilen wirkenden Kräfte P (Fig. 157 und 158) senkrecht zu seiner Grund- oder Anzugsfläche wirken, so ist dies ein Querkeil. Wirkt die Kraft P aber in der Längsrichtung des Keiles selbst, so nennt man ihn einen Längskeil, und entsprechend dieser Bezeichnung hat man auch zwischeu Quer- und Längskeilverbindungen zu unterscheiden.

a) Die Querkeilverbindungen.

Verbindungen mittels Querkeil kommen im Maschinenbau vielfach vor, werden aber bei neueren Konstruktionen, namentlich an den Kraftmaschinen, als dauernde Verbindungsteile weniger gern angewendet, weil die Gefahr der Lockerung durch Stöße besteht und das Anziehen der Keile z. B. bei Dampf-kolben immer mit Demontage des Zylinderdeckels und Kreuzkopfes verbunden ist.

Diese Keile werden auf Biegung beansprucht, und ntacht mau sie deshalb in ihrem Querschnitt weniger dick als lang bezw. hoch, weshalb man sie auch als Hochkeile bezeichnet.

Praktisch ist die Verbindung mit Querkeil überall da, wo man Stangen aus Schmiedeeisen in einer gußeisernen Nabe befestigen will, wie in Fig. 159, 161 und 163 dargestellt ist, z. B. bei Befestigung von Säulen, die das Maschinengestell tragen.

Man macht seine Hohe h = 1,2 d und seine Breite b = 0,25 d. Mit d ist der Durchmesser der Stange bezeichnet, welche durch den Keil in der Hülse befestigt werden soll, und auch die Abmessungen für die Gußhülse

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Fig- 160.

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Fig- 161-

können durch einfache Multiplikation der in den Figuren angegebenen Werte mit d gefunden werden. Schmiedeeiserne Hülsen, wie z. B. die in Fig. 162, erhalten die Wandstärke nur halb so stark wie für Gußeisen berechnet, also nur 0,25 d.

Die Keilverbindung Fig. 160 zeigt die Befestigung einer Kolbenstange mittels einseitigem Querkeil im Kreuzkopf. Das Stangenende ist schwach konisch abgesetzt und wird in die genau passende Ausbohrung im Krenzkopf

sorgfältig eingeschliffen. Durch das Eintreiben des Keiles, der sich mit seinem winkligen Keilrücken gegen den Kreuzkopfbund legt, wird der Konus der Kolbenstange fest in seinen Sitz hineingezogen. Die Keilkanten sind abgerundet, der

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Fig. 162.

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Keil selbst ist aus Stahl, und gibt man den Stahlkeilen in der Regel die abgerundeten Kanten. Die Abmessungen können etwas knapper als vorher angegeben genommen werden und zwar h = d, = 0,8 d, h₂ = hj und b = 0,23 d. Keilverbindungen, die unter Umständen schnell gelöst werden

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Fig. 164.

liegende Wand des Keilloches preßt.

müssen, gibt man einen zweiseitigen Keil K mit zwei Beilagen oder Unterlegkeilen Bj und B„ (Fig- ] 64). Diese Verbindungsart ist aber auch dann zu empfehlen, wenn die Keilsohle einen zu großen Flächendruck aufzunehmen hat. Die Dimensionen dieser Keile können schwächer gehalten sein, und sinden wir sie an den Pleuel- und Kuppelstangen oer Lokomotiven und Danipfmaschinen oft benutzt. Wie Fig. 164 zeigt, erhalten die Beilagen Bx und B2 den gleichen oder einseitigen Anzug wie der zweiseitige Keil K. In der Regel sind diese Keile noch extra durch Keilsicherungen gegen Lösen und Herausfallen während des Betriebes geschützt. Es genügt hierzu schon eine einfache Kopfschraube, welche mit dem Bolzenende in die Nut N zu sitzen kommt und den angezogenen Keil gegen die ihr gegenüber«

h) Die Längskeilverbindungen.

Diese Keilform kommt wohl am meisten im Maschinenbau und zwar überall da zur Anwendung, wo man Rotationskörper auf einer sich drehenden Achse oder Welle befestigen muß. Die Art der Anwendung des Keiles kann nach Fig. 165 eine dreifache sein. Als Hohlkeil (Fig. 165a) ist die untere Fläche des Keiles der Rundung der Welle, auf der er aufliegt, angepaßt. Bei dem Flachkeil (Fig. 165b) ist der Keil im Querschnitt genau recht-winklig und auf der Welle eine Fläche abgearbeitet, die dem Keil eine gerade Auslage bietet. Der Nutenkeil (Fig. 165 c) ist in eine Nut eingelassen, welche in die Welle eingefräßt wird.

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Fig- 165.

Hohlkeile verwendet man bei Riemenscheiben bis zu 700 mm Durchmesser, Flachkeile für Scheibendurchmesser von 700—1200 und bei gröberen Durchmessern Nutenkeile. Maschinenteile, die starke Stöße empfangen, befestigt man immer mit Nutenkeil und nimmt nicht selten zwei, die dann unter 90⁰ gegeneinander versetzt werden.

Es ist ferner zwischen Torsions- und Tragkeil zu unterscheiden, und sind Torsionskeile alle zur Befestigung von Rotationskörpern dienenden Keile, die auf Verdrehung in Anspruch genommen werden. Naben, die nur tragen, erhalten einen Tragkeil.

Für die Abmessungen der Keile gibt Reuleaux folgende Werte an:

Wenn D der Wellen- oder Achsendurchmesser ist, so ist die Keilbreite s, die Keilstärke sv und wird beim

Tragkeil: s = 6 +    s, = 4 + ~

Torsionskeil: s = 4 +    Sl = 4 +

Den Anzug nimmt man einseitig im Verhältnis 1 : 100 und verlegt ihn in die Nabe.

Die Keile selbst werden mit Nasen als Nasenkeile (Fig. 166) und flach mit abgerundeten Enden (Fig. 167) ausgeführt. Die Nasenkeile sind nur da anzuwenden, wo man wegen Unzugänglichkeit der anderen Seite der Nabe den Keil beim Lösen der Verbindung nicht herausschlagen kann. Man

Fig. 166.

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Fig. 168.

Fig. 167.

treibt dann einen kantigen Dorn zwischen Nase und Nabe und zieht so de» Keil aus seinem Sitz heraus.

Da aber die Nase des Keiles an Rotationskörpern schon oft zu Unglücks-fällen Veranlassung gegeben Hatz ist es jetzt Vorschrift, die Nase mit einer Schutzhülse zu versehen, wie Fig. 168 zeigt. Bei dieser Schutzvorrichtung wird die Nase des Keiles durch eine aus 2 Teilen bestehende Blechkapsel verdeckt, die über die Nabe gelegt, in der Trennungsmitte verschraubt und mit Stiftschräubchen auf der Nabe befestigt wird.

Die Führungskeile, wie sie bei ausrückbaren Kuppelungen Anwendung finden, sind ebenfalls Nutenkeile oder Federn. Sie erhalten keinen Anzug und passen leicht in die Nut. Gegen Herausfallen aus der Nut werden sie durch versenkte Stiftschrauben (Fig. 170) geschützt.

Längskeiltabelle.

Für Wellendurchmesser Breite

Hohlkeil

Flachkeil

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Höhe

Breite

Höhe

Breite

Höhe

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Welle

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mm

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mm

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30-39

40—49

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80-89

90—99

100—119

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Entlastete Keilverbindungen kommen ebenfalls vor und zwar am meisten

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Fig. 169.

bei langen Pumpengestängen. Eine solche Verbindung ist in Fig. 169 dargestellt. Dieselbe ist dadurch entlastet, daß die Kraft, welche die Keilverbindung beansprucht, hier von den verbindenden Teilen, also von dem Gestänge selbst aufgenommen

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wird und somit die Keilverbindung entlastet. Bei dem Gestängeschloß Fig. 169 nimmt die Verzahnung die im Gestänge wirkende Kraft auf und der Keil (in diesem Falle eine hohle Büchse aus Schmiedeeisen) schließt die Verbindung, während er selbst von der in dem Gestänge wirkenden Kraft nicht in Anspruch genommen wird.

c) Die Keilsicherungen.

Wenn man auch die selbsttätige Lösung des angezogenen Keiles durch den auf ihm lastenden statischen Druck durch ein geeignetes geringes Anzugverhältnis verhüten kann, so bleibt doch immer die Möglichkeit bestehen, daß Stöße, denen die durch Keile verbundenen Maschinenteile ausgesetzt sind, dennoch eine selbsttätige Lösung und Herausfallen des Keiles herbeiführen können. Es ist deshalb nötig bei bewegten Keilverbindungen Keilsicherungen vorzusehen, deren einfachste, wie schon erwähnt, in einer Stiftschraube besteht, die auf die Keilfläche drückt und den Keil fest gegen die ihm gegenüberliegende Wand des Keilloches preßt.

Die .zweite Art der Sicherung für Längskeile haben wir in Fig. 170 bereits kennen gelernt, sie besteht in Stiftschrüubchen, die mit ihren versenkten Köpfen in den Keil eingelassen und in der Welle festgeschraubt sind.

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Fig- 172.

Fig. 170.

Fig- 171.

Eine andere Art der Querkeilsicherung besteht nach Fig. 171 darin, daß man an dem Keilende einen Schraubenbolzen anbringt, ihn mit Mutter anzieht und in der Anzugstellung durch die Gegenmutter sichert. Billiger, aber für leichte Gestängeverbindungen wohl geeignet, ist die in Fig. 172 gezeigte Sicherung, bei welcher der Keil nach Art der Splinte aus dünnem Flacheisen zusammengebogen ist und nach dem Einschieben in das Keilschloß an dem vorstehenden Ende aufgesplissen wird. Rotierende und schwingende Keile werden durch Einziehen eines Splintes, der ebenfalls aufgesplissen wird, gegen Herausfallen geschützt.

Die Keile der Pleuel- und Kuppelstangenschlösser erhalten ebenfalls Keilsicherungen und zwar solche mit Zugschrauben, wie Fig. 173 und 174 zeigen. Ihre Wirkung ist aus den Figuren leicht zu ersehen. Beide Sicherungen unterscheiden sich dadurch voneinander, daß bei der einen (Fig. 173)

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die Zugschrauben an dem Keil K, bei der anderen an der einen Beilage B angebracht ist (Fig. 174).

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Fig. 173.

Fig. 174.

Alan findet auch Querkeile durch eine Klemmschraube gesichert, die durch einen Schlitz im Keil geführt ist, und werden durch sie zwei besondere, durch andere Teile an Verschiebungen in der Längsrichtung gehinderte Klötze auf den Keil gepreßt.

5.

Bolzen und Bolzenverbindungen.

Bolzen werden als Verbindungsglied zwischen zwei Maschinenteilen überall da angewendet, wo eine gelenkige Verbindung nötig wird. Gelegenheit dafür ist bei allen Maschinen vorhanden, aber trotz der Vielseitigkeit seiner Anwendung ist der Bolzen an und für sich seiner Form nach keinen großen Wandlungen unterworfen.

Der Gabel- oder Bolzenzapfen (Fig. 175) wird nur durch seine direkte Belastung P beansprucht und zwar auf Abscheerung. Bei normaler Ausführung erhält er einen Durchmesser

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bei einer Länge von

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Jn diesen beiden Formeln bezeichnen 1 und d die Werte der Länge und Stärke gleichwertiger Stirnzapfen, doch empfiehlt es sich bei stark beanspruchten

Ist aber dieses Maß gegeben, so nimmt man

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D, den Durchmesser des Bolzenkopfes und der Unterlegscheibe, nimmt man — 5 -ft 1,4 d. Den Wert e nimmt man — 3 -ft 0,07 d.

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Fig. 175 a.

Flg- 175 b.

Bei Bolzen, die gehärtet werden, kommt es nicht selten vor, daß der Kopf Härterisse erhält. Deren Bildung kann dadurch eingeschränkt werden, daß man den Kopfdurchmesser auf ⁴/f> d verringert.

Konstruktiv ist über die Bolzen nicht viel zu sagen, weil ihre Form immer dieselbe ist wie in Fig. 175 dargestellt. Ihre Sicherung geschieht oft auch an Stelle des Splintes durch eine Mutter und Splint, z. B. bei Kreuz-kopsbolzen; in den meisten Fällen genügt aber ein Splint mit Unterlegscheibe.

B. Unlösbare Verbindungseleinente.

a) Meten.

Unlösbare Verbindungen von Maschinenteilen setzen immer voraus, daß bei einer Lösung der Verbindung das Verbindungsglied zerstört werden muß, und die einzige Art dieser Verbindung im Maschinenbau geschieht durch Nietung.

Man versteht unter Nietung die feste mechanische Verbindung plattenförmiger Körper durch Bolzen, deren Enden in entsprechender Weise verstärkt werden und durch diese Verstärkung die Verbindung bewirken. Diese Bolzen nennt man Niete, und dienen sie in der Praxis zur Verbindung von Blechen und Platinen, wie sie im Dampfkessel-, Schiffs- und Eisenhochbau verarbeitet werden.

Der Niet, wie er im Handel als Massenartikel angeboten wird, besteht aus einem runden Schweißeisenbolzen mit angestauchtem Kopf A oder Setz-kopf (Fig. 176). Der Schaft B des Nietes, dessen ans den Blechen vorstehendes Ende den Schließkopf C bildet, muß 1,3—1,7 d lang sein, damit beim Schließen des Nietes auch ein gesunder Schließkops sich bildet.

Ji

Ai

Die Nietarbeit für Festigkeitsnietungen erfordert eine in dieser Arbeit erprobte und erfahrene Mannschaft, die je nach der Stärke der zu verbindenden Bleche und der zu schlagenden Niete aus 3 bis 5 Mann besteht, wenn mit Hand genietet wird.

Fig. 176.

Der Koloniienführer führt den Schell-hammer, welcher zur Bildung des Schließkopfes dient, indem er zu einem Gesenk ausgebildet ist, welches genau der Form entspricht, die der Nietkopf erhalten soll. Der Gang der Nietung ist nun kurz folgender:

Der Nietjunge steckt den weißglühenden Niet von unten durch das auszufüllende Nietloch, den vorstehenden Schaft hält der Kolonnenführer durch Gegendruck mit dem Schellhammer solange fest, bis der Junge von unten den Vorhalter untergesetzt und fest angezogen hat, dann richtet er mit einigen kurzen Schlägen den vorstehenden Schaft gerade, setzt den Schellhammer auf und die Zuschläger treffen mit wuchtigen Schlägen des von ihnen geführten Zuschlaghammers den Schellhammer, der den Schließkopf anstaucht. Bei sehr starken Blechen kommt man mit zwei Zuschlägern nicht aus und bedarf auch zur Bedienung des Vorhalters und des Nietfeuers noch eines kräftigen Arbeiters und eines Jungen, sodaß für diese Kraft- oder Festigkeitsnietungen die Arbeit ziemlich kostspielig wird.

Dazu kommt aber noch, daß auch das Ausrichten der Bleche bei dicken Blechen sehr schwierig ist, wenn die Bleche nicht ganz genau vorgezeichnet und gebohrt worden sind, und ist man deshalb da, wo starke Blechdimensionen verarbeitet werden, zur Maschinennietung übergegangen, bei welcher die Arbeit des Vorhaltens und Zuschlagens von der hydraulischen Nietpresse ausgeführt wird (siehe unter hydraulische Anlagen im zweiten Bande). Die hydraulische Nietung bietet den großen Vorteil, daß in der Stunde wesentlich mehr Niete als mit Hand eingezogen werden können und daß die Dichtigkeit der Nietung eine viel größere als bei der Handnietung ist.

Dem Nieten voran geht das Lochen der Bleche, wozu man bei dünneren Blechen und Eisenkonstruktionsteilen meist die Lochstanze heranzieht, während man bei stärkeren Dimensionen mit dem Spiralbohrer die Löcher bohrt. Mit Rücksicht auf das gute Passen der Bohrung beim Zusammenbau des Kessels ist es stets zu empfehlen, die Löcher zu bohren, weil beim Stanzen ein — wenn auch nur geringes — Versetzen des Stempels beim Lochen oft nicht zu verhüten ist. Hierdurch entstehen dann aber Ungleichheiten in der Lochung, die entweder durch den Niet ausgefüllt oder durch Aufreiben der Löcher beseitigt werden müssen.

In Fig. 177a ist ein solches versetztes Nietloch skizziert, und Fig. 177b zeigt, wie der mit Hand geschlagene Niet das Nietloch ausfüllt. Er wird nie die versetzten Löcher ganz ausfüllen, weil die Stauchkraft der Niethämmer nur für die Bildung des Setzkopfes ausreicht, nicht aber zum Ausfüllen der überstehenden Lochsegmente. Diese versetzten Niete sind schwer dicht zu stemmen, weil sie mit dem Kopf nur einseitig (bei c) voll abdichten.

lg,

ff

Fi

'O.

Fig- 177.

Die Maschinennietung füllt dagegen auch versetzte Nietlöcher voll aus und ist deshalb auch in dieser Hinsicht vorzuziehen.

Eli

Eine gute Nietung erfordert aber ferner noch ein dem Nieten vorausgehendes gutes Ausrichten der Blechnaht und Überlappungen. Namentlich an den Wechseln, also an den Eckverbäuden der Bleche, kommt es nicht selten vor, daß die Bleche hohl liegen (Fig. 178). Wird an einer solchen Stelle ein Niet eingezogen, ohne vorher die Bleche auszurichten, so drängt sich ein Teil des Nietschaftes beim Anstauchen des Schließkopfes zwischen die beiden Bleche, und die Festigkeit der Verbindung ist dann an dieser Stelle sehr wesentlich geschwächt.

F-g. 178.

Man kann als Regel für eine gute Nietung den Satz aufstellen:

Bei einem korrekt geschlagenen Niet sollen die Nietköpfe genau zentrisch zum Schaft sitzen, der die Nietlöcher vollständig ausfüllen muß. Die Nietköpfe müssen rundherum voll auf dem Blech aufliegen und dürfen keine Risse zeigen.

Risse bilden sich im Nietkopf, wenn das Eisen für die Kopfbildung bereits zu kalt geworden ist. Kann man also den Kopf nur weißwarm anstauchen, und ist das Schaftende schon rotwarm abgekühlt, ehe man den Schellhammer aufsetzen kann, so ist es besser, den Niet wieder herauszuschlagen und durch einen frischen weißglühenden zu ersetzen. — Schnell und sicher muß die Nietkolonne arbeiten, wenn die von ihr geschlagenen Niete gut sitzen solle». — Das Stemmen der Niete gibt der Nietverbindung erst die vollendete Dichtigkeit. Mau bedient sich zu dieser Arbeit besonderer Handhämmer und Stahlmeisel — Stemmer, deren Arbeitsende je nach dem Zweck, dem der Stemmer dient, besonders zugerichtet ist. Bei der Stemmarbeit wird, wie bei dem Nieten mit Hand, viel gesündigt. Namentlich wird sowohl an den Nietköpfen wie an den Nähten oft in das Blech gestemmt, d. h. wenn die Bleche oder Nietköpfe schlecht anliegen, treibt man mit dem Stemmer die Blechkante herunter und stemmt sie 1 mm und noch tiefer in das Blech hinein, wodurch natürlich das Blech an dieser Stelle um so viel geschwächt wird, als das Einstemnien beträgt. Das muß vermieden werden und wird in der Regel auch von den Revisionsbeamten bei der Abnahme des Kessels beanstandet.

Es werden überhaupt auch noch andere unerlaubte Dinge insgeheim betrieben, um das Abdichten des Kessels zu erleichtern, und habe ich in meiner Praxis als Betriebsleiter verschiedene Kniffe kennen gelernt, die sehr wirksam, dem Kessel aber gefährlich und deshalb zu unterlassen sind.

Die mildeste Form dieser unerlaubten und unlauteren Mittel besteht in dem Anrosten der Nähte und Wechsel durch Urin- oder Salmiaklösung, die man über Nacht auf der Naht stehen läßt, so daß sich eine dicke Rostschicht bildet, die natürlich eine gewisse Dichtung erzeugt. An Flammröhren fand ich an den Wechseln wiederholt Gummieinlagen mit eingenietet, die natürlich bei der kalten Probe sehr gut dicht hielten. Aber, wie schon gesagt, sind diese Notbehelfe durch die Einführung der Maschinennietung für schwere Kesselnietungen heute nicht mehr so stark im Gebrauch wie vor 20 Jahren, doch wird man trotzdem darauf zu achten haben, daß derartige künstliche Dichtung bei Dichtigkeitsnietungen nicht angewendet wird.

Es werden nur Blecharbeiten von 5 mm an auf Dichtigkeit ohne Zwischenlagen genietet und versteinmt. Gefäße mit dünneren Blechstärken, wie Reservoire, Gasometer usw., werden in den Überlappungen durch Einlagen aus Leinwand oder Papier, die man beiderseitig mit Mennige bestreicht und mit einnietet, gedichtet.

Tie Abmessungen der Niete ergeben sich aus den in Fig. 179 a—d eingeschriebenen Werten.

r~

<-A

Die Nieten, wie sie im Handel verkauft werden, haben gewöhnlich die in Fig. 179 a gezeichnete Form. Sie bestehen aus dem Nietbolzen und dem angeschmiedeten Setzkopf, während der zweite oder Schließkopf erst beim Ein ziehen des Nietes in die Nietung angeschlagen wird, so daß er dann die in Fig. 179 b gezeichnete Form erhält. Der Nietbolzen muß bei Bestellung der rohen Nieten so lang angegeben werden, daß das aus den Blechen hervorstehende Bolzenende zum Anstauchen des Schließkopfes genügt. Man rechnet hierfür ein Bolzenstück von 1,3—1,7 mal dem Durchmesser des Nietes.

Asb

Ja.

Es ist also die

Nietbolzenlänge — Blechstärken -j- 1,3 — 1,7 d.

Die in Fig. 179 c gezeichnete Nietform mit dem kegelförmigen Schließkopf ist bei uns nicht mehr in Gebrauch, aber in England noch oft zu finden. Fig. 179d zeigt ein sogenanntes versenktes Niet. Diese kommen da in Anwendung, wo auf der oberen oder unteren Fläche der Nietverbindung die Nietköpfe im Wege sind. Die kleinen Versenkungen, welche quasi als Ansatz des Bolzens an den Nietköpfen sichtbar sind, entstehen dadurch, daß die Nietlöcher vor dem Einschlagen des Nietes von dem ihnen anhaftenden Bohrgrat durch Aufreiben befreit worden sind, und beim Einziehen des Nietes orückt sich das Eisen in diese konisch verlaufende Versenkung ein. Für die Kalkulation der Nietungen ist es nötig zu wissen, wieviel Niete eine Kolonne in einer Tagesschicht schlagen kann. Die bekannte Kessel-Fabrik von Piedboeuf in Aachen machte über die Leistungen ihrer Nietmannschaften für Handnietungen folgende Angaben für 11 Stunden Arbeitszeit:

350 Niete von 14—16 mm Durchmesser,

Bei Maschinennietungen, also für sehr feste Verbindungen, wird der Kopf in der Regel nach der in Fig. 180 angegebenen Form angestaucht, während für Eisenkonstruktionen laut Preuß. Ministerial-Erlaß von 1891 die Nietköpfe die in Fig. 181 gezeichnete Form erhalten, und zeigt Fig. 181a einen vollen, 181b einen halbversenkten. 181c einen ganz versenkten Nietkopf.

Man nimmt bei diesen Nietköpfen:

D = 1,5 d R = d

325

300

280

260

240

220

200

tr

H = 0,5 d r — 0,5 d h = 0,125 d.

fr—]}

->1

r-V- f

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•/CI

/C

Nach den Normen des Verbandes deutscher Eisenhültenleute und Erlaß vom 25. November 1891 gelten für Niete folgende Festigkeitsvorschriften:

Schweißeisen

Flußeisen

Zugfestigkeit bis einschließlich 25 Durchmesser für den qmm . .

Zugfestigkeit bei 25—40 mm Durchmesser für den qmm . . .

Dehnung bis einschließlich 25 Durchmesser für den qmm . .

Dehnung bei 25—40 mm Durchmesser für den qmm.....

mm

mm

38 kg

36 „

18%

15%

36—42 kg

22%

Für die Kalkulation von Blecharbeiten ist es nötig, die Gewichte der Niete zu kennen, und sind dieselben aus den folgenden Tabellen zu entnehmen:

Gewichtstabelle von Nieten mit Köpfen.

Bolzenlänge zwischen den Nietköpfen mm

10

12

Bolzen-Durchmesser in mm

15

18

20

22

25

Gewicht für 1000 Stück Niete mit Köpfen in kg

30

27

41

32

28

43

34

29

45

36

30

46

38

32

48

H CO CO 05 H 12- L— L— L— GO

110

143

185

254

114

118

122

126

148

153

158

162

191

197

203

209

262

270

278

285

40

33

50

84

129

167

215

293

44

35

53

90

137

177

227

309

48

38

57

95

145

187

239

324

52

40

60

100

153

196

251

340

56

42

64

106

161

206

263

365

60

45

67

111

168

216

276

371

64

47

71

117

176

225

288

387

68

50

74

122

184

235

300

403

72

52

78

128

192

245

312

418

76

54

81

134

200

254

324

434

80

57

85

139

207

264

336

450

90

63

93

153

227

288

367

489

100

69

102

166

246

312

397

529

Man rechnet nun bei der Kalkulation gewöhnlich die Bleche voll, also ungelocht, bestimmt die Anzahl der einzuschlagenden Niete und summiert zu dem Blechgewicht nun noch das Gewicht der Nietköpfe, wobei man natürlich pro Niet 2 Köpfe zu nehmen hat.

Nimmt man an, daß das Gewicht von 2 Nietköpfen dem Gewicht eines Stückes Bolzeneisens von 2,5—3 Bolzendurchmessern Länge entspricht, so wiegen 1000 Nietköpfe

für 10 12 14 16    18 20 22    24 26    28    30 mm Bolz.-Dchm.

4,4 8,6 12,7 18,0 25,7 35,2 47,4 60,6 77,3 90,2 113,8 kg.

Gewichtstabelle über Blech- und Fatzniete für je 1000 Stück.

Rlechiiiete

Nr.

Sächsische

Mannheimer

Wiener

Mannheimer

Wiener

kg

kg

kg

kg

k<r

4,0

3,0

2,0

10

11

12

13

0,165

0,215

0,265

0,465

0,550

0,715

0,965

1,215

1,680

2,000

3,030

3,265

5,365

6,500

8,415

14

15

Ol o CO

16

17

18

19

16,830

18,700

20,500

20

21

22

23

0,175

0,205

0,250

0,305

0,405

0,525

0,680

0,865

1,080

1,400

1.665 2,130

2.665 3,330 3,965

4.665 5,465 6,365 7,715 8,650 9,350

11,215

14,000

15,430

0,200

0,230

0,290

0,350

0,500

0,750

1,000

1,280

1,750

2,265

2,680

3,380

5,130

6,300

8,165

9,330

11,665

14,000

18,700

23,380

0,550

0,815

1,165

1,600

2,130

2,750

3,380

4,265

5,250

6,780

9,000

11,450

14.500 18,000 23,000 29,000 35,000

42.500 50,000 66,000

0,815 1,050 1,400 1,865 2,565 3,265 4,900 6,500 9,330 11,215 14,000 19,000 23,380 32,750 38,830 , 49,500

24

t o I—¹

Die Nietmaschinen arbeiten mit Preßwasser oder Preßluft und haben bei 100 atm hydraulischem Arbeitsdruck und 500 mm Ausladung eine Leistungsfähigkeit von 200—300 Nieten in der Stunde.

Beim Antrieb mit Preßluft, 450 nun Ausladung und 4—8 atm Arbeitsdruck kann man ebenfalls mit einer Leistung von 2—300 Nieten in der Stunde rechnen.

scheiden.

b) Die Nietenverbindungkn.

Es ist zwischen Festigkeits- und Dichtigkeitsnietungen zu unter

Festigkeitsnietungen dienen in erster Linie Festigkeitsverbindungen, bei denen die Dichtigkeit nicht in Frage kommt, und finden sie bei den Eisen-konstruktionen im Hochbau Anwendung. Man spricht im gleichen Sinne auch von Kraftnietungen und hat ferner unter Verschlußnietungen solche zu verstehen, bei denen es weniger auf die Festigkeit, als auf die Dichtigkeit der Nietung ankommt.

Dichtigkeitsnietungen nennt man solche Nietenverbindungen, von denen außer Festigkeit auch ein luft- oder wasserdichter Abschluß der verbundenen Platten verlangt werden muß, wie das bei Dampfkesseln, Schifisrümpfen und Behältern aller Art der Fall ist.

Die Dampfkesselnietungen liegen zwischen den beiden angeführten Hauptgruppen, weil man von ihnen Dichte und Festigkeit im gleichen Maße verlangt.

Bei den Kraftnietungen unterscheidet man die einseitige oder Überlappungsnietung, Fig. 182 und 183, und die zweiseitige, sogenannte Kettennietung, Fig. 184, welche bei Brückenträgern vielfach Anwendung findet. Die Laschennietung, Fig. 183, findet man oft bei Röhren, Kaminen usw. an-52^2$ gewendet. Es ist selbstverständlich, daß das Niet nie die Festigkeit des un-durch lochten Bleches vollständig ersetzen kann, aber wenn die Verhältnisse entsprechend gewählt werden, kann auch die Festigkeit der Nietung

k-3

1.1

Z-+

Fig. 182.

v!

4|*

31

auf die nötige Höhe gebracht werden. Bestehen Niete und Bleche aus dem gleichen Material, so ist die Spannung in den Querschnitten der Niete achtmal so groß als die im Blech zu setzen.

(nunni

Fig. 184.

Als eine in der Praxis brauchbare Nandbreite, welche dem Nietkops genügenden Raum gibt, sind nach Reuleaux folgende Werte zu benutzen:

b == 1,5 d oder ^ — 1,5 X

worin b die Randbreite, d den Durchmesser des Nietbolzens und 6 die Blech -dicke bezeichnet.

Bei diesen Nietungen kommen mehr als zwei Nietreihen nebeneinander nur selten zur Ausführung.

Ist es nötig, mehr als zwei Nietreihen anzuordnen, und ist dies statthaft, so kann die Festigkeit der Nietung sehr erhöht werden, wenn man die Zahl der Nieten in den einzelnen Reihen, von der Mitte ausgehend, nach

pgmi

Nitt

WhI^A

Mg. 185.

giß. 186-

beiden Seiten hin verringert, und ist es dabei durchaus nicht nötig, besonders starke Niete zu verwenden. Man nennt diese Art Nietungen auch verjüngte Kraftnietungen, und zeigen Fig. 185 und 186 zwei Beispiele für die Nietstellung bei Überblattungsnietungen nach diesem System. Die einzelnen Niet-felder sind in den Figuren durch den Wert 2a und 3a bezeichnet.

Bei Dampfkesselnietungen ordnet man die Niete gewöhnlich in parallelen Reihen an und darf dabei, mit Rücksicht auf die unbedingt nötige Dichtigkeit der Nähte, nicht zu weite Nietstellung von Mitte zu Mitte annehmen. Aus dem gleichen Grunde zieht man bei dünneren Blechen dickere Niete ein, als dies bei Kraftnietungen und den gleichen Mechstärken der Fall sein würde.

Die Nietköpfe und Blechkanten werden gestemmt und zwar bei solider Ausführung innen und außen, oft aber auch nur außen sehr sorgfältig und im Innern des Kessels nur die Wechsel. Die Ränder der Bleche werden durch Behobeln für das Verstemmen vorbereitet. Nach älterer Methode und bei starken Blechen läßt man die Ränder unbearbeitet, bis der Kessel genietet ist, und schrotet dann mit dem Setzmeißel die Blechkanten gerade ab.

Für Kessel mit hohem Druck hat diese Methode den unleugbaren Vorteil, daß der Blechrand durch die wuchtige Kraft der Zuschlaghämmer beim Abschroten fest auf das Unterblech gedrückt und die Naht gedichtet wird, wodurch natürlich die Stemmarbeit eine Erleichterung erfährt. Es ist aber andererseits nicht zu vermeiden, daß der Schrotmeißel hier und da in das Unterblech einschneidel und somit das Blech schwächt, was den Normen über den Danipfkesselbau nicht entspricht. Daß auch bei dem Stemmen mit rechtwinklig abgestumpften Stemmern Beschädigungen der Bleche vorkommen, sagten wir schon. Diese . können dadurch vermieden werden, daß man mit abgerundeten Treibern arbeitet.

Als Abmessungen für Kesselniete empfiehlt Lemaitre bei einfach er Nietung:

Nietteilung

Randbreite

Nietdurchmesser — d — 4 -Z 1,5 <5 (ß — Blechdicke) a = 10 -j- 2 n b = 1,5 d.

Die Figuren 186—188 zeigen einige Beispiele für Dampfkesselnietungen.

' T La, &

Flg- 187.

Bei der Doppelnietung (Fig. 187) ist die Nietentfernung a = 10 -j- 2d, dagegen bei Fig. 188 a 2 = ^0 + 3 d. Die in Figur 186 mitgeteilte Laschennietung wird auch bei Dampfkesseln einfach und doppelt ausgeführt.

Allgemein ist nach folgenden Angaben bei Nietungen zu verfahren:

F-g. 188.

Wenn nach Fig. 189 und 190 a die Nietentfernung für einreihige, A

das gleiche Maß für zweireihige Nietungen und b die Entfernung der ersten Nietreihe vom Blechrand bezeichnet, so ist c in der folgenden Tabelle gleich a oder konstant 55 nun zu nehmen. Bei der Blechstärke e kann d, der Niet-durchmesser, bis zu einem Maximalstärke von 26 mm gewählt werden mit

d = f 50 X e - 4

Bei Reservoiren für Wasser-, Windleitungen usw. nimmt man a — 3 d -st 7, für genietete Gasleitungsröhren a — 3,5 d -f- 7.

Gegenstand der Arbeit

mm

mm

mm

mm

mm

Kesselmäntel und Flammenröhren

Siede- und Dampfröhren Gasometer ..... Gasröhren für Hochöfen usw Schornsteine, Nundnähte .

52-56

55—58

60—62

64—65

46—48

28—30

75—80

75—85

80—92

85—100

35

38

41

44

20

22

24

26

9—12

13—15

16—18

19—20

50

65

65

65

70

30

16

6—8

15

25

20

25

29

8-6¹/,

12¹/₂

5—6

10

3—4

12V.

5—6

16

7—8

Längsnähte . . . Wasserkasten, Windleitungen . . Wasserkasten, Windleitungen . .

80

29

16

7—8

45

25

55

29

12¹/₂1 4-6 16    7—8

Weitere Verhältnisse für Reservoir- und Dampskesselnietungen sind nach den folgenden Tabellen zu entnehmen:

Tabelle für Reservoir-Nietungen.

i = 1,5 d

Teilung

a = 2 d -(-10 — 15

bunciävpZgn

Gewicht bort 100 Paar Köpfen

Winkeleisen dazu

OGO«4C)üirfxooto

I>OOCJHCOCOlOCO

r-i rH r-l T—I r—l

iO_ CO^ (M^ 1-^ cs 00 CD co c\T c<f cxf CxT 1-T r-T r-T

Ol

lO_

O    CM    W    N    O O CO

r—I    r—I    r—I    r—I    C<J CM CM    GXl

24

28

30

34

38

40

44

46

Je nach der Größe erhalten die Reservoire noch Längsanker und Ouer-anker im Innern.

Dampfkessel-Nietungen.

Blech

stärke

Nietloch-

durch-

messer

Einfache Nietung

Doppelte Nietung

Abstand der Niete

Festigkeits-

Verhältnis

mm

mm

mm

der

der

Abstand der Niete

Niete Naht

mm

Dreifache Nietung, Festigkeits-der II Verhältnis Niete Naht || der Niete

Festigkeits-

Verhältnis

der

fi

ei

fi

fi

Ol^CODOMOCDOD-s]

CO -<I

IptODODODOMMMHH Ol Ül ^ co DO M

CODOOOOQK^mhS

0,63

0,60

0,62

0,58

0,56

0,55

0,68

66

0,53    0,58

0,52

0,52

0,48

0,58

0,57

0,56

69

71

74

77

0,77

0,76

0,70

0,70

H DO l\D CO "cO "CO rf- H W Ol DO M 00

W W DO DO tO DO DO © O CO 00

0,45

0,43

0,56

0,56

0,35

0,55

80

82

85

88

90

93

93

0,75 0,70 i 0,69 0,70 1 0,65    0,70

0,61

0,58

0,56

0,55

0,53

0,49

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69 , 0,69

® © c o p p O ^    ^

^ 00 QC QO 00 b O m m

I—l-OIOCÜOcooii—io

Zur Kalkulation der Blecharbeiten, die in den verschiedensten Materialien ausgeführt werden, bedarf man der Blechgewichte, und dient zu deren Bestimmung die nachstehende Tabelle.

Wie die Größe der Kesselbleche zu bestimmen und zu berechnen ist, werden wir im Abschnitt Dampfkesselbau an Beispielen rechnerisch mitteilen. —

Gasometernietungen müssen besonders dicht ausgeführt werden. Da aber bei ihnen die Blechstärken nicht sonderlich stark voneinander verschieden sind, so ist auch ihre Nietung nicht allzugroßen Schwankungen unterworfen. Die Niete werden kalt eingezogen und haben bei 7—7¹/, mm Bolzenstärke einen Abstand von 25 mm bei 13 mm Randbreite. Da die oft sehr dünnen Bleche sich nicht gut dicht stemmen lassen, so wird zur Erzielung guter Dichtigkeit in die Überlappung zwischen die Bleche eine Liderung mit eingenietet, welche aus einem Leinwandstreifen besteht, der mit Mennige auf beiden Seiten getränkt ist.

Gewichts-Tabellen für Bleche und Platten.

Ein Quadratmeter Blech wiegt:

Dicke in Schmiedeeisen

mm

Gußeisen

Stahl

Kupfer Messing

Zink

Blei

5,44

5,90

8,90

1,81

3,63

7,25

14.50

21.75 29,00

36.25

43.50

50.75 58,00

65.25

72.50

79.75 87,00

94.25

101.50

108.75 116,00

123.25

130.50

137.75 145,00

152.25

159.50

166.75 174,00

181.25

188.50

195.75 203,00

210.25

217.50

253.75 290,00

326.25

362.50

398.75 435,00

471.25

507.50

543.75 580,00

616.25

652.50

688.75 725,00

1,97

3,93

7,87

15,74

23,61

31,48

39,35

47,22

55,09

62,96

70,83

78,70

86,57

94,44

102,31

110,18

118,05

125,92

133.79 141,66 149,53

157,40 165,27

173.14 181,01 188,88

196,75 204,62

212.49 220,36 228,23

236,10 275,45

314.80

354.15

393.50

432,85

472,20 511,55

550,90

590,25

629,60

668,95

708,30

747,65 787,00

2,22

4,45

6,68

17,80

26,70

35,60

44,50

53,40

62,30

71,20

80,10

89,00

97,90

106,80

115.70

124.60

133.50

142.40

151.30

160,20

169.10 178,00

186,90

195,80

204.70

213.60

222.50

231.40

240.30

249,20

258.10 267,00

311.50 356,00

400.50 445,00

489.50 534,00

578.50 623,00

667.50 712,00

756.50 801,00

845.50 890,00

2,14

4,27

6,41

8,55

17,10

25,65

34,20

42,75

51,30

59,85

68,40

76,95

85,50

94,05

102,60

111,15

119,70

128.25

136,80 145,35

153,90 162,45 171,00 179,55

188,10

196,65

205,20

213.75

222,30

230,85

239,40

247,95

256.50

299.25 342,00

384.75

427.50

470.25 513,00

555.75

598.50

641.25 684,00

726.75

769.50

812.25 855,00

1,72

3,45

5,18

6,90

13.80

20.70

27,60

34,50

41,40

48,30

55,20

62,10 69,00

75,90

82.80

89.70

96.70

103.50

110.40

117.30

124.20

131.10 138,00

144,90

151,80

158,70

165,60

172.50

179.40

186.30

193.20

200.10

207,00

241.50 276,00

310.50 345,00

379.50 414,00

448.50 483,00

517.50 552,00

586.50 621,00

655.50 690,00

2,8

5,7

8,6

11,4

22,8

34,2

45,6

57,0

68,4

79,8

91,2

102,6

114,0

125.4

136.8

148.2

159.6 171,0

182.4

193.8

205.2

216.6 228,0

239.4

250.8

262.2

273.6 285,0

296.4

307.8

319,2

330.6 342,0 399,0 456,0 513,0 570,0 627,0 684,0 731,0 788,0 845,0 912,0 969,0

1026,0

1083,0

1140,0

Gruppe II.

Zapfen, Wellen nn- Ächfen.

ii.

Zapfen und Zapfenverbindungen.

Ein Zapfen ist ein Maschinenteil, der die Drehung eines anderen Maschinenteils um seine geometrische Achse gestattet und vermittelt, oder um den andere Maschinenteile drehende oder schwingende Bewegungen ausführen können. Entsprechend diesen Zwecken, denen der Zapfen dient, wird er von einem seiner Stärke und Länge entsprechenden Lager oder Büchse umschlossen.

Seine Inanspruchnahme kann aus zweierlei Weise erfolgen, je nachdem die aus ihn einwirkende Kraft seitlich oder in seiner Längsrichtung einwirkt. Dementsprechend hat man zu unterscheiden zwischen

a)    Tragzapfen mit Seitendruck,

b)    Stützzapfen mit Längsdruck.

Der Tragzapfen empfängt den Druck von der Seite und senkrecht zu seiner Längsachse; bei dem Stützzapfen wirkt der Druck in Richtung der Längsachse, und ist bei der Festigkeitsberechnung beider Zapfenarten dem ziemlich großen Reibungswiderstand in dem Lager Rechnung zu tragen. —

a) Die Tragzapfen.

Wenn ein Tragzapfen nur an einer Seite mit einem Stück verbunden ist, zu dem er gehört, so nennt man ihn Stirnzapfen. Er ist in seiner Grundform zylindrisch und erhält meist einen Ansatz nach innen, nach außen aber einen Bund, dessen Höhe e bei einem Zapfendurchmesser d zu nehmen ist

e = 3 +- 0,07 d.

Der Zapfendurchmesser d ist von der Belastung P abhängig und die Zapfenlänge 1 wird durch den aus der Belastung hervorgehenden Druck auf die Gleitfläche, also durch den spezifischen Flächendruck, bestimmt. Bedeutet nun noch 8 die Spannung im Material, dann ist der Zapfendurchmesser

X (}) X Ve zu nehmen.

XS

f TZ

Der zwischen Zapfen und Lager stattfindende Flächendruck bestimmt sich aus dem Verhältnis 1: d. Bezeichnet man den Flächendruck mit p, so ist bei neuen, uneingelaufenen Zapfen

P = P:lXd

und nach dem Einlaufen verringert er sich auf den Wert

^ Xr-

po =

CO-

cc

Um bei hohen Umlaufszahlen die Abnutzung möglichst zu verhüten, führt man an Stelle von p die minütliche Umlaufszahl n und eine konstante Größe a ein. Man erhält dann

V-

f n

16

Xö

X^-Xv'P.

Für den Wert a gibt Reuleaux cm: bei bronzenen Lagerschalen oder

Hülsen und

für einseitige Belastung „ wechselseitige Belastung a — 150.

75;

Hohle Stirnzabsen kommen bei gußeisernen Wellen und Achsen vor, die aber in neuerer Zeit durch solche aus Gußstahl ersetzt werden, weil guß-

J*±

VI F"

eiserne Wellen und    |

Achsen infolge der ge-ringeren Tragfähigkeit 8 zu starke Querschnitts- " formen erfordern und unverhältnismäßig schwer ihrem Gewicht ■ nach ausfallen.

Bezeichnet man bei einem hohlen Zapfen nach Fig. 192 mit dx den inneren, mit d₂ den äußeren Zapfendurchmesser und mit d den Durchmesser des gleichwertigen vollen Zapfens und mit V das Höhlungsverhültnis dx: d₂. während die Länge 1 des Zapfens dieselbe ist wie die des vollen, so ist

Fig- 191.

gtg. 192.

d,

d Vl — V⁴"

Das Höhlungsverhältnis V — 0,6 kommt häufiger vor, und ist für dieses Verhältnis der Wert

1: Vl — Y⁴ = 1,06.

Hat man nun z. B. für einen vollen Zapfen den Durchmesser d — 80 mm gefunden, so würde der gleichwertige hohle Zapfen bei einem Höhlungsverhältnis von 0,6 einen äußeren Durchmesser dz — 80 X 1,06 — 84,8 mm erhalten.

Es ist von Wichtigkeit, die Büchsen und Lagerflächen, auf denen sich die Zapfen bewegen, aus einem Material zu machen, das einen hohen Flächendruck vertragen kann. Dies ist bei den meisten Bronzelegierungen, bei Hartblei, Weißmetall usw. der Fall, und werden sie deshalb meist aus einem dieser Materiale hergestellt. Bei langsamer Bewegung der Zapfen und geringer Tourenzahl pro Minute kann man den Zapfen auch in Gußeisen lagern, wie z. B. bei Bauwinden und Krahnen usw. Für Kraftbetrieb sind aber gußeiserne Büchsen stets zu verwerfen. Holzlager widerstehen einem hohen Flächen -druck noch besser als Bronzelager, wenn sie in Wasser laufen.

Die Zapfenlänge macht man bei Zapfen mit einseitiger Belastung in: Schmiedeeisen 1 = 1,5 d

bei wechselseitiger Belastung in:

Schmiedeeisen

Gußeisen I = 1,5 d

Gußstahl 1 = 1,94 d

Gußstahl I = 1,3 d.

Nachstehende Tabelle ist für Zapfen, bei denen die Umdrehungszahl n 150 ist, unter Zugrundelegung der vorstehenden Reuleauxschen Formeln berechnet.

mm

mm

Gußeisen

Tabelle für Stirnzapsen für n ^ 150.

Einseitige Belastung P ! Wechselseitige Belastung P

SMde- Gußeisen Gußstahl ,|®^H ©ufedfen

Gußstahl

kg

kg

kg

kg

kg

kg

25

30

35

40

45

50

CS CS CS Oi Ol

494

244

720

968

1280

1620

2000

351

625

900

625

900

318

450

807

1162

479

625

791

977

1225

1600

2025

2500

1225

1600

2025

2500

613

880

1013

1250

1582

2066

2615

3228

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

OOOOCOtOOCOOGOOO-<!

2420

2880

3380

3920

4500

5120

5780

6480

7220

1182

3025

3025

1513

3906

1406*

3600

3600

1800

4649

1650

1914

2197

2500

2822

3164

3525

4225

4900

5625

6400

7225

8100

9025

4225

4900

5625

6400

7225

8100

9025

2113

2450

2813

3200

5456

6327

7264

8264

9330

110

120

130

140

150

160

170

ISO

190

HN(McO^iCiO00p-r-H r—I r-| rH i—f r-H

8000

8820

9680

11520

13520

15680

18000

20480

23120

25920

28880

32000

3906

4307

4727

5625

6602

7656

8789

10000

11289

12656

14102

15625

10000

11025

12100

14400

16900

19600

22500

25600

28900

32400

36100

40000

10000

11025

12100

14400

16900

19600

22500

25600

28900

32400

36100

40000

10460

11650

12913

14237

15625

18595

21823

25310

29054

33058

37319

41838

46616

51652

In der vorstehenden Tabelle ist d der Zapfendurchmesser, e die Bundhöhe, und das Verhältnis der Zapfenlänge 1 ist für die Berechnung und dem

Material entsprechend mit I — 1,5 d, 1,94d, 1,3 d bezw. 1 — d wie vorher angegeben, genommen worden. Die Zahlen in den hinteren 6 Spalten geben also die Belastung P in kg an, welcher die Zapfen von der jeweiligen Dimension bezw. Material gewachsen sind. Gußeiserne Zapfen mit wechselseitiger Belastung werden nicht höher als bis 3200 kg belastet bezw. nur bis zu 80 mm Durchmesser ausgeführt.

Tabelle über Abmessungen für schmiedeeiserne Tragzapfen (nach Güldner).

Durch-^ messer

cv Höhe

o Breite ~

Zulässige Belastung in kg, bei einem Verhältnis e : d

mm mm

mm

mm

1,25

1,5

.KJ

co

30

675

540

450

337

270

40

50

10

60

10

70

10

80

12

90    10

100 I 10 120 | 1

12

12

18

140

20

160

14

22

180

15

25

200

18

25

10

220

19

30

10

240

20

30

12

260

21

30

13

280

22

30

14

300

24

30

15

1200

1875

2700

3675

5056

6399

7500

10800

14700

19200

24300

30000

36300

43200

50700

58800

67500

960

800

600

480

937

750

225 169 400 300 625 469

1350

1080

900

675

1837

2528

3200

3750

5400

7350

9600

12150

15000

18150

21600

25350

29900

33750

1470

2022

2559

3000

4320

5880

7680

.9720

12000

14520

17280

20280

23520

27000

1225

1685

2133

2500

919

1264

1600

1875

Flächendruck Pro qcm in kg bei der angegebenen Belastung

Wird ein Tragzapfen zwischen zwei besonders belasteten Teilen einer Welle oder Achse notwendig, so nennt inan ihn einen

Halszapfen <Fig. 193). Man hat ihn als einen erweiterten Stirn-zapfen anzusehen und macht seine Länge 1 nicht kleiner als die des Stirnzapfens aus dem gleichen Material, bei der gleichen Umlaufszahl und Lagerung. Nimmt man die Länge größer, so wird die Abnutzung geringer, doch ist das nicht überall zu ermöglichen, z. B. bei Lokomotivachsen, wo man die Zapfenlänge auf das kleinste Maß beschränken muß. Seine Berechnung erfolgt nach den für den Stirnzapfen gegebenen Formeln.

75

48

33

19

12

8,3

4,7

Zur Verbindung schwingender Bewegungsteile dient der bereits in Fig. 175a dargestellte Gabelzapfen, welcher aus einer Gabel und einem losen Bolzen besteht, dessen Berechnung wir bereits angegeben haben.

Fig. 193.

Es gelten für den Gabelzapfen folgende Formeln und Werte:

Einseitige Belastung

Wechselseitige Belastung

Schnnede- Gußeisen Gutzstahl Schnnede- Gußeisen G.ßstrhl

po

für ruhende

CO CO

CO CO

CO CO

co co

Zapfen

d=0,46l/P 0,65l^P 0,36/P 0,46 P^P 0,65 l^P 0,36pP

für laufende Zapfen . n > 150

P = 0,5 S = 6

cT co

Ol

1,0

-=³

(1 0,81 P 1,1251 P 0,7 P P

0,71 P

PO    _0

"bi bi

CO

h ao

:c

3,5

1,0/P

0,6 l'P

Beispiel: Es soll ein Gabelzapsen für eine Belastung von 2400 kg einseitige Belastung berechnet werden. Als Material ist Schmiedeeisen vorgesehen, und soll der Zapfen in der Minute 40 Umdrehungen machen.

Nach der vorhergehenden Ausstellung ist

d = 0,8 X ^ p = °,⁸ X ^ 2400 — 48,9 X 0,8 = 39

mm,

also rund 40 mm im Durchmesser; das Verhältnis der Länge zum Durchmesser ist

^ — 3, mithin 1 = 3X4 = 120 nun*

Es kommen in der Praxis Fälle vor, wo es wünschenswert ist, die Reibung des Zapfens möglichst zu verringern, und muß dann der Zapfen dementsprechend gestaltet werden. Dies wird mit den sogenannten Halbzapfen erreicht, bei denen man die Drehfläche um die Hälfte verringert (Fig. 194), wenn der Zapfen einseitig belastet ist und nur um kleine Winkel schwingt. Ist auf der unbenutzten Seite genügendes Material am Halbzapfen

vorhanden, so ist der Durchmesser d von der Belastung nicht abhängig, und hat man nur dem Flächendruck p genügend Rechnung zu tragen. Es wird dann bei

Schmiedeeisen p o = 6 p = 4,7,

Am weitesten ausgebildet findet man das Prinzip der Reibungsverminderung durch Halbzapfen an den in Schneiden schwingenden Wagebalken und Gehängen der Wagen, wo die Flächenberührung in der Schneide und den Backen auf eine Linie reduziert ist.

Die Zapfcnreibung darf, wie wir bereits sagten, bei der Berechnung der Zapfen nicht unberücksichtigt bleiben. Sie ist bei neuen Zapfen immer größer als bei eingelaufenen, und beim Durchmesser d und der Belastung P eines Tragzapfens mit dem Reibungskoeffizienten f ist die Umfangskraft F, welche der Reibung das Gleichgewicht halten muß, bei neuen Zapfen

F — ? X f X P,

Gußeisen

Gußstahl

10

2,35

7,85.

und bei eingelaufenen Zapfen

F = ^XfXP.

Die Umfangskraft F ist also noch abhängig von dem Reibungskoeffizienten f, und dieser wiederum ist abhängig vom Zustand der Reibungsflächen, vom Flächendruck p und der Gleitungsgeschwindigkeit v.

Versuche mit einem von Prof. Reuleaux konstruierten, dem Pronyschen Zaum ähnlichen Apparate ergaben bei p — 0,15—0,18 für Schmiedeeisen auf Bronze laufend bei guter Schmierung

= 0,035;    0,086;    0,135;    0,236;    0.340;    0,439;    0,500

= 0,090;    0,087;    0,095;    0,118;    0,171;    0,184;    0,180.

Nach neueren Methoden wird das Neibungsmomeut, welches der Drehrichtung des Zapfens entgegenwirkt, wie folgt berechnet:

Reibungsmoment = RXx = PXuXz-

Hierin ist R der Reibungswiderstand, x der Abstand des Angriffspunktes der Reibungskraft vom Zapfenmittel. Bei n Umdrehungen des Zapfens in der Minute ist die Umfangsgeschwindigkeit des Angriffspunktes der Reibungskraft

60

v = 2xXxX_nmsek imb die

2 x X ⁷¹ X n

Reibungsarbeit Ra = RXv = PXuX

Es ist also der Wert x gleich dem Hebelarm, an dem die Reibung wirkt, und er ist abhängig von der Form des Zapfens. Für die gebräuchlichsten Zapfenformen berechnet man x nach der weiter hinten mitgeteilten Tabelle.

Beispiel: Es ist der Verlust an Arbeit für eine Schwungradwelle zu berechnen, die mit dem Schwungrad 2500 kcr wiegt und 50 Touren in der

60

in kg.

Minute macht. Der Durchmesser der Lagerzapfen beträgt 140 mm, und läuft der gut geschmierte Stahlzapfen in Bronzelagerschalen.

Reibungskoeffizienten für gleitende und Zapsenreibung.

ii

Reibende Körper

Zustand der Oberflächen und Schmierung

Reibungskoeffizient

der Ruhe der Bewegung

Gußeisen auf Gußeisen oder Gußeisen auf Bronze

trocken

Wasserschmierung

Fettschmierung

Ölschmierung

Fettschmierung

Ölschmierung

Ringschmierung

0,49

0,31

0,15

0,07

0,14—0,16 0/07—0/08

0/05

Schmiedeeisen auf Bronze Schmiedeeisen auf Gußeisen

trocken

Wasser

Fett

0,19

0,18

0,35

0,25

Öl

0,19

0,07—0,08

Ringschmierung

0,05

Stahl auf Stahl

Fett

trocken

(X

P-2

Stahl auf Bronze Stahl ans Weißmetall

Fett

Öl

IO o

r-i t—i

Ö" O

Stahl auf Gußeisen Stahl auf Weißmetall

0=0=

Ol Ol

rH 1-,

o O

Schmiedeeisen auf Schmiedeeisen

trocken wenig fett

0,13

0,44

Gußeisen auf Eiche

trocken

Wasser

Seife oder Fett

0,65

0,49

0,22

0,19

Schmiedeeisen auf Eiche

Wasser

0,65

0,26

Talg

0,11

0,08

Schmiedeeisen ans Pockholz

Fett

Öl

Leder auf Gußeisen

trocken

Wasser

Öl oder Seife

P PP . .

II

'2-ggl

O' 05 05

Schmiedeeisen auf Baumwolle oder Hanf

Fett

0,10

Eiche auf Eiche

trocken

Seife oder Wasser

|| 0/54—0/62 '! 0,50—0,70

0,34—0,48

0/16—0/25

Nach der vorstehenden Tabelle über Reibungskoeffizienten ist in diesem Falle u = 0,06; n = 50; d = 140; P = 2500

mithin ist x = X d =■ X 140 =

0,68 X 0,14 = 0,088 m

und

ÜA^PXuX

²XxX^Xn

2500 X 0,06 X = 2500 X 0,06 X 0,^6

Neibungsarbeit = 69 sekmkg

60

69

75

60

= 0,93 PS.

b) Stütz- und Kammzapfen.

Der Stütz- oder Spurzapfen bildet stets das Ende einer stehenden Welle oder Achse, und ruht auf seiner Endfläche der aufzunehmende Druck, welcher in der Längsrichtung der Achse wirkt. Er ist in einem Spurlager geführt und läuft auf einer Spurplatte, die Fig. 195 zeigt.

Die Berührungsflächen des Spurzapfens und der Spurpfanne erhalten Ölnuten und Ölbecken, damit sich das Schmieröl gut verteilt, wenn die Flächen vollständig eben sind. Meist gibt man ihnen aber eine schwache Wölbung, um die Reibung zu verringern, oder Kugelform.

Bei neuen Zapfen ist der Flächendruck p gleichförmig, bei eingelaufenen Zapfen aber umgekehrt proportional dem __

Abstand des betrachteten Flächenelementes.

Um bei hohen Umlaufszahlen eine starke Abnutzung zu vermeiden, wird wie bei dem Stirnzapfen p = a : n gesetzt, und erhält man dann für schnellaufende Spurzapfen

P = 0,5866 X d² X “•

Man zieht für Spurzapfen nur einseitige Belastung in Rechnung und nimmt a = 75 bei Schmiedeeisen auf Bronze (nach Reuleaux). Pockholzlager, die konstant in Wasser laufen, sind für schnellaufende Spurzapfen oft im Gebrauch und mit zirka 1 kg pro qmm belastet.

Reuleaux gibt für die Spurzapfenberechnnng folgende Formeln an:

Schmiedeeisen oder Gußeisen auf Eisen oder Stahl Stahl auf Bronze    Bronze

Laufende Zapfen nX 150 Laufende Zapfen f n > 150

WM

giß- 195,

auf Pockholz

0,5

1,861/P

0,25

1,0

1,31 V?

P = 1

d = 1,31 yV'v

Versuche von Penn hatten gezeigt, daß im Wasser laufende Pockholzlager-Spurzapfen 4—5 kg Flächendruck gut vertragen,

Spurzapfen-Tabelle nach Reulraux.

Werte für den Durchnicsser d und die Belastung P für ruhende und laufende Zapfen,

1,31 VP    1,86 J/T~ 2,62 Y. P

1,31 Yp 1,86 YP 2,62 J/P

15

131

65

33

120

8391

4176

2097

20

233

116

58

130

9848

4901

2462

25

364

181

91

140

30

524

261

131

150

35

714

355

178

160

40

932

464

233

170

45

1180

587

295

180

50

1457

725

364

190

55

1763

877

440

200

60

2097

524

210

11421

13111

14918

16841

18880

21036

23309

25698

28204

30826

33565

36420

39392

42480

45650

49007

52445

5684

6525

7424

8381

9396

2855

3279

3729

4210

4720

10469

11600

12780

14036

15341

16704

18125

19604

21141

22736

24389

26100

5259

5827

6424

1044 1225 1421 1631 1856 2095 2349 2617 2900 3197 3509

Die Zapfenlänge nimmt rnan beim Spurzapfeu zwischen 1—1,5 d.

Bei manchen Konstruktionen sucht man durch Anordnung drehbarer Spurplatten bei Zapfen den großen Flächendruck, der unter dem Einfluß der Umlaufszahl noch wächst, zu vermindern. Fig. 196 zeigt einen solchen Zapfen mit drei drehbaren Spurplatten. Bei Turbinenachsen und Mühlen hat sich diese Einrichtung bewährt. Auch Lagerpfannen aus Glas sollen sich gut bewährt haben, sehr dauerhaft sein und wenig Schiniermaterial erfordern.

Entsprechend den Halszapfen bei den Tragzapfen haben wir auch bei den Stützzapfeu Halsringzapfen zu unterscheiden (Fig. 197). Es ist hierbei nach Reuleaux der innere Durchmesser 2 r, gleich dem Durchmesser D der zugehörigen Welle oder Achse. Am richtigsten ist es, ihn noch etwas größer zu nehmen und innen eine kleine Öl-Ringnut einzudrehen, sowie Ölrinnen in der Pfanne vorzusehen. Der Wert r₀—erhält dieselbe Größe wie beim gleichwertigen Spurzapfen. Die Berechnung der Reibung der Spurzapfen und Halsringzapfcn ist nach folgenden Formeln auszuführen:

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

2462

2855

3279

3729

4210

4720

5259

5827

6424

7051

615

220

7051

714

819

932

1053

1180

1315

1457

1606

1763

230

240

250

260

270

280

290

300

7706

8391

9105

9848

10620

11421

12252

13111

Wenn der innere Halbmesser der ebenen ringförmigen Sohlfläche = r1 und der der äußeren — r₀ ist, so wird bei neuen Zapfen die an dem Umfang tangential wirkende Kraft

cm ; ro

und für eingelaufene Zapfen

x p x (i +1),

*+h KM

F =

für den Reibungskoeffizienten sind die bereits früher mitgeteilten Werte der Tragzapfen geltend.

Die Kammzapfen Fig. 198 und 199 sind ebenfalls als Stützzapfen zu betrachten und fetzen sich aus einer Reihe übereinander angeordneter Halsringzapfen zusammen. Wenn die Ringe in ihren Abmessungen gleich sind, so kann

iiiKOtlh

Mm

Jm

-*\z

SIE!!!

-Pi!

lü

KI

Fig. 198.

Fig- 196.

Fig- 197.

Fig- 199.

der Zapfendruck als auf alle gleichförmig verteilt angenommen werden. In der Praxis findet man diese Zapfen seltener angewendet. Man wendet sie an, wenn der Druck für gewöhnliche Spur- oder Stützzapfen zu groß werden würde. Man gibt gewöhnlich den Ringen eine Höhe und Breite gleich ’/g—Vio Wellendurchmesser. Vorteilhaft ist es, den Abstand der einzelnen Ringe um ein weniges größer als die Ringbreite zu nehmen, damit die Ringe in den Nuten frei laufen.

c) Zapfenverbindungen.

In manchen Fällen, z. B. bei großen Wasserrädern, macht man die Achse aus Eichenholz und muß dann an den beiden Enden einen eisernen Zapfen ansetzen. Es macht sich alsdann eine Zapfenverbindung nötig, die den Zapfen möglichst fest und genau im Mittel der Welle fixiert. Hauptbedingung bei dieser Befestigungsart ist, daß der Kopf der Holzwelle möglichst wenig geschwächt wird, wie das bei dem in Fig. 200 und 201 gezeichneten Ring- und Kreuzzapfen der Fall ist.

Bei dem Ringzapfen Fig. 200 sind die Flügel eines vierblättrigen Blattzapfens durch eine konische Hülse umgeben, welche durch vier eingelassene glatte Anker festgehalten wird und trägt die Hülse oft Keilnuten, um auf ihr eine Radnabe festzukeilen.

/•>

hi

Ng. 200,

Der Kreuzzapfen (Fig. 201) hat gegenüber dem Ringzapfen den großen Vorteil, daß der Wellenkopf fast garnicht geschwächt wird. An den Zapfen ist ein Kreuz angegossen, und wird dieses Gußstück auf der Rückseite glatt abgedreht, ebenso die Achse auf ihren Stirnflächen. Ein aufgezogener Schmiedeeisenring verstärkt den Gußring, indem er die Kreuzarme umspannt. Mit vier Kopfschrauben, deren Muttern in das Holz eingelassen sind, wird das Kreuz auf der Achse befestigt.

^iEÜE:

Fig- 201.

Es kommt aber auch vor, daß schmiedeeiserne oder Stahlzapfen an gußeisernen hohlen Wellen befestigt werden müssen, und wählt man am liebsten eine Befestigung mit Keil und Bund, wie wir sie in Fig. 159 bereits mitgeteilt haben.

Bei der Befestigung stählerner Spurzapfen in stehenden Gußwellen gibt man einfach dem Spurzapfen einen konischen Ansatz, welcher schließend in ein

Sitzloch von gleichen Abmessungen im unteren Ende der Gußwelle paßt. Durch den Längsdruck, den der Zapfen auszuhalten hat, preßt sich der Zapfen fest in seinen Sitz, und macht es oft Mühe, ihn wieder herauszuschlagen, wenn sich seine Erneuerung infolge von Abnutzung nötig macht. Man bringt zu diesem Zweck ein direkt über dem Konus quer durch die Welle gehendes Loch an, in welches das Konusende des Zapfens noch etwas hineinragt. Durch Eintreiben eines Keiles läßt sich dann der Zapfen bequem herausschlagen. —

2.

wellen und Achsen, a) Wellen.

Die moderne Technik hat auch für die Ausführung der Wellen in Triebwerken neue Gesichtspunkte gezeitigt, nach denen man dieselben ausführt. Welche Materialverschwendung wurde sonst bei der Anlage der Transmissionen getrieben- Die Folge davon, daß der TransmissionsPreis nach Gewicht gehandelt wurde, war, daß die Fabrikanten in Riemenscheiben, Lagern und Wellen möglichst schwere Dimensionen wählten, um hohe Preise herauszuwirtschaften. Daß durch dieses schwere Gewicht der Transmissionen ein großer Teil der Betriebskraft ganz nutzlos nur für die Bewegung dieser Teile verloren ging, störte sie weiter nicht, denn wirtschaftlich dachte man nur für den eigenen Betrieb, nicht aber für den der Kunden. In dieser Hinsicht hat sich vieles gebessert, namentlich infolge Einführung der schnellaufenden Betriebsund Elektromotoren. Diese großen Geschwindigkeiten, mit denen man heute die Transmissionen laufen läßt, verlangen eine wohl durchdachte Materialverteilung. Man gestaltet deshalb alle Triebwerksteile leichter, unter Beachtung der gegebenen Festigkeitsgrenzen, und gewinnt durch diese vernünftige Entlastung der Triebwerke an Betriebskraft.

Wir wollen uns hier zunächst mit der Konstruktion und Dimensionierung der Wellen beschäftigen. Man wird also guttun, ihnen eine möglichst große Geschwindigkeit zu geben, denn nur hierdurch ist es möglich, ihren Durchmesser kleiner zu nehmen, mithin das Wellengewicht zu verringern und ihre Anschaffungskosten zu vermindern. Wo die Arbeitsmaschinen keine große Umlaufszahl in der Minute verlangen, gibt man der Hauptwelle 100 bis 150 Umdrehungen in der Minute. Hat man dagegen schnellaufende Maschinen wie Dynamos, Holzbearbeitungs-, Schleif-, Spinn- u. a. Maschinen durch die Transmission anzutreiben, so gibt man der Wellenleitung 250 Umdrehungen und kann die Tourenzahl je nach den Umständen bis auf 400 erhöhen.

Bei langen Wellensträngen wird an dem Ende des Stranges die Kraft-abgabe (Übertragung) geringer, und kann deshalb die Wellenleitung an dem Ende auch im Durchmesser schwächer sein als am Anfang und in der Mitte. Wenn z. B. 50 Pferdestärken im ganzen übertragen werden sollen, und die

Welle hat 100 Umdrehungen in der Minute zu leisten, so kann man annehmen, daß von den 50 HP am Anfang 25, in der Mitte 10 und am Ende 15 übertragen werden. Es würde dann der Anfang der Wellenlcituug für 50 HP, die Mitte auf 10 -f- 15 — 25 HP und das Ende auf 15 HP zu berechnen sein. Den Durchmesser der Hauptantriebswelle macht man in der Regel stärker als den durch Rechnung oder aus der Tabelle gefundenen Wert, um dem einseitig auf die Haupt-Antriebsscheibe wirkenden Riemen- oder Seilzug, welcher die Welle stark auf Durchbiegung beansprucht, genügenden Widerstand leisten zu können. Es empfiehlt sich aus dem gleichen Grunde die Antriebswelle ganz dicht an der Antriebsscheibe nochmals durch ein Lager zu unterstützen. Werden Wellen gekuppelt, so sind die Kuppelungen immer möglichst dicht an den Lagerstellen zu bewirken.

Die Lagerentfernung wird für Transmissionswellen von der Berlin-Anhaltischen Maschinenbau-Aktien-Gesellschaft in Dessau wie folgt als praktisch bewährt angegeben.

Man setzt die Lager bei Wellen von:

30    40    50    60    70    80    90    100    110 mm    Durchmesser

1,70    1,80    1,90    2,00    2,10    2,20    2,30    2,40    2,50 m

voneinander entfernt. Die Entfernungen verstehen sich als von Mitte zu Mitte Lager gemessen.

Gegen seitliche Verschiebung werden die Wellen durch Stellringe gesichert, von denen auf jeder Welle mindestens zwei vorhanden sein sollen und möglichst vor dem ersten und hinter dein letzten Lager eines geschlossenen Stranges anzubringen sind.

Man muß ferner darauf Rücksicht nehmen, daß sich die Wellen unter dem Einfluß des Temperaturwechsels in ihrer Länge verändern, also bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung verkürzen, und kann man mit Hilfe der im Abschnitt „Wärmelehre" angegebenen Ausdehnungswcrte den Spielraum bestimmen, der einem Wellenstrang für die Ausdehnung durch Erwärmung zu geben ist.

Bei Übertragung der Bewegung von einer Welle auf die andere verwendet man am besten Riemen und vermeidet Zahnräder. Erstere gestatten große Umdrehungsgeschwindigkeiten der Wellen, letztere verbrauchen infolge der Zahnreibung mehr Kraft, belasten die Wellen stärker und verlange teuere Lagerstuhlkonstruktionen.

Am häufigsten verwendet werden beim Bau der Triebwerke

1. Glatte Wellen. Sie sind auf Verdrehung und Biegung beansprucht und zwar auf Verdrehung durch die drehende Bewegung, die sie zu übertragen haben, und auf Biegung durch das Gewicht der auf ihnen montierten Treibscheiben, Kuppelungen usw. Zu diesen beiden Beanspruchungen kommt dann noch der Seil- oder Riemenzug.

Die Beanspruchung auf Biegung ist nur dann mit in Rücksicht zu ziehen, wenn die Belastung durch aufmontierte Gewichte sehr groß ist. Da die

Wellen bei der Berechnung auf Verdrehung schon ohnedies genügend kräftige Abmessungen erhalten, kann man gewöhnlich die Beanspruchung auf Biegung vernachlässigen.

Man fertigt die Wellen aus gutem sehnigen Schweißeisen oder Stahl genau nach Kaliber gedreht, gefeilt, poliert und gerichtet.

Bezeichnen wir nun mit    die Tourenzahl der treibenden Welle in der

Minute, mit n₂ die Tourenzahl der getriebenen Welle in der Minute, mit Dj den Durchmesser der treibenden Scheibe und mit D, den Durchmesser der getriebenen Scheibe, so ist

n₁ X D, = n₂ X D₂ oder in Worten:

Die Produkte aus der Tourenzahl und dem Scheibendurchmesser der treibenden und getriebenen Welle sind gleich.

Zur theoretischen Bestimmung der Wellendurchmesser brauchen wir die folgenden Formeln:

Es bezeichnet:

P die auf Verdrehung wirkende Kraft in kg,

R den Hebelarm, an dem P wirkt, in m,

N die Anzahl der zu übertragenden Pferdestärken,

n die Anzahl der Umdrehungen in der Minute,

d den Durchmesser der auf Drehung beanspruchten Welle in mm.

Es ist PR =

= 716,2 —.

75-60N

2 tc n

Für glatte Transmissionswellen findet man mit bewährten Ausführungen gute Übereinstimmung, wenn man d so groß berechnet, daß die Verdrehung der Welle für den laufenden m ¹/₄ Grad beträgt; demgemäß erhält man mit Rücksicht auf die Verdrehung:

fr

' n

d = 23,2 VPR = 120

Zur Bestimmung des Wellendurchmessers benutzt man die umstehende Tafel. Beispiel: Eine Welle soll bei 120 Umdrehungen in der Minute 80 Pferdestärken übertragen; wie stark muß ihr Durchmesser gewählt werden?

Der Wert — wird hier —    — 0,66, also ist

d = 120 X    120 X 0,901 ----- 108 mm.

Will man das Beispiel unter Benutzung der Tabelle durchrechnen, so hat man nach dem Wert — == 0,66 die beiden Werte 0,586 bei 105 mm und

0,706 „ 110 „ Wellendurchmesser,

im Mittel also

110 X 105 _ 215

107,5.

Dieser Wert deckt sich ziemlich genau mit dem, den wir nach der Formel ausgerechnet haben.

Tabelle zur Bestiuiniung des Welleudurchmessers.

PR =

0,0039

0,0072

2,79

30

35

0,0123 0,0198 0,0301 8,81    14,18    21,56

40    45    50

0,0441 0,0625 0,0861 31,58    44,76    61,66

55    60    65

0,1158 0,1526 0,1975 0,2517 0,3164 0,3928 0,4822 0,5862 PR=    82,94 109,29 141,45 180,27 226,61 281,32 345,35 419,84

PR

Zur Bestimmung der Wellengewichte bei Kalkulationen dient die folgende Tabelle fertig gedrehter, polierter und gerichteter Wellen.

Tabelle über Gewichte fertig gedrehter Welle».

Wellen

durchmesser

mm

Gewicht per Meter

kg

Wellen

durchmesser

mm

Gewicht per Meter

kg

Wellen-

Durchmesser

mm

Gewicht per Meter kg

30

5,5

90

35

7,5

95

40

9,8

100

45

12,4

105

50

15,3

110

55

18,5

115

60

22,0

120

65

25,9

125

70

30,0

130

75

34,4

135

80

39,2

140

85

44,3

145

co CO io H CD w ^ IO CO 1-1 io

2 ‘2 "Z! ^ ^    ¹⁰ co i-T os oo

^lO00OGOoOQOr—IIMIM

rH t—I r—I r—I

150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

137.8

147.2

156.8

166.8 177,0

187.6 198,5

209.7

221.2 232,9 245,0

Ist nun die Anzahl der zu übertragenden Pferdestärken, sowie die Anzahl der Umdrehungen n in der Minute bekannt, so kann man mit Hilfe der umstehenden Tabelle (S. 304) den passenden Welleudurchmesser ermitteln.

2. Komprimierte Wellen. Dieselben werden aus weichem Martinstahl hergestellt und haben gegenüber den gewöhnlichen glatten Wellen den Vorzug einer großen, bis auf ¹IW mm garantierten Genauigkeit ihres Durchmessers und höherer Festigkeit. Dagegen haben sie den Nachteil, daß sie sich beim Einfräsen der Keilnuten stärker krummziehen als die gewöhnlichen glatten Wellen.

Komprimierte Wellen von Gebr. Neimbold in Mettmann werden in Durchmessern von 12—72 mm hergestellt und in Längen von 6 — 6,25 m. Die Wellen sind aus gutem Siemens-Martin-Flußeisen, schweißbar, blank poliert, genau kalibriert und geradegerichtet wie gedrehte Wellen.

Versuche mit diesen Wellen in der Versuchsanstalt der König!. Polytechnischen Hochschule zu Charlottenburg hatten folgendes Ergebnis:

Tabelle über komprimierte Wellen von Gebr. Reimbold.

Material

Ursprünglicher

Durch- Quermesser schnitt

mm qmm

Elastizitätsgrenze (Tragmodul)

Elastizitätsmodul

kg j kg/q mm kg/qmm

Streckgrenze Bruchgrenze Belastung Belastung

! kg/q mm    kg jkg/qmm

kg

Bruchquersch.

Mittl.

Durch- . messer mhalt

qmm

Fläch.-

CO 00 CO <N T}i <M

°    *' 3 2 g g g g

66,5

45,4

67,9

150

161

320

320

327

320

3500

2250

3500

5500

5500

10000

9000

13000

9000

52,6

49,6

20900

39.8    20900 28,1 21000

4000

2750

4000

7500

7500

14000

14000

17000

16000

60,2

60>6

58,9

50,0

46,6

43,8

43,8

52,0

50,0

440Ö

3000

1500

9000

9500

19000

18750

21000

20750

66,2

6,8

66,1    . 5,5

66,3

60,0

59,0

59,4

58,6

64,2

64,8

6,7

9,2

9,5

71

15,0

13,9

16,0

16,2

177

152

201

206

Hiernach dürfen komprimierte Wellen einen um ¹/₃ geringeren Durchmesser haben als gewöhnliche abgedrehte. Z. B. verträgt eine komprimierte Welle von 40 mm Durchmesser, 6 m Länge und 58 kg Gewicht ebensoviel als eine abgedrehte Welle von 60 mm Durchmesser, 6 m Länge und 132 kg Gewicht. Genutete komprimierte Wellen sind nachzudrehen.

3. Gußeiserne Hohlwellen. Wenn sie überhaupt angewendet werden, was selten geschieht, so findet man sie in der Regel in Verbindung mit Kuppelungen angewendet und über andere massive Wellen hinweggeschoben, so daß sie dieser Welle durch die Kuppelung entweder Kraft zuführen oder entnehmen. Ihre Sicherung gegen seitliche Verschiebung geschieht wie bei den anderen Wellen durch Bunde oder Stellringe.

Sie haben gewöhnlich eine mehrfache Beanspruchung auszuhalten (Verdrehung, Zug und Biegung), und ist von Fall zu Fall zu bestimmen, wie ihre

Tabelle zur Ermittlung der Wellendurchmesser.

ii

a- ü-

Zahl der Umdrehungen in der Minute — n

50

| 60

70    80    90 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 350 400

45    45

55

55

60

60

65

65

40

45

50

55

50

50

50

50

35

40

45

45

U) H* © C© oo O) Ol

70

65

65

60

75

75

80

80

70    65

65

70

75

75

85    80

85

80

70

70

75

75

80

70    65

70    70

60 60 65    60

60

65

55

55

60

55

60

55

65

60

50

50

55

55

50

50

55

55

55

50

50

50

30

35

40

40

45

45

45

50

85

85

80

70

70

70

75

65

65

70

70

60

60

60

60

55

55

55

50

55

55

55

50

50

55

60

55

55

55

50

50

60

60

55

55

55

55

50

50

13

90

14

85

80

15

90

85

85

90

85

16

95

90

85

85

80    75

80 80 80 80 85    80

75

75

75

80

70

70

65    65

75

75

70

70

65

65

60

70

75    70

70    65

70    70

65

65

65

60

60

60

65

65

60

65

60

55

55

55

60

60

60

60

60

60

55

55

55

55

60    55

18

95

90

20

90

25

100

95

90

30

105

95

110

100

80

85

85

90

75

75

80

85

85

75

80

85

80 80

70    65    65

70    70    65

65

65

60

60

60

65

60

60

75

70

70

70

65

65

60

75

75

75

70

70    65

65

35

110

40

45

120

120

50

125

55

125

105 105 110 105 115 110 115 110 120 115

100 100 105 100 105 105 110 105 110 105

80

80

85    80

75    75

80    75

75    70

75

85

85

80

80

70

75

70

70

95

90

85

85

85

80

80

75

70

90

85

85

85

80

75

75

80

75

60

130

65

130

70

75

135

135

125 120 125 120 125 125 130 125

115 110 115 110 120 115 120 115

110

110

110

115

100

100

110 105

95

95

90

90

85

85

85

100

95

95

90

90

85

85

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75

105 100

95

95

90

90

90

85

100 100

95

95

90

90    85

80

80

85

80

85    80

80

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90

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145

110

150

130 125 135 130 140 135 140 135

120

150

145

130

140

155 150

140

145

155

150

150

145

160 155

150

125 120 125 125 130 125 130 130

130 130 140 135 140 135 145 140

115

120

120

125

130

130

135

135

110 105 115 110 115 115 120 115

105 100 100 105 105 100 110 105 105 110 110 105

95

95

90

90

100    95

100 100

105

100

120

120

125

125

130

120

120

125

115 110 115 115 120 115 120 115

110

110

110

115

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105

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90

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85

90

90

90

85

85

90

160

160

170

165

180

165

190

170

155 150 160 150 160 155 160 155

145 140 145 145 150 145 150 150

135

140

140

145

130 125 135 130 135 130 135 130

120 120 125 120

125

130

120

125

115

115

110

105

105

100

100

120 115

120

115

110

115

110

110

105

110

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100

105

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115

110

no

105

100

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275

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165 160 170 165 175 165 180 170

155 150 155 155

155

160

145

150

155

155

140 135 130 140 135 135 145 140 135 150 145 140

125

125

120

115

115

110

130

130

135

120

120

115

115

105

105

125

120

120

115

110

105

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110

130

125

120

120

115

110

300

325

350

375

400

190 180 175 170 165 160 155 195 185 180 170 165 195 190 180 175 170 200 190 185 180 175 170 165 2051 195 190 180 175 170 170

105

165

160

160

145

140

140

135

130 130

125

120

120

115

150

155

155

160

145

150

150

140

140

135

130

125

145

145

155 150

140

140

145

135

135

130

125

125

120

115

120

120

140

135

130

130

125

120

140

135

135

130 125

120

Querschnitte beansprucht werden und der Beanspruchung entsprechend zu berechnen sind.

In den folgenden Formeln bezeichnet

den äußeren Durchmesser in cm d₂ „ inneren „    „ „

n die Umdrehungszahl pro Minute N die zu übertragende Kraft in PS.

Da in den meisten Fällen das Biegungsmoment vernachlässigt werden kann, so rechnet man nach den Formeln

- 0,6 X dv

X V~ unb d

w n

W%mm.

Fig. 202.

Wenn ä der theoretische Durchmesser der Welle ist, so bestimmt sich der Durch- __ messer der gußeisernen Hohlwelle in denLager-stellen (d,) und im Scheibensitz (d₂) nach der folgenden Tabelle (Fig. 202).

Theoretischer

Wellendurchmesser

mm

Lagerstelle d,

Scheibensitz da

mm

mm

d+ 60 d + 70 d + 80 d + 90 d+ 95

50—70

75—105

110—115

120—135

140—190

d + 90 d + 100

d-j- 110 d -f- 120 d-j- 135

4. Biegsame Wellen. Die biegsamen Wellen dienen zum Antrieb transportabler Arbeitsmaschinen und finden im Schiffbau, Brücken-, Kessel-, Lokomotiv- und allgemeinen Maschinenbau namentlich bei Reparatur- fund Montagearbeiten vielfach Anwendung. Die Stahlseele — das die Kraft übertragende Element — hat in den Wellen einen Durchmesser von 5 bis 45 mm. Sie ist zur bequemen Handhabung und zum Schutz gegen Beschädigungen in einem Metallschlauch untergebracht. Diese Wellen nutzen sich sehr bald ab und gebrauchen etwas mehr Kraft, als dies bei Kraftübertragung mit unbiegsamen Wellen der Fall ist.

b) Die Achsen.

Die Achsen bilden eine große Klasse der Maschinenelemente, aus der wir hier nur einige wichtige Beispiele bringen können.

20

Man hat unter einer Achse einen Träger zu verstehen, der dazu bestimmt ist, sich drehende oder schwingende Maschinenteile zu tragen. Zu diesem Endzwecke ist die Achse mit Drehzapfen zu versehen, und teilt man sie analog den Zapfen in zwei Hauptklasseu: Tragachsen und Stützachsen, je nachdem sie in der Quer- oder Längsrichtung ihrer Mittelachse beansprucht sind.

Im Maschinenbau haben wir es vorwiegend mit Tragachsen zu tun und wollen von diesen zunächst betrachten die

Gleichschenklige einfache Achse (Fig. 203). Die Last Q greift in Mitte der Achse an und ist senkrecht auf ihre Längsachse gerichtet. Der Ansatz in der Mitte, der stärkste Teil der Achse, trägt die Last und ist mit den

am

TIE

Fig- 203.

beiden Zapfen an ihren Enden durch konisch geformte Übergangsstücke verbunden, die man als Schenkel der Achse bezeichnet. Die beiden Zapfen sind auf einen

Druck von je P — ^ zu berechnen. Wir bezeichnen mit

d den Durchmesser und mit I die Länge der Zapfen, e ist die Bundhöhe an den Zapfen,

D ist der Durchmesser des Achsenkopfes, b seine Breite,

I)i der Durchmesser des Achsenschenkels dicht am Achsenkopf, e¹ der Vorsprung desselben — ³/„ (D—D¹) und a die Länge des Achsenschenkels.

Es ist dann

— 0.5 Xb

0,5X1 '

Die Achsenschenkel werden kegelförmig nach den Enden hin abgeschrägt, ausgehend von der Basis D', und erhält der Scheitel einen Durchmesser von d 2 e. Den Borsprung e' nimmt man nicht größer als es die Nut für den Befestigungskeil erfordert, mit dem der Mafchinenteil auf dem Achsenkopf befestigt wird.

Freitragende Achsen (Fig. 204). Wenn bei einer freitragenden Achse auf dem freien Achsenschenkel vom Durchmesser d₂ eine Last Q ruht, so ist

P/Q — (ax -s- a₂): a, und P,/Q — a./a₂.

Die Achse ist in einem Stirnzapfen vom Durchmesser d₁ und in einem Halszapfen vom Durchmesser D gelagert; a₁ und a₂ bezeichnen die Längen der Achsenschenkel, 1₂ und 1₂ die Längen der Zapfen an den Enden.

’s

<2

fl

[fl

-A

Fig- 204.    I

Der Durchmesser des Halszapfens ergibt sich aus der Gleichung

ch x Vr¹-

Bei schmiedeeisernen Achsen kann man D noch mit 0,95 multiplizieren. Den Durchmesser des Tragkopfes d₂ findet man, indem man zunächst einen Tragzapfen d mit der ihm entsprechenden Länge 1 für die Belastung Q ermittelt und dann aus diesen Werten nach der Gleichung

Achse mit zwei Tragpunkten (Fig. 205). Diese Achse hat zwei Lasten Qj und Q₂ zu tragen. Die Schaftlänge zwischen den beiden Tragpunkten

berechnet.

\Qa

"7

iE

j-

-X-H

Fig. 205.

ist — s; die Längen der Achsenschenkel und a₂ und die Dimensionen der beiden Tragzapfen sind in den Durchmessern mit ch bezw. d₂, in der Zapfen-länge mit 1₂ bezw. 1₂ bezeichnet.

Nach Reuleaux erhält man für die Zapfendrucke

s fl ai X fl Q2/Q1)

Qj

ai + S + a2

und für

2__s ~fl~ ai (i -fl Qi/Qi)

al “fl S fl~ a2 '

20*

woraus sich die Zapfen d₁ und d₂, sowie die Stärken und D₂ berechnen lassen. Die Stärke des Schaftes zwischen den beiden Laststellen findet man für jeden Punkt, der von der Laststelle Q₂ um die Entfernung x abliegt, aus der Gleichung

►Pi*

Da

Man hat nun auch noch Achsen mit Kreuz- und Sternquerschnitt, die in der Regel aus Gußeisen hergestellt werden, in der Praxis aber nicht mehr so häufig als Konstruktionsteil im allgemeinen Maschinenbau vorkommen. Die hölzernen Achsen der Wasserräder werden in ihrem Querschnitt als regelmäßiges Vieleck bearbeitet und erhalten an ihren Enden eiserne oder Stahlzapfen, die in geeigneter Weise an dem Holz befestigt werden. Die Wahl, ob eine hölzerne oder eiserne Wasserradachse vorzuziehen, richtet sich ganz nach den örtlichen Verhältnissen, und wird man dort, wo gesundes Eichenholz in nächster Nähe zu haben ist, stets der Holzachse den Vorzug geben können.

e) Stellringe, Bunde und Schrumpfmittel.

Zur Sicherung der Wellen gegen Verschiebungen, loser Riemenscheiben usw. dienen die Stellringe. Man fertigt sie aus Guß- oder Schmiedeeisen, aus dem Ganzen gedreht (Fig. 206) oder geteilt (Fig. 207). In jedem Ring sind zwei gehärtete Stahlschrauben im rechten Winkel gegeneinander versetzt > oder sich diametral gegenüberstehend M vorgesehen. Der vierkantige Kopf ist W in dem Ring versenkt, weil vor- Xl stehende Köpfe leicht zu Unfällen Anlaß geben können, und werden sie mit besonderen Aufsteckschlüsseln angezogen. Bei Stellringen, die dauernd an einer Stelle der Welle sitzen bleiben sollen, versenkt man in der Welle als Sitz für die Spitzen der Stellschrauben ein Körnerloch und zieht dann die Schrauben fest an.

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Fig. 206.

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Fig. 207.

-■ff*-

im

Stellringe, die an Lagerschalen oder Leerlaufscheiben mit einer Fläche anstoßen, müssen an der Berührungsfläche geschmiert werden, um Warmlaufen zu verhüten.

■ Stellringe für Ringschmierlager erhalten eine andere Form. Sie greifen mit ihrem ringförmigen Ansatz in das Innere des Lagers gegen die Stirnfläche der Schale, so daß sie hier Öl erhalten und ein Warmlaufen gänzlich ausgeschlossen ist. Die Feststellvorrichtung befindet sich außerhalb des Lagers und bleibt immer zugänglich.

Die Dimensionen der Stellringe, wie sie die Berlin-Anhalter M.-B.-A.-G. in Dessau ausführt, sind ans der folgenden Tabelle ersichtlich.

Tabelle über Stellringe.

Bohrung

Äußerer Durchmesser D

Breite B

mm

ungeteilt geteilt ungeteilt geteilt mm

Zahl der Schrau-

mm

mm

mm

ßeit

Stellring Stellring ungeteilt geteilt Fig. 206 Fig. 207 Gewicht Gewicht

kg

kg

30

70

75

35

35

35

75

80

35

35

40

80

85

35

35

45

85

90

35

35

50

90

100

40

40

55

95

105

40

40

60

100

110

40

40

65

105

115

40

40

70

110

130

40

45

75

115

135

40

45

80

130

140

45

45

85

135

145

45

45

-rH (M (N (M (M

90

140

150

45

45

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145

155

45

45

100

160

170

50

50

105

165

175

50

50

110

115

170

175

180

185

50

50

50

50

120

180

190

50

50

125

185

195

50

50

130

200

210

55

55

135

205

215

55

55

140

210

220

55

55

145

215

225

55

55

150

220

230

55

55

155

225

235

55

55

160

240

250

60

60

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165

245

255

60

60

12,1

13,9

170

250

260

60

60

12,4

14,2

175

255

265

60

60

12,7

14,5

180

270

60

60

12,9

14,9

185

275

60

60

13,2

15,2

190

280

280

65

65

16,8

16,8

195

285

285

65

65

17,2

17,2

Bei Lagern mit Olkammern tuirb die Lagerstelle nicht durch Stellringe auf der Welle festgelegt, sondern durch Bunde, welche auf die Welle warm aufgezogen oder aufgeschweißt werden, wie aus Fig. 209 und 210 ersichtlich.

Die Ringschmierlager mit Ä beweglichen Schalen (Fig. ■y 208) erhalten zur Unter» -—.jb—4—y bringung des Bundes in der Mitte des Lagers eine Nut, die somit die Stellung des Lagers gegen seitliche Verschiebungen sichert.

Lager mit festen Schalen nach Fig. 209 erhalten auf beiden Stirnseiten der Schalen Bunde, so daß sie mit in den Ölfänger zu liegen kommen.

Sind auf einer Welle Zahnräder oder bewegliche Kuppelungen vorhanden, so empfiehlt es sich, diese in ihrer Stellung ebenfalls durch Bunde und nicht durch Stellringe zu fixieren, und muß der Bund natürlich in nächster Nähe des betreffenden Rotationskörpers sitzen.

Wellenstränge von großer Länge müssen nnndestens in zwei oder besser noch in mehreren Punkten durch Stellringe oder Bunde festgelegt werden, und wird zwischen denselben eine Ausdehnnngskuppelung (Fig. 222) eingebaut, welche die Verschiebung der Wellen infolge Ausdehnung derselben durch Wärme zuläßt, ohne daß Störungen im Umlauf der Welle zu befürchten sind.

Für die Abmessungen der Bunde gibt die Berl.-Anhalter Maschinenbau-A.-G. in Dessau folgende Normen an:

10m».

-!!

--73-

itij

Fig. 208.

giß. 209.

Tabelle über Wellen-Bunde.

Welleu-

durchmesser

Bunde nach Fig. 209

:Q —1

Breite

Bunde nach Fig. 210 Höhe

Breite

b,

b.

Abrun

dung

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

30—35

40—45

O CM

rH rH

50—55

60—65

70-80

85-95

100-110

115—130

Cb O O rH

CO Cb (M t-H rH CM

IO CO GC Ql

CM ^ CO GO

o CO 00

I—¹ O CO 00

rH CM CO xh

CO CO CO ^

r o co

1^ o

CM CO

rH

¹ CM -h CO

135-160

165—190

00 o

t—i CM

CKI -fH CO 00 O CM 04 Ol

CO 00 o

T—I    H (M

ic o

CM CO

Cb Ql Ql 4X

Das Verfahren des Warm-Aufziehens von Maschinenteilen auf andere beruht auf der Ursache, daß die Wärme Körper ausdehnt. Hat man einen Ring oder ein Rad warm auf eine Welle aufzuziehen, so bohrt man zuvor den betreffenden Maschinenteil knapp dem Kaliber der Welle entsprechend aus und macht ihn dann warm (schwarz-warm). Durch die Erwärmung erweitert sich das Bohrloch soviel, daß man den Gegenstand im warmen Zustande ohne Schwierigkeit auf die Welle schieben und an der Stelle festlegen kann, wohin er zu sitzen kommt. Beim langsamen Erkalten geht nun das Bohrloch auf sein altes Maß zurück und preßt sich, infolge des etwas geringeren Bohrmaßes, fest auf die eine Wenigkeit stärkere Welle. Es darf aber, wie gesagt, das Loch nur eine Idee kleiner sein als das Kaliber der Welle. Ist die Differenz zu groß, so bekommt (namentlich bei Gußkörpern) der aufgezogene Maschinenteil Spannungen in seinem Gefüge, die unter Umständen gefährlich werden können.

Schrnmhfmiltel. Diese gehören eigentlich auch zu den Verbindungs-Mitteln, die im Maschinenbau Anwendung finden. Wir bringen sie hier mit zur Sprache, weil die warm aufgezogenen Bunde, bezw. die Art des Aufziehens derselben, ebenfalls auf das Prinzip der Schrumpfung zurückzuführen ist.

lfir

mm

SP

Fig. 211.

Fig- 210.

Will man zwei Teile direkt durch Schruinpfmittel miteinander verbinden, so geschieht es nach der in Fig. 211 und 212 skizzierten Weise. In beiden Fällen handelt es sich darum, zwei Teile a und b fest miteinander zu verbinden, ohne die Querschnitte zu schwächen, also ohne Durchbohrung die Verbindung herzustellen. Bei dem in Fig. 210 skizzierten Falle bedient man sich eines Eisenringes r, welcher warm um die beiden Halb-zylinder-Knaggen a und b gelegt wird und beim Erkalten deren Berührungsfläche fest aufeinanderpreßt.

Demselben Zweck dienen in Fig. 211 zwei schwalbenschwanzförmig ausgeschnittene Eiseuplatten, die in entsprechende Vertiefungen warm eingelegt werden und beim Erkalten dieselbe zusammenziehende Wirkung äußern.

Um ein Beispiel aus der Praxis anzuführen, sei auf die Befestigung der Radreifen auf den Lokomoliv- und Eisenbahnwagcnrädern Hingelviesen, die ebenfalls warm aufgezogen werden. Hier dreht man entweder den Radreifen innen schwalbenschwanzförmig aus und gibt dem Umfang des Radsterns das gleiche Prosil, oder man legt in eine seitlich in beide Teile eingedrehte Nut einen Sprengring. Beim Erkalten der warm aufgelegten Stahlbandage

Preßt sich dann der Sprengring fest zwischen beide zu verbindende Teile und sichert den festen Sitz der Bandage auf dem Radkörper.

Ist die Bandage abgelaufen und muß sie dann durch eine neue ersetzt werden, so wird einfach ein Stück des Sprengringes herausgekreuzt, und die Verbindung ist gelöst.

Gruppe III.

Die Kuppelungen.

Man kann die Wellen nur in verhältnismäßig kurzen Längen aus einem Stück herstellen und bedarf deshalb bei lang durch die Arbeitssäle gehenden Wellenstrecken eines Verbindungsgliedes der aneinanderstoßenden Wellenenden in Gestalt einer Kuppelung. Sie hat die Drehbewegung der durch sie verbundenen Wellen zu vermitteln, und kann ihre Anbringung von verschiedenen Umständen abhängig sein. Von diesen Umständen hängt es wiederum ab, wie die Kuppelung beschaffen sein muß.

Ist eine dauernd feste Verbindung zwischen zwei Wellenenden nötig, so muß auch die Kuppelung diesem Umstand Rechnung tragend eine feste sein. Soll eine der beiden Wellen durch die Kuppelung eine gewisse Bewegungsfähigkeit in ihrer Längsrichtung oder abweichend von ihr erhalten, so wird man dies durch bewegliche Kuppelungen erreichen. Macht es sich ferner nötig einen Wellenstrang ganz plötzlich still zu legen und ebenso schnell wieder an der Bewegung teilnehmen zu lassen, so bedarf man einer lösbaren Kuppelung, die diesem Zweck entspricht.

Wir haben mithin 3 große Hauptgruppen von Kuppelungen zu unterscheiden, von denen eine große Zahl Konstruktionen in der Praxis Anwendung finden. Wir beschränken uns auf die Besprechung der bewährtesten Konstruktionen, werden aber dabei bestrebt sein, ein abgerundetes Gesamtbild dieser Gruppe von Maschinenelementen zu geben.

*-

Feste Auxxelurrgen.

a) Die HiUsenkUppelurig (Fig. 212 und 213) besteht aus zwei Schalen, die konisch gedreht sind und durch entsprechend konisch ausgebohrte, schmiedeeiserne Ringe zusammengepreßt werden. Zur Übertragung der Torsionskräfte sind zwei Stahlkeile vorgesehen.

Die Kuppelung besitzt keine vorspringenden Teile, verbindet die Wellenenden genau zentrisch und kann ebenso leicht angebracht wie abgenommen

Werden, auch gestattet sie die Verwendung von ungeteilten Riemscheiben, Rädern sowie geschlossenen Hängelagern usw.

Zur Bestimmung ihrer Hauptmaße nimmt man L = 4 X d, die Wandstärke an beiden Enden s — 0,35 X d + 0,8 cm, die Ringbreite 1,3 X ⁸ der Ringstärke = 0,9 X 's. Der äußere Ringdurchmesser D — d + 2 X (s + 0,9 X s).    i

Mutterschrauben zusammengezogen werden. Die Schrauben-köpse und -Muttern liegen vertieft in den Schalen, so daß keine vorspringenden Kanten entstehen. Auch diese Kuppelung verbindet die Wellenenden genau zentrisch und kann ebenso leicht angebracht wie abgenommen werden.

.......

&t0. 212.

Fig. 213.

Die Anwendung der Schalen-KuPPelung ist da von großem Vorteil, wo ein Wellenstrang ohne Zeitverlust ausgesetzt werden soll; durch ihre Benutzung werden die teueren Reibungs-Kuppelungen entbehrlich, doch wird dabei vorausgesetzt, daß die Welleuenden sehr genau in ihrem Durchmesser übereinstimmen.

...A.

OHO®

Fig. 214.

Fig. 215.

c) Die Tellers-Kuppelung (Fig. 216 bis 218), auch Doppelkegelkuppelung genannt, besteht aus einem äußeren Körper, welcher auf seiner inneren Fläche zwei abgestumpfte Kegel bildet. In diese inneren kegelförmigen

Flächen passen zwei genau abgedrehte Kegel, welche aufge-L    schlitzt sind. Diese Kegel haben

1    am äußeren Umfang drei gleich

|    weit voneinander entfernte Nu-

I#    ten, in welche sich die Schrau-

I    ben legen. Die Nuten ent-

Sifl. 216.

sprechen gleichen Nuten im äußeren Körper, so daß die Bolzen halb in den äußeren Körper und halb in die inneren Kegel eingreifen. Werden die Muttern der Bolzen angezogen, so werden erstens die Kegel nach innen gegeneinandergezogen und hierdurch fest gegen den äußeren Körper gepreßt, außerdem aber werden gleichzeitig die Kegel vermöge des Schlitzes fest um die

4--

TT

ui

Fig. 218.

Fig. 217.

Welle geklemmt und so die Verbindung zwischen Welle und Kuppelung hergestellt. Zur Sicherung gegen Verdrehnng ist noch eine Feder angebracht. In der Mitte des äußeren Körpers befinden sich zwei gegenüberliegende Schaulöcher, durch welche nian sich bei dem Einbau überzeugen kann, daß der Stoß der Wellen in der Mitte der Kuppelung liegt.

Unsere Abbildungen zeigen ein Modell der Berl.-Anhaltischen Maschinenbau-Akt.-Ges. in Dessau.

(1) Die Scheibenkuppelung (Fig. 219) ist neben der Hülsenkuppelung wohl am meisten in den Betrieben zu finden. Sie ist insbesondere für schwere Wellen sehr oft und gern benutzt, weil die Hälften derselben mit den zugehörenden Wellen ein unveränderliches festes Ganzes bilden. Die einzelnen Scheiben dieser Kuppelung werden auf die zugehörenden Wellenenden entweder warm aufgeschrnmpft oder mittels hydraulischem Druck aufgepreßt. Erst nachdem dies geschehen, werden die Teile fertig gedreht. Bei Anwendung derselben müssen alle Lager offene sein, und müssen alle Gegenstände, welche die Welle

tragen soll, geteilt angefertigt werden. Die zentrische Verbindnng der Wellei wird jedoch nur dann in vollkommenster Weise erreicht, wenn die Scheiben

[-4-1

"ft-

TS

—j-----B

Mg. 219.

derart ineinandergreifen, wie ans der Fig. 219 ersichtlich ist.

durch Herausnahme der Schrauben und des geteilten Zwischenstückes.

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Fig. 221.

Die Hauptabmessungen der Scheibenkuppelungen Fig. 219 sind aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen.

Tabelle über Scheibenkuppelungen.

Bohrung

Durch

messer

Länge Breite

Verbindungs

schrauben

Ge-

Stärke

An-

wicht

mm

mm

mm

mm

Zoll

zahl

kg

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40-45

50-55

60—65

70—75

80-85

170 125 190 150 225 170 260 200

300

230

60

65

84

100

114

I,

7:

12

21

32

49

330

250

130

62

90-95

100—105

110—115

120—125

130—135

140—145

340

270

130

365

385

415

430

450

290

140

320

145

350

370

390

150

150

150

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103

141

158

177

150—155

160—165

170—175

180—185

190—195

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495

520

550

570

410

440

470

500

520

160

170

175

175

195

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17

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590

540

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17

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245

285

330

370

410

2.

Bewegliche Kuppelungen.

Bei diesen Kuppelungen hat man zwei Arten zu unterscheiden; solche, die eine Bewegung der Welle in der Längsrichtung gestatten, und solche, die eine Verbindung zweier Wellen vermitteln, deren Mittellinien verschränkt sind oder einen unter 180° liegenden Winkel zusammen bilden.

a) Die Ausdehnungs-Kuppelung (Fig. 222 und 223) oder längsbe-

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Fig. 222.

wegliche Kuppelung muß unbedingt bei langen Wellensträngen dann angewendet werden, wenn die Konstruktionen an den Enden derselben leine Verschiebungen zulassen; z. B. wenn ein Ende eines Stranges mit Rücksicht auf den Antrieb fest eingelagert ist und das andere Ende Winkelräder treibt oder mittels Reibungskuppelung mit einem zweiten Strange I öfter verbunden werden soll. Sol- 1 len auch alle nach dem anderen I Ende hin gelegenen Teile größere Längsverschiebung gestatten, so erweist sich die Einschaltung einer Dehnungskuppelung sehr nützlich, denn die Wellen verbleiben alsdann ziemlich genau in ihren Lagern und pumpen keine Unreinigkeiten hinein, indem sie sich mit den wechselnden Temperaturen ausdehnen und zusammenziehen.

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Big. 223,

b) Die elastische Kuppelung (Fig. 224 a und b) ist überall da am Platze, wo zwei Wellen miteinander verbunden werden sollen, deren Mittellinien geringe Abweichungen voneinander aufweisen. Diese Kuppelung besteht aus zwei Scheiben, welche so auf die entsprechenden Wellenenden gekeilt sind, daß am

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Fig. 224 a.

Fig. 224 b.

Umfang ein entsprechender Zwischenraum bleibt. Eine Anzahl elastischer und elektrisch isolierender Bolzen vermitteln die Kraftübertragung. Durch Herausnahme der Bolzen, welches mit leichter Mühe in kurzer Zeit bewerkstelligt werden kann, ist man in der Lage, jede der beiden Wellen ohne axiale Verschiebung derselben aus ihren Lagern zu heben. Die Kuppelung eignet sich hauptsächlich auch zur Verbindung von Elektromotoren mit Wellenleitungen.

c) Die elastische Bolzenkuppelrmg (Fig. 225—229) wird, wie die vorstehend besprochenen Konstruktionen, von der Berlin-Anhalt. Maschinen-bau-A.-G. gebaut und bildet ein vorzügliches Kuppelglied bei elektromotorischem Antrieb, bei hohen Umdrehungszahlen und beim Anschließen schwerer. Antriebswellen. Sie eignet sich für Vor- und Rückwärtsgang sowie für hohe Umfangsgeschwindigkeit und bei entsprechend reichlicher Wahl des Modells selbst

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Mg- 225.

für Betriebe mit stoßweiser Änderung der Kraftrichtung. Die Kuppelung wirkt nachgiebig und isolierend, gleicht kleine, schwer zu vermeidende Ungenauigkeiten der Montage aus und verhütet Schäden, wie sie Verlagerung der Wellen mit sich bringt. Sie trägt daher zur Schonung der zu verbindenden Maschinen bezw. Maschinenteile bei und macht eine Verschiebung der Wellen beim Ein- bezw. Ausbau unnötig.

Wie aus Fig. 226 und 227 zu ersehen ist, besteht die Kuppelung aus zw« Hälften b, an deren Umfang Löcher c genau gegenüberliegend eingebohrt

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Fig. 226.

Fig. 227.

Fig. 228 11. 229.

sind, in welch letztere eigenartig hergestellte, nachgiebige Leder- bezw. Gummibolzen e eingesteckt und durch federnde Ringe f (Fig. 228), die sich in entsprechende Eindrehungen g legen, am Herausfallen gehindert sind. Die Bohrungen, in welchen diese Bolzen liegen, sind im Durchmesser größer gehalten, so daß der hierdurch entstehende Spielraum ein etwaiges Verlagern

der Wellen usw. ausgleicht, ohne das elastische Bindeglied im mindesten darunter leiden zu lassen. Ein zeitweises Abkuppeln wird durch Herausziehen der Bolzen, nach Entfernung der Ringe, in kurzer Zeit erreicht.

Um die Wellen, die bei schnellaufenden Maschinen mit nur kleinen Anlaufflächen für die Lager versehen sind, vor eventuellem Axialdruck zu schützen, werden die Kuppelungen nach Fig. 229 mit Zangen versehen. Diese Zangen gestatten den Wellen, in kleinen Grenzen, wie diese hier nur in Betracht kommen, jedes gewünschte Spiel in der Achsrichtung, ohne jedoch hierbei, da der Hub begrenzt ist, einen Axialdruck entstehen zu lassen. Die eingelegten Federn ziehen die Kupplungshälften, nachdem sie sich voneinander entfernt haben, stets in die Anfangslage zurück. Diese Anordnung wird sich besonders bei der Verbindung elektrischer Maschinen unter sich, ferner beim Antrieb von Zentrifugalpumpen durch Motoren usw. empfehlen.

d) Die Kreuzgelenk-Kuppelung (Fig. 230 und 231) der Berlin-Anhalt. Maschinenbau-Aktien-Gesellschaft in Dessau bildet die sicherste Verbindung zwischen zwei Wellen, deren Achsen nicht in einer Geraden liegen. Es ist jedoch zu empfehlen, den Ablenkungswinkel höchstens nicht höher als 10° zu nehmen.

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Fig. 231.

Fig. 230.

Die Kuppelung eignet sich auch zur Kraftübertragung bei Wellen, deren Mittellinien nicht genau in dieselbe Ebene fallen, da die Lagerung der vier Gelenkzapfen sowohl eine sich verschiebende, als auch eine drehende Bewegung zuläßt, so daß die vier Gelenkzapfen in ihren Lagern sowohl eine sich drehende, als auch eine sich verschiebende Bewegung ausführen.

5.

Lösbare Auxxelungen.

Sollen ein oder mehrere Teile eines Wellenstranges außer Tätigkeit gesetzt und nach Bedarf plötzlich wieder in Betrieb genommen werden, so muß zwischen diesen Wellenstößen eine lösbare Kuppelung eingebaut sein. Dieses

Stillegen eines Wellenstrangteiles kann bedingt sein durch Maschinen, die nur zeitweise in Betrieb zu setzen sind, oder auch durch Störungen, die im regulären Betrieb immer vorkommen können, wie z. B., das Warmlaufen eines Lagers, Schlappwerden von Treibriemen usw. Früher mußte oft wegen solch einer Störung der ganze Betrieb ruhen, bis das Hindernis beseitigt war. Heute baut man an geeigneten Stellen lösbare Kuppelungen ein, so daß nicht mehr der ganze Betrieb von solch kleiner Störung abhängig ist, sondern nur die an dem außer Betrieb gesetzten Wellenstrang hängenden Maschinen. Beim Entwerfen eines Triebwerkplanes für eine Fabrikanlage müssen deshalb eine genügende Zahl auslösbarer Kuppelungen vorgesehen werden, und hat man bei ihnen zwischen Zahnkuppelungen und Reibungskuppelungen zu unterscheiden.

a) Zahnkuppelungen.

1. Die Klauenkuppelung (Fig. 232) ist die einfachste Konstruktion dieser Art. Jede der beiden Kuppelungshälften hat auf ihrer Kuppelfläche drei vorstehende Klauen (Zähne), die in entsprechende Vertiefungen auf der Gegen-

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Fig. 232.

fläche passen. Die eine Kuppelungshälfte sitzt fest auf dem Wellenende, die andere erhält eine eingedrehte Nute für den in die Nute eingreifenden Schleifring und ist auf zwei in die Wellenoberfläche eingesetzte Federn in ihrer Längsrichtung verschiebbar. Die Klauen sind meist, wie die Figur zeigt, mit geraden Flanken ausgebildet, oft aber auch schräg gestellt oder schraubenartig gewunden.

Damit eine gute und genaue Zentrierung der beiden Wellenenden möglich wird, greift das des verschiebbaren Teiles in die nach innen verlängerte und mit einer Büchse aus Rotguß ausgefütterte Nabe des auf dem anderen Wellenende festsitzenden Kuppelungsteiles, und müssen beide Wellenenden dicht hinter der Kuppelung gut gelagert werden.

Im allgemeinen kann man die Anwendung dieser Kuppelung nicht empfehlen, weil dabei die Gesamtkraft des einen Wellenendes durch Federkeile übertragen wird, welche nur einseitig und daher sehr unvollkommen befestigt werden können. Da nun außerdem auch noch ein gewisser, wenn auch minimaler Spielraum zwischen den sich berührenden Flächen der Welle mit

Keil und der Kuppelungshälfte erforderlich ist, so wird der Keil bei der Kraftübertragung zum Herauskanten aus seinem Sitz beansprucht. Bei zwei Keilen vermindert sich die Beanspruchung um die Hälfte, aber die Sachlage bleibt dieselbe.

2. Hildebraudtsche Zahnkuppelung (Fig. 233 und 234). Unsere Abbildung zeigt ein Modell dieser Kuppelung, wie sie die Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig ausführt, und findet diese Kuppelung zum Ein- und Ausrücken

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Fig.

und 234.

von Wellensträngen, Niemscheiben, Zahnrädern usw. Verwendung. Die Verbindung kaun während des Betriebes gelöst, aber nur bei stillgesetzten Wellen-leitungen wiederhergestellt werden, wie bei der Klauenkuppelung.

Bei der Hildebrandtschen Zahnkuppelung sitzen die beiden Kuppelungshälften unverrückbar fest auf den zugehörigen Wellenenden; eine Ausrückmuffe stellt als loser dritter Teil die Verbindung her, indem er mit drei Zähnen in drei entsprechende Zahnlücken der beiden festen Scheibenteile greift. Die Kuppelung ist daher eine sichere und dauerhafter als die gewöhnliche Klanen-knppelung, da eine Kraftübertragung durch sich leicht abnutzende Federkeile vermieden ist.

Treiben zwei Kraftmaschinen dieselbe Wellenleitung, so ist oft die Einschaltung wenigstens einer Kuppelung notwendig, welche sich, sobald eine Maschine in der Umdrehungszahl zurückbleibt, selbsttätig auslöst und bei Wiederingangkommen derselben auch wieder selbsttätig einkehrt. Diesem Zweck dient die folgende, von der Berl.-Anhalt. Maschinenbau-Akt.-Ges. ausgeführte Konstruktion.

3. Die Uhlhornsche Kuppelung (Fig. 235). Obgleich diese Kuppelung keine eigentliche Zahnkuppelung ist, so luirfvrt doch die in ihr vorgesehenen Sperrklinken im gleichen Sinne, und können wir sie deshalb an dieser Stelle einreihen. Die auf dem einen Wellenende festgekeilte Scheibe ist mit zwei Sperrklinken versehen, welche sich ganz in die Lücken der ersteren einlegen können, wenn das auf das andere Wellenende gekeilte Gehänse gegen die Scheibe

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voreilt (die Drehung bei diesem Bilde entgegengesetzt wie beim Uhrenzeiger gedacht). Bleibt das Gehäuse gegen die Scheibe zurück, so werden die Sperr-

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Fig. 235.

klinken durch einwirkende Federn hervorgehoben und dadurch die Kuppelung geschlossen.

b) Die Reibungsknppelungen.

Die bisher mitgeteilten Kuppelungen haben alle den Nachteil, daß man wohl im vollen Betriebe einen Wellenteil auslösen und zum Stillstand bringen kann, man muß aber, um die Kuppelung wieder einrücken zu können, die Maschine still setzen, also eine Unterbrechung des Betriebes eintreten lassen, was in vielen Fällen und namentlich bei Kraftmaschinenkuppelungen ein wirtschaftlicher Nachteil infolge des Zeitverlustes ist. In allen Fällen, wo Betriebsunterbrechungen vermieden werden müssen, wird man deshalb stets eine Reibungskuppelung einbauen, die es gestattet, ganz nach Bedarf ohne Betriebsunterbrechung ein- und auszuschalten. Die einfachste Art dieser Kuppelungen, an der wir auch gleich das Prinzip kennen lernen, nach dem sie gebaut sind, ist die in Fig. 236 skizzierte

1. Krgelflächkn-Reiblingskuppelnng. Sie ist axial ausrückbar und besteht im wesentlichen aus zwei Teilen R und 8, von denen 8 auf dem Wellenende fest aufgekeilt ist, während R in der Längsrichtung beweglich und auf einer Feder geführt wird. Die kegelförmig ausgebildeten Berührungsflächen passen genau aufeinander, so daß sich der am Umfang von R angedrehte Konus in die seiner Schrägung entsprechende Ausdrehung in 8 hineinschiebt. Wird nun der Teil R mit Druck gegen 8 gepreßt, so entsteht zwischen den Berührungsfläche» eine starke Reibung, welche eine feste Verbindung zwischen R und 8 bewirkt und die Mitnahme der Welle, auf welcher 8 aufgekeilt ist, veranlaßt, und zwar so lange, als der vorhandene Widerstand kleiner ist als die beim Kuppeln zwischen R und 8 erzeugte Reibung. Sobald der Widerstand der getriebenen Welle größer wird als die Reibung zwischen R und 8, so trennen sich die beiden gekuppelten Teile, und die getriebene Welle kommt zum Stillstand.

Es wird deshalb die ausrückbare Hälfte R stets auf der getriebenen Welle angeordnet und gibt man den Rcibungsflächen praklisch eine Steigung zwischen a = 10 bis 15⁰ gegen die Wettmachst. Das Ein- und Ausrücken erfolgt mechanisch durch eine geeignete Hebelanordnung oder mit Handrad und Spindel (siehe unter „Ausrücker"). Die Kraft, welche durch den Reibungswiderstand erzeugt wird, ist ganz bedeutend, unb⁻kann dieselbe durch entsprechende Konstruktions - Kombinationen allen Kraftverhältnissen angepaßt werden.

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Fig. 236.

2. Reibungs-Kuppelung-Shstem Dohmcn-Lrblanc nach Ausführung der Berl.-Anh. Maschinenbau-Akt.-Ges. zu Dessau. Fig. 237 und 238.

Auf der Welle A Fig. 238 sitzt die verschiebbare Hülse C. Auf der Welle B sitzt fest die Scheibe 8. Durch Verschiebung der Hülse C auf der Welle A werden mittels der hakenförmigen

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Dreht sich nun die Welle B, so wird im ersteren Falle durch die entstehende Reibung die Welle B mit A verkuppelt, im letzteren Falle dagegen wird die Reibung aufgehoben, und es erfolgt Stillstand der Welle A, sobald die Kuppelung gelöst ist.

Druckstangen B die vier Gleitklötze F in einem aus A festsitzenden Arm-kreuze G verschoben und entweder gegen die innere Ningfläche der Scheibe 8 gedrückt oder von dieser entfernt.

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Fig. 238.

Die hakenförmigen Schubstangen E, welche aus Stahl gefertigt werden, sind elastisch und können dementsprechend in der Druckrichtung nachgebe». Sie werden beim Einrücken der Kuppelung über die Bkittelebene hinausgeschoben, wodurch Selbstauslösung verhindert ist.

Bei kleinen Geschwindigkeiten ist es ohne wesentlichen Einfluß, ob bi*' Welle A die stetig sich drehende Antriebswelle ist oder die Welle B. Man vermeidet jedoch, die Welle A zur Antriebswelle zu nehmen, insbesondere bei größeren Umlaufgeschwindigkeiten. Man sorgt vielmehr dafür, daß bir Kuppelungshülse 8 stetig umläuft, weil dann im ausgerückten Zustand bis Gleitklötze in Ruhe sind und die Fliehkraft derselben, welche sich durch andauernden Druck auf den Ausrückring schädlich äußert, nicht erst durch eine besondere Borrichtung aufgehoben zu werden braucht.

Die Vorzüge dieser Koppelung sind folgende:

1.    Die Kuppelung kann jederzeit ein- und ausgerückt werden, gleichviel ob die Wellen im vollen Betriebe sind oder nicht.

2.    Durch die Einschaltung der elastischen Glieder wird es möglich, einen Druck auszuüben, welcher allmählich wächst, wenn iitcni die Kuppelung einrückt. Hieraus ergibt sich stoßfreies Einrücken der Kuppelung.

3.    Die durch die vier Gleitklötze ausgeübten Druckwirkungen sind gleich groß, daher wird Verschiebung der Wellenenden gegeneinander vermieden.

4.    Die Abnutzung der Gleitklötze ist wegen des großen Reibungs-durchmessers verschwindend und ohne Einfluß ans die Wirkung der Kuppelung, mcif die Federkraft der Druckstangen so gewählt

wird, daß auch bei größerer Abnutzung der Gleitklötze genügender Druck verbleibt, um die gewünschte Bremswirkung zu erzielen.

5.    Selbst bei größter Kraftübertragung kann die Kuppelung jederzeit sofort mit der Hand ausgelöst werden.

6.    Bei Anwendung geriffelter Bremsklötze kann man auch bei unbegrenzter Kraftübertragung sehr bequeme Maße in der Ausführung

. beibehalten.

7.    Nachlassen der Kuppelung, Reibung in den Nebenteilen ist vollkommen ausgeschlossen, da sowohl int eingerückten als auch im ausgerückten Zustand alle Kräfte innerhalb der Kuppelung im Gleichgewichte sind.

Man führt die Neibungskuppelungen in verschiedenen Anordnungen aus, je nachdem sie zur Verbindung zweier Wellen oder zur zeitweisen Kraftentnahme von einem andauernd laufenden Wellenstrange oder für wechselnden Betrieb

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angewendet werden. Bei allen Anordnungen ist darauf Rücksicht zu nehmen, daß alle Teile der Kuppelung sowohl im eingerückten

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als auch im ausgerückten Zustand im Gleichgewicht verbleiben.

Wir lassen hier noch einige Anordnungsbeispiele Vieser Kuppelung folgen und Dient die in Fig. 239 dar-

gestellte Anordnung dazu, einen Wellenstrang nach Erfordernis in oder autzcr Betrieb zu bringen, wenn sich auf der Welle selbst eine immerwährend laufende Riemscheibe (oder Seilscheibe oder Zahnrad) befindet. Die Riemscheibe wird immer geteilt ausgeführt, so daß die Lauffläche leicht zugänglich ist.

Die Anordnung Fig. 240 kommt zur Anwendung, wenn der Antrieb wechselt, sei es, daß bei Verwendung zweier Wellen ost .    jede derselben treibt, oft aber auch

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Fig. 240.

Fig. 241 gibt ein Bild von der Anordnung der Kuppelung und zeigt uns ein Zahnrädervorgelege mit Anwendung zweier, durch eine zwangläufig bewegte Ansrück - Vorrichtung gleichzeitig allsgerückter oder abwechselnd eingerückter Dohmen-Leblane-Knppelung bei einer Anlage, die für die deutschen Solvaywerke A.-G. in Bernbnrg ausgeführt wurde.

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Fig. 241.

3. Die Kraftmaschinen - Kuppelung „Ohnesorge" der vorgenannten Firma zeigen Fig. 242—244.

Auf der Welle a der während der Betriebsdauer ständig laufenden Hauptmaschine ist die Brenisscheibe b aufgekeilt, während die Welle c der jeweilig nach Bedarf einzuschaltenden Zusatzmaschine das Kuppelungsgehäuse d trägt, ltnt die Bremsscheibe b ist der zweiteilige, mit Bronzebelag e gefütterte Sperr-

zäum gelegt, dessen Teile f und g durch die Gelenlbolzen h aneinander geschlossen sind.

Die den selbsttätigen Schluß des Zaumes in einer Drehrichtnng gewährleistende Differentialhebelanordnung ist hier nun in folgender Weise zusammengesetzt. Die beiden Teile f und g der Sperrzaumhälften sind gelenkig an radial stehende, um Bolzen i in dem Gehäuse d schwingende Hebel k und 1 angeschlossen, die sich auf beiden Seiten völlig entspreche».

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Der Hebel k besitzt einen starr mit ihm verbundenen Arm m, der, zwischen dem zweiteiligen Hebel 1 frei hindurchgehend, in einer Bahn n den Stein o trägt, dessen Zapfen p in Bohrungen der mit den Hebeln 1 starr verbundenen Winkelhebel q gelagert sind. Die in diesem so geschaffenen zwangläufigen System erhaltenen Hebelarme (Senkrechte von den Drehpunkten i auf die Normale zur Stcinbahn n, letztere gleichzeitig durch den Mittelpunkt des Zapfens p gehend) stehen in dem Verhältnis l:efa, und es entsteht daher bei Bewegung der Bremsscheibe b in der Pfeilrichtung, bezw. bei entgegengesetztem Drehsinn des Gehäuses d, Selbstschluß, der genügt, ein beliebiges Drehmoment abzustützen. Der Vorteil dieser neuen Anordnung der Differential-hebel liegt darin, daß man die Hebel k und J, infolge der Unabhängigkeit ihrer Abmessungen von dem gewählten Disferentialverhältnis, beliebig, je nach-

Flg. 242.

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dem die baulichen Rücksichten es fordern, bemessen kann. Ferner haben hier kleine Ungenauigkeiten des Einbaues, sowie solche, welche sich eventuell im Laufe der Zeit einstellen könnten, nur ganz verschwindenden bezw. keinen schädlichen Einfluß auf die Änderung des Differentialverhültnisses.

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Die aus Stangen r an den Hebeln k einstellbaren Schwunggewichte s dienen dazu, die freien Fliehkräfte dieser Hebelauorduuiig und gleichzeilig die des Sperrzaumes für alle Winkelgeschwindigkeiten auszugleichen. — Um für den Betrieb ein släudiges Anliegen des Zaumes zu erhalten, wird dieser leicht durch die Federn t angepreßt, die von einer auf der Nabe des Gehäuses d verschiebbaren Muffe u aus mittels der federnd über die Kuicklage hinaus bewegten Stangen v ein- und ausgerückt werden können. Der Zaum würde sich nun, da ja nur im geschlossenen Zustand die gegenseitige Beeinflussung der Zaumhülften in bezug auf gleichförmige Bewegung vorhanden ist, leicht einseitig anlegen bezw. abheben. Werden aber die Differentialhebel beider Seiten zwangläufig aneinaudergeschlossen, wie dies die in den Fig. 243 und 244 mit w und x bezeichneten Parallclkurbelgetriebe es bewerkstelligen, so erfolgt ein völlig gleichseitiges Anfedern sowie Abheben des Zaumes. Gleichzeitig ist damit für die Schwuuggcwichte s der statische Ausgleich gegeben, der beim Anlassen und Abstellen der Zusatzmaschine ihr Hin- und Herpendeln zwischen ihren Außen- und Jnncnanschlägen bei der Drehung des Gehäuses ausschließt. — Die Arbeitsweise der Kuppelung ist die folgende: Da bei ausgerücktem Sperrzaum nach dem oben Gesagten ein völlig gleichförmiges Abheben des Sperrzaumes erzielt ist, so läuft während der Dauer der Arbeitslieferung durch die Hauptmaschine allein die Bremsscheibe b völlig frei. Muß nun bei Mehrbedarf an Kraft die Zusatzmaschine eingeschaltet werden, so wird mit Anlassen derselben oder kurze Zeit nachher der Sperrzaum mit Hilfe der Einrückvorrichtung angelegt; da dies bei der selbsttätigen Wirkung der Kuppelung nur ein Schalten auf Eingriff bedeutet, so ist lediglich die Bedingung vorhanden, daß es zeitlich vor Erreichung der Umdrehungszahl der Hauplmaschine er-i folgen muß. Unter leichtem, durch die Ädernde Anpressung des Zaumes bedingtem Schleifen eilt das hier der Zusatzmaschine angehörende Kuppelungs-Gehäuse d der Bremsscheibe b nach.

Die Nelativgeschwindigkeit nähert sich immer mehr der Null, wobei der Zaum =J    sich in die dem Eingriff entsprechende Lage

einstellt.

Im Augenblicke der Erreichung gleicher Geschwindigkeit findet dann die selbsttätige Kuppelung statt, die sich als einfaches Anspannen des bereits in der richtigen Lage befindlichen Zaumes darstellt. Da der Zusatzmaschine nicht der geringste Weg zur Erlangung einer Positiven Massenbeschleunigung geboten ist, so ist jeder Stoß bei der Arbeitsabgabe des Zusatzmotors vermieden. Dies Spiel wiederholt sich unter völliger Geräuschlosigkeit jedesmal, wenn die Zusatzinaschine zurückbleibt.

Die Wirkung der Kuppelung macht sich tatsächlich auch nur durch ein entsprechendes, die erzielte Entlastung kennzeichnendes Steigen des Haupt-maschinenreglers bemerkbar. Das Abstellen der Zusatzmaschine erfolgt vor dem der Hanptmaschine, wobei der Zaum durch die Ausrückvorrichtung wieder abgespreizt werden kann. Das Ein- bezw. Abschalten der Kuppelung wird sich in den weitaus meisten Fällen während des Stillstandes der Zusatzmaschine bewerkstelligen lassen. Für diese Fälle wird die Ein-bezw. Ausschallvorrichtung in dem Sinne vereinfacht, daß mittels eines feststellbaren Handhebels unmittelbar die Federn t angespannt bezw. abgedrückt werden, wodurch der Zaum angelegt bezw. abgehoben wird.

4. Tie Benn-Kupptlnng (Fig. 245—248) wird für den gleichen Zweck von der Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig gebaut. Fig. 245 und 246

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.Fig. 245.

zeigen die gewöhnliche Ausführung mit staub- und öldichtem Abschluß durch Lederring, Fig. 247 und 248 die Anordnung der Kuppelung in Verbindung mit einer Riemen- oder Seilscheibe.

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Die Benn-Kuppelung zeichnet sich durch sehr einfache und dauerhafte Bauart aus. Die innere Einrichtung besteht nur aus einer geringen Anzahl Gelenken und Bolzen, die einer Nachstellung nicht bedürfen.

Auf dem einen Wellenende sitzt fest aufgekeilt das Gehäuse G mit dem in der Mitte hohlen lind mittels Gewindes einstellbaren Deckel D. Auf dem

anderen Wellenende ist die Mitnehmerscheibe M festgekeilt. Durch deren Wandungen sind zwei sich diametral gegenüberliegende Bolzen geführt, auf deren beiderseits hervorstehenden Enden die Bremsklötze B, B verschiebbar an-

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Ug. 246.

geordnet sind. An diese Klotze greifen die beweglichen Hebel rr, deren Endgelenke durch einen dritten Hebel m drehbar mit den beiden von der Aus-rückmnffe A getragenen I-förmigen Drehhebeln H verbunden sind. Dir Ansrückmnffe A führt sich mit ihrer Außenfläche in der Seitenwandnng der Hvhldeckels D. Die Drehhebel H treten durch den inneren Hohlranm der

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Muffe aus dieser heraus und werden an ihren äußersten Enden durch zwei Schraubenfedern zusammengehalten.

Mittels des Eia- und Ausrückhebels wird die Muffe A gegen das Gehäuse Gr geschoben; hierdurch werden die inneren Gelenkhebel rr infolge der von den Hebeln H und m übertragenen Kräfte in eine gespannte Lage gebracht und pressen die Reibungsklötze B, B an die entsprechenden Reibungs-flächen des Gehäuses Gr und des Deckels D. Zunächst findet ein Schleifen zwischen den geschmierten Reibungsflüchen statt, bis die Massen derart beschleunigt sind, daß das Milnehmen der auf der zweiten Welle festgekeilien Scheibe M erfolgt. Der Schluß der Kuppelung ist selbsttätig gesichert, da beim Einrücken die Mittelhebel m über die Mittellinie hinaus bewegt werden.

Soll die Kuppelung ausgerückt werden, so zieht man einfach mittels des Ausrückhebels die Muffe H zurück und löst hierdurch die Spannung der Hebel rr.

5. Die Bürsten-Knppelung (Fig. 249) der vorgenannten Firma ist sowohl als elastische, als auch als ausrückbare Kuppelung zu gebrauchen und zwar für Transmissionen und alle Arbeitsmaschinen, bei denen es darauf ankommt, Stöße in den Triebwerken anfzu-sangen und Überlastnngen zu vermeiden.

Speziell eignen sich diese Kuppelungen zur direkten Verbindung von Dynamomaschinen mit deren Kraftmaschinen.

Die Anordnung Fig. 249 dient zur Verbindung zweier Welleuenden. Die beiden Kuppelungshälften sitzen festgekeilt auf den Wellenenden; ein Ausrücken ist also nicht möglich. Die Kuppelung wird mit Vorteil als Verbindungsglied zwischen Dynamomaschine ititb deren Kraftmaschine angewendet, ebenso auch bei allen Maschinen, die mit einem Elektromotor gekuppelt sind, und bei denen

Die Gefahr einer Überlastung nahe liegt. In letzterem Falle schleifen die Bürsten aufeinander, so daß der Elektromotor nicht nachteilig über seine Leistung beansprucht werden kann. Bei Wellen von verschiedenem Durchmesser ist das stärkere Ende auf den Durchmesser der schwächeren Welle abzusetzen. Die Wellenenden sind auf beiden Seiten der Kuppelung durch Lager zu stützen.

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Fig- 249.

6. Elektrisch betiitigte Friktions-Kuppelung der B.-A. M.-A.-G. in Dessau (Fig. 250 und 251). Dieselbe besteht in ihrer einfachsten Form aus zwei Teilen, dem Magnetkörper M, fest ans dem einen Wellenende, und dem

Anker A, verschiebbar auf betn anderen. Im Innern des Magnetkörpers M ist die Magnetspule untergebracht, welcher vermittels geeigneter Schleifringe und Schleifkontakte ein Gleichstrom beliebiger Spannung zugeführt wird (110-500 Volt).

Die Kuppelung funktioniert in der Weise, daß tm Moment des Stromschlusses Magnctkörper und Ankcrring magnetisiert werden, tvodurch sich diese Teile mit großer Kraft anziehen, ohne sich jedoch zu berühren. Die einerseits mit dem Magnetkörper, andererseits mit dem Ankerring verbtuidenen Reibringe

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Fig. 250 und 251.

aus nichtmagnetischem Material haben den vollen magnetischen Zug aufzunehmen und bewirken dlirch den erzeugten Reibungswiderstand die Mitnahme des getriebenen Teiles. Bei Unterbrechnng des elektrischen Stromes hört die Wirkung des Magnetismus sofort auf, und werden die Kuppelungsteile, bezw. die Reibringe, durch Spiralfedern soweit voneinander entfernt, daß keine Berührung mehr stattfinden kann.

Die Betätigung der Kuppelung kann beliebig oft erfolgen. Die Kuppelung bedarf keiner Schmierung der Reibflächen, wodurch der höchstmöglichste Reibungswiderstand erzielt wird. Die Wahl der Reibungskörper ist eine solche, daß zufällig oder unbeabsichtigt eingedrungenes Öl oder Fett keine Veränderung auf die Wirkung der Kuppelung ausübt.

Die Kuppelung läßt sich durch einen einfachen Druck auf einen kleinen Taster aus beliebiger Entfernung momentan stoßfrei ein- und ausrücken. Die Anzahl der Taster kann beliebig groß sein und können dieselben an beliebigen Punkten angebracht werden. Hierdurch ist diese Kuppelung zur Verhütung von Unglücksfällen oder für rasche Hilfe bei solchen hervorragend geeignet. Durch Zweiteilung der Aukerscheiben bei Kuppelungen über 50 mm Wellendurchmesser ist der Reibring ohne weiteres zugänglich. Ferner kann die Wicklung durch den zwischen den Wellenenden gegebenen Abstand ohne Ansheben der Transmission ausgewechselt werden.

Der Stromverbrauch der Kuppelung ist gering, er beträgt bei einet Spannung von 220 Volt für die gebräuchlichsten Kuppelungsgrößen tun 0,5—1 Ampere.

7. Reibungs-Kuppelung für kleine Kraftübertragungen. Es ist auch beim Arbeitsmaschinenbetrieb oft von Vorteil, wenn man dieselben schnell und sichet ausrücken kann, was mit dengewöhnlichenAusrück- ^

Vorrichtungen der Vor- ff gclege nicht a tempo der |---f Fall ist. Die B.-A. M.- \

Fig. 252.

A.-G. Dessau baut für diesen Zweck diese Rei-bungsknppelungen in einfacher oder doppelter An-

ordnnng. Letztere eignet sich besonders für Vorgelege von Werkzeugmaschinen mit Rechts- und Linksgang.

Der Konstruktion ist ein theoretischer Wellendurchmesser zugrunde gelegt, der sich nach der Forntel

d = 232 X fa* X ß = 120 X 1 * berechnet.

In dieser Forntel bedeutet P die am Umfang wirkende Kraft in kg, II den Helbelarm in Metern, N die Zahl der Pferdestärken, die zu übertragen sind und n die Umlaufszahl in der Minute.

Anxpelniig-Ausr'iick-vsrriebtungen.

Die lösbaren Kuppelungen bedürfen zum Ein- und Ausrücken besonderer Vorrichtungen. Diese sind ihrer Form nach sehr verschieden und zumeist ab-

hängig von den örtlichen Verhältnissen, weshalb sich auch Regeln über ihre Ausgestaltung nicht gut aufstellen lassen.

;j

mm

■>

mm

k?

■Mm.

4777777777777777777/7.

F-g. 253.

Sifl- 254.

Fig. 255.

Hauptsache ist, daß man den Ausrücker so anwendet, daß der Ausschlagwinkel für die eingerückte Stellung ebenso groß ist, wie für die ausgerückte Lage. In den Figuren 253—256 sind einige Beispiele von Konstruktionen

<$n

IG

dieser Art gegeben, wie sie die B.-A. M.-A.-G. in Dessau ausführt. Bei Fig. 253/254 erfolgt die Betätigung des Ausrückhebels mittels Spindel imb Hand- bezw. Kettenrad, bei Fig. 255 durch Umlegen eines Handhebels, der mit dem Ausrückhebel verbunden ist, und bei Fig. 256 erfolgt die Ausrückung durch elektrische Kraft mit dem in Fig. 257 dargestellten Apparat.

Ci.

Der Unfallverhütung ist in letzter Zeit eine so gesteigerte Aufmerksamkeit zuteil geworden, daß nicht allein von einsichtsvollen Betriebsleitern, sondern auch von vielen Be-rufsgenosseuschaften und insbesondere von Staatswerkstätten hoher Wert darauf gelegt wird, einzelne Abteilungen der Fabrik zu jeder Zeit möglichst sofort und möglichst von beliebigen Punkten aus schnell in Still-

stand zu bringen. Dies läßt sich leicht und sicher durch Auslösen der Kuppelungen mittels eines elektrischen Stromes bewirken.

Der Apparat besteht aus einem auf einem Bock ruhenden Gehäuse, in welchem eine feste Feder eingeschlossen ist. Dieselbe wird durch den Handhebel aufgezogen, indem man mit der anderen Hand den kleineren Hebel

MM

WüM

Fig. 257.

anhebt und dadurch das sichtbare Zahnrad zum Eingriff bringt. Beim Aufziehen der Feder beschreibt das Auge einen Halbkreis von rechts nach links. Diese Bewegung des Auges wird für die Auslösung einer Kuppelung in der Weise verwendet, daß dasselbe, wie bei Fig. 256 angegeben, mit einem Ausrllck-hebel verbunden wird. Denn ein von einer beliebigen Stelle aus zur Wirkung gebrachter elektrischer Strom löst die Feder sofort aus, worauf dann das Auge mit großer Energie den erwähnten Bogen zurücklegt und durch die Hebelverbindung die augenblickliche Auslösung der Kuppelung bewirkt.

Gruppe IV.

Die Lager.

Kein Element findet im Maschinenbau eine so häufige und vielseitige Anwendung wie das Lager mit zugehörigen Zapfen, und liegt schon hierin ein Beweis für seine Wichtigkeit. In der Tat hängt von der Lagerung der Wellen und Zapfen zum guten Teil die Ökonomie nicht nur der Triebwerksanlage, sondern auch des gesamten Maschinenbetriebes ab, denn an jeder Maschine finden wir Lager, in denen sich Wellen und Zapfen bewegen.

Ein gutes Lager soll folgenden Ansprüchen genügen:

1.    Der Zapfen soll der ganzen Länge nach und im größten Teil seines Umfanges anliegen.

2.    Der Spielraum zwischen Zapfen und Pfanne soll möglichst klein sei» bezw. nur so groß, daß Schmiermaterial zlvischentreten kann.

3.    Die Abnutzung durch Reibung muß durch richtige Zuführung von Schmiermaterial verhindert werden.

4.    Die erforderliche Schmierung muß während der Zapfenbewegung zuverlässig wirken. So oft und so lange der Zapfen stillsteht, muß auch die Schmierzufuhr ruhen.

5.    Das Schmiermaterial darf, nachdem es in den Laufflächen gewirkt hat, nicht verloren gehen oder gar die Umgebung verunreinigen; es muß sich vielmehr in besonderen Kammern zum Zwecke weiterer Verwendung aufspeichern.

6.    Die Bewartuug eines Lagers darf weder viel kosten, noch besondere Getvissenhaftigkeit oder Tüchtigkeit des Wärters erfordern.

7.    Man muß sich jederzeit leicht überzeugen können, daß das Lager sich in geordnetem Zustande befindet.

Bei der großen Zahl von Lagern, die in der Praxis Verwendung finden, können wir uns hier nur auf die Besprechung einiger markanter Typen beschränken, doch tverdcn diese genügen, um ein Bild der Eigenart dieser Konstruktionen zu geben.

X.

Die Ttehlager.

Wie schon die Bezeichnung sagt, stehen diese Lager auf einer feste» Unterlage und sind dazu bestimmt, horizontal liegende Wellen zu tragen und ihnen eine sichere, möglichst widerstandslose Unterstützung z» geben.

Das einfachste Element dieser Gattung ist das in Fig. 258 gezeichnete Froschlager. Diese kleinen Lagerböckchen werden ans Schmiede- oder Gußeisen hergestellt und erhalten eine Bohrung, welche dem Durchmesser des Zapfens oder der Welle entspricht, die sie unterstützen sollen. Sie können

selbstredend für schnellaufende Wellen und stark belastete Zapfen nicht angewendet werden, bieten aber bei vielen einfachen mechanischen Vorrichtungen eine ganz zweckmäßige Unterstützung für Wellen und Zapfen mit mäßiger Bewegung und geringen Kraftäußerungen. Die Schmierung erfolgt durch ein im Scheitel eingebohrtes Schmierloch und aufgesetztes Schmiergefäß für Öl.

Brt rLMtzi

Sa

Ei

Lager, welche stärkerer Abnutzung unterliegen, müssen in den der Abnutzung unterliegenden Flächen auswechselbar sein und dementsprechend Metallbüchsen oder Schalen erhalten, die einerseits die Reibung möglichst vermindern und anderseits eventuell auch nachstellbar sind. Dies ist bei den eigentlichen Stehlagern allgemein der Fall.

Fig. 258.

Die einfachsten Stehlager für Triebwerke sind die geschlossenen Stehlager mit Kugelbewegung und gußeisernen Lagerschalen sFig. 259 u. 260). Man nennt sie wohl auch Sellerslager, und sind dieselben mit einem Kugelgelenk

->s-

L_.

b—

Fig. 259 und 260.

ausgestattet; die Lagerschalen liegen oben und unten in Kugelflächen an und können sich allen Wellenlagen anpassen. Die Schalen sind zugleich auch sehr lang, so daß ein sehr geringer Druck auf die Flächeneinheit entfällt und die Schmiere sehr lange zwischen den Laufflächen verbleibt. Die Zuführung der Schmiere geschieht mittels Selbstöler oder Starrschmier-Büchsen, in neuerer Zeit fast ausschließlich durch Ringe.

Der Mittelpunkt des Lagers kann bei dieser Konstruktion nur wagerecht verstellt werden. Bis 65 mm Bohrung haben die Lagerschalen zwei, von 70

l!

-*Sr

fish

•"t-ö

ERt

Bohrungen aber vier Kngelslächen. Die Dimensionen der Lager sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.

Dimensionen nnb Gewichte der einfachen Sellerslager. (Fig. 259 und 260.)

Bohrung Länge

des

der

Lagers Schale

Lager

höhe

Lauge

Fußplatte

Breite

Lagerfußschrauben

Stärke Entfg. Dchni.

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg*

25

48

160

65

20

115

13

30—35

40—45

55

75

190

220

75

90

23

25

13

13

« lO C5

50—55

60—65

70—80

■'S 1 «■ «

82

95

110

260

105

30

200

16

14

310

125

35

230

20

23

350

140

40

260

23

38

85—95

100—110

115—130

c: '’ti'

125

400

165

50

300

26

58

=§

>-

140

160

450

190

50

340

29

88

516

220

62

396

32

144

Mit Rücksicht auf den großen Ölverbrauch und die erschwerte Kontrolle der Schmierung ist man von diesen mit Schmiergefäß arbeitenden Lagern mehr und mehr abgekommen und verwendet lieber Lager mit Ringschmierung. Ein solches Lager ist das in Fig. 261 und 262 dargestellte Bamag-Spar-

AM

Fig. 262.

lager. Es ist als geschlossenes Stehlager ausgebildet und hat in der gußeisernen Lagerschale entsprechende Aussparungen für zwei Schmierringe, die aus Fig. 265 ersichtlich sind. Über die Abmessungen und Gewichte dieser Lager gibt die folgende Tabelle Aufschluß:

Bohrung

des

Länge

der

Lager-

Fußplatte

Lagerfußschrauben

Lagers

Schale

höhe

Länge

Breite

Stärke

Entfg.

Dchm.

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

30—35

40—45

150

200

80

90

190

220

75

90

23

25

140

166

13

13

12

50-55

60—65

240

280

100

260

105

30

200

16

18

110

310

125

35

230

20

27

70—80

85—95

330

130

350

140

40

260

23

43

390

150

400

165

50

300

26

67

100—110

115—130

460

520

180

200

450

190

50

340

29

98

516

220

62

396

32

152

Dimensionen und Gewichte der offenen Stehlager. (Fig. 263.)

Bohrung Länge

Fußplatte

des

der

Lagers Schale

Lagerhöhe Länge Breite Stärke

Lagerfußschrauben

Entfernung

Ge-

Durch-Messer wicht

mm

mm

mm

mm

mm • mm

mm

mm

mm

kg

40-45    200    160

50—55    240    175

270

315

90

25

105

30

o *a

tO t-

60

70

13

16

15

22

60-65

70-80

280 205 330 240

380

445

125

140

35

40

215

255

85

20

33

100

23

52

85—95 390 275 100—110 460 310

510

570

165

190

50

50

295

340

115

130

26

29

77

115

atn_jr____

T<J;

Zum Unterschied von den geschlossenen Stehlagern baut man auch offene Stehlager mit kurzer oder langer Lauffläche (Fig. 263). Auch diese beiden Lager sind mit Kugelbewegung der gußeisernen Lagerschalen und Ringschmierung eingerichtet und sind im Mittelpunkt nach jeder Richtung hin verstellbar, so daß man bei der Montage die Wellenflucht auf das Genauste aus- l richten kann. Die Dimensionen

U-b-*'

und Gewichte gibt die obige Ta- j*_

belle an.

Man verwendet diese Lager mit gutem Vorteil in nicht zu schweren Betrieben, in denen hohe Umdrehungszahlen und geringe Riemenzüge in Frage kommen. Infolge der Kugelbewegung können sich die Lagerschalen allen Wellenlagen leicht anpassen; auch lassen sich diese Lager durch ihre handliche Stell-barkeit bequem einbauen.

Die Ringschmierung bedarf noch einer näheren Erklärung, und dienen hierzu die beiden Skizzen Fig. 264 und 265. Der Lagerschalen-Körper ist für diese Art der Schmierung zu einem großen Ölgefäß erweitert, welches soweit

Fig. 264.

Fig. 265.

mit Öl gefüllt ist, daß der untere Teil der Schmierringe immer tut Öl hängt. Die Ringe hängen lose auf der Welle und umfassen mit ihrem inneren Durchmesser die Welle und die untere Lagerschale. Durch die Drehbewegung der Welle werden auch die lose auf ihr hängenden Ringe in eine langsame Drehbewegung versetzt und führen hierdurch das an ihnen haftende Öl auf die Welle.

Durch Schmiernuten, die in geeigneter Weise über die Innenflächen der Lagerschalen geführt sind, wird das. Öl über die ganze Lagerstelle gleichmäßig verteilt und tropft schließlich bei feinem Austritt aus der unteren Lagerschalenhülse in den Ölbehälter ab, aus dem es ununterbrochen durch die Ringe der Welle zugeführt wird.

Infolge der eigenartigen Formgebung der Lagerschale ist das Lager selbstdichtend und läßt weder durch Teilfugen, noch an den Enden Öl heraustreten, ohne daß es nötig ist, besondere Dichtungsmittel anzuwenden oder Abstreich-bezw. Abschleudervorrichtungen anzubringen

Das Festlegen der Wellen bei diesem Lager kann nicht, wie bei den gewöhnlichen Lagern, durch Stellringe geschehen, sondern es muß der Sitz des Lagers durch Bunde, die auf der Welle aufgeschweißt sind, gesichert sein.

Bei den Sparlagern mit beweglichen Schalen nach Selkers wird zu diesem Zwecke in der Mitte der Lager eine Nut für den Bund eingedreht, und hat letzterer die in Fig. 209 angegebene Form bezw. Dimensionen. Die Bunde bei den Sparlagern mit festen Schalen kommen an die Stirnflächen der letzteren zu liegen und werden, wie Fig. 210 veranschaulicht, von den am Lagerkörper sitzenden Ölfängern umfaßt.

Auch das in Fig. 266/67 dargestellte Kammlager ist ein Bamag-Spar-lager, hat aber herausnehmbare Weißmetall- oder Rotgußschalen, entsprechend

4;

Fig. 266/67.

den stärkeren Beanspruchungen, denen diese Lager ausgesetzt sind. Die Dimensionen und Gewichte dieser Lager gibt die nachstehende Tabelle an.

Dimensionen und Gewichte der Kammlager. (Fig. 266/67.)

Bohrung

Länge

des

der

des

Lagers

Schale

Kör

pers

Lager

höhe

Fußplatte

Lagerfußschrauben

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Durch

messer

Ge-

wicht

kg

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

50-55

60-65

70—80

160

210

82

260

105

30

200

60

16

23

190

220

240

276

95

110

310

350

125

140

35

40

230

260

67

72

16

35

20

56

85—95

100-110

115—130

255

315

125

400

165

50

300

90

23

84

300

370

140

450

190

50

340

90

26

120

350

430

170

510

220

62

400

110

29

175

135—160 165 — 190 195—220

410

480

560

500

200

580

250

72

460

140

32

285

580

670

235

680

280

85

550

150

39

455

270

790

320

93

630

170

42

690

Bei Anlagen, für die sich Lager mit Ningschmierung weniger gut eignen, werden andere Typen gebaut, mit Fett oder Öl-(Filz-)Schmierung.

Diese Spezial-Lager sind kräftig konstruiert, so daß sie sich auch für die schwersten Betriebe bewährt haben. Die Schalen sind mit den beiden Lagerteilen voll aus einem Stück gegossen und werden mit einer Legierung aus Weißmetall ausgefüttert; die Wellen sind daher sehr fest gelagert.

Gegen seitliches Verschieben werden sie durch einen oder mehrere Bunde, für die entsprechende Nuten in die Lagerschalen eingedreht werden, geschützt, oder man wendet Stellringe an.

Die Spezial-Lager mit festen Weißmetallschalen sind für alle Betriebe, in denen sich eine gewisse Staubentwicklung geltend macht, besonders gut geeignet. Infolge ihrer Bauart sind sie besser als die Ringschmierlager gegen das Eintreten des schädlichen Staubes in das Gehäuse resp. gegen das Ansetzen desselben an Schalen und Welle geschützt und mithin einem vorzeitigen Verschleiß durch Schmutzteile nicht unterworfen. Sie empfehlen sich namentlich in Zementfabriken, Kalk- und Tonwerken, Schotteranlagen usw.

Ferner sind die Spezial-Lager geeignet für Wellen mit sehr geringer Tourenzahl, da sie infolge ihrer Bauart auch noch bei ganz langsamem Lauf der Zapfen eine gute Schmierung gewährleisten, während Ringschmierung in diesem Falle mangelhaft wirken oder ganz versagen kann.

fglUi

WW

Slfl- 268.

Der Ölbehälter ist in den Unterteil des Lagers eingegossen. In entsprechende Schlitze der Schalenwandungen werden Filzstreifen gelegt, die sich mit Öl vollsaugen. Da die rotierende Welle ständig gegen diese streift, so wird hierdurch eine reichliche, stets gleichmäßige Schmierung erreicht. Sind die filterartig wirkenden Filzstreifen verschmutzt, so können sie leicht und schnell durch neue ausgewechselt werden.

Auch die großen Stehlager (Fig. 268) versieht man nicht mit Ringschmierung, sondern gibt ihnen Selbstöler und auswechselbare Metall-Lager-schalen aus Weißmetall oder Rotguß. Diese Lager eignen sich für schwere Antriebswellen, weil die Lagerschalen im Rumpfe mit großen Flächen fest aufliegen.

Der Mittelpunkt des Lagers ist nur horizontal verstellbar und müssen beim Einbau der Lager in das Triebwerk die Wellen eingeschabt werden.

2.

Die Hängelager.

Bei dem Prinzip, die Betriebsräume unten möglichst für die Aufstellung der Arbeitsmaschinen auszunutzen, bringt man das Triebwerk zum Antrieb der Maschinen mit Vorliebe an der Decke des Betriebsraumes au, wenn keine Säulen vorhanden sind, an denen man auf Konsollagern die Wellen durch die Räume führen kann.

7/

B:B

Hj

Fig. 269/70.

Bohrung

des

Länge

der

Lager-

Fußplatte

Lagerfußschrauben

Lagers

Schale

höhe

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Dchm.

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

100—110

115—130

130

450

170

50

360

90

23

75

135—160

165—190

195—220 225 -240

®f§

150

180

210

280

320

540

650

780

1000

1120

190

240

280

360

400

55

70

85

110

120

430

530

640

810

900

100

120

150

200

230

26

32

39

45

51

106

190

350

600

370

Sie werden int eigentlichen Lagerkörper, also in der Lagerung, ebenso gestaltet wie die Stehlager, und nur die Unterstützung des Lagerkörpers ist der Situation entsprechend anders. Die Sohlplatte muß an der Decke befestigt werden und muß deshalb das Lager mittels angegossener Hängearme unterstützt sein, wie dies bei dem in Fig. 269/70 abgebildeten geschlossenen Hängelager (Bamag-Sparlager) mit Ringschmierung der Fall ist. Die innere Einrichtung des Lagerkörpers ist genau dieselbe wie bei dem Stehlager Fig. 261.

Bohrung

des

Länge

der

Lagers

Schale

Aus

ladung

Fußplatte

Länge

Breite

Befestigungsschrauben

Stärke Entfernung

Zahl

Durch-

messer

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

250    380

300    405

110

22    300

115

22

320

350

430

120

22

340

tO tO tO

40-45

200

400

455

125

23

360

450

480

130

23

380

500

505

135

24

400

300

430

125

23

340

350

455

130

23

360

400    480

135

24

380

tO to rs

450

505

140

24

400

50—55

240

500

530

145

25

420

550

555

150

25

440

CM (N CM

600

580

155

26

460

650

605

160

26

480

700

630

165

27

500

<M <M (M

300

470

140    24

370

350

495

145

25

390

400

520

150

25

410

450

545

155

26

430

60-65

280

500

570

160

27

450

550

595

165

27

470

CM CM CM <M CM <M

600

630

170

28

500

650

655

175

28

520

700

680

180

29

540

CM CM CM

350

400

530

555

170

175

27

28

420

440

450

580

180

28

460

500

605

185

29

480

70—80

330

550

635

190

29

505

600

665

195

30

530

to to to

650

695

200

30

555

700

725

220

30

580

110

800

785

230

31

630

120

350

535

210

29

425

100

400

565

215

29

450

105

| 450

595

220 j 30

4 75

110

Timensions- und Gewichtstabelle der geschlossenen Hängelager.

(Fortsetzung.)

Bohrung Länge

des

Lagers Schale

Aus- __

Cl ladung Länge

Fußplatte

Breite

Befestigungsschrauben

Stärke Entfernung

Ge-

Zahl

Durch-meffcr wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm mm

mm

mm

kg

225

230

235

30    500

31    525

115

120

31

550

125

23 100 26    105

26 110

650 715 700 745 800 805

240

245

255

32 575 32 600

130

135

33

650

145

26    115

26 121 26    133

400 605 450 635 500 665

250

255

260

135

140

145

29

29

29    146

550    695

265

100—110    460    600

650

725

755

270

275

150

155

160

29    152

32 158 32 164

700 785 750 815 800 845

280

285

290

165

170

175

Das offene Hängelager Fig. 271, Bauart B.-A. M.-A.-G. Dessau, findet in allen Betrieben Verwendung, bei denen starke seitlich wirkende Riemenzüge in den Transmissionen nicht vorkommen. Ein weiterer Vorteil ist der, daß man Wellen mit fest aufgezogenen Kuppelungen auf diese Lager anstandslos montieren kann, was bei geschlossenen Lagern nicht möglich ist. Die Ausladung richtet sich nach den Radien der auf den Wellen montierten Scheiben.

Hat man nun bei einer Transmission starken seitlichen Riemenzug und Wellen mit fest aufgezogenen Kuppelungen und Scheiben zu montieren, so wählt man offene Hängelager mit Stangenschluß, die ein geschlossenes Lager ersetzen und die gleichen Vorteile des offenen Hängelagers bieten. Der Verschluß besteht aus einem Bolzen, der im oberen Teil des Hängelagers mit 2 Stiften befestigt ist, die eingeschlagen werden, sobald die Welle eingelegt und ausgerichtet ist. Das andere Bolzenende ist mit Gewinde versehen, welches aus dem Lagerunterteil vorsteht und wird letzteres auf dem Bolzen mittelst zweier Muttern nach oben fest angezogen.

Zur Befestigung an Trägerflanschen baut man noch besondere Konsol-Hängelager, deren Sohlplatte sich den Trägerformen anpaßt. Im übrigen zeigen die Lager dieselbe Einrichtung wie die bereits besprochenen.

Die Vorgelege-Hängelager Fig. 272/73 sind offene Hängelager, haben aber an dem Lagerkörper Ansätze nnd Führungslöcher, die das Anbringen

‘ .

:.>jf

Fig. 271.

des Riemenausrückers erleichtern, welcher meist durch Hebelübersetzung und Kettenzug von unten betätigt wird.

S'

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ii

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Nf-- -

i--

Fig. 272/73.

Bei großen Ausladungen müssen Speziallager benutzt werden, denen man eine den örtlichen Verhältnissen entsprechende Form gibt.. Der Lagerkörper wird für Ringschmierung eingerichtet und die Schale in Kugelflächen axial verstellbar gelagert.

Bohrung Länge

Fußplatte

des

der

Lagers Schale

Aus- _

ladung Länge Breite

Befestigungs

schrauben

Stärke

Ge-

Entfg. Durchm. wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

30—35

150

250

300

360

380

100

105

20

21

285

300

16

20

33

35

40—45

200

250

380

110

22

300

20

49

300

405

115

22

320

20

51

50—55

240

350

455

130

23

400

480

135

24

g O*

20

23

70

74

60—65

280

400

150

25

410

26

98

500

160

27

450

29

110

Dimensionen der verstellbaren Spezial-Hängelager. (Fig. 274/75.)

Lager-

bohrung

Aus

ladung

Ge-

Fußplatte

Befestigungsschrauben

häuse

länge

Länge Breite Stärke

Entfernung Durch-__L-- messer

Ge

An-

wicht

zahl

mm

mm

mm

mm mm

mm

mm

mm

mm

kg

40—45

380    210    420    150

20

340

90

30

50—55

380    230

470    230

500 180    23

500 180    23

420

104

44

420

104

55

60—65

460    250    550    190

25    450

104

72

70—75

475 270 510 270 540 270

570 200 570 200 570 200

32 460 32 460

112

112

32

460

112

78

85

94

80—85

510    290

540    290

570    220

570    220

32 460 32 460

120

120

107

118

90—95

540    310    640    240

40

520

132

144

100—105

540    330    660    250    40

520

150

163

110—115

540    350    660    250

40

520

150

187

Die Firma G. Luther in Braunschweig baut z. B. das in Fig. 274/75 abgebildete allseitig verstellbare Spezial-Hängelager mit Fettschmierung. Hier ist die untere Schale im festen Gehäuseteil in zwei Zapfen drehbar gelagert, so daß sich das Lager kleinen Abweichungen in der Wellenflucht anpassen

kann. Der Lagerkörper hat die Form einer nach unten offenen Gabel erhalten, die an einer starken Schraubenspindel sitzt. Das Muttergewinde ist in dem

_o_

ct

1872

Hdr-

Fig. 274/75.

Bügel am Lagerfuß eingeschnitten, und wird die eingestellte Lagerhöhe durch doppelte Gegenmuttern festgehalten. Das Lager wird in den Abmessungen hergestellt, die in der Tabelle auf Seite 347 angegeben sind.

5.

Die Aonsollager.

Konsollager finden Verwendung, wenn ein Wellenstrang an einer Mauer oder an Säulen entlang zu führen ist. Man bevorzugt auch hier wieder die offenen Wand-Konsollager (Fig. 276), weil bei ihnen die Montage

71,1

>•

Fig. 276.

überaus bequem durchzuführen ist und Wellen mit fest aufgezogenen Kuppelungen und Scheiben Verwendung finden können. Die Konstruktion der Lagerkörper ist dieselbe wie bei f den offenen Hänge- und Stehlagern; die Ausbildung des Wandkonsols ist aus der Figur 276 zu ersehen; einige Abmessungen und Gewichte dieser Lager sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.

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b—*

4. .

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- C3

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1;

L-

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Fig. 277 und 278.

Offene Wand-Konsollager. (Mg. 276.)

Bohrung

des

Länge

Aus-

Wandplatte

Wandanker

der

la-

Lagers

Schale

düng

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Durch-

niesser

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

250

500

400

185

23

28

300

520

420

195

23

30

50—55

240

350

540

140

28

440

400

560

460

450

580

480

205

215

225

23

23

23

32

34

36

300

570

470

220

26

39

60—65

280

350

590

400

610

160

30

490

230

26

41

510

240

29

43

450

630

530

250

29

45

400

700

' 560

265

32

64

70-80

330

450

730

180

33

590

280

32

67

500

760

620

295

32

70

400

790

630

300

35

97

85—95

390

450

820

200

38

660

315

35

101

500

850

690

330

35

105

400

890

710

335

39

134

100—110

460

450

920

220

40

710

350

39

139

500

950

770

365

39

144

Die offenen Säulen-Konsollager Fig. 277/278 finden in Shedbauten und Montagehallen Verwendung, wo die Transmissionen an den den Bau

tragenden Säulen entlang geführt werden müssen. Ihre kurz gedrängte Form gestaltet es, mit der Welle möglichst nahe an die Säulen heranzugehen und die Last günstig auf diese zu verteilen. Die Konstruktion ist aus den Figuren ersichtlich, und über ihre Abmessungen, wie sie die B.-A. M.-A.-G. Dessau baut, gibt die Tabelle Aufschluß.

Tabelle der offenen Säulen-Konsollager. (Fig. 277/78.)

Bohrung

des

Länge

der

Lagers

Schale

Aus

ladung

Befestigungsplatte

Länge

Breite

Stärke

Befestigungsschrauben

Entfernung

Durch-

messer

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

40—45

50—55

200

240

60—65

70—80

280

330

O IO So

430

490

550

630

130

140

150

160

23

28

30

32

350 160 390 180

450 210 510 240

17

24

32

46

85—95

100—110

390

180

700

170

37

570

270

72

460

180

790

180

38

640

300

98

In Vielen Fällen sieht man aber von der Verwendung der Konsollager ab und ersetzt sie zweckmäßig durch Konsole, aus die man einfache Stehlager aufsetzt. In gleicher Weise ersetzt man die Hängelager durch Hängeböcke und Stehlager. Die diesbezüglichen Konstruktionen werden weiter hinten in dem Abschnitt „Lagerstühle" besprochen.

Die Fusslager.

Die Fuß- oder Spurlager dienen zur Unterstützung vertikal stehender Wellen und zeigt Fig. 279 eine Konstruktion dieser Lager. Bei ihnen wird der axiale Druck von besonderen flachen oder kugelförmigen Laufflächen (Spuren) ausgenommen (siehe Fig. 279), die aus Stahl hergestellt und sowohl in den Zapfen, als auch in die Lager eingesetzt werden. Der Seitendruck wirkt auf Rotguß- oder Gußeisenschaleu, die möglichst sicher geführt sein sollen.

. Die Stahl-Spurplatten werden gehärtet, und müssen dieselben gegen Drehen int Lager durch Stiftschrauben oder Nasen gesichert werden. Die Schmierung muß sehr reichlich sein, und ist für guten Zu- und Abfluß des Schmieröls zu sorgen. Man versieht deshalb die Laufflächen mit 3—4 Ölnuten, doch dürfen in der Mitte die Laufflächen nicht ant Lagerkörper aufliegen.

Die untere Spursläche wird oft abgerundet, damit die Spur bei

etwaigen Verschiebungen der Welle oder folgen kann (siehe Spurzapfen).

Die Konstruktion des Lagers erklärt sich aus der Abbildung 279, und seine Abmessungen sind in

des Lagers diesen Abweichungen

/>!

der folgenden Tabelle fTiTI ^ /rffpiy ? für verschiedene Wel- \    \

lendurchmesser ange- ; geben. Als Bezugs- ! einheit für die Ab- !«- -

k-

■i

ix = 10 + 1,15 d zugrunde gelegt.

Bewährte Lagermetall-Kompositionen sind durch folgende Zusammensetzungen zu erzielen.

Weißmetall: 8 Teile Kupfer, 80 Teile Zinn, 12 Teile Antimon

82,2 „

Rotguß: 83 Teile Kupfer, 4 Teile Zink, 9 Teile Zinn, 4 Teile Blei 83    ..

(Tabelle über Dimensionen von Fußlagern siehe Seite 352.)

5,6    „

-T

■M

— -t* —-

Fig. 279.

„ 11,2 „

1,5

,,    0,5    „

5,

Die Rollen- uub Augellager.

Wir haben schon bei den vorher besprochenen Lagern gesehen, daß man bestrebt ist, in ihnen die Reibungswiderstände dadurch möglichst zu verringern, daß man für ausreichende Schmierung der aufeinander reibenden Flächen sorgt und die Lager so ausgestaltet, daß die Schalen sich kleinen Abweichungen von der genauen Richtungslage der Wellen selbsttätig durch die Kugellagerung der Schalen anpassen.

Trotzdem sind aber die Reibungswiderstände in den Lagern und durch sie Kraftverluste nicht zu vernieideu, nian nimmt deshalb in neuester Zeit immer mehr zu anderen Lagerkonstruktionen Zuflucht, welche die aufeinander reibenden Flächen auf ein Minimum verringern und die gleitende Reibung in eine rollende verwandeln, die wesentlich geringere Widerstände bietet. Dies ist namentlich bei schnellaufenden Zapfen und Wellen sehr nötig, und hier finden diese Lager auch bereits ausgedehnte Verwendung.

Ot

05

bv

Nr.

110

100

Cß CO GO GC -1    -1 Ci g CJ» g    g W g

9 9iU

125

119,25

107,75

113/5

102

96,25

84,75

~9Ö/T

79

73,25

67/5

61,75

56

9^09

44,5

d, = 10 + 11,5 d

130

115

105

94

82

70

58

48

ö'S

'S II

ro

GO

C5

O)

cf= 0/075

ES

CO

r — nij = 0/15

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05

SS

s — 0/2

bv

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bö

05

b3

SS

05

bv

St = 0/22

05

bS

bv

a = 0,25

05

CO

05

Oi

00

bv

bv

00

bv

00

f = w — 0/3

05

05

05

bv

CO

bv

n₁ = qt — i-= 0/35

ca

bv

05

CO

05

05

bv

GO

bv

05

1 = 0,4

Ci

CO

OX

bv

to

oo

ca

05

bv

bv

Ci

fi = q₂ = in = 0/45

er

72

63

58

52

45

38

32

26

0/55

r--

90

80

74

99

58

50

40

35

Pi

0,7

er

rt

100

86

80

70

60

53

45

35

0/75

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116

104

95

85

74

63

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44

0,9

124

110

100

90

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99

55

45

0/95

150 155 162 180 195 202 235¹

130 140 145 160 175|178!210

120 125 130 145 160 163 190

105 115 118 130 140:146 170

90 100 102 115 125 127 150

78 85 87 100 105 108 125

64    70    72    80    86 j 90 105

55    58    60I 70    72I 74    85

e = 1/15

Ol

1,2

Ii = 1/25

S = 1/4

1/5

1,55

1,8

rr

er

C»

rr

cs»

r>

260

230

210

188

164

140

116

96

03

275

240

220

198

172

147

123

001

Lr = 2/1

3051390

270

245

220

195

165

135

115

P = 2/35

345

315

282

246

210

174

144

Sj = 3

435!470!585

385

415

520

350

380

475

315

340

425

275

295

370

235

250

315

195

210

160

170

Lo = 3,35

Q = 3,6

6501715

575 635

525 575

470

410

350

[515

450

1385

260(290 320

215 240 265

R = 4/5 S₂ = 5

T = 5/5

Soll eine auf einer anderen gleitende Fläche, gleichviel ob sie eben oder zylindrisch ist, anstatt gleiten rollen, so muß natürlich jede der beiden aufeinander gleitenden Flächen um eine eigene Achse rotieren, so daß sich eine auf der anderen abrollt und rollende Reibung erzeugt. Es müssen mithin Stelle der glatt ausgebohrten Lagerschalenfläche den Zapfen führende Rotationskörper treten. Diese erhält man in Gestalt kleiner Rollen oder Kugeln, und nach ihnen erhält man wieder zwei gesonderte Lagerkonstruktionen, die Rollen -und Kugellager.

au

a) Die Rollenlager.

Diese Lager sind in Amerika aufgekommen und von unserer Industrie vor zirka zehn Jahren in die Fabrikation mit aufgenommen worden. Das Prinzip der Rollenlager kommt durch Fig. 280 zur Anschauung. Man legt an Stelle der Lagerschalen um die Wellen oder Zapfen^V einenKranz kleinerRollen, die in ihrer Länge L der Länge der Lagerstelle entsprechen und auf dem Umfang der Welle W aufliegen.

Sie berühren also den Umfang nur in einer Linie. Während sonst der ganze Wellen-umfang, also die ganze Zapfenfläche, an der Reibung teilnimmt, ist bei den Rollenlagern die Reibungsfläche bereits auf einen ganz geringen Teil des Zapfenumfanges vermindert und die Führung des Zapfens demnach eine absolut sichere. Die Unterbringung der Rollen im Lagergehüuse ist aber mit manchen Umständlichkeiten der Konstruktion des Lagerkörpers verbunden, und liegt es wohl hieran, daß man sie seltener in Anwendung findet.

In Fig. 281 ist z. B. ein Rollenlager in seine einzelnen Teile zerlegt dargestellt, wie es die Firma Arthur Koppel für ihre Feldbahnwagen zur Anwendung bringt. Dieses Lager ist sehr einfach ausgestaltet und besteht aus einem hinten offenen Gußgehäuse, in das die zwölf Rollen eingelegt und durch eine Verschlußplatte und Schließstift festgehalten werden. In die Rollen sind an beiden Enden Nuten eingedreht, in die sich ein gemeinsamer Führungsring einlegt, der ihre Lage zu dem Zapfen sichert.

DieSchmierung geschieht mit Öl IfEfloM: und Graphit.

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Fig. 280.

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Fig. 281.

Eine eigenartige Lagerung auf Rollen, wie sie bei schwingenden Hebelzapfen an Spinnmaschinen angewendet wird, zeigt Fig. 282.

Bei der Herstellung der Rollenlager ist es vor allen Dingen nötig, daß die Rollen in ihrem Durchmesser gleich groß und auf mindestens 0,01 mm

Fig. 282.

genau hergestellt sind und gleichmäßige v Glasharte erhalten. Auch muß die gegen-||X seitige Reibung der Rollen aufeinander ■T »ach Möglichkeit vermieden oder doch ver-A mindert werden, was dadurch geschieht, daß ' man sie in entsprechenden Ringen führt oder - durch im Durchmesser kleinere Zwischenrollen ihre Reibungsflächen beschränkt. Jedenfalls haben sie nicht die Bedeutung gewonnen, die die Kugellager bereits heute unstreitig besitzen.

b) Die Kugellager.

Wie bedeutungsvoll die Einführung der Kugellager für die gesamte Industrie ist, beweist schon der Umstand, daß sich Spezialfabriken gebildet haben, welche einzig und allein diesen Artikel in allen möglichen Variationen und in großer Vollendung ausführen und sich mit Erfolg auf dem Markte behaupten.

Das Kugellager ist schon lange Jahre bekannt und zuerst in der Fahrradindustrie eingeführt worden, wo es große Erfolge zu verzeichnen hatte. Durch diese Erfolge fanden sich die Konstrukteure veranlaßt, die gute Wirkung der Kugellagerung auch auf andere Lager zu übertragen, doch beging man hierbei den Fehler, die Lager für größere Beanspruchungen zu schwach zu bauen und die Kugeln zu klein zu wählen, so daß damit keine guten Erfolge erzielt werden konnten.

Durch viele Versuche und die im Laufe der Zeit gesammelte praktische Erfahrung ist man heute im Bau der Kugellager auf einer Höhe und Vollkommenheit angelangt, die imstande ist, allen Anforderungen zu genügen und durch die Kugellager eine nachweisbare Kraft- und Ölersparnis von 30—40°/o zu garantieren.

Es muß aber auch hier ganz besonders betont werden, daß nur mit dem Prinzip der größten Präzision und unter Benutzung der besten Arbeitsmaschinen Kugellager zu schaffen sind, die diesen Leistungen entsprechen. Die gehärteten Stahlkugeln müssen, wie die Rollen, äußerst genau in Durchmesser und Härte übereinstimmen, damit keine ungleiche Abnutzung und Lagerung der Zapfen eintritt.

Seitdem es gelungen ist, durch Wahl geeigneten Materials und Einhaltung entsprechender Herstellungsverfahren die Kugeln und Laufringe der Kugellager mit glasharter Oberfläche bei zähem Kern herzustellen und auf Präzisionsmaschinen unter Prüfung durch empfindlichste Meßwerkzeuge auf

Für leichte Betriebe, speziell für Vorgelege und zur Lagerung glatter Wellenstränge, empfehlen sich leichte Kugel-Stehlager, Kugel-Hänge- und Wandkonsollager, während für schwere Betriebe, besonders Hauptantriebe, schwere Kugel-Stehlager in Frage kommen.

das genaueste zu bearbeiten, haben sich die Kugellager mit großem Erfolge eingeführt.

Leichte wie schwere Kugellaufringe bestehen aus zwei außen glasharten, innen weichen Ringen, die nach dem Härten auf das genaueste geschliffen werden und zwischen denen in Rillen Stahlkugeln laufen, welche gleichfalls bei zähem Kern glasharte Oberfläche besitzen. Um die gegenseitige Berührung dieser Kugeln und die damit verbundenen Reibungsverluste zu vermeiden, werden die Kugeln durch einen Führungskäsig voneinander getrennt gehalten, jedoch ohne dadurch die Anzahl der Kugeln im Ringe, die möglichst groß gehalten ist, wesentlich zu beeinträchtigen. Zur Befestigung der Kugellaufringe auf den Wellen benutzt man Spannhülsen, welche eine sichere Verbindung gewährleisten. Der äußere Ring wird genau in die Ausdrehungen der Lagerkörper eingepaßt.

Die nachstehend mitgeteilten Konstruktionen stammen aus den Prüzisions-Kugellager-Werken der Firma Fichtel ä Sachs in Schweinfurt und sind alle bereits in der Praxis erprobt.

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Fig. 283. Kugelkorb.

Fig. 284. Wabenring.

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Fig. 285. Montierter Laufring

b—H Fig. 286.

23*

Fig. 283 zeigt uns einen Kugelkorb, 284 einen Wabenring und 285 und 286 das zusammengesetzte Kugellager mit Wabenring.

Diese Laufringlager sind für verschiedene Belastungen und Tourenzahlen normiert (siehe Tabellen) und bestehen also aus zwei Ringen, zwischen denen der Kugelkorb oder Wabenring mit den Kugeln eingebaut ist.

Laufringlager mit Spannhülsen werden bei Transmissionen und anderen langen Wellen strängen verwendet. Dieselben können leicht auf solche ungleich starke. Wellen gebracht werden und ist dann die Spannhülsenmutter so stark anzuziehen, wie es nur irgend mit dem Spannschlüssel möglich ist.

Das in Fig. 287 dargestellte doppelreihige Laufringshstem wird für Spezialzwecke ausgeführt und das doppelreihige Schräglager Fig. 288 ist namentlich für Wellen und Zapfen mit radialer und axialer Beanspruchung geeignet.'

Belastungs-Tabelle.

P — Belastung bei Ausstattung des Kugellagers mit Kugelkorb,

Pi =

//

//

//

//

//

„ Wabenring.

Bezeichnung

Höchstzulässige stoßfreie Belastung in kg

und

Nr.

Umdrehungen pro Minute

1200

Pi

800

Pi

500

P | Pi

200

Pi

20

80

110

120

150

140

180

ISO

210

25

90

125

130

180

160

210

200

250

30

130

170

180

230

200

280

300

330

35

180

220

250

300

300

400

350

450

40

200

250

300

350

350

450

420

500

45

230

280

320

400

400

500

480

600

50

250

320

350

450

450

550

500

650

55

280

380

400

550

500

600

580

750

60

400

500

500

700

600

800

700

1000

65

450

600

600

800

700

1000

900

1200

70

500

650

700

900

800

1100

1000

1300

75

550

700

800

1000

900

1200

1100

80

650

750

900

1100

1100

1300    1300

1400

1500

85

750

900

1000

1300

1300

1600

1500

1800

90

900

1100

1200

1500

1500

1800

1800

2100

95

1000

100

1200

1250

1400

1400

1600

1800

2000

1800

2200

2100

2600

2000

2400

2400

2800

105

1400

1600

110

1600 1800

1800

2200

2300

2700

2200

2600

2700

3200

2800

3200

3300

3800

",

In

ran—p

Fig. 287.

Matz-Tabelle.

n ----- Kugelanzahl bei Ausstattung des Kugellagers mit Kugelkorb, nl =

//

//

//

„ Wabenring.

Bezeichnung

und

Nr.

Äußerer

Durch

messer

Innerer

Durch

messer

Breite    Adder    rundungs-    Kugel-Anzahl

Ringe    radius

Kugel-

Durchm.

in

dl

ii

nl

engl. Zoll

20

47

20

25

52

25

30

62

30

35

72

35

40

80

40

45

85

45

50

90

50

55

100

55

60

110

60

65

120

65

70

125

70

75

130

75

80

140

80

85

150

85

90

160

90

95

170

95

100

180

100

105

190

105

110

200

110

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xC^ iO^ xC^ ist

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is¥ ^ -----    S⁵

Flg. 288.

Eine andere Ausführungsform in Gestalt 3 teiliger Laufringe zeigt Fig. 289 und 290, deren Belastungen und Dimensionen aus den beiden folgenden Tabellen zu ersehen sind.

Belastungs-Tabelle.

Höchstzulässige stoßfreie Belastung in kg

Nr.

Umdrehungen pro Minute

1500    1000

500

300

200

100

50

10

15

80

100

120

140

160

280

380

480

20

100

120

140

170

200

330

450

575

25

110

140

160

200

400

530

675

30

130

160

180

230

450

600

775

35

200

250

280

350

400

700

950

1200

40

220

260

300

380

430

750

1000

1300

45

300

360

400

520

580

1000

1300

1700

50

320

400

450

580

660

1200

1500

2000

55

420

520

580

750

850 *

1500

2000

2500

60

450

550

620

800

900

1600

2200

2800

65

575

720

70

600

760

800    1000

850    1100

1200

2000

2700

3500

1300

2100

2900

3600

75

640

800

80

675

850

900    1200

1000    1300

1400

2200

3000

3800

1500

2300

3200

4000

85

90

800    1000

950    1200

1200

1400

1400

1700

1600

2800

1900

3300

3800

4500

4800

5700

95

100

1100 1400 1900 1500

1600

1700

2000

2200

2300-

3800

5200

2400

4000

5500

6500

6900

rl

fl

rr

m,,

...........

upoa.

Mg. 289.

Matz-Tabelle.

Äujzerer Innerer Durch- Durchmesser Messer

Innerer

Durch

messer

d3

Ab-

dl

d2

Kugel-

R buZl- fU0t Durchradius Anzahl Messer

engl. Zoll

2 g SS SS SS SS

§ g 3 3 SS SS S “

2 g SS SS SS SS

16

21

26

32

37

42

47

52

57

62

24

26

33

38

44

49

55

60

65

70

16

16

16

18

21

21

25

25

28

28

25

30

35

40

50

50

60 1

65

70

1,5

75

1,5

65

100

65

67

75

32

70

103

70

72

80

80    1,5

32

85

1,5

75

110

75

77

85

32

90

1,5

80

115

80

82

90

35

95

1,5

85

125

85

88

97

90

132

90

93

103

38    105    1,5

39    110    1,5

95

140

95

98

109

100

148

100

103

118

41    115    1,5

42    120    1,5

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IW

Fig. 290.

Ein Steiliges Laufringlager ist in Fig. 291 und 292 dargestellt. Dasselbe hat 2 Kugelringe, die durch eine große Mittelscheibe voneinander getrennt sind. Die für diese Lager zulässigen stoßfreien Belastungen und Maße sind der nachstehenden Tabelle zu entnehmen.

Belastungs-Tabelle.

Nr.

Höchstzulässige stoßfreie Belastung in kg

1500    1000    500

Umdrehungen pro Minute

300

200

100

50

10

15

30

40

20

40

50

25

45

55

30

50

65

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to Ist © t>

55

65

110

150

190

70

80

90

80

90

100

130

150

180

180

230

210

240

270

310

35

80

100

40

90

110

45

120

145

50

130

160

55

170

210

60

180

220

65

230

290

70

240

300

75

250

320

80

270

340

85

320

400

90

380

480

95

440

560

100

480

600

105

520

640

110

560

680

115

600

760

120

640

800

125

680

880

130

760

960

140

840

1100

150

1100

1300

iHt-It-I N(NCOCOCO^^iQ500b.|>(X)05CJH51^

130

150

210

230

300

320

400

440

480

520

560

680

800

880

150

175

230

270

340

360

480

520

560

600

650

760

920

960

950 1000 1000 1100 1100 1200 1200 1300 1300 1400 1400 1600 1500 1700 1800 2100

280

300

400

480

600

640

800

840

880

900

1200

1300

1500

1600

1800

1900

2100

2200

2400

2700

2900

3600

380

400

520

600

800

880

1100

1200

1300

1400

1500

1800

2100

2200

2500

2600

2900

3000

3200

3700

4000

4800

480

520

680

800

1000

1100

1400

1500

1600

1700

1900

2300

2600

2800

3100

3300

3700

3800

4000

4800

5200

6000

Nr.

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

126

130

140

150

Mg- 291.

Matz-Tabelle.

Äußerer Äußerer Innerer Durch- Durch- Durch- Höhe messer Messer Messer

dl

d2

43

48

53

62

70

75

85

90

100

105

110

115

125

130

140

145

155

165

170

175

180

185

195

210

220

240

35

40

45

53

62

64

73

78

88

90

100

103

110

115

125

132

140

148

155

160

165

170

175

190

200

220

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Abrun-    Kugel-

Breite dungs- Kugel-    Durch-

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engl. Zoll

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L_j

Fig. 292.

Bei der Bedeutung, welche die Kugellager für den modernen Maschinenbau haben, geben wir nachstehend von den vielseitigen Anwendungsformen dieser Lager einige Beispiele.

Zur Lagerung von Wellen kommen vorteilhaft die Kugel-Stehlager Fig. 293 zur Verwendung, die ohne weiteres mit den der Lagerbohrung entsprechenden normalen Mauerkästen, Hängeböcken, Sohlplatten, Lagerböcken, Wand- und Winkelkonsolen zusammenmontiert werden können. Es ist darauf zu achten, daß vor der Inbetriebsetzung die Lagergehäuse mit Schmiermaterial — Vaseline — ausgefüllt werden. Die Fußplatte der Lager ist gehobelt und derart eingerichtet, daß die Köpfe der Lagerfußschrauben in dieselbe hineingezogen werden können, um ein axiales Verschieben der Lager zu ermöglichen.

—...

in

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Kl«. 293.

äl

El

Ol

Fig. 29S a.

Mg. 293a zeigt ein Kombinations-Stehlager mit 3 Kugelringen und ist für Wellen mit hoher Radial-, aber nur geringer Axialbeanspruchung besonders geeignet.

FS

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ii I.

Das in Fig. 294 abgebildete S ch iffs w ellen-Dru ck la g er im Gehäuse ist geeignet, nur rein axiale Drücke nach zwei Richtungen aufzunehmen. Dieses Schiffewelle>.drucklager steht technisch einwandfrei da, weil es demselben möglich ist, sich in jeder Weise auf das genaueste in seine richtige Lage einzustellen.

Fig- 294.

Das Kugel-Hängelager (Fig. 295) vereinigt in sich die Vorteile des Kugellagers mit der Verstellbarkeit des Lagers in vertikaler Richtung und kommt nach den in der Tabelle angegebenen Dimensionen zur Ausführung.

Matztabelle für Kugel-Hängelager. (Fig. 295.)

Aus- .Länge Boh- ladung der 'von Mitte Lager-. Welle bis schalen m I Decke in in mm

Ankerentfernung

Anker-

Fußplatten-

rung

in der Länge

in

mm

mm

mm

11

in der Durch-Breite messer

in

in

An

mm

mm

zahl

Stärke an den Ankern in mm

Länge Breite

in

in

mm

mm

dl

hl

12

250

300

350

250

iß iß iß iß

250

300

350

250

rs rs co to

300

350

300

350

400

450

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300

350

300

350

400

450

tO    tO    t>5    bö    I-.    ,-l

O    O    O    O    03    Ol

SS s § SS SS

330

380

430

330

380

430

390

440

490

610

100

120

120

100

120

120

140

140

140

165

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Fsq. 995.

Beachtenswert ist ferner das in Fig. 296 abgebildete Kugel-Spurlager mit selbsttätiger Schmierung, wie es die Sächs. Maschinenfabrik vorm. Rich. Hartmann Akt.-Ges. in Chemnitz ausführt.

Die bisherigen Spurlager mit gewöhnlicher Schmierung und Cpurplatte zur Aufnahme des Achsendruckes verzehrten viel Kraft und bedurften aufmerksamer Bedienung.

Eil /

Juli I II

Mi

...I

Fig. 296.

Diese Nachteile sind bei diesen Kugel-Spurlagern dadurch beseitigt, daß der Achsendruck durch Kugellager, die im Ölbad laufen, aufgenommen wird. Diese Kugel-Spurlager sind daher fast reibungslos, bedürfen im Jahre uur einer Ölfüllung und fast keiner Bedienung.

Über die Abmessungen gibt die folgende Tabelle Ausschluß:

Tabelle der Kugel-Spurlager. (Fig. 296.)

Fußplatten-

Stärke

Bohrung

ttn

Lagerfußschrauben

Länge Breite

Schrauben-

loch

Durch- Längsmesser    entfernung

Anzahl

mm

mm

mm

mm

mm

mm

Gewicht

eines

Lagersohne

Lagerfuß

schraube

kg

40

50

210

250

70

85

25

30

13

16

165

200

60

290

95

35

19

225

70

320

105

40

22

250

80

360

120

40

22

290

90

390

135

45

25

310

100

430

150

50

29

340

110

460

165

50

29

370

120

510

180

55

32

410

IC tC IC tc tc tc tc tc tc

13

16

22

28

36

43

60

80

103

Daß im Automobilbau die Kugellager eine vielseitige Verwendung finden ist bekannt. Beispiele hierfür sind in Figur 297 bis 299 gegeben. Gerade

Cg

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III

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Fig. 297. Kugellager-Einbau für Differentialgetriebe.

bei den Automobilen bedürfen die Wellen und Zapfen einer sehr exakten und möglichst reibungslosen Führung unter Berücksichtigung des Umstandes, daß für schwere und voluminöse Lager kein Platz vorhanden ist. Diesen Ansprüchen genügen allein die Kugellager, und aus den Abbildungen sieht man, wie sicher die Automobilwellen und Achsen in den wenig Platz beanspruchenden Kugellagern geführt werden.

Ol

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757hH

CE

ML

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Fig. 298.

Kugellager-Einbau für Wechselräder- und Differentialgetriebe.

Dieselben guten Dienste, welche das Kugellager bei den Transmissionslagern leistet, tut es auch für Leerscheiben (Fig. 301), wobei das Kugellager in der Nabe der Leerscheibe untergebracht wird.

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Fig. 299. Achsen mit Kugellagern ausgerüstet.

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gifl. 300. Ausführnngs- und Anwendungsformen von Kugellagern der Firma Fichtel

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11

1131

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Fig. 301. Vorgelege mit Kugellagerung..

In den Figuren 302—305 sind noch einige markante Beispiele für den Einbau der Kugellager gegeben, und ist bei dem Einbau allgemein auf folgende Regeln zu achten:

Die Jnnenringe der Laufringsysteme sind gut saugend auf die Welle oder Achse zu bringen.

montieren.

Die Außenringe sind gut. aber leicht verschiebbar in die Gehäuse zu

nl

um

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Ul

Fig. 302 und 303. Kugellager-Einbau für Elektromotore.

24

Es ist darauf zu sehen, daß die Jnnenringe der Laufringsysteme an den Stirnflächen durch Wellen- oder Achsenbund, Rohre, Riemenscheiben- usw.-

(d)

Fig. 304. Kirchcnglockenlagerung.

mm

Naben und Muttern festgespannt werden. Befinden sich zwei oder mehrere Laufringsysteme auf einer Welle oder Achse, so ist bei einem System der Außenring an den Stirnftächen durch Gehäusewand oder Deckel festzuspannen, alle übrigen Systeme haben seitlich Luft zu erhalten.

Je nach dem Verwendungszweck sind die Gehäuse mit konsistentem Fett, Vaseline oder dünnflüssigem, säurefreien, nicht ranzig werdenden Öl zu füllen; eine Neufüllung kann bis zu einem halben Jahr geschehen.

6.

SohlxlatteN) Mauerkasten und Lagerstühle.

Fig. 305.

Kranhaken mit Drucklagernng.

Zur Befestigung der Stehlager auf den Fundamenten und sonstigen Fixpunkten, wie sie die jeweilige Anlage eines Triebwerkes in großer Mannigfaltigkeit verlangt, dienen Zwischenkonstruktionen, deren Gestalt und Größe sich immer nach der Größe des darauf zu montierenden Lagers und der örtlich gegebenen Situation richtet. Diese Zwischenkonstruktionen wollen wir an einigen Beispielen hier folgen lassen.

a) Die Sohlplatten dienen zur Befestigung der Lager auf Fundamenten aus Stein, Holz oder Eisen und sind in ihren Abmessungen (Tabelle) den

normalen Lagergrößen angepaßt. Eine Sohlplatte für geschlossene Stehlager zeigt Fig. 306. Sie erhält an beiden Seiten angegossene Ölfänger und auf der Auflagefläche für den Lagerkörper Arbeitslüsten zum glatten Aufpassen des Lagers.

Tabelle der Sohlplatten für geschlossene Lager. (Fig. 306.)

Bauart der Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig.

Bohrung

Sohlplatte

Fundamentanker

des

Lagers

Länge Breite

Stärke

Entfernung

Zahl

Durch

messer

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

25

300

75

35

45

240

30—35

350

85

40

50

280

40—45

50—55

380 100 445 115

40

50

310

45

55

360

60—65

70—80

535 135 610 155

50

65

430

55

70

490

<M CM (M CM <M <M

10

14

22

30

85—95    690 180

100—110 760 205

65

80

570

45

75

90

620

66

115-130 850 235 135—160 950 270

85

105

720

92

100

120

800

135

165—190    1100

195—220    1200

305

345

115

135

920

195

130

150

1040

170

265

225 — 260 1350 265—300    1500

400

445

TT

150

180

175

225

1160

1280

210

240

rj

'////////////////Z

390

575

isr

4-

4-

-.4

v-4--p

4-

■+

--

e>

Fig. 307.

Mg- 306.

Die Sohlplatten für offene Stehlager (Fig. 307) weichen von . denen für geschloffene Stehlager insofern in der Konstruktion etwas ab, als durch die Konstruktion des Lagers eine Verlegung des Wellenzentrums aus

24*

dem Mittel nach der einen (linken) Seite bedingt ist, und müssen dementsprechend die Arbeitsleisten etwas anders angeordnet werden.

Tabelle der Sohlplatten für offene Stehlager. (Fig. 307.)

Bauart der B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Bohrung

Sohlplatte

Fundamentanker

des

Lagers

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Durch-

messer

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

40-45

50—55

430

500

100

115

40

45

55

60

225

260

135

155

16

20

11

18

60—65

70—80

605

705

135

155

50

55

65

70

315

370

185

215

23

28

26

40

85—95

100—110

800

890

180

205

65

75

80

90

430

480

250

270

29

32

55

75

b) Mauerkasten. Sehr oft macht es sich nötig, eine Welle durch eine Mauer zu führen, und muß naturgemäß an dieser Stelle eine Unterstützung der Welle eintreten. Da aber das Lager durch Abbröckeln von Mörtelteilchen

fr

•'

Ja

1’Q

Fig. 308.

leicht verunreinigt werden hum, geht es nicht an, einfach das Lager auf eine Sohlplatte montiert in die Maueröffnung zu stellen, sondern es muß ein besonderer Mauerkasten (Fig. 308/309) eingebaut werden, der das Loch in der Mauer vollständig ausfüllt und ringsum glatt eingeputzt wird, so daß der Kasten mit der Mauer ein Ganzes bildet.

Der Mauerkasten stellt im Grunde genommen auch nur eine Sohlplatte vor, die an den Seiten durch hochgeführte Wände und einen bombierten

sEEj

g-ig. 309.

Schlußbogen zu einem nach beiden Stirnseiten hin offenen Kasten erweitert worden ist. Er wird in folgenden Abmessungen gebaut:

Tabelle der Mauerkasten. (Fig. 309.)

Banart B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Bohrung

des

Lagers

Größte

Höhe

Länge

Grundplatte

Breite

Stärke

Innere

Weite

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg*

25

245

330

80

35

200

10

30—35

40—45 50—55

60—65 70 — 80

85—95 100-110

115—130 135—160

165—190 195—220 225—260

c) Lagerstühle. Als Lagerstuhl ist jede Zwischenkonstruktion zu betrachten, die dazu dient, ein Stehlager zu unterstützen. Handelt es sich darum,

280

335

375

420

500

610

675

770

870

1000

1130

1260

360

400

500

600

700

750

810

940

1050

1200

1350

1500

90

40

230

12

105

120

140

155

180

205

235

268

300

340

400

45

50

55

65

70

75

85

90

105

120

135

260

311

370

420

475

530

590

664

770

894

1020

15

23

37

56

86

110

160

230

310

420

550

ein Stehlager an einer Wand zu befestigen, so wird man ein Wandkonsol (Fig. 310) verwenden, welches dem Lager, je nach der Art der Wellenführung, eine geeignete Unterstützung bietet. Die Konstruktion erklärt sich ohne weiteres aus der Figur.

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gttj. 310.

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•a-

Mg. 811.

Auch als Ersatz für die W Hängelager findet man die Stehlager oft auf Hängeböcke (Fig. 311/312) montiert, die sehr verschieden in der Form gestaltet sind und nach Fig. 311 von der B.-A. M.-A.-G. Dessau in folgenden Abmessungen ge-WlZ baut werden.

-H

ri

k-

JS

-idr-

____L.

Fig. 312.

Tabelle über Hängeböcke. (Fig. 311.)

Bauart der B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Bohrung

des

Lagers

Aus-

laduug

des

Hänge

bocks

Fußplatte

Befestigungsschrauben

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Durch-

messer

Ge-

wicht

mm

rnm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

800

50—55

900

1000

1090

1165

1240

260

260

260

45

45

45

940

1015

1090

140

23

90

95

100

800

60—65

900

1000

1225

1300

1375

280

280

280

50

50

50

1050

1125

1200

160

26

110

117

124

800

70—80

900

1000

1300

1375

1450

300 ■

300

300

60

60

60

1100

1175

1250

180

29

140

150

160

800

85—95

900

1000

1375

1450

1525

320

320

340

65 1150 65 1225 65 1300

200

32

180

192

205

800

100—110

900

1000

1450

1525

1600

340

375

375

70

70

70

1200

1275

1350

220

32

230

245

260

800

115—130

900

1025

1600

410

410

70

70

1000

1675

410

70

1250

1325

1400

240

35

290

310

330

Fig. 312 zeigt eine Hängebock-Ausführungsform der Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig, und gelten für diese folgende Maße und Gewichte:

Tabelle über Hängeböcke. (Fig. 312.)

Bauart Akt.-Ges. G. Luther/ Braunschweig.

Lager

bohrung

Aus

ladung

Länge

Fußplatte

Breite

Stärke

Befestigungss chrauben

Entfernung

Stärke

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

Zoll

kg

400

840

700

58

450

880

220

40

740

120

³A

61

50—55

500

920

780

64

550

960

820

67

600

1000

220

40

860

120

'L

70

Lager

bohrung

Aus

ladung

mm

mm

450

500

60—65

550

600

650

700

450

500

70—75

550

600

650

700

450

500

80—85

550

600

650

700

450

500

90—95

550

600

650

700

500

550

100—115

600

650

700

500

550

120—125

600

650

700

500

550

130—145

600

650

Tabelle über Hängeböcke (Fortsetzung).

Bauart Akt.-Ges. G. Luther, Braunschweig.

Fußplatte

Befestigungsschrauben

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Stärke

Ge-

* wicht

mm

mm

mm

mm

mm

Zoll

kg

940

980

235

45

790

830

130

77

1020

1060

1100

1140

1010

1050

1090

1130

1180

1210

1070

1110

1150

1190

1230

1270

1140

1180

1220

1260

1300

1340

1230

1270

1310

1350

1390

1260

1300

1340

1380

1420

1370

1410

1450

1490

870

910

Vs

80

84

88

235

250

250

270

270

300

300

320

350

380

45

50

50

55

55

60

60

65

68

70

950

990

840

880

920

960

980

1040

890

930

970

1010

1050

1090

940

980

1020

1060

1100

1140

1030

1070

1110

1150

1190

1040

1080

1120

1160

1200

1130

1170

1210

1250

130

145

145

ICO

160

180

180

200

220

240

Vs

92

95

93

97

101

105

109

114

114

118

122

127

132

138

130

IVs

136

142

148

V/s

155

163

156

159

IV.

163

170

178

190

197

IV.

207

219

230

207

220

1%

235

252

Die eigentlichen Lagerstühle (Fig. 313) sind für einen bestimmten Zweck der Lagerung eines Stehlagers erhöhte Sohlplatten, und kommen dieselben in der

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Wy

Fig. 313

Tabelle der Lagerstühle. (Fig. 313.) Bauart der B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Regel auf Steinfundamente zu stehen. Ihre Konstruktton ergibt sich aus der Abbildung, und über ihre Abmessungen und Gewichte gibt die folgende Tabelle Aufschluß.

Bohrung

Fußplatte

Fundamentauker

des

Lagers

Höhe

Länge

Breite Stärke

Entfernung

Ge-

Zahl

Durch-Messer I wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

300

460

160

370

30—35

400

490

165

400

500

520

170

430

600

550

175

560

(N <N <N <N

300

500

175

400

40-45

400

530

180

430

500

560

185

460

600

590

190

490

<NG<1G<1<N

OOOO    CO CO CO M

<N<N(NG<1    <NG<1<N<N

QO    (M    <X>    O    (M    'XI    o    iO

r-t    (M    <N    CO    (N    W    CO    10

Bohrung

des

Lagers

Höhe

mm

mm

300

50—55

400

500

600

400

500

60—65

600

700

800

400

500

70—80

600

700

800

500

600

85—95

700

800

900

500

600

100—110

700

800

900

600

700

115—130

800

900

1000

600

700

135—160

800

900

1000

Tabelle der Lagerstühle. (Fortsetzung.)

Bauart der B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Fußplatte

Fundamentanker

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Zahl

Durch

messer

Ge

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

520

550

580

620

620

650

690

720

750

680

710

760

790

830

810

840

870

900

940

900

930

960

990

1020

990

1020

1050

1090

1120

1090

1130

1170

1210

1250

180

185

190

195

180

190

200

210

220

230

240

280

290

300

310

320

300

300

300

320

320

350

350

350

350

350

400

400

400

400

400

430

460

490

520

520

550

580

610

640

570

600

640

670

700

670

700

730

760

800

760

790

820

850

880

870

900

930

970

1000

940

980

1020

1060

1100

I i II

<N 20 20 (N

CO <M CO CO <N

CM CO CO CO 20 SO 20 SO 20 SO

<M 20 20 20 20

210

210

210

210

210

250

250

250

250

250

ES ES ES ES ES o § § ® ” g g g g g g ES ES g g § g S g g g “ “ g

lO lO lO in tf) CO CO CO W CO

28

32

36

40

40

46

53

60

68

58

65

75

85

95

86

99

112

126

140

120

135

150

165

180

155

190

225

255

285

210

250

290

330

370

fl) Lngerträger und Lagerbügel. Bei Seiltriebanlagen kommt es oft vor, daß an den Außenwänden der Gebäude Seilscheiben gelagert werden müssen, die am Ende einer aus dem Gebäude herausragenden Welle sitzen.

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Fig. 314.

In solchen Fällen kann die Anwendung eines Trägers in horizontaler Lage nach Fig. 314 geschehen, die einen normalen Lagertrager der B.-A. M.-A.-G. Dessau zeigt.

Beim Einbau der Wellen wird man gut tun, noch folgende praktische Regeln zu beobachten:

Zunächst wird sich empfehlen, die Geschwindigkeit der Wellen möglichst groß zu nehmen, um geringe Wellenstärken zu erhalten und so den Anschaffungspreis zu ermäßigen. Wo die zu betreibenden Arbeitsmaschinen keine bedeutende Umdrehungszahl erfordern, wird man die Hauptwellenleitung etwa 100—150 Umdrehungen in der Minute machen lassen; zum Betrieb schnelllaufender Arbeitsmaschinen dagegen, wie z. B. Holzbearbeitungs-, Dynamo-und Spinnereimaschinen, läßt man die Wellenleitung etwa 250 Umdrehungen machen, kann aber diese Zahl bis 400 erhöhen.

Man wolle darauf achten, daß bei langen Wellensträngen in den meisten Fällen am Ende weniger Kraft zu übertragen ist und demgemäß die letzten Wellenstücke schwächer gehalten werden können. Es seien beispielsweise 50 Pferdestärken im ganzen zu übertragen, und die Welle mache 100 Umdrehungen in der Minute; werden von den 50 Pferdekrüften am Anfang 25, in der Mitte 10 und am Ende 15 abgegeben, so ist das erste Stück Welle auf 50 Pferdestärken, das zweite auf 10 + 15 = 25, das dritte auf 15 zu berechnen, und die Wellendurchmesser sind 105, 85 und 75 mm zu wählen. Die Welle für die Hauptantriebsscheibe mache man stärker als die Tafeln

S. 302 und 304 ergeben, um der einseitig wirkenden Kraft des Riemen- oder

Seilznges bezw. Zahndruckes auf Durchbiegung zu widerstehen. Eine Wellcn-verstärkung ist gleichfalls erforderlich, wenn eine größere Lagerentfernuug gewählt werden muß. Es empfiehlt sich, bei Anwendung von Hängelagern dicht neben der Antriebsscheibe noch ein Lager anzuordnen, um eine größere Sicherheit gegen den starken Riemenzug bezw. Seilzug herbeizuführen.

Gruppe V.

Die Riementriebe.

Die Hiemett.

Wir kennen int modernen Maschinenbau keine vorteilhaftere Übertragung der Kraft von einer Welle auf die andere als die durch den Treibriemen, sobald die Entfernung zwischen beiden Wellen nicht zu groß ist und die zu übertragende Kraft den mit Riementrieb möglichen Kraftübertragungen entspricht. Ist die Kraft zu groß, so müssen andere Übertragungselemenie benutzt werden.

Der Riemen bildet ein in sich geschlossenes endloses Band und soll mit einer gewissen Spannung auf die Riemenscheiben gelegt werden, welche mit seiner Hilfe die Kraftübertragung von einer Welle auf die andere ermöglichen. Nur durch die Spannung des Riemens wird es möglich, die nötige Reibung zwischen dem Scheibeukranz und der Riemeninnenfläche zu erzeugen, und soll der Reibungswiderstand wenigstens der Umfangskraft gleich sein, die zu übertragen ist. Andernfalls gleitet der Riemen sehr leicht und gibt einen schlechten Übertragungseffekt. Das Mittel des auflaufenden Riemens soll stets mit der Mittelachse der Scheibe zusammenfallen, worauf bei dem Ausrichten der Scheiben vor dem Festkeilen auf den Wellen geachtet werden muß.

Man verwendet die Riemen offen und gekreuzt, mitunter auch halbgeschränkt. Bei gleichlaufenden, also parallelen Wellen, wenn die Scheiben in einer Ebene liegen und ein offener Riemen die Übertragung vermittelt, ist die Drehrichtung bei den Wellen die gleiche. Wird der Riemen gekreuzt, so nimmt die angetriebene Welle die entgegengesetzte Drehrichtung der treibenden Welle an. Liegen Wellen windschief zueinander, während die Mittelebeuen der beiden durch Riemen zu verbindenden Scheiben rechtwinklig aufeinander stehen, werden sie durch halbverschränkten Riemen angetrieben. Diese selbstleitenden drei Antriebsarten kommen am häufigsten zur Anwendung. Da aber auch nicht selten zwei sich schneidende Wellen durch Winkeltrieb miteinander verbunden werden müssen, so sind außer den beiden auf den Wellen sitzenden Scheiben noch Leitrollen (zwei) nötig, welche zur Führung des Riemens dienen.

a) Die Lederriemen.

Das Leder ist das älteste und am meisten begehrte Materiah ans dem man Treibriemen herstellt. Die besten Riemen schneidet man aus dem Mittelrücken der gegerbten Ochsenhant bis zu 200 mm Breite bei 5 mm Dicke. Aus Seitenteilen der Haut geschnittene Riemen soll man nicht über 300 mm breit für langsame Übertragung auf nicht zu kleinen Scheiben verwenden.

Je stärker der Riemen ist, um so größer ist sein Gewicht und seine Steifigkeit (Biegungswiderstand), weshalb man für schnellaufende Riemen geringere Stärke oder loses Material bevorzugt. Obgleich von vielen Riemcn-lieferauten die Riemen bereits gestreckt geliefert werden, so längt sich doch im Betrieb jeder neue Riemen, und ist es deshalb zu empfehlen, den neuen Riemen vor dem Auflegen selbst zu strecken. Dies geschieht, indem man ihn aufhängt und an den Enden mit der fünffachen Umfangskraft durch Gewichte belastet.

Im Betrieb dehnt sich auch der gestreckte Riemen noch immer etwas aus. Hat er sich aber einmal eingelaufen und längt sich dann noch etwas, so kürzt man ihn besser nicht mehr, sondern bringt auf die Lausseite des Riemens etwas Talg. Wenn er hiernach auch noch stärker auf den Scheiben gleitet, so hat das nichts zu sagen. Sobald der Talg flüssig geworden und in das Leder eingedrungen ist, quillt dieses auf, und durch die Anschwellung tritt eine Verkürzung des Riemens von zirka 2 % seiner Länge ein, und er sitzt straffer auf den Scheiben als vorher. Das Niemenfett ist von den Niemenlieferantcn zu beziehen, und nichts anderes ist zum Schmieren der Riemen zu vei wenden. Das Ausstreuen von Kolophonium ist unbedingt zu verwerfen, weil es die Riemen hart und spröde macht, also ihren Biegungswiderstand erhöht und sehr bald das Material ruiniert. Mit dem Schmieröl soll der Lederriemen nicht in Berührung gebracht werden, weil das Mineralöl das Leder zermürbt, also zerstört. Wenn Scheiben sehr dicht neben Ringschmierlagern sitzen, kommt es nicht selten vor, daß sich das Öl dem Scheibenraud mitteilt und so auf den Riemen gelangt, man muß also darauf achten, daß die Scheiben nicht zu nahe an ein solches Lager zu sitzen kommen.

Für die Dimensionierung der Lederriemeu sind die durch Versuche festgestellten Werte sehr wertvoll, welche die Treibricmenfabrik von C. Otto Gehrckens in Hamburg ermittelt hat, und sind hiernach Riemengeschwindigkeiten von 30 bis 60 m in der Sekunde nicht zu hoch.

Zur Berechnung einfacher Stiemen dient die Formel N = b X r X n.

Hierin ist N die Anzahl der zu übertragenden Pferdestärken, n die Umlaufszahl in der Minute, b die Riemenbreite und r der Scheibenhalbmesser in Meter. Die Riemenbreite berechnet sich aus der Formel

i 75 XN, >

P X v

Hierin ist p die für den Zentimeter Riemenbrcite zu übertragende Kraft in kg nach der folgenden Tabelle und v die Riemengeschwindigkeit.

Tabelle der Ricmen-Belastungskoeffizienten (nach Gehrckens). Einfache Riemen.

Scheiben

durchmesser

mm

10

15

20

25 Metersekunden Geschwindigkeit

100

200

500

1000

2000

•<1 Ci Ol CO to

cxT xh go" o

Ol

to O GO Ol CO

CO IO C5 rH CO rH i—I

Ol

CO O O CM

i-H rH rH

'bi

3,5 kg

6,5 „

11

13

15

DoppelteNiernen.

Scheiben

durchmesser

mm

bei 3

10

15

20

25 Metersekunden Geschwindigkeit

500

rH

1000

12

2000

rH

15

o xh o

H CO CM rH rH CM

CM t>- rfi rH rH CM

13 kg 18 „ 25

Es ist vorteilhaft, den Riemen eine große Geschwindigkeit zu geben, aber 40 m in der Sekunde nicht zu überschreiten, und kann man die Riemen-breite auch mit Hilfe der folgenden Tabelle bestimmen.

Tabelle zur Vestimmnng der Ricmenbrcite.

Anzahl der zu übertragenden Pfcrdekräfte

7,

10

15

Dficmcnbrcitc tu Millimeter

240

420

160

275

110

190

330

10

90

160

275

480

20

50

90

160

275

380

30

40

65

115

200

275

350

415

50

25

45

75

135

185

230

275

80

30

50

90

125

160

190

O io

co m

co CM

100

25

45

75

105

135

160

215

200

25

45

60

75

90

125

500

30

35

45

60

In dieser Tabelle ist das Produkt n X D ans der Tourenzahl in der Minute mal dem Scheibendurchmesser in Metern gewonnen.

Die Länge des offenen Treibriemens ist gleich der Summe aus den Durchmessern der beiden Riemenscheiben, multipliziert mit 3,145, dieses Produkt durch 2 dividiert und addiert hierzu zweimal die Entfernung von Mitte zu Mitte Welle. Die Länge des gekreuzten und halbverschränkten Riemens ist größer und wird am besten zeichnerisch ermittelt.

im Durchmesser, so leisten Doppel-

mm

Bei einer Breite von über 500 mm verwendet man doppelte Riemen. Sind aber die Scheiben kleiner als 500 riemen weniger als einfache und sind dann höchstens in feuchten Räumen zu empfehlen. Einfache Riemen werden bis zu 1 m Breite angewendet.

Die Riemenbreite wird bei Anwendung größerer Scheiben kleiner, und ist es deshalb vorteilhaft, stets die Scheiben so groß als möglich zu wählen ohne natürlich die bestehenden Grenzen zu überschreiten, die man durch Berechnung der Riemenbreite mit den angegebenen Formeln findet.

Carl Tostmaun in Mainz gibt zur Bestimmung der Ledertrcibriemen-Dimensionen die folgende, nach praktischen Erfahrungswerteil ermittelte Tabelle.

Tabelle über Riemendimensionen.

Riemen- Riemen-breite dicke

k — 0,100 kg* pro qmm

h — 0,125 kg' pro qmm

in

in

mm

mm

Übertragbare Kraft pro 1 mm Riemenbr. in kg

Gesamte übertragbare Kraft P in kg

Werte

von 100 Pro 1 N/Rn

Übertrag- Gesamte bare Kraft mm Riemenbr. in kg

übertragbare Kraft P in kg

Werte von 100 N/Rn

50

60

70

80

90

100

110

120

140

160

180

200

250

300

350

400

450

COQOOOOOOOOO-<l-<l-<!^l~sl-<lOOa!CnH^H^

xH io IO CD CD l>    l> 00K 00K 00 00 00 00

"    "    cT o" ® cT cT o" cT cT o" O cT cT ö"

20    0,0279

24    0,0335

35    0,0489

40    0,0558

54    0,0754

60    0,0837

66    0,0922

84    0,1173

98    0,1368

112    0,1564

126    0,1759

140    0,1955

200    0,2793

240    0,3351

280    0,3910

320    0,4468

360    0,5027

400    0,5585

1,000 500

0,0349

0,0419

0,0611

0,0698

0,0942

0,1047

0,1152

0,1466

0,1710

0,1955

0,2199

0,2444

0,3491

0,4189

0,4887

0,5585

0,6283

0,6981

Tabelle zur Berechnung von Ledertreibriemen von Carl Tostmann, Mainz.

Zahlen

Einfache Riemen

Dn

Dicke in mm

Treibende Kraft P an Scheiben-Dicke in mm    umfang

(Umfangs-

io I 12 I 14 kraft)

Doppelte Riemen

Umfangskraft pro 1 qcm Querschnitt bei einfachen Riemen

Riemenbreitcn in mm

kg

200000-164000

164000—138000

138000—119000

119000—100000

100000-85300

40

45

50

55

32

36

40

44

50

41

36

8,—

io (M Q o cxT io

r-H t—l i—I

05 Ol Ül Ol Ü1 — 4o 00 "cs "tO ", oq

CS

00

85300—74500

74500—65700

65700-58500

58500—52500

52500—47500

55

60

65

75

70

46

39

18,-

50

54

58

63

43

47

50

54

20,5

23,1

25,9

28,7

^<1 ^1 OS OS

cs "tfx 7-1 "oo "cr o to ^

CS'

47500—43300

43300—39500

39500-36500

36500—33600

33600—30000

80

85

67

57

61

31,7

34,5

37,5

41,1

44,2

Cl    (M    xH    IO    ^

cs^    1—^    oo    CO    00

CO"    oo"    CO    CO

30000—26200

26200-23200

23200—20600

20600—18500

18500—16800

110

120

130

140

150

91

79

51,2

100 86

58,1

CS CO

110

117

125

93

100

107

65,5

73,4

81,2

10,08

10,48

10,82

16800—15300

15300—14000

14000—12800

12800—11900

11900—11100

160

170

180

133

141

150

190 !158 200 1166

114

121

129

136

143

89,4

98,—

107,—

116,—

125,—

11,18

11,54

11,88

12,20

12,5

11100—10300

10300—9610

9610—9010

9010—8460

8460—7960

210

220

230

175 150 183 157 191 164

240 ¹ 200 250 209

171

179

134

144

12,76

13,-

150

156

162

154

164

175

13,4

13,68

14,-

Tabelle zur Berechnung von Ledertreibriemen von Carl Tostmann, Mainz.

Zahlen

Einfache Riemer:

Dn

Dicke in mm

Treibende Umfangs-Kraft P an kraft pro Scheiben- 1 qcm Dicke in mm    umfang    Querschnitt

(Umfangs- bei einfachen io I 12 I 14    kraft) Riemen

Doppelte Riemen

in mm

kg-

7960—7520

7520—7110

7110-6740

6740—6470

6470—6160

260

270

280

290

300

216

225

233

241

250

186

170

185

193

200

207

214

175

196

182 151 188 157 195 162

207

218

225

xH xH

6jo ir^ cq_ v    _

44    tiT xh* xh" icT

6160-5790

5790—5460

5460—5160

5160—4900

4900—4660

320

266

230

340

360

380

400

283

300

310

333

243

257

271

286

208 173 221 184 234 195 247 205 260 216

150 240 158 255 167 270 176 285 186 300

4660-4450

4450—4250

4250—4060

4060-3900

3900—3720

420

440

460

480

500

350

300

366

383

400

416

314

329

343

357

273 228 286 238 299 250 312 260 325 270

195 315 204 330 214 345 223 360 232 375

3720-3540

3540—3390

3390—3250

3250—3070

3070—2900

440

460

480

500

377

394

411

430

460

243 286 360 300 374 312 390 325 420 350

245 396 256 414 267 432 280 450 300 483

2900—2780

2780—2660

2660—2550

2550—2420

2420-2310

2310—2210 2210-2120 2120—2050 2050-1980 1980 — 1890

1890—1810

1810—1740

480

500

437 364 455 380 480 400 500 417

312 504 325 525 343 552 357 575

Bei Doppel-riemen

11,5

440

377

607

460

480

500

394 635 411 662 429 690 440¹ 708 460 740

Qi 4-O 00

o o

co IO

r- o t>- CO

In vorstehender Tabelle ist an Stelle des Halbmessers der Durchmesser

der Scheibe mit D eingeführt und in P = ⁷¹⁶²⁰⁰ Xb^>= 1432400 X berechnet und einsetzt.

mm zu benutzen, indem man aus

Auf Grund von Erfahrungen wird darin die zu übertragende Umfangskraft P pro 1 qmm Riemenquerschnitt bei schweren einfachen Riemen zu 0,15 kg und bei doppelten zu 0,115 kg, bei leichteren aber weniger angenommen wie die Tabelle angibt. Die Dicke des Riemens sollte 0,01 des Scheibendurchmessers nicht übersteigen, und nehme man die Scheibe 10—15°/a breiter als den Riemen.

Beispiel: Eine Riemenscheibe hat 1500 mm im Durchmesser, sie macht in der Minute n — 120 Umdrehungen und hat 12 Pferdestärken zu übertragen, also N — 12 HP. Wie breit ist der Riemen zu nehmen.

1500X120    180000

Es ist

12

12

15000.

Nach der Tabelle liegt die Zahl zwischen 15300 und 14000, man braucht also einen Riemen von

170 mm Breite bei 5 mm Dicke oder

141    „

121 „

b) Gummiricmru mit Baumwolleinlaae.

Der Lederricmen ist in Betrieben, die mit hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Süuredämpfen usw. in ihren Räumen zu rechnen haben, weniger geeignet und schneller Zerstörung ausgesetzt, weshalb man für diese Verhältnisse Riemen aus anderen Materialien braucht, und zwar speziell Guminiriemen mit einer Einlage von Baumwolle. Diese Riemen dürfen mit Öl und Fetten nicht in Berührung kommen, weil sie den Gummi verderben. Bei diesen Riemen kann man im Falle des Gleitens die Laufseite mit durch Kochen eingedicktem Firnis bestreichen oder Kolophonium aufstreuen. Es gibt aber für sie eine besondere fettfreie Riemen schmiere, die jedenfalls am zweckmäßigsten ist.

Man nimmt für dauerhafte Riemen pro cm Riemenbreite bei einer Belastung bis

10 15 20 25 kg 5    6    7    8 Einlagen,

2—3

bei Belastungen über 25 kg 9—10 Einlagen.

c) Kamelhaar- und Banmwollnemeir.

Der Kamelhaar- und Baumwollriernen soll den Ledcrrieincn ersetzen, kann das aber nur bedingnngsiveise in gewissen Fällen. Diese Riemen strecken sich stärker als Leder- und Guminiriemen, und sind dieselben auch nicht so leistungsfähig wie die erst genannten beiden Sorten. Vor dein Auflegen

durchfettet man sie vollständig, um einer Einwirkung der Feuchtigkeit der Luft in den Betriebsräumen vorzubeugen, die Veränderungen in der Länge des Riemens bewirkt.

Breite und 1,25 kg für

mm

Bei den Kamelhaarriemen beträgt die pro Millimeter Riemenbreite zu übertragende Kraft 1 kg für Riemen bis 100 Riemen bis 150 mm Breite, für größere Breiten 1,5—2 kg, bei den Baum-wollriemen dagegen

1,0 „ 1,3 „ 1,7 .. .

bei 6 mm Riemenstärke pro Millimeter Riemenbreite 0,7 kg „ 8 „

.. 10 .. 12 „

2.

Die Riemenscheiben.

Die Riemenscheiben bilden in Verbindung mit dem Riemen das Hauptelement aller Triebwerksanlagen, und ihre Ausgestaltung erfolgt heute in ziemlicher Übereinstimmung nach Erfahrungswerten, so daß man fast schon von Normalien dieser Scheiben sprechen kann.

Über die Dimensionen der Scheiben im allgemeinen ist daran festzuhalten, daß man den Durchmesser zweier zusammen arbeitenden Riemenscheiben höchstens im Verhältnis von 1:5 wählt. Bei Überschreitung dieses Verhältnisses wird der von dem Riemen umspannte Scheibenbogen zu klein.

Die treibende Scheibe erhält einen geraden, die getriebene Scheibe einen ballig gedrehten Kranz.

Die Scheibenbreite wählt man mindestens 1,1 mal der Riemenbreite. Bei stoßweiser Beanspruchung, senkrechten Trieben, sowie halbverschränkten Riemen und bei Rollentrieben müssen die Scheiben entsprechend breiter genommen werden als bei offenem Riementrieb, und müssen in letzteren beiden Fällen beide Scheiben gerade gedrehte Kranzflächen erhalten.

Der Scheibendurchmesser soll mindestens das 100 fache der Riemenstärke betragen, und ist dies namentlich bei Doppelriemen nötig.

Theoretisch bestimmt sich der Scheibendurchmesser aus der Umlaufszahl n und der Riemengeschwindigkeit v in Meter, und ist dann

D — 000.0 X_Z in Millimetern, und

n X n    !

die Breite der Riemenscheibe

b., = 1,1 X b + 10 mm, wenn b der Wert der Niemenbreite ist.

Der Wert der Umfangsgeschwindigkeit v in der Sekunde berechnet sich aus der Formel

60

60

v ₌ 2X"XrXn _D X X n

und kann man sich zur Erleichterung der nachstehenden Tabelle bedienen.

Tabelle der Umfangsgeschwindigkeit in der Seknnde v

bei gegebener Umdrehungszahl n in der Minute für den Durchmesser D = 1 m.

Einer

do i—» o

0,000 0,052 0,105 0,524 0,576 0,628 1,047 1,099 1,152

0,157 0,209 0,681 0,733 1,204 1,257

0,262 0,314 0,785 0,838 1,309 1,361

0,366

0,890

1,414

0,419 0,471 0,942 0,995 1,466 1,518

CO tJI IO

1,571 1,623 2,094 2,147 2,618 2,670

1,675

2,199

2,723

1,728

2,251

2,775

1,780

2,304

2,827

1,833

2,356

2,830

1,885

2,408

2,932

1,937

2,461

2,984

1,990 2,042 2,513 2,566 3,037 3,089

CO I> 00

3,142

3,665

4,189

3,194

3,717

4,241

3,246 3,299 3,770 3,822 4,293 4,346

3,351

3,875

4,398

3,403

3,927

4,451

3,456

3,979

4,503

3,508

4,032

4,555

3,560

4,084

4,608

3,613

4,136

4,660

Ci o H

4,712 4,765 4,817 5,236 5,288 5,340 5,759 5,812 5,864

4,869

5,393

5,916

4,922 4,974 5,445 5,498 5,969 6,021

5,026

5,550

6,073

5,079 5,131 5,602 5,655 6,126 6,178

5,183

5,707

6,231

CO DO

6,283

6,807

7,350

6,335

6,859

7,382

6,388

6,911

7,435

6,440

6,964

7,487

6,492

7,016

7,540

6,545

7,068

7,592

6,597

7,121

7,644

6,649

7,173

7,697

6,702

7,225

7,749

6,754

7,278

7,804

rH

rH

IO O D^

7,854

8,377

8,901

7,906 7,958 8,430 8,482 8,953 9,006

8,011

8,534

9,058

8,063

8,587

9,110

8,116

8,639

9,163

8,168

8,691

9,215

8,220

8,744

9,267

8,273

8,796

9,320

8,325

8,849

9,372

rH

to

00 Ci o

9,425 9,477 9,529 9,94810,000 10,053 10,472 10,524 10,576

9,582 9,634 10,105 10,158 10,629 10,681

9,686 9,789 9,791 9,843 10,210 10,262 10,31510,367 10,734 10,786 10,83810,891

9,896

10,419

10,943

DO DO DO to co DO

10,99511,04811,100 11,152 11,20511,257 11,51911,571 11,624 11,676 11,728 11,781 12,04312,095 12,147 12,200 12,252 12,304 12,56612,618 12,671 12,723 12,776 12,828

11,309 11,36211,41411,467 11,833 11,885 11,93S 11,990 12,357 12,40912,461 12,514 12,880 12,933 12,9S5 13,0.37

Tabelle der Umfangsgeschwindigkeit in der Sekunde v

Bei gegebener Umdrehungszahl n in der Minute für den Durchmesser D = 1 m.

(Fortsetzung.)

Einer

lO co t- CO <M CM CM CM

(M CO CO

13,090 13,142 13,194 13,247 13,299 13,352 13,40413,45613,50913,561 13,613 13,666 13,718 13,770 13,823 13,875 13,927 13,98014,03214,085 14,137 14,189 14,242 14,294 14,346 14,399 14,45114,50314,55614,608 14,661 14,713 14,765 14,818 14,870 14,922 14,97515,02715,07915,132

15,184 15,236 15,289 15,341 15,394 15,446 15,49815,55115,60315,655 15,708 15,760 15,812 15,865 15,917 15,970 16,02216,071 16,127 16,179 16,231 16,284 16,336 16,388 16,441 16,493 16,54516,59816,65016,703

oo cp co

^ CO K,

CO CO co OS Ot

GO OS O CO CO ^

r-l CM CO

rri

16,775 16,807 16,860 16,912 16,964 17,017 17,069 17,121 17,174 17,226 17,279 17,331 17,383 17,436 17,488 17,540 17,593 17,64517,697 17,750 17,802 17,854 17,907 17,959 18,012 18,064 18,11618,16918,221 18,273

18,326 18,37818,430 18,483 18,535 18,588 18,640 18,692 18,74518,797 18,849 18,902 18,954 19,006 19,059 19,111 19,163 19,216 19,268 19,321 19,373 19,425 19,478 19,530 19,582 19,635 19,687 19,73919,792 19,844

19,949 20,001 20,054 20,106 20,158 20,21120,26320,315 20,368 20,472 20,525 20,577 20,630*20,682 20,73420,787 20,83920,891 20,996 21,048 21,101 21,153 21,206 21,25821,31021,36321,415

21,520 21,572 21,624 21,677 21,729 21,78121,834 21,88621,939 22,043 22,096 22,148 22,200 22,253 22,305 22,357 22,410 22,462 22,567 22,619 22,672 22,724 22,776 22,829 22,88122,933 22,986

19,897

20,420

20,944

21,467

21,991

22,514

23,038 23,090 23,143 23,195 23,248 23,300 23,352 23,405 23,457 23,505 23,562 23,614 23,666 23,719 23,771 23,823 23,87623,92823,98124,033 24,085 24,138 24,190 24,242 24,295 24,347 24,399 24,452 24,50424,557

24,609 24,661 24,714 24,766 25,132 25,185 25,237 25,290 25,656 25,708 25,761 25,813 26,180 26,232 26,284 26,337

Ol ^    ^

o ro    oc -^1

24,818 24,871 24,923 24,975 25,028 25,080 25,342 25,394 25,447 25,49925,551 25,604 25,866 25,918 25,970 26,023 26,07526,127 26,389 26,441 26,49426,54626,59926,651

Für die Berechnung der Scheiben und Riemen braucht man ferner die Umfangskraft P, wenn die Pferdestärken N und die Umfangsgeschwindigkeit v gegeben sind, und benutzt hierzu die folgende Tabelle:

Tabelle zur Bestimmung der Umfangskraft = P,

wenn die Pferdestärken N und die Umfangsgeschwindigkeit v gegeben sind.

Geschwindigkeit in m per Sekunde — v

10 12

14    16    18    20    22    24

26

lO O IO

D~ xsl t xh Ci xjH

oo io co

CO !>• 1—I

CO Ci CO CO I—i

00 Ol DO O ^ -3

DO

O -3 Cü

t—I 03 CO 03 xH CD

Ci 00 CD H CO Ist

C— xt> 1—1 H CO IC

O IC O 03 03 CO

DO CO H* 00 00 00 ^ ^ 00

O 00 iß

m oo (M

H H (M

m cd oo 03 iQ GO

1—I T-1 r—I

CO O 00 Ol    CO

75

94

113

rH

00 io 03

CD GO O

CD -3 Ci

00 CO

00 03 c-IO N 00

Ol ^    CO

O Ol O CI

328    263

375

300

422

338

469

375

146

167

188

208

131

150

169

188

io o xh O H CO xJH r—I r—I v—I t—I

io o io o

io CD CD C^

516

413

562

609

656

450

488

525

344 295 375    321

406 348 438    375

258

281

305

328

229

250

271

292

206

225

244

263

188

172

159

205

222

239

188

203

219

173

188

202

m o m o

t> 00 GO Ci

703

750

563

600

797    638

844

675

469 402 500 429 531 455 563 482

352

313

281

256

234

216

375

333

300

273

250

230

398

422

354

375

319

338

290

307

266

245

281

260

95

100

CD 00 CO CD 00 h-i

713

750

110

1031

825

120

1125

900

594 509 625 536 688 589 750    643

445

469

516

562

396

417

458

500

356

375

413

450

324

297

274

341

313

288

375

344

317

409

375

346

130

140

150

1219 975 1312 1050 1406 1125

00 lO CO 00 (M CD xh to io

443

406

375

477

511

438

469

404

433

160

170

180

750

797

844

H H C5

01 o on

O QO -4

O CO io

O CO t"-CD CO CD

546

500

461

580

614

531

563 I

490

519

Tabelle zur Bestimmung der NmfangSkraft — P (Fortsetzung).

Geschwindigkeit in m per Sekunde = v

10 12

14    16    18    20    22

24    26

190

200

220

00 N IO xfi co lO 40 CD

240

260

280

300

692

750

808

865

a) Gußeiserne Riemenscheiben.

Die Riemenscheibe besteht aus drei Hauptteilen, Nabe, Arm und Kranz. In der Nabe wird die Welle befestigt, und auf ihr sitzen die Arme, welche

\y//

yy

m—®

\V

//

Fig. 316-317.

gewöhnlich elliptischen Querschnitt erhalten. Der Kranz wird von den Armen getragen und ist bei den gußeisernen Scheiben mit ihnen aus einem Stück gegossen. Man fertigt die Scheiben ungeteilt (Fig. 316) und geteilt (Fig. 317).

Die Arme werden jetzt nur gerade hergestellt, weil die früher beliebten geschweiften Arme nur das Scheibengewicht unnötig vergrößern. Bis zu 300 mm Breite gibt man den Scheiben nur einen Armftern, bei größeren Breiten aber zwei und mehr.

Durch das bereits erwähnte Balligdrehen der-getriebenen Scheibe wird der auflaufende Riemen gezwungen, stets die Scheibenmitte einzuhalten, denn die Wölbung bewirkt eine Kürzung des Riemens, mithin eine Erhöhung seiner Zugkraft. Dies würde aber nicht der Fall sein, wenn auch die treibende Scheibe ballig gedreht ist, weshalb diese stets auf dem Kranz gerade abgedreht sein muß.

Die Nabenlänge macht man bei schmalen Scheiben gleich der Kranz-breite b₁ und bei breiten Scheiben 1,3—1,5 d.

Die Ringstärke der Nabe — 0,4 X d + 10 bis 15 mm, wenn d der Wellendurchmesser ist.

Die Anzahl der Arme einer Scheibe bestimmt sich aus folgender Tabelle:

Scheibeiidurchmesser in mm

500

500

800

1200

1500

2000

3000

bis

bis

bis

bis

bis

bis

800

1200

1500

2000

3000

4000

10

3—4

Anzahl der Arme

Die Beanspruchung der Arme geschieht auf Biegung, und bestimmt sich für elliptischen Querschnitt die Armhöhe h an der Nabe aus der Formel:

ll =

und am Kranze

lij = 0,75 h.

Die Breite der Arme ist — 0,4 —f- 0,5 X h bezw. h₁.

Die Kranzdicke macht man am Rande mindestens s = 3 —{— 0,01 X r und in der Mitte — 0,04 X bt -j- s + w/ worin w die Wölbung bei balligen Scheiben ist.

Die großen Scheiben werden in der Regel mehrteilig hergestellt und mittels Schrumpfringen, Keilen oder Schrauben auf der Welle montiert. Bei der Verbindung dieser Scheiben am Kranze ist die Wirkung der Fliehkraft zu berücksichtigen und zu berechnen.

Die Fliehkraft für ein Gewicht G kg, welches sich in einem Bogen vom Halbmesser Rm mit der Geschwindigkeit v in in der Sekunde bewegt, ist:

Gv²    v²G

glk = 0,102 -ß- kg.

Nachstehende Tabelle enthält die Gewichte der fertig gedrehten ungeteilten und geteilten gußeisernen Riemenscheiben, wie sie die Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig ausführt.

GewichtStabrlle I fertiger Riemenscheiben.

NB. Die oberen Zahlen beziehen sich auf ungeteilte/ die unteren auf geteilte Riemenscheiben

Scheiben- _

durch- 75

Messer_

100

125

150

Scheibenbreite B mm

175

200

250

300

350

400

450

mm

Gewicht in Kilogramm

150

160

ist. ist. ist. ist

cm" co" cm" co"

H t—I rH i—(

.Ol Ol

'oi 'oi "oi 'o<

INI

170

180

ist. ist

cm" co" CO xH

190

200

ist.. Ist. Ist co" Th" CO Th"

ist^    ist ist

^ IO rti IO    Th GO" ist

bO

^boo I I Oi Oi ¹

210

220

o iC ist lO

co" ist" co" ist

ist ist

ist" GO GO" 05

Ol

iO iO iO

©" co" 1-T ist

CM CM CM CM

ist^ ist. ist -h" L'-"

CM CM

ist

ist" 05 gd" © CM CM CM CO

GO 03 CM C O

Ot

230

240

INI

-M pl 05 4^

"oi 'oi Oi

tr- 05 00 r—i

i—< t—( T—( CM

bo bo bO bO JJ5 03 05 bO

"oi Ion "oi

ist^ iO ist.

t'-" cT oo" co

CM co CM CO

tst_ iO ist_ ist

of Th i—" »cT

CM CO CO CO CO CO CO CO

250

260

öd 05 oi

Ol

270

280

GO -M GO ^05 Ol Ol

ist^ ist^

GO"    05 CM O CO" i—i ^

h CM r—i (M GM CM CM CM

Oi

TP OO lO b* CM CM CM CM

GD" O

CM CO CM CO

Ol

ist^ ist.

05" CO ©" ist

cm co co co co co co co

Ol

Th © ist" CM

co ^ co ^

Oi

Ol

bo bO Ol —

Ol

r- CM CM CO

ist

GO CO t— Th QO

co co

Ol

ist ist^ ist

l— co' CO ist

CO Th CO Th

05 t— CO Th

Ol

Geivichtstabelle I fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scheiben- _

durch- 75 Messer _

100    125

150

Scheibenbreite B mm

175

200

250

300

350

400

450

500

mm

Gewicht in Kilogramm

300

310

O O JO

"04 "bl

iO_ 40v

H CM*" r-T CO

lO^ iO

co xh" cd 40

iH rH rH rH

M t—i

•q pi o oi "bi bi

_OD -7 Cs) p

Ol

Ol

tC >—4 bO I—L

P 00 o 00

Ü4 04

Ol

bO bO bO tsO *4 Oi pl JN3 04 Ol

ist' iO^ lO^

QO CM*" O*" CO CM CO CO CO

lO^

d d" CO CM

CO xh CO xh

320

10

11,5

330

11

12

340

xH

350

to

04 "O4

p4 05 px bO px JO rfx bO

oi bi bi bi bi

xh CO d CO

•q oi ci oi

lO

bi

Qo _pi «q Oi

bi bi

40^ 40^ 40 40 tx" cf QO*" cf i—< i—i i—I CM

K) IsO bO M Jn5 O i—i CO

40

40

xh lx 40 QO CM CM CM CM

04

i—i xd (M CO co co CO CO

IO

QO C0 Ci rx CO TjH CO ^

lO^    tO_ LO

H CO (M o cd" 1—1 xjf cd" xh xh xh lQ xh tO xh lO

ix od tx Ci

40

40 40 GO Ö* Oi i—i CM i—i CM

40 40^

(O CM xh xh CM CM CM CM

iO

40*" Ci d o

CM CM <M CO

40

04

40 40^ lO

cd tx*" cd oo CO CO CO co

hix |4X rfx 4X Oi *—¹ 04 O

40

360

11,5

13,5

370

11,5

13,5

Ci pi tfx

bi bi

40" tx CO QO

rH rH rH rH

Oi

»st 40^

ix cf QO O

xH i—i i-H CM

of CM O CM ix CM CM CM

Oi

to to bO bo

p4 bO 04 bo

40

A QO CM *M CO (M CO

IO Oi 40 O

co co co xh

rfx rfx ^

OO »q bC

04

04 rfx 04 |4X O 05 00

380

390

400

410

pt Js5 CR O0    bO rfx bO

04 04 Ox

04

Xh" CO xd tx

40

Oi

40^ 40_

cd od ix ci

IO H t\D M CO O po bi bi

bi

Ol

4-0^ 40^

cf co —cd"

CM CM CM CM

iO_ lO

co c cd d

CM CM CM CM

lO^ lO

Ci co cf cd CM co CM co

iO_ lO^

tx CM CO xh co xh

lO O L(d o

Xsl lO Xh iO

Ol

Ci 04 04 ^ O CO QO

INI

420

14,5

16,5

430

14,5

16,5

iC iO xd id"

co JJi co q QO Oi GO Ci H p

Ol

Ol

bi

40

40^ lC>_

tx cf ix O

rH rH rH CM

iO_ iO_

Ci i—i O CM h CM CM CM

—f xh cd" 40 <M CM CM CM

Oi

Oi

xh tx*" iO Ci CM CM CM CM

Oi

i—¹ xh" CM ZD CO CO co CO

o<

GO ^ Ci d

co xh co xh

Ol

CO CM QO 40 xh iO xh 40

CO —i xh xh iO C IO CO

bO H bO H

QO O QO

DO b->>

bi

bi

^    40    40

O CO    h    xh    T-f    xh"

CM CM    CM    (M    CM    CM

Oi

Ol

bO bc bc K) ^ po Ci bO oi di

40 lO 40

40*" Ö" CO cf

CM CO CM CO

co tx cd oo

CO CO CO CO

«o

Oi Oi 04 ^

00 H Ol 00

CO CO b» 00 IO CO iO CO

xh IX

CM CM

04

tx rH CM CO

04

40^ 40

cd" ocf co co

CO Ci

xh xh

04 04

CO

QO Ci iO ZD

Gewichtstabelle I fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Schei-

ben-

durch-

messer

100

125

Scheibenbreite B mm

150

175

200

250

300

350

400

450

500

mm

Gewicht in Kilogramm

450

460

Xh" b» ist b* i—I rH rH tH

Ol

i—l

470

480

i—I

00 05 00 pl

bO

QO 50 OO 50 s-M

"bi Oi

05" GM O gm H CM GM GM

Ol

Oi

CM ist CO ist GM GM GM GM

Ol

Ol

xfoo iO 05

GM CM GM CM

Ol

00 CM GO C0 CM C0 GM C0

ist

bo

ist ist

oo" o"

bO bO bO bO _05    4^ _h-*

'oi 'oi

tO ts tO tO

^ Oi ^

05 IO 05 tD ,0 _05 O 05 Ol "oi

05" xh Cf iO

GM C0 C0 CO

Ol

lO

ist_ o

ist 00 ist" O" CD rH QO co co co co ^ co co ^

Ol

ist

05 ül C5 O» 05 Oc 05 Ü1 05 ~4 bC 05 bO 05 p5

oi

Ol

O O co CO

CD tr- cs) t-

CO ^ lO lO

CO t« CD t»

CM CM t— CO

490

500

CO oc" 50 05

Ol

05 CM O CM H CM CM GM

tO bo bc bo

4n CO _p5 >—k __Ol Ol

ist 00 50 CO CM GM GM GM

Ol

iOv lO o 50" cf rH CM CO GM CO

O" ist CM 50

co co co co

ist

co CO 05 MC CO TJ1 CO ^

Oi rfx Oi ^

50 Oi QO

C5> G5) 05 Ol

CD O -4 00

CD CO GO O

SO t- 50 00

CD CO O iO tc- GO r> GO

P OO 50 GO    50 GO I

Oi 4h o 4^-    h— LO *

525

550

t'- O GO rH H CM h Cq

rH CO GM ist CM CM GM CM

bo bs bo bo

QO^ -4 ^

Ol

b* cm 05 co CM CO GM CO

05 xh i—l 50 CM CO CO CO

^ 05 50 (M

CO CO CO ^

gm Qo in h

Xh Xh xh ist

rH O ist xh ist CD iO CD

-4 05 -1 05 05 GO 05 0:

575

600

05 GM O xh t-h GM GM CM

CM 50 CO b-CM CM GM GM

50 05 b* O CM CM GM CO

ist CM 50 co co co CO

CO 00 50 05

co co co CO

00 xh O QD

CO xh xh xh

CO 05 50 xh ist xh ist

*^1 05 05 Ol O CO -4 CD

GC -1 OO -M 05 05 i—^ bO

r—I ist 50 O GO 05 CO O

CM —< QO CO CM GM t- QO CO 05 OO 05 05 O 05 O

O 50 50 50 O 50 50 bO

O i—i O Gm

625

650

i—( ist GM 50 CM GM GM GM

ist 05 50 O CM GM GM CO

05 CO O iO GM CO CO C O

4n CO 05 05

O -4 00 ^

t'- GM 05 xh

co xh co xh

Oi 4^ 4^ 4^

tO 05 CD 05

GM 05 50 C0 ist ist ist 50

CD iO O O CD t- c- OO

CD 00 CO 00 GO Q M O

94 103 107 116 98 111 114 124

ist 05 Xh GO l—i GM CM CO

675

700

CO 00 50 05 CM CM CM GM

GO GM 05 xh CM CO GM CO

CM tx xh 05 CO CO CO CO

00 CO 1—1 50 CO XjH ^+1 xh

Cti ^ 4^ 4^ m oi oo to

O CD H OO xh ist ist ist

-4 Ol 05 Ü1 H CD -4 CD

lO ^ GO QO b* 00 O* CO

O ist ist 00 Q O O O

GO CO CM CO

—¹ SO

co co

4n 05

i—i Oi

GM GO

xh xh

Ol 4^

rfn 05

CO —I ist 50

ist xh -CO tx

C0 xh 0O 05

^ o Ol o

CO CO i-H CO

CM 0O    05 50

h CO CM CO    CM xh-

Ol 05 4H co C5 071 O

C5 4H O 05

Getvichtstllbclle I fertiger Niemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Schei-

ben- _

durch- 75 nieder

100

125

Scheiben breite B mm

150    175

200

250

300

350

400

450

500

mm

Gewicht in Kilogramm

750

775

CS xh h gD CM CO CO CO

CO OO xh o co co co xh

00 xh CS GD CO xh CO xh

O OO CO rH O O ist CO

Ci Üi Ci Ol

QO GO On -M

OO -M —4 03 OO GO O

88

107

121

137

153

100

123

140

155

167

91

112

128

143

160

104

129

148

162

178

800

825

tx- CO • ■

co co co xh

tx CO CS ist

co xfi co xr

xh ix- iO CO

xh xh xh iO

Ci> tm o

ist ist o

Ci Qi Ci Üi OO ^ Ci

(M h iO iO GD t— GD l ^

© OD OO -4 O 00 M

96

116

132

150

168

108

100

115

131

123

141

153

169

186

138

162

157

178

175

195

850

-H CM

co xh

O ix-

xr xh

875

Ql ^ Ql ^ Oi QO Isst Ol

ist CO h* ist

ist co ist co

QO QO CM CM CO Ix tx X

^ '■f OO Ci CO Ci GO Ci

106

120

110

125

128

147

134

154

144

168

152

176

164

185

173

195

182

203

192

212

900

925

O CD CM O ist ist Ist CO

CS l '"_ t-h . ^ O CO 0 Ix

GO -4 h Ci O O «4 *4

^ lO t- Ci tx- OO tx* QO

CM CM GO GO CS O CS O

114

129

120

136

140

160

146

169

154

179

198

182 199

220

164

190

188

209

213

232

950

975

cs O» cs Ol

CS tsst (4—

^ GO GD O O tx CD Ix

CM CM lO 00 tx- CO tx- QO

CM h CO iO

00 cs oo cs

O CM xh CS O T—I O

125

142

132

148

CM lO Oi ■ ■ iO Ix- lO 00

1-H

172

198

178

205

196 219 223 242 204 229 227 252

1000

1025

CS CD O O

ist CO GD ix*

cs CS o CM GD Ix* Ix- CO

CO CO OO -4

SO

O QO GD OO ^ 0 CO QO

133

153

141

160

GD 00

O X CI

185

212

192

223

213 235 239 263 221 247 254 279

1050

1075

CS CS rfs- o« tc tsst

^ ist CO X IX x tx- oo

GD GO GO QO CO ^ Ci ^

CO Ix- o CM CS O O TM

ca to w m

Isst x- -Hl

*4 m Cl ^ to Isst os CO

178

205

184

212

199

231

207

240

230 257 260 286 239 267 270 296

OO GD

t- CS

O QO LO GD

t- o

CM xh

rH rH

00 O lO 00

i—( CM

OS

—' CS

tO Isst M— >—> <X> rfx

GO CS

—n l —

CM GM

gd r-tx- O

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Schei-

betv

durch-

messer

125

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1125

1150

1175

1200

1225

1250

1275

1300

1325

1350

1375

1400

1425

1450

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

Sch eiben breite B mm

150

175 j 200 I 250

300

350

400

450

500

600

Gewicht in Kilogramm

198

226

206

234

H SO CS CO CM st M SO CM CM CM CM

CS SO 00 ist oo so cs CM CM CM CM

OO OO OD -1 OO o C’i -M

t- CO st O co t— ^ co CM CM CM CM

275

310

285

320

h*    oo    SG    Q    t-    ^    CO    Gl

00    CS    CM    O    TP    H    ist

(M    CO    CM    CO    CO    CO    CO    CO

00 GO GO OS

99

112

103

114

105

120

110

125

114

130

119

133

123

137

126

142

cs so

INO

SO 00 SO SO 00 Ol Ü«

230

254

234

265

254

295

262

303

st i—( co cs co co cs co CM CO CM co

270

310

276

318

H CO CS SO O ^ O Ist

co co co co

O 00 CO CO iO CO »O

SO O Qc

Ol so

210

IC I—¹

SO

st o

244

270

252

292

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cs cs 00 oo

^ SO CM c—

co co co co

cs cs st cs CM CM

co co

03 03 OO 03 OO 071

CO Cs

O SO

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Schei

ben^

durch-

messer

125

150

175

Scheiben breite B mm

200

250

300

350    400

450

500

600

mm

Gewicht in Kilogramm

1500

1525

O QO ist ict CO ^ CO lQ

160

181

163

188

201

221

206

228

264

287

270

295

308

355

317

365

345

395

397

452

354

408

412

463

O CM CO GO iO O CD ii xfi lO xh iQ

1550

1575

O Ci ^ xfi uO xfi CD

168

196

172

200

212

234

216

239

278

326

363

423

310

288

330

374

334

383

418

373

428

475

433

486

1600

1625

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178

204

184

212

223

293

343

383

444

245    336

392

437

497

228

302

350

392

455

253

349

405

451

513

Ol Ol Ol 4^ -1 m Ol CD O to 05 OC

1650

1675

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Ci t"- co i—i X H 05 Ol ▼—I 03 i—i (M

237

259

239

266

310 I 360

402

466

356

411

461

524

314

364

412

477

364

420

471

537

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1700

QO Ci QO Ci

1725

CD l> O CO Ci (M O CO n CM (M CM

247

272

249

278

320

370

325

378

382

422

430

386

440

481

429

492

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O Ol Ci Ol l'O Ci H ^ Ci tC m GO

Ci Ci .    ,

CD bO I    I

1750

208

238

1775

214

243

393

451

399

461

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Ci Oi Ci Oi Ol oc oo n 05 GO CD Oi

Ci »O CM Ci

co o in ii

CD H CD t—

1800

220

249

1825

226

258

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05 GO b*

W C5 h O iO iO CD

Ci Ci Ci Ci QO i- Ci O O« 4^ Ci

Ci CO QO CD b* O X O CD H CD H

t\D bO Ci oo

<M co

Ci <M

4^ 00 K> Ci O Ol

Oi 4^ 4^ QO CD i—i

Ci Oi lO Oi Ci CD

H GO

CM Ci CD CD

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scher-

ben-

durch-

messer

125

150

175

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200

250

300

350

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450

500

600

mm

Gewicht in Kilogramm

1875

235

284

372

267

319

428

1900

241

291

379

273

325

435

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CO O ^ H xh iO    3C

490

560

501

571

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to o o o

O co co t-^ h lO 03 CO C- CD C—

720

800

750

825

1925

1950

O GO 03 iO xh t— iO CO 03 03

295

386

332

314

346

444

395

452

K 03 CD CO xsl iO xh lO

512

582

522

594

iO CD t— QO Oi CD H C— iO CD CD iO

QO CO H t— CD 00 iO CD d- CD 0-

770

845

790

865

1975

257

319

400

289

341

456

2000

262

324

405

294

352

458

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532

605

550

623

O 03 CO O O CO 'M O QO GO GO Ci

2025

268

329

418

300

360

463

2050

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344

428

311

368

490

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560

636

575

650

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CO i-H IO lO CO o CO o

2075

279

350

438

317

378

500

2100

286

354

444

322

382

508

t—i CD CD CO 03 Ci 03 O iO iO iO CD

600

670

609

676

862

973

898

993

2125

292

331

2150

299

344

O co CD CD Ci CD O CO CO CO rt*

450

516

456

521

Ci 03 Ci 03 IO Oi h OJ QO ^ QO

620

692

625

700

CD QO QO -3 O ^ CD CO 05 tO

908

1004

920

1026

2175

2200

CD 03 CD O O iO h CD CO CO CO CO

CO iO Ci 03

t- H 1- sM

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Ci 1—1 t— CO CD xH t— lO iO CD lC CD

636

715

649

730

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co

03 O QO OO CO 03 xF CO OO 05 00 05

943

1040

957

1056

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Ci t-QO CD lC CD

-3 Ci

^ Ci 03 OQ

QO -3 CJl Oi to Ci

CD QO O* Ci Ci Oi

988

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Schei-

ben-

durch-

messer

Scheiben breite B mm

125

150

175

200

250

300

350

400    450

500

600

mm

Gewicht in Kilogramm

2250

2275

M L- r—

»O <M t—

co co

387

492

70 co

438

394

447

553

500

564

781

869

796

886

882 1018 975 1130 899 1032 993 1140

2300

343

402

510

392

455

573

2325

351

410

519

400

464

593

812

903

827

920

916 1069 1012 1174 933 1090 1021 1197

2350

359

418

529

408

472

594

2375

366

425

539

416

481

605

842

937

857

954

950 1112 1029 1220 967 1133 1058 1243

2400

374

433

548

425

490

616

2425

382

441

557

433

498

626

872

971

887

988

984 1154

1267

1176

1291

2450

390

449

567

695

903

1198

442

507

637

784

1005

1315

2475

397

457

576

712

919

1248

450

516

647

797

1021

1369

2500

405

459

lO »O CD CM iQ

Ci Ol O' QO 00 Ci

CO

00 Ci

934

1298

1424

fo) Schmiedeeiserne Riemenscheiben. Mit Rücksicht auf das immerhin etwas hohe Eigengewicht der gußeisernen Riemenscheiben werden auch aus Schniiedeeisen solche hergestellt, welche bei der Zähigkeit dieses Materials wesentlich schwächere Abmessungen erhalten können. Die Arme dieser Scheiben werden aus Rundeisen hergestellt und an ihren unteren Enden gut verzinnt, damit sie beim Gießen der Nabe, die aus Gußeisen hergestellt wird, sich mit dieser fest verbinden, sobald das flüssige Gußeisen mit den in die Form eingelegten verzinnten Speichenenden in Berührung kommt. Der Kranz wird aus Flacheisen oder Eisenblech hergestellt, und vernietet man in ihm die anderen freien Enden der Arme.

Zweiteilige Schmiede eisen sch eiben werden an der Trennungsstelle des Kranzes durch Laschen auf der Kranzinnenseite verbunden und an der Nabe, wie bei den gußeisernen geteilten Scheiben, durch Schrauben. Während die kleineren Scheiben nur mit einem Armstern ausgeführt werden, gibt man den größeren zwei.

Die Zahl der Arme nimmt man bei diesen Scheiben A = 2,5 bis 3 mal so groß wie bei den Gußeisen-Riemenscheiben, die Kranzstärke

mni

a = 0,02 X b + ³

worin b die Niemenbreite bedeutet.

Man berechnet die Arme auf Biegung und findet den Durchmesser des Rundeisens für die Arme aus der Formel:

d — 1,2

worin P die Kraft des Riemenzuges, A die Anzahl der Arme und r der Halbmesser der Riemenscheibe ist.

c) Hölzerne Riemenscheiben.

Man sieht diese Scheiben heute vielfach im Gebrauch, und namentlich auf Transmissionen, die schon ziemlich stark mit eisernen Scheiben belastet sind, ist es sehr zu empfehlen, hölzerne Riemenscheiben aufzunwntieren, wenn die Aufstellung weiterer Maschinen es nötig macht, Antriebsscheiben auf die Wellen der Transmission zu bringen. Ihr Hauptvorzug ist ihr geringes Gewicht, während die höhere Reibung, welche zwischen Holz und Riemen stattfindet, nicht in Betracht kommt, denn der Riemen darf deshalb nicht schmäler genommen werden, da er ja in der Regel über eine gußeiserne und eine hölzerne Scheibe läuft. Dagegen haben die Scheiben den Nachteil, daß sie sich .bei schwankender Betriebskraft leicht erhitzen und der Riemen leicht gleitet. In feuchten Räumen benutzt, quellen sie auf und verziehen sich oder lockern sich, so daß leicht Störungen eintreten können.

Man fertigt die Holzscheiben aus Buchen- und Pappelholz, indem man die einzelnen Segmente unter Dampfdruck aufweicht, gegen Feuchtigkeitseinfluß ilnprägniert und in Kreissegmente biegt. Sie werden gewöhnlich zweiteilig ausgeführt und durch Klemmen mittels Schrauben auf der Welle befestigt.

cl) Feste und lose Scheiben.

Ein lose Riemenscheibe wird in allen den Fällen neben einer festen angewendet, wenn an irgeiib einer Arbeitsmaschine von Zeit zu Zeit eine

Bewegungsabstellung notwendig wird, folgt mit einem Riemenrücker, und hat man für diese verschiedene Anordnungen.

Das Ausrücken des Riemens er-

Eine recht praktische Vorrichtung dieser Art ist der unter der Marke „Ba-mag-Riemenrücker" auf den Markt gebrachte Apparat der Berlin - Anhaltcr Maschinenbau -A.-G. in Dessau, der in Fig. 318 in seiner Handhabung und in Fig. 319 und 320 in Anwendungsbeispielen dargestellt ist.

Der Riemenrücker be

(

.V’s

Fig. 318.

steht aus einer den Riemen umfassenden Öse mit rechteckiger Öffnung; dieselbe ist in einem kreisrunden Ring drehbar gelagert und kann sich infolgedessen jeder Lage des Riemens mit Leichtigkeit anpassen. Dieser Ring wird durch zwei Führungsstangen gehalten, welche sich wieder in einem eine Parallel-führung bildenden Kloben verschieben lassen. Dieser Kloben ist auf einer nach dem Stande des Arbeiters führenden, drehbargelagerten Stange befestigt, auf welcher in handlicher Höhe ein Handgriff angebracht ist, durch welchen der Riemenrücker betätigt wird. Die Lagerung dieser Stange läßt sich in einfachster Weise durch entsprechend gebogene Flacheisen erreichen, welche einerseits an der Decke usw., anderseits an der Maschine befestigt werden.

In Fig. 319 a, b und c ist der Riemenrücker an einem nornralen Deckcn-vorgelege angebracht, und ist aus diesen 3 Skizzen, a Aufriß, b Grundriß und c Seitenansicht, die Anordnung gut zu erkennen.

Während der übliche einfache Ausrücker, bestehend ans einer Riemengabel, den Antriebsriemen der Transmission von der festen auf die lose Scheibe

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Fig. 319 a.

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Fig. 319 b.

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schiebt und umgekehrt, je nachdem Stillstand oder Bewegung des Vorgeleges nötig wird, leitet der Bamag-Apparat den Riemen, — welcher von der Stufenscheibe des Vorgeleges herab auf die Arbeitsmaschine (Fig. 318, Drehbank) läuft, von einer Stufe -des Vorgeleges auf die andere, je nach dem ___ Geschwindigkeitsgrad, den der Dreher einzustellen wünscht.

Bei schräg nach unten laufendem Riemen und mit nach verschiedenen Seiten schräg nach unten gehender Stange gestaltet sich die Anordung des Bamag-Riemeurückers nach Fig. 320 a—c. Die

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Fig. 320 a.

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obere Lagerung der Stange wird hier durch zwei zu einem Kugelgelenk vereinigte Kreuzkloben gebildet, welche auf einem durch eingestecktes Gasrohr verlängerten Bock befestigt sind. Die lose Scheibe sitzt gewöhnlich auf der getriebenen Welle und erhält eine mit Schmiernuten versehene Leerlaufbüchse, Fig. 321, die fest auf der Welle sitzt und mit ihr umläuft, während die lose Scheibe still steht, sobald der Riemen von der losen auf die feste Scheibe gerückt worden ist.

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Fig. 320 b.

Fig. 320 c.

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5.

Die Rienienleiter und Sxannrollengetriebe.

a) Die Riemenleiter.

Liegen zwei Wellen, znnschen denen eine Kraftübertragung stattfinden soll, in einem beliebigen Winkel zueinander, so verwendet man vorteilhaft Niemeu-triebe mit Ricmenleiteru.

Auch wenn Zahnradgetriebe noch anwendbar sind, ordnet man in den meisten Fällen doch besser Riementriebe mit Riemenleitern an, da diese weniger Kraft gebrauchen und geräuschlos arbeiten.

Die Riemengeschwindigkeit wählt man bei Anordnung von Niemenleitern möglichst groß, um schmale, biegsame Riemen zu erhalten, durch die ein glatter, sicherer Lauf gewährleistet ist. Doppelriemen besitzen infolge ihrer Stärke zu wenig Biegsamkeit und sind am besten ganz zu vermeiden.

Bei der Montage der Niemenleiter ist darauf zu achten, daß bei den einzelnen Rollen die Mittellinie des auflaufenden Riemens in die Mittelebene der Rolle füllt. Bei richtiger Einstellung ist es nicht notwendig, daß der Abstand der Rollenmitten dem Durchmesser einer der Antriebsscheiben gleich gewählt wird.

Die Niemenleiter können an der Decke, dem Fußboden, der Wand oder an einer Säule befestigt werden und sind den jeweiligen örtlichen Verhältnissen anzupassen.

In Fig. 322 ist ein Decken-Niemenleiter d. B.-A. M.-A.-G. Dessau abgebildet, ^ ¹ ' der mit selbsttätiger Schmierung versehen ist.

Um die Lage der Rollen dem Lauf und der Lage des Riemens genau anpassen zu können, den sie leiten sollen, sind die Nollenachsen in der Höhe verstellbar und können auch bis zu einem Winkel von ^

15° zur Vertikalen nach der einen oder anderen Seite hin geneigt werden.

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(fj

1/2

Fig. 322.

Die Abmessungen dieser Niemenleiter sind aus der folgenden Tabelle

zu ersehen.

Tabelle über Decken-Riemmleiter.

Rie

men-

breite

Aus

ladung

Rollen

Ab-

Klein- Größ-

ster

ter

Stärke

3 ö

#1

Breite

stand

von der! Abstand der Decke

Rollenmitten

übereinander

der

Befestigungs

schrauben

r-

Ent-

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nung

Durch-

mcffer

Ge-

wicht

Zahl

mm

mm

mm mm

mm

mm mm

mm

mm

mm

kg

o o

UO L"-

180

215

150    80

200 100

480

550

100

130

IO o lO o

CM CO

250    140

300    170

660

810

O O

o o

H CM

o o

IO —< CO Xsl

360    200

430    250

912

1060

250

475

300

550

500    300

600    350

1225

1370

oo    oo    S ^    g CO

O O    OO    Ol o    oo

450

500

550

675

750

900

1000

1100

o o

CM CM

260 23 310    23

o o >cr o

CO Hi

o o

CM CM

450    29

500    29

Hi h«.

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O Hk

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o o

O lO ^ iQ

Der Wand-Riemenleiter Fig. 323 zeigt im allgemeinen dieselbe Anordnung und Verstellbarkeit, wie der vorstehend mitgeteilte. Bei dem in

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Fig- 323.

Fig. 324.

Fig. 324 dargestellten Wand-Riemenleiter liegen die Nollenachsen im Mittel horizontal, können aber in der Höhe verstellt und bis zu einem Winkel von 15° gegen die Horizontale nach oben oder unten geneigt werden, und sind die Naben der Rollen von Schmierfüngern umschlossen. Die Dimensionen und Gewichte der verschiedenen Größen gibt die folgende Tabelle an:

Tabelle der Wand-Riemenleiter.

Rie

men

breite

Ausladung Rollen-

Klein- Größ-

ster

ter

Durch- Brei- Abstand der niesser te

Rotlenmitten

Ltärke der Entfernung Wand-1

Ankerschrauben

übereinander

platte

Durch-

messer

Ge-

wicht

Zahl

mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm

mm mm

kg

-CI c

o o

IO ' GO

IO o

150

CO

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200

O 00

o o

o o

lO o

CO rjl

450 40 340 500 42 380

o o

CM CM

CO lO CO lO

100    245 355 178

130 |282 412 210

250 140 450 300 170 525

O lO >o l— tiO CO

45 I 425 47 I 507,5

23

23

160

200

O to CO GO CO CO

o iO GO CO ^ »O

237.5,

272.5,

o o

CO CO CO

io IO

Ol o o o

600

700

CO -CI O Ol

o o

50 575 160 23 55 662,5 190 23

250    453

300    530

310

355

500 300 800 1000 600 350 900 1100

63 740 200 23 75 805 210 26

CO CO LO lO CO CO

O CO CJ5 O

O lO t—    t— o

CM    CO IO

Der Spielraum, den die in Fig. 322 bis 324 mitgeteilten Niemenleiter in bezug auf Verstellbarkeit gewähren, ist nicht sehr groß, und wendet man für Anlagen, die eine größere Verstellbarkeit erfordern, Riemenleiter mit Universal-SLellbarkeit an, wie ein solcher in Fig. 325 als Decken-Riemenleiter abgebildet ist. Hierbei liegen die Rollen-achsen im Mittel horizontal und können nach allen Richtungen hin zur Horizontalen um einen Winkel bis zu 15° verstellt werden. Auch hier sind die Naben mit Schmierfängern versehen, mit dem Abtropfen des Schmieröls vorzubeugen. —

Wechsel - Riemen leite r. Die in den Figuren 322—325 dargestellten Riemenleiter können nur bei unveränderter Niemenlage angewendet werden. Soll jedoch der Riemen während des Betriebes seitlich verschoben werden, wie dies immer bei Benutzung von Fest- und Losscheiben der Fall ist, so sind Rollen anzubringen, welche mit dem Riemen hin- und herwandern, denn schwer vollzieht sich die Riemenverschiebung, wenn man nur breitere Rollen verwendet.

Die Darstellung, Fig. 326, zeigt eine Wander- bezw. Wechselrolle nebst vollständigem Zubehör. Die Rolle kann mit größter Leichtigkeit die

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Fig. 325.

Lagen wechseln. Die Schmierung geschieht durch die Mitte der Achse, und ist die Rollennabe von Schmiersängern umschlossen.

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Fig. 326.

Zu einem Riemenleiter gehören zwei solcher Wechselrollen. Dieselben können entweder unmittelbar an der Wand, an Wandplatten oder an Hängesäulen befestigt werden.

b) Tie Spannrollengetriebe.

Wenn zwischen zwei Wellen von kurzem Achsenabstand bei großem Übersetzungsverhältnis Kräfte durch offene Riemen zu übertragen sind, empfiehlt sich die Anordnung einer den losen Riemen führenden Spannrolle.

Ohne Spannrolle würde der Riemen unter diesen Verhältnissen auf der kleineren Scheibe nur längs eines sehr kleinen Bogens aufliegen, so daß er, um die Kraftübertragung zu ermöglichen, sehr stark angespannt werden müßte, wodurch das Riemeumaterial sehr leidet und Lager wie Wellen übermäßig beansprucht werden.

Durch Anordnung der Spannrolle, die zweckmäßig nahe der kleineren Scheibe angebracht wird, läßt sich der Umspannnngswinkel des Riemens an der kleineren Scheibe soweit vergrößern, als es die örtlichen Verhältnisse überhaupt zulassen, wodurch eine Herabsetzung der Riemenspannung ermöglicht wird und alle die oben genannten Nachteile vermieden sind.

Um den während des Betriebes auftretenden Streckungen des Riemens Rechnung zu tragen, sind die Spannrollen beweglich und zwar so angeordnet, daß sie durch ein einstellbares Belastnngsgewicht gegen den losen Riemen gepreßt werden. Die Anordnung der Hebel, welche die Spannrolle und das zugehörige Belastungsgcwicht tragen, richtet sich nach den örtlichen Verhältnissen.

Über das Lenix-Spannrollengetriebe, welches von der B.-A. M.-A.-G. Dessau ausgeführt wird, geben wir in Fig. 327 bis 329 einige An-ordnungsknispiele. Professor R. Hundhausen äußerte sich in der Ztschr. d. Ber. Dt. Ingenieure, Jahrgang 1907, über diese Vorrichtung wie folgt:

Die bisherigen Theorien und die in der Praxis üblichen Regeln reichen nicht aus, um für die so wichtigen und zahlreich angewandten Riemen- und

Seilübertragungen sicher und vorteilhaft wirkende Anordnungen treffen zn können. Um nur ein Beispiel herauszugreifen, erwähne ich, daß bei Seiltrieben mit Dehnungsspannung die Seile, damit sie möglichst lange nicht nachgespannt

m.....:

..

m 327.

zu werden brauchen, ursprünglich mit einer solchen Verkürzung aufgelegt werden, daß etwa die zehnfache Belastung der Wellen und Lager eintritt, als der zn übertragenden Umfangskraft entsprechen würde.

771'

MW

Fig. 328.

Für Riemengetriebe gab es bisher eine Reihe von handwerksmäßigen Regeln, die beachtet werden mußten, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen: Die durch Riemen zu verbindenden Wellen sollen möglichst nicht senkrecht untereinander liegen, weil sich sonst keine genügende Anhaftung des Riemens auf der unteren Scheibe erzielen läßt; sie müssen vielmehr wagrecht oder nur wenig geneigt nebeneinander liegen und einen möglichst großen Abstand voneinander haben; die Achsenentfernung soll wenigstens 4 m betragen. Das Übersetzungsverhältnis zwischen beiden Riemenscheiben soll kleiner als 6 : 1 sein; int allgemeinen bleibt man ja erheblich darunter. Der Reibungskoeffizient darf höchstens zu 0,25 angenommen werden, wohingegen zur größeren Sicherheit nur 0,1 in der Rechnung zugrunde gelegt werden soll. Das Verhältnis der - Spannungen im ziehenden und im gezogenen Trunt ist im allgemeinen zu 1:2 anzunehmen, woraus sich ergibt, daß die gesamte für den Lagerdruck in Rechnung zu stellende Zugkraft des Riemens etwa gleich der dreifachen Umfangskraft anzunehmen ist. Besondere Spannrollen sind tunlichst zu vermeiden. Das gezogene oder schlaffe Trum soll oben, das ziehende Trum unten liegen.

Kaum eine einzige von diesen Regeln behält aber ihre Gültigkeit bei dem neuen Riemengetriebe, das in Fig. 328 schematisch dargestellt ist und wovon die erste Ausführung in Deutschland für den Antrieb einer lOO pferdigen Dynamomaschine benutzt wurde, während eine zweite gleiche Maschine nach der alten Gepflogenheit durch einen sehr breiten Riemen angetrieben wird. Der Antrieb beider Maschinen, der von derselben Welle ausgeht, vollzog sich bisher in der alten Weise, wie sie ans der einen noch jetzt zum Vergleiche beibehalten ist. Der neue Riemen ist 250 mm, der alte 600 mm, und beide sind 6 mm dick. Trotzdem ist die spezifische Belastung deH Riemens beim neuen Getriebe erheblich geringer als beim alten; dementsprechend wird auch der Lagerdruck beträchtlich verringert.

Das Geheimnis dieser Wirkung liegt in einer Spannrolle r, die in einer um die geometrische Achse des Motors m, Fig. 328, drehbaren Schwinge s gelagert ist. Die Spannrolle hat die doppelte Wirkung, einerseits den umspannten Bogen der kleinen Scheibe wesentlich zu vergrößern und anderseits die Spannungen des Riemens derart zu beeinflussen, daß das gezogene oder schlaffe Trum stets annähernd mit der gleichen Kraft angespannt wird, gleichgültig, ob der Riemen länger oder kürzer wird. Hierdurch wird die eigentümliche und sehr wertvolle Wirkung erzielt, daß bei Vergrößerung der Um-fangskraft, welche eine Dehnung des ziehenden Trums zur Folge hat, die Spannrolle das entsprechend verlängerte schlaffe Trum weiter um die kleine Scheibe herumführt und den Umschlingungswinkel auf derselben entsprechend vergrößert, so daß ohne Vergrößerung der Spannung im schlaffen Trum eine verbesserte Haftung und Mitnahme des Riemens auf der kleinen Scheibe erzielt wird. Der Umschlingungswinkel wird im Falle der Figur 328 etiva doppelt so groß, wie er ohne die Spannrolle sein könnte. Das Spannungsverhältnis zwischen dem schlaffen und dem ziehenden Trum wird dadurch aber in bedeutend größerem Maße verringert, und zwar kann man int allgemeinen annehmen, daß dieses Verhältnis bei dem vorliegenden neuen Riemengetriebe 1 : 10 beträgt, gegenüber 1 : 2 bei den bisher üblichen Riemengetrieben.

Alles, was in den oben angedeuteten alten Regeln gesagt war, kommt jetzt außer Geltung. Der sogenannte senkrechte Riementrieb (für senkrecht untereinanderliegende Achsen) macht nicht mehr die geringsten Schwierigkeiten. Der Achsenabstand braucht nicht mehr möglichst groß gewählt zu werden, sondern kann beliebig klein sein, und je kleiner er ist, um so günstiger wird das Verhältnis. Für das Übersetzungsverhältnis sind keine Schranken mehr gezogen. Bei Fig. 329, die einer praktischen Ausführung entspricht, ist das

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Mg. 829.

Übersetzungsverhältnis beispielsweise 1 : 15. Gerade in dieser Beziehung erscheint das neue Getriebe geeignet, eine Umwälzung der üblichen Anordnungen beim elektrischen Antrieb langsam lausender Maschinen herbeizuführen, indem es an die Stelle von Zahnradübersetzungen, Schneckentrieben usm. tritt, die den Wirkungsgrad verringern und vielfach unangenehmes Geräusch verursachen. Dabei ist besonders zu beobachten, daß die Spannung des Riemens im ziehenden Trum, die früher mindestens gleich der doppelteit Untfangskraft anzunehmen war, jetzt nur um wenig größer als die zu übertragende Umfangskraft selbst ist, während sie int schlaffen Trum infolge der beträchtlichen Vergrößerung des Umschlingungswinkels so klein ist, daß die Lager der Spannrolle nur wenig belastet sind und trotz hoher Umlaufgeschwindigkeit leicht kühl gehalten werden können.

Tie Berlin-Anhaltische Maschinenbau-A.-G. hat das hier besprochene Getriebe in der eigenen Fabrikanlage an mehreren Stellen einer längeren Prüfung unterzogen. Auch in anderen Betrieben ist es bereits in zahlreichen Fällen ausgeführt und hat sich überall aufs beste bewährt. Die Fabrik hat sich angelegen sein lassen, wie ihre übrigen Triebwerkteile so auch dieses neue Element in einer Reihe von normalen Formen einheitlich durchzubilden.

Die Riementriebe.

Jeder Praktiker weiß, wie vielgestaltig heute die Ausführung der Riementriebe und Riemenführung ist, und ist es nötig, die Regeln hier wiederzugeben, welche ganz allgemein bei der Ausführung der Riementriebe zu beachten sind.

Man hat bei der Verbindung zweier Scheiben durch Riementrieb vier Rechnungsgrößeu zu beachten: die zu übertragende Kraft, die Größen der Riemenscheibendnrchmesscr, die Niemengeschwindigkeit und die Entfernung zwischen den beiden Wellenachsen, sowie ihre Lage zueinander.

Wie luir schon früher sagten, läßt man jetzt die Transmissionen wesentlich schneller laufen als früher, wo man mit 10—15 m Riemengeschwindigkeit glaubte auskommen zu müssen. 20—30 m Geschwindigkeit für Hauptantriebe und 10—15 m für Arbeitsmaschinen dürfte das richtige Maß sein. Wenn auch Gehrckens in Hamburg angibt, daß 50 m Rienicngeschwindigkeit in der Sekunde nicht zu hoch ist, so sollte man -doch, mit Rücksicht auf die Wirkung der Fliehkraft, die bei hohen Geschwindigkeiten an schweren Gußscheiben auftritt, 30 m Geschwindigkeit in der Sekunde nicht überschreiten.

Über die Dimensionierung der Scheiben haben wir bereits die nötigen Regeln gegeben und über das Übersetzungsverhältnis zwischen zwei Scheiben gesagt, daß es das Verhältnis von 1:5 nicht überschreiten soll.

Das Übersetzungsverhältnis spielt bei den Triebwerksanlagen eine wichtige Rolle, und wollen wir diesen Berechnungen eingehendere Aufmerksamkeit tvidmen.

Aus dem Ilmsetzungsverhältnis bestimmt sich der Durchmesser der Riemenscheiben, wenn die Uuidrehungszahlen gegeben sind, und umgekehrt kann man für eine Welle die Tourenzahlen bestimmen, wenn die Scheibengrößen und die Umlaufszahl einer Welle bekannt sind.

Wenn man mit D, und D₂ die Durchmesser zweier Scheiben bezeichnet und mit iij und n₂ die zugehörigen Ilmlanfszahlen, dann ist das Umsetzungs-Verhältnis

Dj: Do = Bo: n₁; es ist dann

D,=

d₂ X n».

ni

d₂ =

D,X°.

D ₂    •

1. Beispiel: Eine neu aufgestellte Arbeitsmaschine soll in der Minute 40 Touren (n₂) machen und hat eine Antriebsscheibe von 350 mm Durchmesser (D₂'. Die Transmissionswelle mach: 60 Umläufe (n,) in der Minute. Wie groß muss die Riemenscheibe fein, welche auf der Transmissionswelle angebracht werden muß?

¹¹1 =

D.Xn

D,

•2.

¹¹ 2 =

Es ist gegeben: D₂ — 350 mm; n₂ = 40; nt — 60. Dann ist D₂ X «S _ 350 X 40 _ 14000

l>i =

60

60

= 283 mm.

Um die Probe zu machen, ob die Rechnung richtig ist, nehmen wir an, nt sei gesucht, dann ist

n₁ =

D₂ X n2_ 350 X 40

14000

D,

233

233

— 60 Touren.

2. Beispiel: Zum Antrieb einer Welle sollen zwei oorhandene Scheiben benutzt werden. Die eine hat 540 mm Durchmesser, die andere 380 mm. Die Hauptwelle macht 80 Touren, und soll die anzutreibende Welle zirka • 50 bis 60 Touren erhalten, wird das mit den beiden Scheiben zu erreichen sein, und welche kleinste Tourenzahl ist durch sie zu erhalten?

Da die angetriebene Welle langsamer als die Hauptwelle laufen soll, so muß auf letztere die kleine Scheibe von 380 mm zu sitzen kommen. Es ist mithin

n₂ =

Dj — 380; D₂ — 540;    — 80 und n₂?

Dt X ni _ 380 X SO _ 30400

D₂

540

540

- — 50 Touren.

Die beiden Scheiben können also verwendet werden.

Bezüglich der Wellenentfernnng ist zu beachten, daß kurze Riemen schlechter ziehen als lange, und nimmt man deshalb für Riemen, die schmäler als 100 mm sind, den Wellenabstand nicht gern unter 5 m.

Daß man nach der Art der Riemenführung zwischen offenen, gekreuzten, halbverschränkten und Winkeltrieben zu unterscheiden hat, sagten tvir schon und wollen hier noch einige für die Montage wertvolle Angaben folgen lassen. Für den Riemen am wenigsten schädlich und in den meisten Fällen angewandt ist der offene Riemen Fig. 330, bei welchem beide Scheiben in ein und derselben Drehnngsriehtung bewegt werden.

Bei dem gekreuzten Riemen Fig. 331 wird der Riemen um eine halbe Wendung verdreht von der Antriebsscheibe Rx auf die getriebene Scheibe R₂ geleitet und durch diese Verdrehung, die sich bei der Rückleitung von

f(

»Ki

Hl

Fig. 330.

Ff

Fig. 331.

1<₂ nach Rx nnederholt, naturgemäß stark bca> spracht, weshalb man nur dann gekreuzte Riemen anwendet, wenn es unumgänglich nötig wird. Dies ist der

Fall, wenn die angetriebene Scheibe die entgegengesetzte Drehungsrichtnng der Treibscheibe aus irgend welchen Gründen erhalten muß. Dev Vorteil des gekreuzten Riemens, daß er besser durchzieht als der offene Riemen, liegt darin, daß der gekreuzte Rienien einen größeren Teil des Scheibenumfangs berührt, mithin eilte größere Reibung entwickelt. Aber dieser Vorteil wird durch die wesentlich schnellere Abnutzung des Riemens ausgewogen.

-Ffi

fl

Wenn sich zwei Wellenmittel kreuzen, so kommt für ihren Antrieb durch Riemen der ha lbv er sch rankte Riemen Fig. 332 a und b in Frage. Je nachdem die getriebene Scheibe R₂ zu der \_k£/L sie treibenden R, steht, hat man Links-otier Rechlstrieb zu unterscheiden. In Fig. 332 ist a Links- und b Rechtstrieb.

Fig. 332 a und 332 b.

Über die Stellung der beiden Scheiben zueinander ist in Fachkreisen

viel gestritten worden, und hält man in der Regel daran fest, die Scheiben so zu stellen, daß die Durchschnitlslinie der Scheiben-Mittelebene die beiden Umfänge an ihren Anlaufsiellen berührt.

Der halbverschränkte Riemen hat immer das Bestreben nach außen zu laufen, und wird deshalb von Prof. Bach empfohlen, die getriebene Scheibe

Hz

Al

Ng. 333.

um das Maß 62, die treibende um e₁ nach außen zu rücken, und nimmt man e₁ — 0,5 -7- 0,6 der Riemenbreite und e₂ — 0,1 -v~ 0,2 der Riemenbreite, auch ist es nötig, die Riemenscheibe um V* bis ¹/₃ breiter als gewöhnliche Riemenscheiben zu halten.

Ich habe an der alten Regel, die Mittelebeuen der Scheiben an den Anlaufstellen beginnen zu lassen, in der Praxis festgehalten und die Scheiben dann so ausgerichtet, wie es der Riemen im Betrieb verlangte. Es wurden

HP

Fig. 335.

Fig. 334.

also die Scheiben in ihrem Sitz solange verrückt, bis der Riemen anstandslos lief, und muß hierfür natürlich der nötige freie Raum zu beiden Seiten der Scheiben auf den Wellen vorhanden sein. Den Achsenabstand wühlt man bei halbvcrschränktem Riemen im Minimum — 4 mal dem Scheibendurchmesser und 20 mal der Riemenbreite.

Neuerdings hält man nicht mehr so streng daran fest, die Wellen möglichst gleichlaufend oder in Einzelfällen senkrecht zueinander zu legen, weil man in den Leitrollen ein Mittel hat, jeder beliebigen Wellenrichtung sich anzupassen, doch tut man gut, möglichst die gleichlaufende und senkrechte Richtung der Wellenmittel beizubehalten, weil diese Zwischenkonstruktionen

immerhin die Anlagekosten nicht unwesentlich erhöhen.

Bei rechttvinklig sich kreuzenden Wellen, wie in Fig. 333 gezeigt, erhält man dann einen einfachen Wink eltrieb, bei welchem die Leitrolle L die Überleitung des Riemens von Rj auf R₂ vermittelt, und sind hierbei natürlich zwei Leitrollen nötig, je eine für den auf- und ablaufenden Riemen.

j)

Bia- 33t>.

Bei betn Riementrieb Fig. 334 liegen die Wellen A und B in einem beliebigen Winkel zueinander und haben entgegengesetzte Umdrehungs-richtung. Durch die Zwischenschal-tiiitg der beiden Leitrollen erhält man für den Riemen ganz günstige Auf-und Ablaufoerhältnisse. Noch günstiger gestaltet sich dies bei dem in Fig. 335 gezeichneten Riementrieb, der int großen ganzen dieselbe Anordnung von Fig. 334 zeigt und bei rechtwinklig sich kreuzenden Wellen wagerecht licgenbe Niemenleitrollen bedingt.

Riementriebe mit Spannrollen haben wir bereits in Fig. 327 bis 329 durch das Lenix-Spannrollen-getriebe kennen gelernt. Sie bilden eine günstige Ersatzkonstruktion für die im Riementrieb verwendeten, durch Gewichte belasteten Spann-

rollen. Dieselben werden angewendet, wenn große Kräfte bei geringem Wellenabstand übertragen werden müssen. Früher bediente man sich in solchen Fällen meist eines Zahnräderpaares zur Übertragung der Kraft. Da aber Zahnradbetrieb immer mit Stößen, starker Abnutzung und nicht selten mit Bruch der Zähne zu rechnen hat, wodurch immer Betriebsstörungen, unruhiger und geräuschvoller Gang und namentlich auch Kraftverluste entstehen, so ist man dazu übergegangen, diese großen Zahnräder durch Riementrieb mit Spannrollen zu ersetzen, und zeigt Fig. 336 ein Beispiel dieser Art.

Die Wellen der Scheiben A und B stehen senkrecht zueinander und liegen in einer Ebene, sie würden also durch Kegelräder betrieben werden können, wenn die Bewegung von A auf B zu übertragen ist. A ist die treibende Scheibe. Von ihr geht der Riemen auf die durch Gewicht belastete Spannrolle c, läuft von dieser auf die getriebene Scheibe B ab, und erfolgt die Rückleitung des Riemens auf die Treibscheibe über zwei gleichgroße Leitrollen d und e.

Gruppe VI.

Die Seil- und Kettentriebe.

Der Riementrieb wird um so teurer, je größer die zu übertragenden Kräfte sind und je weiter der Abstand der anzutreibenden Wellen voneinander ist. Bei Entfernungen, die ein gewisses Maß überschreiten, ist es überhaupt nicht mehr möglich, den Riemen als Treibmittel zu verwenden, und ist dann der natürlichste und beste Ersatz für den Riemen bei großen Entfernungen der Wellen voneinander — das Seil, bei kurzen Entfernungen — die Kette.

Je nach dem Material, aus dem die Treibseile bestehen, hat man zwischen Hanf- und Drahtseiltrieb zu unterscheiden.

A. Hanffeiltriebe.

1.

Rund- und Quadratseile.

Hanfseiltriebe mit Rund- oder Quadratseilen werden sich stets bewähren, wenn sie richtig angelegt sind und sachgemäß behandelt werden. Immer und vorzugsweise muß aber für Anwendung besthergestellter Seile und für deren gute Spleißung gesorgt werden.

Der Antrieb durch Hanf- oder Baumwollseile findet mit Erfolg da Anwendung, wo die Riemen durch große Länge oder Breite zu kostspielig ausfallen, oder wo man die Kraft einer Anlage nach mehreren Wellen hinleiten will, welche in verschiedenen Stockwerken liegen.

Zur Vermeidung von Unzuträglichkeiten ist darauf zu achten, daß überall genügend Spielraum zum Durchhängen der Seile vorhanden ist, so daß diese noch mit großer Durchsenkung arbeiten können. Die unteren Seile sollten

27

stets die treibenden sein, es wird dann ein größerer Scheibenbogen umspannt und die Raumbeanspruchung wird möglichst vermindert.

Oft vereinfacht sich die Kraftübertragung bei Anwendung eines einzigen endlosen Seiles, das der Arbeitsmenge entsprechend ein oder mehrere Male um die Schcibenpaare gelegt und mittels einer besonderen, auf einem Schlitten oder Wagen ruhenden Spannrolle gespannt wird.

Solche Seiltransmissionen mit einem Seil haben den Vorzug, daß sie für nahe beieinander- oder senkrecht übereinanderliegende Wellen und für Triebe im Freien verwendet werden können, daß die Seilsenkungen wenig über das erforderliche Maß hinausgehen und daß der ganze Seiltrieb dauernd in gleichmäßiger Spannung erhalten werden kann, denn die Dehnungen der Seile, welche sich infolge von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen einstellen, sowie die Streckungen, welche durch die dauernde Inanspruchnahme derselben verursacht werden, können für alle Seiltrume von einer einzigen Stelle mittels der Spannrolle oder auch durch Nachspleißen ausgeglichen werden. Beim Einseil-Trieb kommen daher auch nicht jene Anfangs-Betriebsstörungen vor, welche durch zu stark gespannte Seile hervorgerufen werden. Dagegen ist sehr in Betracht zu ziehen, daß die ganze durch Kreisseil betriebene Anlage stillsteht, wenn eine Stelle des Seiles untauglich wird. Bei Anwendung mehrerer endloser Seile nebeneinander ist dies ungefährlich, weil die ganze Arbeit dann von den anderen noch in gutem Zustande befindlichen Seilen so lange verrichtet wird, bis der Schaden beseitigt ist.

Im allgemeinen werden Bauniwollseile zu bevorzugen fein. Manilaseile können mit gleich günstigem Erfolge angewendet werden, wie Seile aus badischem oder russischem Hanf, namentlich bei ganz großen Seilscheiben von 2—3 m Durchmesser. Für kleine Scheiben sind entweder Rundseile aus Baumwolle oder Quadratseile zu empfehlen. Letztere werden nur aus Manilahanf angefertigt und sind durch die bei der Herstellung angewandte Flechtweise sehr geschmeidig.

Für im Freien laufende Seile werden Manila- oder Baumwollseile mit einem besonderen Schutzmittel gesättigt, damit sie den Witterungseinflüssen besser widerstehen. Es wird dafür empfohlen, das trockene Seil durch eine Lösung von 100 Gramm Seife in 1 Liter Wasser durchzuziehen und dann zu trocknen. Dann streicht man es mit dünnem heißen Teer an und läßt es trocknen. Zur Erhaltung der in geschlossenen Räumen arbeitenden Seile kann die Anwendung dieses Schutzmittels ebenfalls empfohlen werden.

Die Haltbarkeit der Seile wird wesentlich von der Beschaffenheit der Rillen abhängen. Diese müssen äußerst glatt gedreht und an derselben Scheibe von genau gleichem Querschnitt und genau demselben Durchmesser sein. Die Rillenform der Gegenscheibe muß ebenfalls genau dieselbe sein, damit die Seile sich durchweg gleichmäßig einlegen und abheben.

Den Seilen gibt man eine Geschwindigkeit von 16 bis 25 m in der Sekunde und verwendet für Hauptantriebe 45—50 mm Rund- oder 40—45 mm Quadratfeile. Die Geschwindigkeit über 25 m zu steigern, ist nicht ratsam, da alsdann die Fliehkraft der Adhäsion der Seile zu sehr entgegenwirkt. Den Durchmesser der zugehörigen Scheiben macht man mindestens 30 mal so groß als den Durchmesser der Seile, bei Quadratseilen mindestens der 20 bis 25 fachen Seilstärke; man vermeidet dann, daß sich die Seile von innen heraus zermahlen, indem die Seile wegen ihrer Steisigkeit zu kurze Biegungen auf die Dauer nicht vertragen.

Seile von 55 und 60 mm Durchmesser setzen selbst bei großem Seilscheibenhalbmesser der Umbiegung und Nückbiegung, wie solches bei der Kraftübertragung immerwährend vorkommt, einen, gegen dünnere Seile unverhältnismäßig großen Widerstand entgegen. Die dadurch verursachte Reibung verbraucht Kraft und erhitzt die Seile im Innern, während die Abkühlung mit dem wachsenden Seildurchmesser erschwert wird.

Das richtige Zusammenspleißen der Seile ist von ganz besonderer Wichtigkeit. Es erfordert viel Geschicklichkeit und Übung und sollte daher nur von zuverlässigen und erfahrenen Arbeitern ausgeführt werden, zumal große Mißstände folgen, wenn diese Arbeit nicht mit aller Sorgfalt vorgenommen worden ist. Wenn auch die Kosten manchmal groß erscheinen, so sind sie doch im Verhältnis zur Dauerhaftigkeit der Seile, welche durch eine gut ausgeführte Spleißung allein gesichert wird, verschwindend. Andere Endverbindungen als durch Spleißen haben sich für die Dauer nicht bewährt.

Auf das Trocknen und Ausrecken der Seile, welches gründlich beim Seilfertiger geschehen muß, ist größtes Gewicht zu legen. Nicht getrocknete und nicht gereckte Seile verlängern sich im Betriebe fortwährend und müssen wiederholt gekürzt werden. Zur Spleißung sind bei Rundseilen 3 bis

3,5 m, bei Quadratseilen 5 m Länge nötig, welche zu der stumpfgemessenen Seillänge zuzurechnen sind.

2.

Oie Seilscheiben.

Die Achsenentfernung der beiden Seilscheiben sei auf alle Fälle nicht kleiner, als die Summe der beiden Seilscheibendurchmesser, aber auch nicht größer als 25 m. Leitrollen sucht man zu vermeiden, dieselben bewirken meistens einen vorzeitigen Verschleiß der Seile.

Fig. 337.

Das Verhältnis des Seildurchmessers zur Nutzlast und dem kleinsten Scheibendurchmesser geht aus der folgenden Aufstellung hervor:

Tabelle für Quadratseile.

25    30    35    40    45 mm

40    60    80    100 125 kg

700    800    900 1000 mm

0,8    1,0    1,35 1,65 kg

Seildurchmesser Nutzbelastung .

30    35    40    45    50    55    mm

35    50    63    80    100    120    kg

Kleinster Scheibendurchmesser    . 900    1050    1200    1350    1500    1600    mm.

Der Durchmesser der meist gleich als Schwungrad dienenden Seilscheibe auf der Hauptwelle der Maschine soll das 90 bis 130 fache des Seildurch-mcssers betragen, bei der angetriebenen Scheibe aber nur das 40- bis 50 fache der Seilstärke.

Der Durchmesser d des Seiles bestimmt sich aus der Formel

d = 4,12 Xl/E= 14,235 xl/

N =35,63

x/ N

vXi'

Hierin ist P die zu übertragende totale Kraft, i die Anzahl der Seile, v die Seilgeschwindigkeit, N die Zahl der zu übertragenden Pferdestärken, n die Umdrehungszahl in der Minute und R der Halbmesser der Seilscheibe in Millimetern. Fig. 337 zeigt die Konstruktionsskizze einer Seilscheibe für Hanf- und Juteseile in der Ausführung der B.-A. M.-A.-G. in Dessau.

nXr

Tabelle für Rundseile.

Seildurchmesser......

Nutz-Belastung.......

Kleinster Seilscheibendurchmesser

für Hanfseil.......

„ Baumwollseil.....

Manilahanfseil wiegt . . . . pro m 0,6 Seil aus Badischem Spleißhanf wiegt

Baumwollseil wiegt .... pro m 0,65

30 35 45 60

900    1050

600    700

pro m 0,7

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O Ot Ol O O

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1500 mm 1000 mm 1,75 kg

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Ol OS

1,9 kg 1,85 kg

Seilstärke . .

Nutz-Belastung Kleinster Seilscheibendurchmesser . . 600 Manilahanfseil wiegt .... pro m 0,5

Die in den Tabellen angegebenen Nutzbelastuugen sind dann anzuwenden, wenn der Trieb wagerecht oder wenig schief ist, wenn große Scheiben verwendet werden und entsprechende Achsenentfernung vorhanden ist. Können diese Bedingungen nicht erfüllt werden, so nimmt man die Nutzbelastung den jeweilig vorliegenden Verhältnissen entsprechend kleiner an.

Tabelle über die Anwendung von Hanf-Transmissions-Seilen.

Ein Seil überträgt Pferdestärken bei einer Beanspruchung pr. qcm von:

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und Seilgeschwindigkeit pr. Sekunde in m

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Der Seile

Zugseile __________

zulässige Belastung kleinste j und SeLlgeschwindigkeit pr. Sekunde ~ r ' Manila Scheiben-    in *

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20

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Durchm.

10

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600

700

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Ein Seil übertrügt Pferdestärken bei einer Beanspruchung pr. qcm von:

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20

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und Seilgeschwindigkeit pr. Sekunde in m

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700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Anzahl d. Rillen

<N CO

<N CO ist

<N CO Tt ist

(N CO Tf

Gewichtstabelle für Hanfseilscheiben.

Seildurchmesser in mm

30    35    40    45

58    70

82 102 105    140

80

120

160

200

92

135

180

220

105

150

190

240

115

160

210

260

125

180

230

290

350

140

190

250

310

325

150

210

270

330

50

filSl

1600

Anzahl d.Rillen

CO t* ist

Seildurchmesser in mm

30

35

40

45

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90    120

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175

220

102

150

200

250

115

165

210

260

130

180

235

300

140

170    210

220

260

145

200

260

320

150

210

280

350

420

170

240

140

210

300

370

155

235

320

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170

260

240

1700

320

390

450

200

290

380

470

230

320

1800

190

250

390

460

230    275

330    400

430

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650

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740

920

1100

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350

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330

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180

270

360

450

540

350

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290

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310

340

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3.

ÜZuadralseile „patent Beck".

So große Vorteile der Teilbetrieb infolge seiner Sicherheit, Geräuschlosigkeit und Bequemlichkeit einer Verteilung großer Kräfte auf verschiedene Antriebe gegen die Übertragung durch Riemen bietet, standen ihm vor Einführung des Quadratseiles doch zahlreiche, den Rundfeilen anhaftende Mängel gegenüber. Namentlich bei kleineren Anlagen hat sich daher mancher veranlaßt gesehen, von Anwendung des Teilbetriebes abzusehen, um dagegen die jedem Konstrukteur wohlbekannten Unannehmlichkeiten des Riemenbetriebes in den Kauf zu nehmen.

Wer die geringe Geschmeidigkeit der Rundseile und den durch ungleiches „Längen" hervorgerufenen unruhigen Lauf, sowie den dadurch bedingten Kraftverlust kennt, wer vor allen Dingen aber die Notwendigkeit des häufigen Ein-kürzens und die hiermit verbundenen Betriebsstörungen selbst erfahren hat, dem können als Abhilfe gegen diese Übelstände die Quadratseile nur empfohlen werden.

Von den verschiedenen Quadratseilen, die in Deutschland hergestellt werden, erfreuen sich die Seile nach „Patent Beck" eines besonders guten Rufes; wir legen deshalb diese Seile unserer Betrachtung zugrunde und bringen hierüber nachstehend die Angaben, nach denen diese Seile in der Quadratseilfabrik „Patent Beck" G. nt. b. H. in Mannheim-Neckarau, ausgeführt werden.

Das nach dem System Beck hergestellte Quadratseil besteht aus 8 Schenkeln, welche vor ihrer weiteren Verarbeitung einem besonderen Streck- und Trockenverfahren unterzogen werden.

Die Flechtung erfolgt automatisch mit Spezialmaschinen, woraus'eine vollständig gleiche Maschenlänge und ein genau gleicher Durchmesser des Seiles über die ganze Länge bedingt wird. Da ferner je vier und vier Schenkel im entgegengesetzten Sinne wirken, ist jede Eigenbewegung des Seiles ausgeschlossen. Das Quadratseil ist also im Gegensatz zu Rundseilen drallfrei und kann sich in der Rille nicht drehen.

Aber noch ein weiterer Vorzug wird durch diese Flechtweise herbeigeführt: die große Geschmeidigkeit des Quadratseiles, welche selbst Scheiben von nur 18- bis 20 fächern Durchmesser der Seilstärke gestattet, während bei Rundfeilen mit mindestens dem 30 fachen Durchmesser der Seilstärke als Scheibendurchmesser gerechnet werden muß und selbst bei diesem meist nur noch lose geschlagene Baumwollseile zur Verwendung kommen.

Die eigenartige Flechtung gestattet ferner volle Ausstreckung der Seile bis zur äußerst zulässigen Grenze, wie sie bei Rundseilen infolge der Schlagart und Steifigkeit niemals möglich ist.

Als Material verwendet man nur allerbesten Hanf von überaus kräftiger Faser, welcher vor dem Verspinnen auf den neuesten Vorbereitungsmaschinen in sorgfältigster Weise gehechelt wird. Die Herstellung der Garne erfolgt auf speziellen Spinnmaschinen.

Besondere Rillen sind für Quadratseile nicht erforderlich; es eignet sich dafür jedes normaleNillenprosil. Nur für Kreisseiltriebe empfiehlt sich ein Spezialprofil.

Bei Trieben mit Quadratseilen im gewöhnlichen offenen Seiltrieb empfiehlt es sich, ganz vertikale, offene Seiltriebe zu vermeiden, besonders wenn die kleinere Scheibe unten angeordnet werden muß. Für derartige Fälle wählt man mit Vorteil den sogenannten Kreisseilbetrieb.

Leitrollen führen in den allermeisten Fällen zu vorzeitigem Verschleiß der Seile; wo sie unvermeidlich sind, wählt man den Durchmesser nicht zu klein und gibt den Rillen stets die gleichen Profile wie den Vetriebsscheiben.

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Fig. 338 a. Mit Onadratseil-Rille.

Fig. 338b. Mit Nundseil-Nille.

In Fig. 338b ist ein Rundseil-Rillenprofil gezeichnet, das mit Quadratseil belegt ist, und ist dabei der kleinste zulässige Scheibendurchmesser mit 1100 mm angegeben. Die Achsenentfernung soll nicht kleiner sein als die Summe der beiden Scheibendurchmesser, soll aber auch 30—35 m nicht überschreiten.

Die Seilgeschwindigkeit nimmt man 10—25 m pro Sekunde, und dürfte 20 m Geschwindigkeit am günstigsten sein.

Die Belastung nimmt man gewöhnlich mit 6—8 kg pro Quadratzentimeter Seilquerschnitt; eine solche von 7 kg bildet die Regel.

Für das Durchhängen von Seilen, worauf bei jeder Anlage Rücksicht zu nehmen ist, rechnet man zirka 7°/# des Achsenabstandes.

Im Freien laufende Seile sind gegen Witterungseinslüsse imprägniert zu liefern, und geschieht solches nach einem durchaus bewährten Verfahren. Als bestgeeignet empfiehlt sich für im Freien laufende Seile die Anlage von Seiltrieben mit Belastungsspannung, weil bei diesen die Verlängerung der Seile bei trockener oder Verkürzung bei nasser Witterung am besten ausgeglichen wird.

6 kg

7 kg

43 kg

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85 ,

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175

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8 kg

50 kg 70

96 .. 128 „ 162 200 „ 242

pro qcm Seilquerschnitt

und ist die Kraft, die ein Seil in Pferdestärken überträgt. Die Anzahl

N. 75

der erforderlichen Seile berechnet sich dagegen aus der Formel:

ist v die Seilgeschwindigkeit pro Sekunde, N die Pferdestärken, die zu übertragen sind.

V.P

. Hierin

D.Tr.n 60 '

worin: D der Durchmesser der treibenden Scheibe, n — 3,1416, n die Umdrehungen der treibenden Scheibe pro Minute bedeuten.

Die Berechnung der Seilgeschwindigkeit erfolgt nach der Formel:

Hieraus ergibt sich die nächste Tabelle.

Tabelle über die Anwendung von Ouadratseilen.

Der

Qnadratseile

sO £

Stärke

mm

£>5 GZ -Z SS ÖS

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(S) 5

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mm

den Rundseile

mm

Ein Seil überträgt Pferdestärken bei einer _Beanspruchung pro qcm von_

6 kg

7 kg

8 kg

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pro Sekunde

digkeit pro Sekunde

digkeit pro Sekunde

10m 15m 20m 10m 15m 20m 10m 15m 20m

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6/5

30

9/0

35

40

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50

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20/25

25/0

30/25

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375    28

5/00 7/4 10/00 5/7    8/6 11/4

450    35

7/00

14/00

9/6

19/2

26,00

13/00 17/00 25,5    34/00

21/5    32/2    43,00

26,6    40/00 53,2

32/4    48,00 64,00

Das Gewicht bott (Beilenz die gegen Witterungseinflüsse imprägniert geliefert werden/ ist etwa 10 % höher. — Sämtliche Gewichte verstehen sich mit einer Toleranz von 5 %.

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Fig. 339. 3000 ktk-Dampfmaschine in einer Spinnerei bei Chemnitz, ausgerüstet mit Quadratseilen.

Schwere Seiltriebe nennt man Anlagen mit stark wechselnden, stoßweisen Beanspruchungen oder solche, bei denen die Seilgeschwindigkeit über 30 m pro Sekunde hinausgeht. Beide Voraussetzungen sind gleichzeitig im Walzwerkbetriebe (Fig. 340) gegeben, bei dem stets ein außerordentlicher Verschleiß von Seilen stattfindet.

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giq 340. Blechwalzwerk in Florenz (Italien), ausgerüstet mit 28 Quadratseilen.

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Von der größten Wichtigkeit ist bei schweren Beanspruchungen die Sicher-heit der Spleißung. Das bei Rundseilen häufig vorkommende „Aufschieben" sAuseinandergehen) der Spleißung ist bei den Quadratseilen ausgeschlossen.

Rreisseiltviebe mit ÜZuadratseil.

Es sind dies Seiltriebe mit Belastungsspannung, die namentlich den Vorteil einer großen Biegsamkeit, geringer Dehnung und einer schweren Spleißung bieten. Der Grund, weshalb Kreisseiltriebe noch wenig in Anwendung sind, dürfte darin zu suchen sein, daß sie bisher meist mit Rundseilen ausgeführt wurden und sich hierbei Nachteile zeigten, die eben in den Eigenschaften des Rundseiles liegen. Jedes runde Seil dreht sich im Lauf und ist einer stärkeren Dehnung unterworfen, welch letzterer Umstand wiederum selbst bei verhältnismäßig großer Länge der Spannbahn eine Einkürzung bedingt. Ist aber eine solche erst einmal oder sogar noch zum zweiten oder dritten Male vorzunehmen, so ist es mit der Brauchbarkeit des Rundseiles für einen derartigen Antrieb so gut wie vorbei.

Unablässige Beobachtung von Kreisseiltrieben hat den Grund erkennen lassen, warum bei derartigen Anlagen das Drehen des Nundseiles von manchen Konstrukteuren geradezu gewünscht wird: die durch das starke Klemmen der Rundseile erschwerte Ausgleichung der Seilspannungen.

Dies könnte allerdings auch erreicht werden, wenn man den Winkel der Seilrillen größer nimmt; doch ergibt sich bei Rundseilen dann sofort der Übelstand, daß dieselben bei der oft hohen Beanspruchung nicht mehr richtig durchziehen. Einige Fabriken lassen zwar die Rundseile bei Kreisseiltrieben heute noch vollständig auf dem Rillengrund auflaufen und suchen die Friktion durch entsprechende Belastung des Spannwagens zu erreichen; dies kann aber nur auf Kosten der Nutzleistung geschehen, da der Lagerdruck dabei ein unverhältnismäßig großer wird.

Diese Beobachtungen haben naturgemäß darauf führen müssen, daß ein Quadratseil, wenn es seiner Konstruktion entsprechend diagonal in eine OOgrädige Rille gelegt wird, unbedingt mehr Friktion haben muß als ein Rundseil, das infolge der stetigen Verringerung des Durchmessers durch die unvermeidliche Dehnung mit der Zeit mit einem immer kleineren Teil seiner Oberfläche anfliegt bezw. den Rillengrund berührt. Im Gegensatz hierzu würden unter den erwähnten Verhältnissen bei dem Quadratseil immer zwei vollkommene Seitenflächen für die Friktion an der Rillenwand zur Wirkung kommen, und da die Dehnung bei den Quadratseilen eine kleine, der Seildurchmesser also ein stets gleichbleibender ist, muß in diesem Falle auch die Abnutzung des Seiles eine minimale sein.

»Bei den Versuchen ist die Firma nicht soweit gegangen, sonder» sie hat für diesen Spezialzweck eine Rillenform gewählt, die bei genügender Friktion und Adhäsion der Seile den Ausgleich der Seilspannungen ohne weiteres zuläßt. Dies geschieht bei dem gewählten Rillenwinkel von 70 bis 75 Grad noch vollkommen.

B. Drahtseiltriebe.

Oie Orahtseile.

Drahtseiltriebe werden angewendet, wenn Kräfte auf große Entfernungen übertragen werden sollen. Die geringste Strecke soll nicht unter 20 m, von Mitte bis Mitte Seilscheibe gemessen, betragen. Bei größerer Nähe derselben ist das Gewicht der freischwebenden Seilstücke zu gering, um die für die Treibwirkung erforderliche Spannung herbeizuführen. Wollte man nun diese durch straffe Anspannung erzwingen, so würden durch Temperaturschwankungen entweder zu große Zapfendrücke entstehen oder es wäre häufiges Nachlassen der Spannung unvermeidlich. Auch längen sich die Seile in der ersten Zeit des Betriebes, so daß schon aus diesem Grunde die direkte künstliche Spannung untauglich ist.

Bei größerer Entfernung der beiden Seilscheiben als 120 m muß das Seil entweder durch Tragrollen unterstützt oder besser der ganze Seiltrieb in mehrere kleinere, mit geringem Rollenabstande eingeteilt werden. Alsdann erhalten die Zwischen-Seilscheiben zwei Rillen.

Die Durchsenkung des Drahtseiles beträgt im treibenden Seilstücke etwa 1,5 m, im leerlaufenden Seilstücke etwa 3 mm auf je 100 m Seilscheiben-Abstand.

Mit Rücksicht auf die dem Drahtseil eigene Steifigkeit darf man den Scheibendurchmesser nicht zu klein wählen und wählt ihn in der Regel nicht unter 150 X d, wenn d die Stärke des Drahtseiles ist. Machen sich Zugrollen nötig, so empfiehlt sich für diese ein Durchmesser von 112,5 X d.

Die Seilgeschwindigkeit wählt man bei der Übertragung geringerer Kräfte mit 6—20 m in der Sekunde und geht bei größeren Kraftübertragungen nicht über 30 m hinaus. Macht sich bei einem Drahtseiltrieb ein Richtungswechsel nötig, so erhält man ihn durch Anordnung einer horizontalen Scheibe oder durch Einschalten eines Kegelräderpaares.

Die gute Instandhaltung der Drahtseile und der Seilscheibenfütterungen ist von der größten Wichtigkeit.

Zunächst ist das Zusammenflechten der Seilenden mit der größten Sorgfalt kunstgerecht und ohne dickere Stellen zu erzeugen auszuführen. Dies geschieht ähnlich wie bei Hanfseilen.

Zur Herstellung eines solchen Seilspleißes wird jedes Ende etwa 1 m lang aufgeflochten, die Hanfseele so weit herausgeschnitten und die aufgeflochtenen Seillitzen wechselseitig ineinander gesteckt, so daß die Litzen von einem Ende über das andere Ende des Seiles zu liegen kommen. Nun löst man an dem einen Ende eine Litze noch Weiler 1 m auf unv flechtet an deren Stelle eine Seillitze des anderen Endes hinein. Die beiden Seillitzenenden werden einmal umschlungen in einzelne Drähte aufgeflochten und diese dann ins Seil hineingesteckt. Als Werkzeug bedient man sich dabei eines Stecheisens in Form einer

Lanzette mit etwas abgerundeten Kanten, etwa 13 mm breit und 150 mm lang. Nachdem dann in gleicher Weise die zweite Litze auf 660 mm, die dritte auf 330 mm Länge aufgeflochten und verstochen ist, nimmt man dieselbe Verrichtung nach dem anderen Ende hin mit den übriggebliebenen drei Litzen des ersten Endes vor. Nach beendeter Arbeit dürfen Drahtspitzen nicht vorstehen, weil dieses sonst Veranlassung zu unruhigem Gange und schneller Abnutzung der Scilscheiben-Fütterung gibt. Man stößt solche Drahtspitzen nach innen. Einschlagen der ganzen Spleißung in ein passendes Gesenk mit abgerundeten Ecken ist sehr nützlich, um einen gleichen Seildurchmesser herzustellen.

Die Seilenden durch Seilschlösser zu verbinden, ist entschieden aus denselben Gründen, wie bei Hanfseilen besprochen, abzuraten.

Man vermeide so lange als möglich, Seile, welche sich im Betriebe längen und alsdann tief herabhängen, zu kürzen, denn bei öfterer Wiederholung wird das Seil durch die Spleißung schneller zerstört als durch die Abnutzung int Betriebe.

Die Seile vor dem Auflegen künstlich zu strecken und dadurch dem Längen im Betriebe möglichst vorzubeugen, hat zu günstigen Resultaten nicht geführt; es sei denn, daß dabei zugleich Quer-Zusammenpressungen vorgenommen werden.

Das Auflegen des Seiles soll mittelst „Seil-Auflegers" geschehen, damit es keine Einknickungen erhält und dadurch nicht schon von vornherein geschädigt wird.

Zum Zwecke guter Instandhaltung muß das Drahtseil zeitweise geschmiert werden. Will man nicht fertigen Seilfirnis von Seillieseranten beziehen, so koche man Graphit in Talg oder Goudron und trage die entstandene butterähnliche Masse mit einer Bürste auf. Diese Einschmierung ist alle 3 bis 6 Wochen zu wiederholen. Diese Schmiere dringt gut in das Innere des Seiles und schützt dieses vor Rost und vor Abscheuern. Man kann aber auch gekochtes Leinöl allein anwenden. Der Anstrich muß das Seil ganz bedecken.

Die Dauer eines Transmissions-Drahtseiles kann man nach den bisherigen Erfahrungen auf zwei bis drei Jahre bei fortwährendem Betriebe annehmen, d. h. zu der Zeit, wo Ausbesserungen an demselben, durch Abnutzung einzelner Drähte und Litzen entstanden, erforderlich sind und man das Einflechten von einzelnen Litzen vornehmen muß, die gebrochene Drähte enthalten.

Um Betriebsstörungen vorzubeugen, sollten immer Aushilfs-Seile vorhanden sein, die in solchen Fällen fertig zusainmengeflochten in Bereitschaft gehalten werden können, wo die Scheiben eines Sciltriebes fliegend aufgekeilt sind. Auch bei Scheiben, welche in zwei Lagern ruhen, kann man fertig gespleißte Seile zumeist vorrätig halten, da leicht ein Lager entfernt und durch diesen Zwischenraum das Seil eingeführt werden kann.

Kalkpulver.

Um das Rosten zu verhüten, bewahrt man solche vorrätige Seile in

Die Haltbarkeit der Drahtseile hängt ferner wesentlich von der sauberen und genauen Ausführung der Seilscheiben und der Tragrollen ab.

2.

Die Drahtseil-Scheiben.

Die Seilscheiben müssen, bevor sie dem Betriebe übergeben werden, sehr genau ausbalanciert werden, so daß sie in jeder Stellung im Gleichgewichte sind, andernfalls äußern die überschweren Stellen bei der großen Umlaufsgeschwindigkeit, welche man den Seilscheiben in der Regel gibt, eine sehr nachteilige Einwirkung sowohl auf die Lager, als auch auf das Seil. Die Fliehkraft schleudert Scheibe und Achse hin und her, je nach dem Spielraum in den Lagerstellen, und versetzt dadurch das Drahtseil in Schwingungen, welche oft einen solchen Grad annehmen, daß das Seil fortwährend nach links und rechts, nach oben und unten geworfen wird und sich sowie das Seilscheibenfutter stark abnutzt. Außerdem geht hierdurch, wie auch durch vermehrte Reibung in den Lagern, Kraft verloren.

Ebenso wichtig ist, daß die Seilscheibenrinnen sich in derselben Vertikalebene bewegen und daß die Achsen genau wagerecht gelagert sind. Fehler in dieser Richtung werden sich nachteilig bemerkbar machen.

Schadhafte Stellen in der Scheibenfüiterung sowie am Seile werden ebenfalls Seilschwingungen verursachen. Man beachte also, ob sich ausgenutzte Stellen an der Seilscheibe oder Drahtenden und lose Litzen am Seile zeigen oder ob die Schmiere hügelige Stellen ansetzt, und beseitige schleunigst derartige Übclstände.

Von größtem Einfluß auf den guten Gang eines Seiltriebes ist der gleichmäßige Umlauf der Antriebsscheibe, sowie die gleichmäßige Kraftabgabe. Stöße, welche an der einen oder anderen Seilscheibe auftreten, müssen durch Schwungmassen, welche nötigenfalls besonders einzuschalten sind, ausreichend aufgenommen werden; andernfalls werden sie Seilschwiugungen veranlassen, die je nach Größe der Stoßkräfte allmählich oder schnell Zerstörungen herbeiführen.

Wenn der Seiltrieb gut angelegt ist und gut imstande gehalten wird, so laufen die Drahtseile ganz ruhig, und Hin- und Herschlagen derselben wird nicht vorkommen. Der Wind hat nur wenig Einfluß auf das Seil. Jedenfalls sind alle künstlichen Leitmittel an demselben zu verwerfen; Rollen, Latten u. bergt werden die Übel nur vergrößern, denn zum vollkommen ruhigen Gange eines Drahtseiles ist freie Selbstleitung desselben unbedingt notwendig.

Zur Seilscheibenfütterung sind verschiedene Materialien versucht worden. Guttapercha wird bei hohen Sommertemperaturen weich, so daß das Seil einschneidet; auch ist dabei die Volumenzunahme so beträchtlich, daß die Seilrille ihre Form ändert. Im Winter friert das Seil beim Stillstände mit der Guttapercha zusammen und werden alsdann Stücke derselben bei der Ingangsetzung herausgerissen. Endlich auch wird die Guttapercha von Öl und Fett angegriffen. Weiden- und Pappelholz eignet sich schon besser für diesen Zweck, namentlich wenn es stark ausgetrocknet und dann mit Leinölfirnis durchtränkt so in die Scheibenrinne eingeschlagen wird, daß die Faser in die Richtung der Scheibenebene zu liegen kommt.

Kork erweist sich als zu wenig widerstandsfähig, insbesondere wenn größere Kräfte in Betracht kommen.

wm

Mit Leder-

eintcige. schwankungen auf die Kanten der Hohlkehle auf und zerstört diese, Fig. 341. wenn nicht gar dadurch, daß es plötzlich einen größeren Kreis als vorher durchläuft, noch unangenehmere Folgen entstehen.

Die Hirnlederfütterung hält etwa drei Jahre und darüber, je nach der Beschaffenheit des Leders und der Sorgfalt der Arbeit. Mit die Haltbarkeit beeinflußend ist der Zustand der Seiloberfläche und die Größe der Seilspannung.

Unbedingt am besten hat sich Hirnleder bewährt. Dasselbe wird in der Form Fig. 341 herausgestanzt und in die Seilscheibenrinne eingeschlagen, so daß sich ein Scheibchen gegen das andere fest anlegt und den inneren Querschnitt des Seilscheibenkranzes unten ausfüllt. Die letzten Stückchen int ganzen Umfange werden eingeleimt. Nach geschehener Ausfütterung wird die Lederfüllung abgedreht und dabei so eingekehlt, wie Fig. 341 angibt. Falsch ist es, nur in der Mitte eine Seilrille zur genauen Einlagerung des Seiles einzudrehen. In solchen: Falle läuft das Seil bei geringen Seiten-

Zur ausschließlichen Anwendung kommen zurzeit nur Drahtseile mit Hanfseeleu. Drahtseile mit Drahtseelen haben sich nicht bewährt; insbesondere nicht, weil die Zusammenspleißung schwieriger ist und weil die Reibung der äußeren Drähte gegen die harte Seele schnellere Seilzerstörung herbeiführt.

Unerläßlich ist, die Drahtseiltriebe so anzulegen oder daran solche Schutzvorrichtungen anzubringen, daß beim Reißen der Seile Personen, welche sich zufällig in der Nähe oder darunter befinden, nicht verletzt werden können. Ist auf der ganzen Länge des Triebes Personenverkehr statthaft, so spannt man am besten unterhalb des unteren Seiles in für alle Längungen ausreichenden Entfernungen zwei alte Drahtseile mit ähnlicher Durchsenkung aus, wie solche bei dem Treibseile Vorkommen kann, und verbindet die Seile gegeneinander mit Rundeisenstäben, so daß eine Art flachgelegter, durchgesenkter Leiter entsteht, deren Sprossen das Seil im Falle eines Bruches auffangen.

Man denke ferner daran, daß die abfliegende Drahtseilschmiere, sowie das von den Lagern oft zum Seilscheibenumfange getriebene und dort ebenfalls weggeschleuderte Öl andere Gegenstände, besonders Mauern, beschmutzen kann und treffe frühzeitig Vorkehrungen dagegen.

10    11    12    13

14 mm

Zur ungefähren Bestimmung der Seildicke unter obigen Verhältnissen Wellendurchmesser 5,75

genügt die Formel d —

, wenn der Wellendurchmesser nach

der bereits früher angegebenen Tabelle bestimmt ist. Hierbei erteilt man der Antriebswelle eine solche Umdrehungszahl, daß das Seil eine Geschwindigkeit von 16 bis 20 m in der Sekunde erhält.

Die Seilscheiben wie die Tragrollen werden von der B.-A. M.-A.-G. Dessau nach den Rillen gedreht als auch mit Ledereinlage (Fig. 342 und 343) ausgeführt. Die letztere Konstruktion, bei welcher nur Hirnleder zur Verwendung kommt, schont das Seil sehr und hat sich in einer großen Anzahl von Ausführungen auf das beste bewährt.

Gut bewährt hat sich auch die Seilscheibe mit Heckelscher Lederausfütterung nach Fig. 344. Diese Ausfütterung besteht aus nebeneinander geleimten Lederprofilen, deren äußere Gestalt sich der Seilscheibenrille anpaßt und deren innerer Ausschnitt sich nach dem

gefaßt und wie ein Band um die Scheibenrille gelegt. Die beiden Enden der Drahtlitze werden durch schräge Löcher im Scheiben- Fig. 342. kranz nach den Armen A± und A₂ geführt. Durch letztere sind bei

Seildurchmesser richtet. Mit einer Drahtlitze L sind sie zusammen- Ohne Ledereinlage.

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Fig. 343,

Fig. 344.

28

Sj und 8z mit Ösen versehene Schrauben eingesteckt, an denen die Seilenden befestigt werden. Dadurch, daß die einzelnen Profile in eine Drahtlitze eingefaßt sind, ist ein Wegfliegen ausgeschlossen. Da das Seil zur Hälfte in Leder gelagert ist, wird auch die Reibung größer, wodurch ein Drahtseiltrieb schon ans kürzere Entfernungen ermöglicht wird. Reparaturen können ohne nennenswerte Betriebsstörung durch Anlegen einer neuen Bandage vorgenommen werden.

Tabelle über runde Drahtseile.

Patent-Gußstahl

Aus gehämmertem Holzkohlen-Eisen

Durch- Auzahl Dicke der messer der Drähte Drähte

Gewicht Bruchpro m belastung

Förderlast bei 250 m Teufe

Bruch

belastung

Förderlast bei 300 m Teufe

mm

mm

kg

kg

kg

kg

kg

24

0,9

36

0,9

0,21    1200

0,32    1800

100

150

2200

3200

200

300

42

0,9

0,38

2100

200

3800

350

36

1,2

0,48

2500

250

5500

500

42

1,2

0,58

3000

300

6400

600

36

1,5

0,75

4200

400

8500

750

42

1,5

0,85

5000

500

36

20

42 !

1,9

1,07

6300

600

1,9

1,28

7400

700

22

49

1,9

1,53

8600

800

23

36

2,5

1,70

25

42

2,5

3,13

25

84

1,9

2,40

28

42

2,7

2,40

30

36

3,1

2,55

30

114

1,9

3,20

33

36

3,5

3,20

33

72

2,5

3,52

35

42

35

3.5

3,98

84

2,5

4,00

38

98

2,5

4,64

40

114

2,5

5,44

40

84

3,1

45

5,60

114

3,1

8,00

50

133

3,1

9,28

50

114

3,5    | 10,30

11000

12600

14700

14700

16200

20000

20000

21600

23300

25000

29000

34200

37000

51000

60000

64000

900

1000

1200

1200

1250

1800

1800

1900

2000

2100

2400

2600

2800

4000

5000

5000

C. Kettentriebe.

Während man früher Ketten als Bewegungsübertragungsmittel nur bei langsam gehenden Maschinen benutzte und der Kette gleichzeitig die Aufgabe zuteilte, bei ihrer Bewegung Lasten mit zu heben, ist heute die Kette in vielen Fällen das zweckmäßigste Antriebsmittel; z. B. bei den Fahrrädern und Automobilen mit Kettentrieb, an Motorbooten und lenkbaren Luftfahrzeugen finden wir die Kette als Übertragungsmittel angewandt und selbst zum Antrieb von Motoren und Pumpen ist die Gelenkkette wohl geeignet.

Die älteste Gelenkkette ist die sogenannte Gallsche Kette (siehe unter „Ketten"). Sie eignet sich aber zur schnellaufenden Triebwerkskette deshalb nicht, weil sich die Laschenaugen und Bolzen zu schnell abnutzen, wodurch ein Klapprigwerden der Glieder bedingt ist. — Immerhin sind aus ihr die übrigen Treibketten mehr oder weniger hervorgegangen, und kommt ihr die in Fig. 345 dargestellte Treibkette von Otto Kötter in Barmen am nächsten. Hier sind die Glieder abwechselnd aus je zwei hohlen Bolzen gebildet, deren Enden starr durch Laschen verbunden sind. Um den festen Sitz der Bolzen in den Laschen zu ermöglichen, erhalten die Bolzenenden zwei Abflachungen, die mit gleichen Ausfeilungen in den La scheu übereinstimmen. Auf ein Bolzenpaar der beschriebenen Art folgt dann ein anderes hohles Bolzenpaar, welches die Glieder des vorhergehenden Paares umschließt. Es drehen sich also die Bolzen a auf den Bolzen b, und haben somit die gleitenden Teile große Auf-

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Fig. 345.

lagenflächen, welche der Abnutzung weniger unterworfen sind, allerdings auch einen größeren Reibungswiderstand erzengen. Diese Ketten werden aus Stahl hergestellt; ihre Abnrcssungen sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich:

Tabelle der Treibketten von Otto Kötter in Barmen.

Mr eine Teilung Weite oder zwischen Bau- den länge Platten kg t-mm w-mm

Span

uung

Durch- Äußere Innere Messer Stärke | Weite

Bolzens be§ Jnnenbolzens D-mm (1-mm d-₁mm

Platten-

Zahl

Breite Stärke der Platten b-mm | d-mm

Gewicht

pro

Meter ca. kg

100

15

14

150

20

16

200

25

18

300

30

20

400

35

22

600

40

25

800    45

30

1000

50

35

1500    55

45

2000

60

50

2500

65

55

3000 70 3500 75 4000 80 4500 85 5000 90 6000 95 7500 100

60

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70

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1,20

2,70

3,50

3,70

ö/-

8,40

Bolzen

einfach vernietet.

12.50 14,-18,-

19.50 23,— 27,20 30,—

33,

37,-

42,-

Bolzen mit Scheiben versplintet.

28*

Von den verschiedenen Arten Treibketten, welche im modernen Maschinenbau Verwendung finden, bringen wir nachstehend als treffendes und bewährtes Beispiel das Renoldsche geräuschlose Zahnkettengetriebe, welches die Firma Friedrich Stolzenberg L Co., G. m. b. H., in Reinicken-dorf-West bei Berlin ausführt.

Durch Renolds geräuschloses Zahnkettengetriebe werden die bisher zur Kraftübertragung in Betracht kommenden Maschinenelemente vortellhaft ergänzt und die Mängel, welche allen diesen, besonders in ihren Grenzfällen, anhaften, vermieden.

Von der Firma Hans Renold Ltd., Manchester, konstruiert, wurden diese Getriebe vor zirka 10 Jahren zuerst in England unter der Bezeichnung Renold’s Silent Chains hergestellt. Nach mehrfachen Verbesserungen sind dieselben alsdann später von der Firma The Link Belt Engineering Co., Philadelphia, in den Vereinigten Staaten von Nordamerika zur Einführung gekommen und in Deutschland im Jahre 1905 auf den Markt gebracht worden.

In einem gewöhnlichen Kettengetriebe, wie solche unter Verwendung von Block- und Rollenketten bisher zur Anwendung kommen, wird, wenn Kette und Rad auch in Teilung gcnauestens zueinander passend gefertigt sind und so alle von der Kette umfaßten Radzähne sich zunächst in Anlage befinden, die Kette schon nach der ersten Belastung, infolge des unvermeidlichen Streckens derselben, nur noch von einem Radzahn getragen werden. Da die Kette nunmehr in Teilung größer als das Rad ist, so wird die Last stoßweise von Zahn zu Zahn abgleiten und die Kette sich immer weiter dehnen. Wegen ihres stoßweisen und infolgedessen geräuschvollen Ganges sind solche Getriebe für die Übertragung von Kräften bei höherer Geschwindigkeit nicht zu verwenden.

Zu wesentlich günstigerem Resultat führt Renolds geräuschlose Zahnkette.

Durch die Eigentümlichkeit der Konstruktion bedingt, bietet, wie Fig. 346 zeigt, die Ren old-Kette dem Rade einmal beträchtlich größere Anlageflächen, und ist es weiter von besonderem Werte, daß diese Berührung zwischen Kette und Radzahn dauernd erhalten bleibt, ungeachtet der Streckung, mit der, wenn auch in geringem Maße, bei dieser Kette ebenfalls gerechnet werden muß.

Der aus der Streckung resultierenden größeren Teilung entsprechend, wird das Kettenglied in gestrecktem Zustande zwischen den Radzähnen nur

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B<9. 346.

eine höhere Lage einnehmen, die Berührung mit diesen wird aber nicht beeinträchtigt und so der Gang des Getriebes dauernd geräuschlos erhalten bleiben.

Das Getriebe besteht aus der Zahnkette, dem antreibenden und dem getriebenen Zahnkettenrade.

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Fig. 347. Doppeltes Zahnketten-Vorgelege einer Zweikolbenpumpe.

Die Zahnkette wird aus einzelnen Platten gebildet, welche, aus hartem, zähem Stahl gefertigt, auf gemeinschaftlichen, gehärteten Bolzen in der erforderlichen Kettenbreite angeordnet sind. Die abgesetzten Enden dieser Bolzen sind mit Scheiben versehen und vernietet. An den mit den Kettenzähnen in Berührung kommenden Zahnflanken sind die Ketten geschliffen.

Die Zahnkettenräder werden ein- oder zweiteilig und im allgemeinen aus Gußeisen, in den niedrigeren Zühnezahlen auch aus Stahl gefertigt. Die

Verzahnungen der Räder sind in dem durch die Konstruktion bedingten, mit der Zähnezahl variierenden Profil an Spezialmaschinen in Teilung genauestens und sauber geschnitten.

Das eine der beiden zugehörigen Kettenräder eines Getriebes ist mit Bordscheiben zu fertigen, zwischen welchen die Kette geführt wird.

Tabelle über Renolds geräuschloses Zahnkettengetriebe.

a) Für Mittensührung.

Zahnketten

Kettenräder

Teilung

Breite über Glieder I Bolzen

Gewicht

Ganze

Breite

mm

mm

mm

ca. kg

mm

Führungsnute Breite

mm

Tiefe

mm

19

25/7

25/4

30

31/7

38/4

19

38/1

46/8

44/4

50/6

50/8

59/5

63,5

72/2

76/2

84/1

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27/9

32

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12/7

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44/7

50/8

55/8

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68/6

25/5

76/2

101/6

81

127

105/9

131

152/4

156

50/8

55/8

63/5

68/6

31/7

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81

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127

131

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16

133/4

158/2

60/7

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85,6

110/5

135/9

160/8

4/3

21

50/8

55/8

63/5

68/6

38/1

76/2

81

101/6

127

105/9

131

152/4

156

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15

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110/5

135/9

160,8

4/3

30/5

Teilung

mm

12,7

15/9

19

25,4

31,7

38,1

44/4

b) Für Seitenführung.

Z a h n k e t t e n Breite über

Glieder

Bolzen

Gewicht pro Meter insgesamt

Kettenräder

Breite

zwiscken den flanschen

mm

12,7

19

25,4

31,7

38,1

50,8

19

25,4

31,7

38/1

44,4

50,8

19

25,4

31/7

38,1

44,4

50,8

63,5

76,2

50,8

63,5

76,2

101,6

127

152,4

50,8

63,5

76,2

101,6

127

152/4

50/8

63,5

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127

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128/8

153/9

53/3

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103/6

128/8

153/9

ca. kg

0/75

mm

25/4

mm

17/8

1/07

31/7

24/1

1/4

1/73

2/05

2/7

1/32

1/79

2/18

2 58

3/03

3,43

1/62

2/08

2,62

3/05

3,34

4/08

4,63

5,95

5,45

6,7

10/65

13/2

16

6,91

8,68

10,4

13/68

17,1

20/05

8,53

10/5

12/65

16/7

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12,3

14,7

20

25,4

30,5

38/1

44/9

51,3

30/5

37/3

43/7

64

56/4

32,5

38,8

45,2

55,4

61

66,5

36,3

42,7

19

55,4

59,7

68/1

78,7

93,5

67,3

80

92,7

118/1

144,8

170/2

67,3

80

95,2

121/9

147/3

172/7

69,8

82,5

95,2

124/5

149,8

175/2

72,4

85,3

97,8

124,5

149/8

175,2

24/9

31/2

37/6

45/2

50/8

56/4

26,2

32/5

38/8

45/2

49/5

57,9

68/6

83/3

54,6

67/3

80

105,4

54/6

67/3

80

106/7

132

157/5

54/6

67/3

80

106/7

132

157,5

54/6

67/3

80

106/7

132

157,5

Der Kettenschluß wird durch einen besonderen Stift nebst zwei Scheiben

bewirkt.

Der Schluß der Ketten kleinerer Teilung bezw. solcher in geringeren Breiten läßt sich leicht ausführen, indem durch die Stiftlöcher der ineinander gelegten Kettenenden zunächst ein ausgespitzter, der Bohrung entsprechender Bolzen und diesem folgend der Kettenstift geführt wird. Dieser wird alsdann nach Auflage der Scheiben vernietet.

Für Ketten größerer Teilung oder Breite empfiehlt sich die Benutzung der eigens dafür konstruierten Ketten-Schließapparate, von welchen Fig. 348 eine Abbildung zeigt. Ketten von gerader Gliederzahl passen mit ihren Endgliedern ineinander, und sind diese ohne weiteres zu verbinden.

Fig. 348. Ketten-Schließapparat.

Für ungerade Gliederzahl ist die Einschaltung von besonders gefertigten, abgesetzten Gliedern au einem Ende der Kette erforderlich.

Zahnketten-Getriebe müssen sauber und gut geschmiert erhalten werden, weil andernfalls die Lebensdauer der Kette beeinträchtigt wird.

Wir empfehlen, die Ketten vor Inbetriebnahme in ein Bad von Petroleum oder Terpentin zu legen, damit dieselben von etwa noch anhaftendem Schmutz und Staub befreit und bei nachfolgender Schmierung von dem Öl bis auf die Kettenbolzen vollständig durchtränkt werden.

Diese Methode, welche wir für die beste halten, um verharztes Öl oder Schmutz zu beseitigen, sollte auch später während des Betriebes in angemessenen Zwischenräumen vorgenommen werden. Die Kette ist dann von den Rädern zu nehmen und nach der Reinigung gut zu schmieren. Diese geringe Mühe wird sich stets verlohnen.

Die Art des Schmiermaterials richtet sich nach den Verhältnissen des Betriebes. Im allgemeinen empfiehlt sich die Verwendung eines reinen Maschinen-Öles, welches, während die Kette langsam bewegt wird, auf den Rücken derselben mit einer Bürste aufzutragen ist. Für die erste Schmierung bei Inbetriebnahme ist es vorteilhaft, dem Öl ein geringes Quantum Flockengraphit beizumischen.

Für Betriebe, in welchen Staub und Schmutz nicht zu vermeiden sind, empfiehlt cs sich, das Kettengetriebe mit einem dicht schließenden Gehäuse zu

umgeben. In dieser Weise gewartet, ist mit den Zahnketten-Getrieben selbst unter den vorgenannten ungünstigen Verhältnissen ein zufriedenstellender Betrieb bei längster Lebensdauer zu erreichen.

Die Verwendung gut schließender Schutzlästen empfiehlt sich für alle Verhältnisse, einmal wird ein Abschleudern des Öles vermieden und andererseits verhindert ein solches Gehäuse Unfälle.

Man beachte bei der Konstruktion, daß das Gehäuse entweder aufzuklappen oder an der einen Seitenwand zu öffnen ist, um die Kette reinigen und schmieren zu können, weiter auch, daß die Kette, wenn im Laufe des Betriebes gedehnt, nicht an der Gehäusewand schleift.

Die Spannung der Kette ist zum Teil von der Lage des Antriebes abhängig. Als allgemeine Regel beachte man, daß die Kette etwas weniger straff gespannt wird als ein Lederriemen. Läuft die Kette vertikal, was möglichst zu vermeiden ist, dann bedarf dieselbe einer sorgfältigeren Kontrolle in der Spannung, als wenn dieselbe geneigt oder horizontal läuft. In letzterem Falle ist ein Durchhängen infolge Dehnung der Kette ohne schädlichen Einfluß.

Sehr vorteilhaft ist es, die Entfernung der Achsen verstellbar einzurichten; man erspart dadurch evtl, eine Spannrolle, die für wenig geneigte oder vertikale Lage der Kette vorzusehen ist. Die Anordnung der Spannrolle muß ganz den Verhältnissen angepaßt werden, doch sollte der Durchmesser derselben möglichst groß, wenn angängig zirka 300 mm, gewählt werden.

In Verbindung mit Renolds Treibkette leistet bei Übertragung von ungleichförmigen Kräften, wie das z. B. bei Pumpen, Walzwerken, Kompressoren usw. der Fall ist, ein Federrad sehr gute Dienste.

tTe'

Das Federrad (Fig. 349) besteht aus einer inneren Nabe, welche auf die Welle gekeilt wird, sowie aus einem äußeren Ring, auf welchem die Kettenzähne ausgefräst sind. Die Deckplatte ist auf den äußeren Ring angepaßt und unterstützt denselben, indem die Deckplatte auf der Nabe ausruht. Der mit den Zähnen versehene Ring, welcher sich auf der Nabe frei drehen kann,

»Xi

(d. h. nur in einem begrenzten Bogen) ist mit letzterer durch 2 Serien von Federn verbunden.

Fig. 349.

Die eine Serie, die sich beim Betriebe in Kompression befindet, überträgt die Kraft und wirkt als Puffer oder Kissen, indem diese Federn die Stöße, die von der Maschine verursacht werden, aufnehmen. Die andere Serie von Federn nimmt die Rückstöße auf, wenn die erstere Federn-Serie plötzlich von momentanen Stößen entlastet wird.

Soll das Getriebe in beiden Richtungen zu laufen imstande sein, so werden Federn gleicher Stärken für beide Serien verwendet.

In den Fällen, wo das Rad immer in derselben Richtung zu laufen hat, wird die eine Serie schwächer gehalten als diejenige, die immer in Kompression

arbeitet. Dadurch wird es möglich, der einen Serie von Federn eine größere Absorbtionsfähigkeit zu verleihen, als wenn beide Serien von gleicher Stärke sind.

Es können entweder 2, 3 oder 4 Federn in jeder Serie gebraucht werden, sodaß die ganze Zahl der Federn sich auf 4, 6 oder 8 per Rad beläuft.

Die Stöße, von welchen wir bereits sprachen, sind plötzliche Ansprüche für vermehrte Kraftabgabe. Der Motor, welcher nicht fähig ist, sofort diesen Kraftersatz zu leisten, ist gezwungen, einen Teil seiner kinetischen Energie abzugeben, wobei sich seine Umdrehungszahl vermindert.

Diejenige Kraft, die zur Verminderung der Umdrehungszahl des Motors notwendig ist, macht sich als Stoß oder plötzliche Beanspruchung in der Kette geltend, welche Beanspruchung abhängig ist von der zur Verfügung stehenden Zeit, in welcher die Schnelligkeitsverminderung stattfindet. Wenn nun die Verbindung zwischen treibendem und angetriebenem Rad flexibel ist, d. h. wenn ei« Federrad gebraucht wird, erfolgt die plötzliche Verminderung der Umdrehungszahl des Motors, die, wie schon festgestellt, eine Folge der erhöhten Kraftnachfrage der Arbeitsmaschine ist, nur sukzessive, und zwar in dem Maße, als die Federn zusammengepreßt werden. Dadurch wird der Schnelligkeits-Verminderung mehr Zeit erlaubt und dadurch die zur Schnelligkeitsverminderung benötigte Kraft oder der Stoß in der Kette vermindert. Kurz, die Schnelligkeit der Maschine kann sich bedeutend verändern, im Verhältnis als sie mehr Kraft absorbiert, während die Schnelligkeit des Motors nahe der konstanten Schnelligkeit bleibt.

Aus diesem Grunde sind die Überlastungen bei Elektromotoren mit Federrädern geringer, als ohne dieselben, wobei der Elektromotor bedeutend geschont und weniger Kraft gebraucht wird.

Gruppe VII.

Die Radertriebe.

Wenn zwei Wellen ziemlich eng beieinander liegen und die Drehbewegung der einen auf die andere übertragen werden soll, so ist die Übertragung durch Riemen, Schnur oder Kette nicht zu bewirken, und zieht man dann die Anwendung von Zahn- oder Neibungsrädern zur Übertragung vor. Es sind dies also Räder, die sich an ihren Umfängen gegenseitig berühren und die Übertragung durch entsprechende Verzahnung durch Eingriff der Zähne des einen Rades in die den Zähnen entsprechenden Lücken des andern oder durch Reibung der beiden Umfangsflächen aufeinander bewirken.

A. Die Zahnräder.

Entsprechend der Drehbewegung, welche die Zahnräder zu übertragen haben, müssen die Näder Rotationskörper sein, deren Zahnformen ganz bestimmte Gestaltungen erhalten, die in der Art der Bewegung beider Umfänge aufeinander bedingt sind.

Die Grundform der Räder ist zunächst bedingt durch die Stellung der Wellen zueinander, und erhält man bei gleichlaufenden Wellen Näder mit zylindrischen Umfangsflächen oder Stirnräder. Schneiden sich die Verlängerungen der beiden Wellenmittel in einem rechten oder spitzen Winkel, so erhalten die Umfangsflächen Kegelform, und man nennt alsdann die Räder konische oder Kegelräder. Liegen endlich die Wellen windschief zueinander, so sind Hyberbolische Näder zur Übertragung zu verwenden.

Die Stirnräder.

Die Zahnformen der Stirnräder sind für ihren Gang ausschlaggebend. Man gibt ihnen die Form von Prismen ganz eigenartigen Querschnittes, der nach bestimmten Regeln konstruiert tverden muß.

In dem Zahnprofil sind 3 Hauptkreise zugrunde gelegt, der Kopf-, Teil- und Grundkreis. Der über dem Teilkreis liegende Zahntcil heißt der Zahnkopf, der unter ihm liegende der Zahnfuß oder die Wurzel. Den Zwischenraum zwischen zwei Zähnen nennt man die Zahnlücke und die Sohlfläche der Lücke bezeichnet man als den Zahnboden.

Man bezeichnet nun in Fig. 350 mit b die Zahnbreite, mit h die Zahnlänge, mit t die Teilung und mit d die Zahndicke im Teilkreis.

V/\

Das Umsetzungsverhältnis zweier Zahnräder bestimmt sich aus der Zahl der Zähne und Umdrehungen zweier Räder. Hat das eine Rad Z Zähne und macht n Umdrehungen und das andere mit Zx Zähnen nx Umdrehungen, so verhält sich

LSb:

n₁ Z

n    Zx

Fig. 350.

Wir sehen hierin wie bei den Reibrädern das Grundgesetz der Bewegungsübertragnng bei Rädern ausgedrückt, dahin lautend, daß die Umdrehungszahlen im umgekehrten Verhältnis zu den Zähnezahlen der Räder stehen.

Den Teilkreishalbmesser R bei einer Teilung t und einer Zähnezahl Z eines Rades bekommt man aus der Formel

~ = 0,15916 Z.

u TV

R = 0,15916 X z X *•

Zur Bestimmung der Teilkreishalbmesser für bestimmte Zähnezahlen und Teilung kann man die Tabelle auf S. 446 benutzen.

Beispiel zur Benutzung der Tabelle: Ein Rad soll 75 Zähne und 30 mm Teilung erhalten, wie groß ist der Halbmesser seines Teilkreises?

Nach Zeile 8 Spalte 7 ist = 11,94, also R = 11,94 X * =

11,94 X 30 — 358,20 mm, oder rund 359 mm.

Will man die Zähnezahl mit Hilfe der Tabelle bestimmen, wenn Teilung und Radhalbmesser gegeben sind, so verfährt man also:

mm Teilkreisdurch-^ = 20. Dieser

Beispiel: Es ist die Zähnezahl für ein Rad von 800

800

Messer bei 40 mm Teilung zu bestimmen. Dann ist

Zahl entspricht der Wert der Tabelle in Zeile 13 Spalte 7 oder 8 mit 120 + 5 bezw. 120 -j- 6, also 125—126 Zähne. Wir nehmen 126 an, weil der Wert 20,05 der Zahl 20 näher liegt, als der Wert 19,89.

In gleicher Weise kann man mit Hilfe der Tabelle auch die Teilung

bestimmen.

Beispiel: Für ein Rad mit 58 Zähnen und 420

mm

Halbmesser soll

die Teilung bestimmt werden. Dem Wert Z — 58 entspricht der Tabellenwert Zeile 6 Spalte 10,    — 9,23. Es ist also t — 420 : 9,23 — 45,5 mm.

Bedeutet nun t die Teilung, b die Breite, h die Höhe, d die Dicke der Zähne in cm, v die Geschwindigkeit des Rades in der Sekunde in m, P den Zahudruck in kg, h den Druck auf das qmm in kg, so ist für die Zahnräder mit

v = 0,5 : t = 2,74

== X P oder bei

b = 21: t = 1,94 X/P.

Bei größeren Geschwindigkeiten von v — 1—15 m nimmt man k zwischen 2,3 und 1,3 kg per qmm, so daß bei sehr großen Geschwindigkeiten

wird.

A = 4,5x/y XP

Kranräder haben stets eine kleinere Geschwindigkeit als 0,5 m, und nimmt man für sie b = 21 und

t — i 94 x VV,

wobei k — 2,5 kg, b — 1,5 X 3,    = ⁴/? X •> und h₂ =S/,X h ist.

Bei ganz großen Teilungen geht man um 10 °/₀ niedriger.

Ist nun D der Durchmesser eines Rades im Teilkreise, z die Zähnezahl und n die Zahl der Umdrehungen in der Minute, dann ist

z = D X y «nt> D Die Werte für und kann man der folgenden Tabelle entnehmen:

71

71

71

71

71

71

1,5

2,5

3,5

0,31831

0,47746

0,63662

0,79577

0,95493

1,11408

1,27324

3,14159

2,09439

1,57079

1,25664

1,04719

0,89759

0,78539

4,5

5,5

6,5

7,5

1,43239

1,59155

1,75070

1,90986

2,06902

2,22817

2,38732

0,69813

0,62832

0,57120

0,52360

0,48120

0,44880

0,42075

8,5

9,5

10

10,5

11

2,54648

2,70563

2,86479

3,02395

3,18310

3,34226

3,50141

0,39270

0,37088

0,34907

0,33161

0,31416

0,29988

0,28560

Erhält man nun nach der Tabelle für z und D keine ganze Zahl, so muß man die Zähnezahl auf eine ganze Zahl abrunden und mit Hilfe dieses Wertes D nochmals berechnen. Besser ist es, die Teilung so zu wählen, daß sie einen vielfachen Wert von n bildet, oder man macht t — n X n und hat

dann D = n X z oder z — Hierbei ist n eine ganze Zahl oder ein

einfacher Bruchteil, die sogenannte Stichzahl.

Zur Bestimmung der passenden Anzahl der Radarme Ä bedient man sich der folgenden Tabelle:

Tabelle zur Bestimmung der Armzahl bei Stirnrädern.

oder T

mm

Volle Getriebe für die Zähnezahl

io

für die Zähnezahl

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

20—40 14—34 11—31 11—25 11—24 11—23 11—22 11—21 11—20 11—19 11—18 11—17 11 — 16 11—16 11—15 11 — 15 11—14 11—14

41—90

35—95

32-80

26—72

25—68

24—64

23—60

22—58

21—55

20—52

19—45

18—44

17—44

17—43

16—43

16—42

15—41

15-40

91—150 96—155 81—160 73—143 69—133 65—124 61—117 59—111 56—105 53—101 46— 98 45— 93 45— 91 44— 87 44— 84 43— 83 42— 82 41— 80

151—300

150—300

148—300

144—248

134—220

125—205

118—193

112—184

106—176

102—168

99—161

94—154

92—149

88—145

85—140

84—136

83—133

81—130

249—300

221—300

206—300

194—300

185—300

177—300

169—285

162—265

155—245

150—230

146—216

141—200

137—190

134—180

131—172

Tabelle über die Teilkreishalbmesser

(nach Prof. Neuleaux).

'§ss 8$s$$ = = = » 11B88 11111 lim

Für Triebwerkräder nimmt man die Spannung k nach der Umfangsgeschwindigkeit v.

Bei v — 0,5

10

12

15 m

Gußeisen k — 2,5 Gußstahl k — 8,0 k — 1,8

Holz

co

bn O co

Ci CO cb" i-7

» Oi ¹

co 'o bo

_p1 h-¹

O bn

_0 _pt I—L

"cd "o bi

CO

CO

OI

"bo "o bo

Die Höhe rechteckiger Arme im Zentrum des Rades ist für gewöhnliche

Räder

h = x b X X'

wenn A die Anzahl der Arme ist, und ist dann die Dicke der Arme a = 0,2 X b (Fig- 351).

Bei Rädern mit ovalen Armen, die aber nur bei kleinen Satzrädern Vorkommen, Fig. 352, nimmt man

Walzwerksräder verlangen kräftigere Abmessungen, und nimmt man bei ihnen

Fig. 351.

Xljd

T>

h = 1,25 und ihre Dicke

xVDXbX j

Xi

Hi

'S

Fig. 352.

a = 0,2 X h. Für ovalen Querschnitt bei

jxK ist 1^ = 1,lxj/DXbXx-

und für

iftht =KDXbX X-

Die Armhöhe nimmt man am Radkranz — s/₄ der Höhe an der Nabe; und die Nabendicke ist für gewöhnliche Räder

c = 2,0 + lx^D"XbXi,

für Förderräder und ähnliche ist

c = 2,0 + yXI' D X b X * imt.

für Walzwerksräder

i    ⁸__

c = 2,0    —X^b X ^ X t zu nehmen.

Ol¹

Die Nabenlänge wird — 1,15 X b +

Sämtliche Werte find in cm ausgedrückt einzusetzen.

Die Kranzdicke k ist für gewöhnliche Räder k = 0,5 X * und für Walzwerksräder k — 0,5 X b -f- 5 mm bis 0,5 X * X 10 mm zu nehmen.

Bei Rädern mit Kreuzarmen nach Fig. 351a ist kx = k -f- 0,02 X t>; haben die Arme aber I-Querschnitt nach Fig. 351 b, so ist ka = k -f- 0,025 X b zu nehmen und c in beiden Fällen — 0,5 X *•

Die Nebenrippen in Fig. 351 erhalten eine Stärke von 0,8 X a-

Bei Holzkammrädern nach Fig. 353a und b nimmt man die Teilung größer als wie für die Stirnräder berechnet und zwar — 1,16 X * und die Kranzstärke in Millimetern

für gewöhnliche Räder k = 6 -f- 0,9 X t und g = 15 -)- 0,3 X „ leichte Triebräder k = 4 -f- 0,8 X t ,, g = 12 -j- 0,2 7 X t,

n g — 20 -f- 0,33X t

„ Walzwerksräder k = 10 —{- t

Bei Rädern nach Fig. 353b mit geteilten Zähnen, die bei besonders großer Zahnbreite angewendet werden, gibt man dem Steg zwischen den beiden Holzkämmen eine Stärke von c — 8 -)- 0,2 X t

—!«-

öl

*Cl

Fig. 353.

Die eisernen und Holzkammräder haben die unangenehme Eigenschaft, beim Gange ein sehr unangenehmes Geräusch zu verursachen, und ist man deshalb mit Erfolg auf die Idee verfallen, ganze Räder und Kämme aus einem weichen und doch widerstandsfähigen Material herzustellen, indem man sie aus präparierter Rohhaut herstellt.

Diese geräuschlosen Rohhautzahnräder, Fig. 354, fertigt die Firma C. A. Löwe in Berlin N.

Fig. 354.

Die Berechnung dieser Räder wird in derselben Weise wie für Eisenräder üblich durchgeführt. Nachdem man den Zahndruck P aus den zu übertragenden Pferdestärken N, den Umdrehungen n in der Minute und dem Teilkreishalbmesser ß in m des Rohhautrades nach der Formel

716,2 X^ k(T RXn °

bestimmt hat, wird der Flächendruck pro 1 cm Zahnbreite festgestellt. Die Abnutzung der Zähne jedes Rades ist von dem Flächendruck abhängig, und es haben sich nach vielfachen Ausführungen, tvelche sich im Betriebe jahrelang gut bewährt haben, je nach der Teilung der Näder nachstehende Erfahrungskoeffizienten ergeben:

woraus sich die Teilung t in cm leicht bestimmen läßt.

Je nach der Größe des Übersetzungsverhältnisses, hoher Umdrehungszahl und eventuell auftretenden Stößen ist die zulässige Materialspannung S zu verringern.

Fig. 355.

für 2— 3 7i Teilung 8—10 kg Flächendruck max.

10-12......

12-14......

14-16......

16-18......

18-20......

20-24 ......

24—30

30 -40 ......

3 — 5 tt

5- 8    TT

8-10    TT

„    1 0-12    TT

„    12—15 TT

„ 15-18 TT

„    18—22 Tr

„    22—26 TT

Nach diesen Angaben ist die Breite b der Zahnräder zu bestimmen. Hat ein Rad z. B. eine Teilung von 10 tt und einen Zahndruck von P kg, so wird die erforderliche Zahnbreite nach Obigem

b = l

Pro 1 cm Zahnbreite.

1(3

cm.

Die Zahnteilung t ergibt sich durch Berechnung des Zahnes auf Biegung, indem man den gesamten Zahndruck P — trotzdem stets mehrere Zähne in Eingriff sind — nur auf einen Zahn wirken läßt und den Zahn nach der Formel für einseitig eingespannte Träger berechnet.

P 1 = W S,

hierin bedeutet 1 die Zahnhöhe in cm — 0,7 t, W das Widerstandsmoment für den Zahnquerschnitt, dasselbe wird bei einer Zahnbreite von b cm und einer Zahnstärke von ¹I

cm

bt,²

2t '

ferner 8 die zulässige Materialspannung pro 1 qcm Zahnquerschnilt von 100 kg normal und 120 kg maximal.

Setzt man diese Werte ein, so erhält man für die obige Viegungsfvrme!.

P . 0,7 t =

bt,²

, 24

• s,

Seit ca. 6 Jahren verwendet ment diese Rohhauträder mit Erfolg als Ankertriebe der Straßenbahnwagen-Elektromotoren und als erste Antriebs-räder für Elektromotoren, welche mit Werkzeugmaschinen und Arbeitsmaschinen direkt ohne Tgjj Zwischenvorgelege und Riemen gekuppelt sind. In gjjg der Regel läuft das Rohhautrad in Verbindung mit einem Eisenrade zusammen, und zwar so, daß das größere und getriebene Rad aus Eisen und M das kleinere und treibende aus Rohhaut herge-

stellt wird. Für guten und geräuschlosen Gang muß auch das Eisenrad mit gefrästen Zähnen versehen werden; das Rohhautrad erhält stets gefräste Zähne.

Die Rohhauträder sollen lufttrocken aufbewahrt werden und sind namentlich gegen Feuchtigkeit zu schützen.

Rohhaut-Zahnkämme, die als Ersatz der Holzkämme dienen, zeigt

Fig. 355.

Gewichtsberechnung für normale Zahnräder. Wenn b die Zahn-breite in cm, t die Teilung in mm und Gr das Gewicht für Eisenräder ist, so wird

Den Wert m, bei einer bestimmten Zähnezahl Z, findet man aus der folgenden Tabelle:

20

185

195

205

205

225

235

245

255

270

280

30

290

300

315

325

335

350

360

370

385

395

40

410

420

435

445

460

470

485

500

510

525

50

535

550

565

575

590

605

620

630

645

660

60

675

690

705

720

735

750

765

780

795

810

70

825

840

855

870

885

900

920

935

950

965

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

1085 1100 1260 1275 1445 1465 1640 1660 1850 1870 2065 2090 2295 2320 2490 2505 2670 2690 2870 2890 3070 3095 3305 3330

985

1150

1335

1525

1725

1935

2155

2385

2560

2750

2950

3160

3405

3665

3915

4160

4375

4555

1000

1170

1350

1510

1745

1955

2180

2400

2580

2770

2970

3185

3430

3690

3940

4180

4395

4570

1015

1190

1370

1560

1765

1980

2200

2420

2600

2790

2995

3210

3455

3715

3965

4205

4410

4590

1035

1205

1390

1580

1785

2000

2225

2435

2615

2810

3015

3235

3480

3740

3990

4225

4430

4610

1050

1225

1405

1600

1805

2020

2250

2455

2635

2830

3040

3255

3510

3765

4015

4250

4450

4625

1065

1240

1425

1620

1830

2045

2270

2470

2655

2850

3050

3280

3535

3790

4040

4270

4465

4645

3560

3815

4065

4290

4485

4665

3585

3840

4090

4315

4500

4690

1120

1295

1485

1685

1890

2110

2340

2525

2710

2910

3115

3355

3615

3865

4115

4335

4520

4720

1135

1315

1505

1705

1920

2135

2365

2545

2730

2930

3140

3380

3640

3890

4140

4360

4540

4730

Beispiel: Es soll das Gewicht für ein Rad von 68 Zähnen mit 50 Teilung bestimmt werden, bei einer Zahnbreite von 120 mm. Alsdann ist in nach der Tabelle für 68 Zähne (Zeile 5, Spalte 10) m = 795.

k ist nach der anderen Tabelle bei t — 50 = 0,025 und mithin (1 = k X m X b = 0,025 X 795 X ¹² = 238,5 kg.

Auf praktischen Erfahrungen beruht die folgende Art der Gewichtsbestimmung für Zahnräder:

Man geht hierbei von den in der folgenden Aufstellung gegebenen Werten für Zahnräder mit Eisenzähnen aus, deren Zahnbreite gleich dreimal der Teilung ist.

Für Kegelräder betragen die Gewichte durchschnittlich 0,9 der für Stirnräder gefundenen Werte. Das Gewicht der Holzkammräder kann man gleich dem der Räder mit Eisenzähnen annehmen, wenn sie gleiche Breite, Zähnezahl und Teilung haben.

9 71

10 n 11 n 12 7i 13 ti 14 n 15 ti 16 tt

Gewicht in kg

lag uhvF oact

Teilung 8 Ti

19 n 20 71    21 n 22 n 23 n 24 n

Gewicht in kg pro Zahn bei

Teilung 17 n 18 7i

Bis 1443.6.1443.

20—65

66—72

CQ CQ

109—144 Zähnen 7,44 8,88 10,49 12,24 14,05 16,43

(20—

66—

Gewicht in kg pro Zahn bei

CQCQ -

Teilung 25 n ähnen 16,20 ahnen 18,70

26 n

27 TT

28 n

29 TT

30 7i

rH CM

CM CM

CO CO

73—108 Zähnen 20,47    22,93    25,60    28,89

109—144 Zähnen

23,50 26,40 28,40 32,70 Big 124g. 6.119g. 6.115 3. 6.H13. 26,20 29,20 32,46 36,20 Bis 1443. 6.144 3. 6.144 3. 6.144Z.

bis 108 Z. Bi§ 108g.

44,37 6.1343.

48,03 6.144 g.

39,91

Beispiel: Es wird das Gewicht eines normalen Stirnrades im Rohguß gesucht, welches 70 Zähne bei 13 X ⁷¹ Teilung, 910 Durchmesser, 120 mm Breite und 85 mm Bohrung erhalten soll.

G = 2,65 X 70 — zirka 186 kg.

Das Gewicht beträgt nach vorstehender Aufstellung bei 13 X ⁷¹ Teilung und 70 Zähnen

Am gebräuchlichsten sind im Maschinenbau die Stirnräder mit Außenverzahnung. Hierbei haben beide Räder, die miteinander im Eingriff stehen, Außenverzahnung, oder es kommt nur ein solches Rad zur Anwendung, welches in eine Zahnstange eingreift, die gleiche Zähne und Teilung wie das eingreifende Rad erhält.

Zahnstangen finden Anwendung, wenn ein Gegenstand durch Zahntrieb nicht zu schnell in horizontaler oder vertikaler Richtung vor und zurück bewegt werden soll. Es verwandelt sich also die Rotationsbewegung des verzahnten Getriebes in eine hin- und hergehende Bewegung der Zahnstange, wie das z. B. bei den Tischen der Hobelmaschinen, Buchdruck-Schnellpressen usw. der Fall ist.

Jnnenverzahnung kommt selten und nur bei sehr großen Übersetzungsverhältnissen zur Anwendung, wie solche z. B. bei Wasserrädern zu finden sind.

Fig. 356.

Es hat dann das große Rad innen liegende Zähne (Fig. 356), und in diesen Zahnkranz greift ein kleines Stirngetriebe mit Außenverzahnung ein.

/ß

Fig. 357.

Stirnrädern, welche große Kräfte übertragen und starken Stößen ausgesetzt sind, wie das z. B. bei Walzwerksrädern der Fall ist, gibt man Pfeilzähne (Fig. 357). Hierbei bildet der Zahn in seiner ganzen Breite nicht mehr ein gerades Prisma, sondern die Zähne sind in der Mitte zu einem stumpfen Winkel, wie eine Pfeilspitze, geknickt. Man läßt die Zähne bei der Umdrehung des Rades mit der Spitze vorangehen, so daß beim treibenden Rad die vordere Seite des Zahnes mit dem Fuße den Eingriff beginnt und das getriebene Rad am Kopfe in der hinteren Hohlkehle trifft. Dementsprechend bildet man die Schneide stumpf und die Hohlkehle schärfer aus, damit sich beide Flächen gut berühren. Den Knickwinkel der Zähne nimmt man mit 110—130⁰ an und die Radbreite h = 4 X t, die Zahnhöhe 0,6 X *, die Fußhöhe 0,35 X t und die Kopf-höhe = 0,25 X t.

Die Einführung höherer Umlaufgeschwindigkeiten infolge der elektrischen Antriebe erforderte unausgesetzte Bemühungen zur Herstellung möglichst ruhig laufender Räder. Außer Schnecken- und Schraubenrädern, welche diese Eigen-

schaft in hohem Grad besitzen, verwendete man für Stirn- und konische Getriebe lange Zeit Antriebsräder aus Vulkanfibre, später Rohhaut, in jüngster Zeit auch Papierstoff. Infolge der unangenehmen Nebeneigenschaften aber, insbesondere des raschen Verschleißes, konnten diese Materialien nur teilweise befriedigen, weshab man danach trachtete, die längst als vorteilhaft bekannten, bisher nur roh gegossenen \\ Zähne in gefräster Ausführung herzustellen. Es war dies Wohl möglich, aber die Räder mußten aus zwei Teilen zusammengesetzt werden, oder es entstand eine breite Nute in der Mitte, woraus Un-genauigkeiten verschiedener Art resultierten, so daß diese Art der Herstellung verlassen wurde als es Ingenieur Wüst gelungen war, eine Maschine herzustellen, auf welcher derartige Verzahnungen in einteilige Räder zwangläufig nach dem Abwälzverfahren gefräst werden können.

Diese Doppelschraubenräder „System Renk»

Wüst" werden von der „Zahnräderfabrik Augsburg, vorm. Joh. Renk Akt.-Ges. ausgeführt, und geben wir in Fig. 358 eine Ausführungsform dieser Räder.    - •

D.R.P. „Wust" 136818. Mg. 358.

Diese Wüsträder eignen sich zu Kraftüber- W tragungen aller Art und Größe und können bis 2,5 m M Durchmesser mit 15 n Teilung ausgeführt werden. Auch % für konische Transmissionsräder ist eine derartige Ver- _ ,-zahnung von Vorteil. Nicht nur, daß bei richtiger Lagerung und Montierung ein sehr ruhiger Gang erreicht wird, können auch die Übersetzungen viel größer genommen werden. Bei geraden Zähnen soll man nicht über eine Übersetzung 1:4*/* hinausgehen. Bei gefrästen ((Zähnen kann das Verhältnis bis auf 1 : 10 und noch mehr erhöht werden, wodurch sich die Verwendung für konische Räder ganz wesentlich vergrößert.

Als letzte Neuheit in der Herstellung ruhig laufender Stirnräder ist der Firma ein „Stirnrad-Schneckengetriebe" geschützt worden. (Fig. 359/61.)

MW

Fig. 359.

Stirnrad-Schneckengetriebe an Elektromotor montiert.

Flg. 360.

Stirnrad - Schneckengetriebe D. R. G. M. 292693.

Das große Rad erhält gefräste \\ Zähne, während der Trieb als rechts-und linksgängige Schnecke ansgebildet ist. Je nachdem die Schnecke zwei-, drei- oder oiergängig ist, entsteht ein Trieb mit zwei, drei oder vier Zähnen. Hierdurch ist es nun möglich, ganz bedeutende Übersetzungen hervorzubringen, ohne besonders große Reibungsverluste in den Kauf nehmen zu müssen. Nach Untersuchungen des Herrn Baudirektors von Bach beträgt der Nutzeffekt inkl. Lagerreibung bis zu 94% und der Gang ist bei den höchst vorkommenden Tourenzahlen geräuschlos, so daß dieselben bei elektromotorischen Antrieben die weitgehendste Anwendung finden, wie aus den Abbildungen ersichtlich ist.

UL

Schnitt AB.

Grundriß. Schnitt nach CD. Fig. 3C1. (>/,« not. Größe.)

Seitenansicht.

2.

Die Kegelräder.

Wie wir schon einleitend erwähnten, dienen die Kegelräder zur Bewegungsübertragung zwischen zwei Wellen, deren Mittellinien in der Verlängerung sich schneiden und infolge ihrer kurzen Abstände voneinander eine Bewegungsübertragung durch Riemen oder Kette ausschließen. Meist sitzen beide Kegelräder am Ende einer Welle, mindestens muß aber eins auf einem Wellenende sitzen, wenn die Welle mit dem andern durchgehend gedacht ist.

Die Kegelräder treten nicht nur Paarweise auf, sondern können auch zu 3 und 4 zur Bewegungsübertragung mit herangezogen werden, wie in Fig. 362 a—c dargestellt ist.

Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis ändert sich bei den Kegelrädern auch die Größe des Winkels der Zähne zur Radachse. Es ist deshalb bei Kegelrädern nicht möglich, eins der beiden zusammenarbeitenden Räder durch

ein anderes mit größerer oder kleinerer Zähnezahl aber gleicher Teilung zu ersetzen, wie das bei den Stirnrädern möglich ist, ohne daß eine Änderung in der Stellung der beiden Wellen zueinander eintritt.

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sC

Fig. 362.

Die Regeln und Formeln, welche für die Konstruktion und Berechnung der Stirnräder in ihren Hauptabmessungen gegeben sind, gelten auch für die Kegelräder. Da aber bei den Kegelrädern das Zahnprofil, entsprechend der Konizität des Körpers, außen größer ist als innen, so muß man die Teilung und die Zahnstärke auf den äußeren Teilkreisdurchmesser abtragen und bedient sich bei der Konstruktion der Zahnflanken zweier Hilfskegel (Fig. 363).

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/'A

......

\\

Wenn sich die beiden Wellenachsen x und y in 0 in einem Winkel schneiden, und 0 AB und OBC die beiden Kegel darstellen, um welche die beiden Räder konstruiert werden sollen, so trägt man zunächst die nach den gegebenen Formeln berechnete Zahnbreite b auf den Linien AO, BO und CO nach innen ab, so daß d —AB —BO —CE wird, und erhält dann die beiden Kegelabschnitte AB OB und DB CE, welche die mathematische Querschnittsform der beiden Kegelräder darstellen.

Um nun die Verzahnung für den äußeren Kranzumfang konstruieren zu können, zieht man rechtwinklig zu BO eine Hilfslinie GBH, welche die beiden Achsen X und Y in G und H schneidet. Es entspricht dann GB dem Teilkreishalbmesser des Getriebes BDEC und BH ist der Teilkreishalbmesser für das zweite Kegelrad AB OB. Auf diesen beiden Kreisen wird die Teilung aufgetragen und die Verzahnung nach den Regeln konstruiert, die wir weiter hinten noch geben werden.

Kegelräder laufen stets unruhiger und geräuschvoller als Stirnräder, weshalb man bei den größeren Kegelrädern immer eins der beiden Räder mit

WT/l

Fig. 364.

Holzkämmen versieht (Fig. 364). Bei kleineren Nädern haben sich die Kegelgetriebe aus Nohhaut (Fig. 365) der Firma C. A. Löwe, Berlin N, gut bewährt. Handelt es sich aber um größere Kraftübertragungen, die naturgemäß auch mit stärkerem Geräusch und schnellerer Abnutzung der Zähne verbunden sind, so sind Kegelräder mit gefrästen Spiral-(Fig. 366) oder Winkelzähnen (Fig. 367) zu empfehlen, gjmme sie die Zahnräderfabrik Augsburg, A.-G., nach E j! Patent Wüst ausführt. Mit Rücksicht auf ihren unruhigen MGang bedürfen Kegelräder einer besonders kräftigen und W sicheren Lagerung, und tut man gut, im Triebwerk ihre

Anwendung möglichst zu vermeiden. Man ersetzt sie dann bei müßigen Umfangskräften vorteilhaft durch Schraubenräder, die geräuschlos arbeiten, allerdings auch größere

Fig. 365.

Fig. 367.

Fig- 366.

Reibungsverluste mit sich bringen. Bei leichten Übertragungen tut man besser, die Kegelräder durch Reibräder oder Winkel-Riementrieb zu ersetzen.

5.

Hyperbolische Räder.

Ihren Namen haben diese Räder nach ihren Grundkörpern erhalten, die Hyperboloide bilden. Bei diesen Rädern können sich die Achsen unter beliebigen Winkeln kreuzen. Am meisten kommt ihre Anwendung bei rechtwinkliger Achsenkreuzung vor, und nennt man dann diese Art des Triebes Schneckentrieb, bestehend aus einem verzahnten Schneckenrad und zu dieser Verzahnung passender Schnecke.

Die eigentlichen hyperbolischen Räder kommen bei spitz- und stumpfwinkliger Achsenkreuzung zur Ausführung, aber auch sie werden in der Praxis möglichst umgangen, und kann man sie in den Triebwerken durch Anwendung von zwei Kegelräderpaaren oder — was das Beste ist — durch Wiukelriemen-trieb ersetzen.

Auch das Schneckenrad findet nur selten im allgemeinen Triebwerk Anwendung, wird aber zu Spezialantricben an Arbeits- und Kraftmaschinen häufig benutzt, weshalb wir seine Konstruktion mitteilen müssen.

Bei einfachster Ausführung gibt man dem Rad gewöhnlich gerade oder dem Steigungswinkel der Schnecke entsprechend schräg gestellte Zähne. Diese haben aber nur eine sehr kleine Anlagefläche und können deshalb nur bei

fff/

7>

Fig. 368.

untergeordneten Anlagen Verwendung finden, wo mäßige Geschwindigkeit bei einem geringen Zahndruck verlangt wird.

Bei größerer Geschwindigkeit und höherem Zahndruck müssen auch die Zähne des Schneckenrades eine der Schnecke genau angepaßte Form erhalten, so daß sie mit der vollen Zahnbreite an der Schnecke zur Anlage kommen, wie Fig. 368 zeigt. Der Achsenwinkel beträgt in der Regel 90", doch sind geringe Abweichungen vom rechten Winkel möglich.

Man gibt der Schnecke 1—4 Gänge im Eingriff. Je größer die Steigung der Gänge ist, um so weniger Kraft verbraucht das Getriebe. Der Steigungswinkel a soll größer als der Reibungswinkel y — ¹/₁₀ bis ¹/₁₂ sein. Den Teilkreisdurchmesser der Schnecke nimmt man so klein als möglich und erhält dann eine große Steigung bei kleiner Umfangsgeschwindigkeit.

Teilkreishalbmesser, Zahnfuß- und Zahnkopfhöhe bestimmt sich bei Schneckenrädern mit geradem oder schräg stehendem Zahn nach den für Stirnräder geltenden Formeln.

Bei Schneckenrädern mit konkaven Zähnen wird der Teilkreis ebenso wie bei den Stirnrädern bestimmt, man muß aber bei diesen Rädern mit Zähnezahlen unter 30 auf das durch die konkave Konstruktion bedingte Unterschneiden der Zähne Rücksicht nehmen. Die Radbreite wird im Maximum gleich dem Teilkreisdurchmesser der Schnecke gewählt, und bestimmt sich die Länge der Schnecke aus der Länge des Eingriffes, der durch die Schnittpunkte des Kopskreises des Rades und der Kopflinie des Schneckengewindes begrenzt ist. Man verlängert über diese beiden Punkte hinaus die Schnecke noch um eine halbe Zahnstärke und hat dann das richtige Maß für die Länge der Schnecke; jedes Mehr ist Arbeits- und Materialverschwendung.

Das Umsetzungsverhältnis berechnet sich bei der eingängigen Schnecke aus der Gangzahl z, der Umdrehungszahl der Schnecke n, der Zähnezahl zu und der Umdrehungszahl nt des Schneckenrades aus der Formel — —-

Zur Bestimmung der Zähuezahl zt braucht man das Drehmoment M der Schnecken- und M₁ der Schneckenradwelle und der Größe des niechanischen Wirkungsgrades y, der durch praktische Versuche festgestellt wurde — 0,83 bis 0,9, wenn beide Elemente in Öl laufen.

Man rechnet für gewöhnlich y

0,4,

0,5,

0,7

bei eingängiger Schnecke — .. zweigängiger „    —

„ dreigängiger „    —

Z v M,

y A M

und erhält Z, aus der Formel

Z, =

Ist ferner r der Radius des Schneckenteilkreiscs, P der Zahndruck, h die Steigung der Schnecke und /t der Reibungskoeffizient — 0,1, so ist

M = 0,1 X P X r x

ll -f 2 7T X r X M.

² n Xr — h X.«

23ei allen Schneckengetriebe», die größere Kräfte zu übertragen haben, macht man die Schnecke aus Stahl und das Getriebe aus Phosphorbronze, mit Rücksicht auf die größere Widerstandsfähigkeit beider Materiale gegen 9(6= Nutzung. Minder bedeutende Anlagen dieser Llrt können in Gußeisen für beide Teile ausgeführt werden, wenn das Produkt aus der Umfangsgeschwindigkeit und dem Zahndruck 5 — 600 nicht überschreitet.

Man schmiert die Schnecken nur mit Öl und nicht mit Fett, weil die durch die Reibung entstehende Wärme nach außen abgeleitet werden muß und ist dies durch das flüssige Öl besser zu bewirken, wie durch das Fett.

Die Ver;ahnnngeii.

Es gibt nun eine ganze Anzahl Verzahnungsformcn, deren Darstellung wir hier nur auf diejenigen beschränken müssen, welche wir für die geeignetsten halten und die auch am häufigsten Anwendung finden. Man hat sich vor allen Dingen als Regel zu merken, daß alle Räder mit Radlinieuverzahnuug und gleicher Teilung richtig ineinander eingreifen. Sie bilden Satzräder, wenn der erzeugende Kreis bei allen gleich groß genommen wird. Bei kleinen Teilungen t nimmt man für Satzräder das kleinste Rad zu 11 Zähnen an und den Durchmesser d des erzeugenden Kreises gleich dem Radius des Rades selbst, also

d = 5'⁵X-l und |

= r = 2,75 Xjv = 0,875 X *•

Es ist zulässig, für Räder von 15 Zähnen und mehr, anstatt der konstruierten Zahnlinie, Kreisbögen zu verwenden, welche bei kleinen Rädern große 916» Weichungen von der konstruierten Linie ergeben, und ist es deshalb richtiger für kleine Räder immer die konstruierte Zahnlinie beizubehalten.

Man konstruiert die Radlinienverzahnung nach Fig. 369 (siehe @.460) wie folgt: Ist K der Kopfkreis, T der Teilkreis und F der Fußkreis eines Rades mit der Zähnezahl Z und der Teilung t, so ist die kleinste Zahl der Zähne im Satz mit 11 anzunehmen und der Radius des erzengeuden Kreises r — 0,5 d und 0 der Mittelpunkt des Rades.

Man macht nun CE = GrD rechtwinklig auf 0 E — ^ r, zieht die Halbmesser C A und A c, sowie D B und B d durch die Punkte d und c und durch den Berührungspunkt der beiden Räder a die Gerade es. Zieht man nun noch die Verbindungslinien 0 C und OD, welch letztere man verlängert, so gibt der Durchschnittspunkt x von e f und 0 C den Mittelpunkt für den Zahnbogen geh über dem Teilkreis und y denjenigen für den Zahnbogen idK unter dem Teilkreise. Legt man diese beiden Zahnbogen an dem Punkte im Teilkreis zusammen, so erhält man die Zahulinie und nach Abtragung der

Zahnstärke und entgegengesetzter Antragung der Zahnlinien die Zahnform, wie Fig. 369 zeigt.

k/<3u

X2

Ü?

\ V'

Fig- 369.

berechnen:

Den Krümmungshalbmesser kann man auch aus der folgenden Formel

j = 0,45 X

2Z + 11

oder — 1,42 X

t:7T

2Z + 11

Z± 11

Bei großen Teilungen kommen Räder mit 11 Zähnen überhaupt nicht vor, und nimmt man für solche Räder den Radius des erzeugenden Kreises größer, weil dann die Zahnform nicht so spitz ausfällt, als bei kleinerem Radius des erzeugenden Kreises.

Fadenlinienverzahnung. Wenn bei dieser Verzahnung alle Räder gleicher Teilung richtig ineinander greifen sollen, so muß der Grundkreiswinkel cc (Fig. 370) bei allen Rädern derselbe sein. Man nimmt a — 75".

Z ± 11

j-

fr ’

mck

Fig. 370.

Fig. 371.

Ist dann ON der Radius des Grundkreises G= 0,966 Rlf wenn R der Radius des Teilkreises T ist, so erhält man eine günstige Zahnform. Der Bogen ab entsteht durch Abwicklung von N a gegen b und der Bogen a c durch Aufwicklung von Na gegen c. In der Kurve b ac erhält man dann die Zahnlinie über dem Grundkreis. Die Strecke cd ist geradlinig und vom Mittelpunkt 0 aus kompential an die Zahnlinie zu ziehen.

Für Zahnstangen findet man nach Fig. 371 die Zahnform in folgen

der Weise:

NM wird unter einem Winkel von a = 75° an OP gelegt und bad rechtwinklig gegen NM. Man nennt die Fadenlinie auch Evolvente und die durch sie erzeugte Verzahnung auch Evolventenverzahnung. Will man die nach Fig. 370 gefundene Kurve durch einen Kreisbogen ersetzen, so verfährt

X/V

x \ Xv

// A4

\\ ' ' \' \ ' X ¹

<L|

Fig. 372 U. 373.

man nach Fig. 372, indem man eg = gf = 0,15t macht, und zieht mit dem Radius V2 (R + gf) den Bogen gcP. Dieser Bogen schneidet den Grundkreis GG in c, und erhalten wir so den Mittelpunkt für den Zahnbogen age über dem Teilkreis;

c g 0,0412 ><C t V~ Z⁻    31 Z —|— 1 i.

Für den Bogen unter dem Teilkreis macht man nach Fig. 373 ab = 0,5 af und zieht mit dem Radius 0,5 (R — bf) den Kreisbogen bcP. Der Durchschnittspunkt c dieses Bogens mit dem Grundkreis G ist dann der Mittelpunkt für den Zahnbogen abe. Die Verlängerung ad wird geradlinig zu o,

cb = 0,0236 X Z X t.

B. Reibräder.

Während bei den Riementrieben die Kraft und Bewegung von einer Welle auf die andere durch die Reibung des Riemens auf den Scheibenumfang übertragen wird und wie beim Seiltrieb das Hanf- oder Drahtseil dieselben

Dienste leistet, so wird auch bei den Reibrädern die Übertragung von Kraft und Bewegung durch Reibung bewirkt, indem beide Räder mit ihren Umfängen sich innig berühren und bei der Umdrehung des einen an der Berührungsfläche Reibung auf dem anderen Radumfange erzeugt wird, die das Rad im entgegengesetzten Drehungssinne des reibenden Rades bewegt.

Ihre Verwendung ist eine beschränkte, aber immerhin bilden sie ein gutes Übertragungsmittel, das vielleicht öfter mit Vorteil angewendet werden könnte. Man fertigt das größere der beiden Räder in der Regel aus Gußeisen auf der Reibfläche und gibt dem kleineren eine Reibfläche aus Leder, Papier oder Holz.

Die Reibräder unterscheiden sich von den Zahnrädern vorteilhaft durch ihren sanften und ruhigen Gang. Bei plötzlichem Wachsen des Widerstandes

an der getriebenen Welle beginnen sie zu gleiten und sind deshalb für gewisse Spezialmaschinen, wo derartige Schwankungen im Betrieb vorkommen, besonders geeignet (z. B. an Pressen, Zentrifugen, Rotationspumpen usw.).

Bewegungsübertragung findet bei den Reibrädern nur so lange statt, als die Reibung zwischen den beiden Radumfängen mindestens ebenso groß oder größer als der Widerstand ist, der auf der getriebenen Welle zu überwinden ist.

Fig. 374.

Tie Reibräder werden nun in der verschiedensten Weise ausgeführt und zwar wie die Zahnräder in zylindrischer und Kegelform, nach Fig. 374 wie Stirnräder und im gleichen Sinne, wobei der Umfang des getriebenen Rades mit Leder überzogen wird.

Annähernd zylindrisch und stumpf-kegelförmig sind die Reibuugsflächen bei dem Reibräderpaar Fig. 375 und 376. Um bei diesen Rädern eine Umfangskraft von P kg zu übertragen, wird ein viel höherer Druck von Q = P : n erforderlich und ist dann der Reibungskoeffizient:

für Gußeisen auf Gußeisen n — 0,1 -r- 0,15,

„    ,, Papier /.i = 0,15    0,2,

/x — 0,3 /x = 0,2

-4- 0,5, -5- 0,3.

n    n    rf Hvlz

„    ..    „ Leder

Da der Druck Q auch auf die Lager der beiden Wellen übergeht, ist es angebracht ihn zu ermäßigen, und sucht man dies durch Rillenräder (Fig. 377) zu erreichen, die man auch als Keilräder bezeichnet.

Sind die Rollen am Umfang glatt, so rechnet man 5 kg Umfangskraft für 1 cm Länge der Berührungslinie, also muß die Rollenbreite b gleich sein ¹/₅ P. Keilräder erhalten 3—6 Rillen, und rechnet man dann die Über-

>M

i!

Sr*0- 3-6.

Fig- 375.

tragungskraft pro Rille mit 20 kg. Die Eingrissstiese ist mit 10    12 mm zu

bemessen. Unbedingt nötig ist es, daß Reibräder genau rund laufen und in ihrer Schwerpunktslage gut ausbalanciert sind.

Bei Übertragung sehr kleiner Kräfte gibt Reibstoff eine Gummischicht in Fassung von Gußeisen. Bei der Ausführung nach Fig'. 375 belegt man die Reibfläche der großen Scheibe mit Papierblättern, die man der Scheibe entsprechend rund aus-schncidet, aufeinander legt und unter starkem Druck zusammenpreßt, worauf sie innen und äußeren Umfange mit Hilfe ausgeschraubter Bord-

und Mutter fest zusammen. Hinter der Nabe des i§| großen Reibkegels in Fig. 376 ist ein Puffer geordnet, der Schwankungen im Druck aufnehmen und ausgleichen soll. Er besteht aus Gummi-und Eisenscheiben, die durch eine Stellschraube, welche in einem Stellring f der Welle befestigt ist, in ihrer richtigen Stellung zur Nabe festgehalten werden.

man

am

an-

der getriebenen Rolle als

ä JL

Fig. 377.

an

An Werkzeugmaschinen findet man auch das in Fig. 378 dargestellte Seilersgetriebe. Dasselbe überträgt die Bewegung durch und zwischen zwei Scheiben 8 und Slf deren Ränder zwischen ein paar Platten eingeklemmt sind.

li!

F'g- 378.

Dieses Getriebe arbeitet ohne Achsendruck und mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis, je nachdem die Reibplatten eingestellt werden. Der Wirkungsgrad wird mit 45—60°/, angegeben.

Die Umdrehungszahlen stehen zu ihrem Durchmesser in einem bestimmten Verhältnis, dem Übersetzungsverhältnis. Hat man z. B. zwei Scheiben von dem Halbmesser R und R, und die Scheibe R hat eine Umlaufszahl von n Touren in der Minute, während die Scheibe Rx in der gleichen Zeit n, Touren macht, so ist das Übersetzungsverhältnis

ni

B/

mithin stehen die Umlaufszahlen im umgekehrten Verhältnis zu dem Halbmesser ihrer Scheiben.

Holz ist für die Reibflächen nicht zu empfehlen, weil es nur mit der Hirnfläche als Reibfläche zu benutzen ist, die infolge ihrer verschieden harten Struktur sich meist sehr schnell und ungleichmäßig abnutzt.

Gruppe VIII.

Elemente der geradlinigen Bewegung.

Die in Gruppe VI besprochenen Seile und Ketten dienten zur Übertragung der Rotationsbewegung von einer Welle auf die andere und sind dieser Bewegungsübertragung entsprechend konstruiert. Ursprünglich diente aber das Seil und die Kette, als Zugmittel angewendet, nur zur Bewegung von Lasten in gerader Linie, sei es an Lastenaufzügen, an Schiffswinden usw. Aber auch heute finden wir noch das Seil und die Kette vielfach als Zugmittel in Anwendung beim Bewegen von Lasten in gerader Linie in vertikaler oder horizontaler Richtung. Da aber die Seile und Ketten einem anderen Zwecke dienen und durch ihn eine andere Beanspruchung dieser Organe stattfindet, so gestaltet sich die Konstruktion und Berechnung dieser Elemente

wesentlich anders als die der schon mitgeteilten Seile und Ketten, weshalb es nötig wird, diese Elemente ebenfalls eingehend zu behandeln.

Entsprechend dem anderen Verwendungszweck bezeichnet man diese Seile und Ketten als Lastseile und Lastketten, zum Unterschied von den in Gruppe VI mitgeteilten Treibseilen und Treibketten.

A. Die Lastseile- Seilrollen und Seiltrommeln.

Faser-Lastseile.

2Inx häufigsten findet man die Lastseile aus Gespinnstfasern noch aus den Schiffen in Anwendung, während man im Handel und Gewerbe beim Heben von Lasten dem Drahtseil den Vorzug gibt. Man fertigt diese Seile aus Hanf oder Baumwolle mit losem und festem Schlag, je nach dem Zweck, dem sie dienen. Die Seile mit losem Schlag kommen für geringere Lasten in Frage, wie sie mit Seilkloben, Flaschenzügen und Winden gehoben werden. Alle Seile, die zum Betrieb von Aufzügen für Lasten und als Förderseile in Bergwerken dienen, erfordern eine größere Festigkeit und einen ihr entsprechenden festeren Schlag, so daß sie bei gleicher Stärke und Länge zirka zweimal so schwer als lose geschlagene Seile ausfallen, dafür aber noch 1,5 mal mehr als die letzteren tragen.

Zum Heben sehr großer Lasten findet man mitunter Seilgurte oder Flachseile in Anwendung, die aus dünneren Rundseilen hergestellt werden, indem man diese nebeneinanderlegt und mit Hanfschnuren oder feinem Messingdraht vernäht.

Aus den folgenden Tabellen sind die verschiedenen Faserseilsorten und ihre Festigkeitswerte zu ersehen, nach Angaben der Firma Felter & Guilleaume in Köln a. Rh.

Runde Hansseile.

Runde Seile (ungeteert) aus badischem Schleißhauf

Runde Seile (geteert) aus badischem Schleißhanf

Durchmesser

Gewicht für den m

mm

kg

Arbeitslast

bei 8facher Durchmesser Sicherheit

Gewicht • für den m

kg

mm

kg

Arbeitslast bei 8facher Sicherheit

kg

COOCOCOOCO0N

¹ J—¹ o _o _o _o <Z> b> bx Id ei bx bo bo To

Ql O Ci    I—¹ CD I—Lh-¹

230

350

470

600

740

1145

1870

2390

CO^COCOlOt-OO CO. lO. CD. 0-^

cT ©“ cT cT cT i—T r-T cvf

200

315

416

531

660

1017

1661

2122

so

Runde Hanfseile (Fortsetzung).

Runde Seile (ungeteert) aus russischem Reinhanf

Runde Seile (geteert) aus russischem Reinhanf

Durchmesser

mm

Gewicht für den m kg

Arbeitslast bei 8facher Sicherheit

Durchmesser

Gewicht für den m

kg

mm

kg

Arbeitslast bei 8facher Sicherheit kg

16

0,20

200

16

0,22

176

18

0,24

251

20

0,33

275

20

0,30

314

23

0,42

363

23

0,38

416

26

0,56

464

26

0,50

531

29

0,72

578

29

0,65

660

36

1,04

890

36

0,93

1017

46

46

1,45

1661

52

1,65

2,15

1453

1857

52

1,90

2122

Flache Seile (geteert) aus Manillahanf.

Breite mm f. Seile

Breite Breite mm

Dicke

Gew. f. d. in

mm

in

4 Litzen

mm

f. Seile f. Seile &(e iu ZSorten Seile

kg

Bruchfestigkeit

in

6 Litzen 8 Litzen

Für die Für die Seile in Seile in 4 Litzen 6 Litzen

Für die Für die Für die Für die Seile in Leite in Seile in Seile in 8 Litzen 4 Litzen 6 Litzen 8 Litzen

100

110

120

130

140

150 200 165 220 180 240 195 260 210 280

150

225

300

160

240

320

170

255

340

180

270

360

190

285

380

200

300 I 400

>—i—i

^ .5° Q° ^ p oi ^ w co

OoSSoo'o WCTCT §

4.50    6,00    27000 40500 54000

5,80    7,70    33660 56100 67320

6.50    8,70    38880 64800 76400

8,00 10,70 46800 70200 93600

8.50    11,80    52920 79380117600

10.50    14,00    60100 93150124200

11.50    15,50    69120103680138240

12.50    16,70    76500114750153000

14,65 19,50    87480131220174960

16.50    22,00    99180165300 220400

18,75 25,00 111600167400 223200

Die Hanfseile werden bei rundem Querschnitt meist dreilitzig ausgeführt, und ist bei ihrer Berechnung zu beachten, daß der volle Seil- und Litzenquerschnitt kleiner ist, als ihn der Seildurchmesser angibt, und zwar beträgt der wirkliche Querschnitt des runden Seiles nur zirka 0,8 der Fläche des ihn umschließenden Kreises.

Die zulässige Belastung betrügt für lose geschlagene Seile pro qcm Querschnitt 125 kg, für festgeschlagene 185 kg. Berechnet man nun den Querschnitt allgemein nach der Seildicke, so ergibt sich nach obigem pro qcm Inhalt des umschreibenden Kreises 100 bis 150 kg Belastung.

Der Seildurchmesser bestimmt sich aus der Last P, welche das Seil zu tragen hat, und ist für die verschiedenen Seilstärken die zulässige Belastung aus den gegebenen Tabellen zu ersehen.

2.

Rollen und Trommeln für Faserlastfeile.

In dem Abschnitt über Mechanik haben wir schon bei Besprechung der Rollen darauf hingewiesen, wie sie in Verbindung mit dem Seil als einfache Maschine wirken und beim Heben einer Last als Stützpunkt und Hebel dienen. Je kleiner die Rolle im Durchmesser ist, um so stärker wird der Widerstand der Seilsteifigkeit sein und die Dauerhaftigkeit des Seiles vermindert werden.

Auch hier ist es möglich dem Zugseil jede beliebige Richtung zu geben, wenn man es über entsprechend angeordnete Leitrolleu führt, die sich dem Wechsel in der Bewegungsrichtung anpassen. Die Seilrollen erhalten eine eingedrehte Rille, die dem Durchmesser des Seiles entspricht, und muß dieselbe so gestaltet sein, daß ein Einklemmen des Seiles und hierdurch ein erhöhter Reibungswiderstand nicht eintreten kann. Meist dreht sich die Rolle lose auf dem festgelagerten Bolzen und zwar deshalb, weil im umgekehrten Falle die Lageraugen des Bolzens sich sehr schnell auslaufen, unrund werden und die gute Funktionierung der Rolle vermindern. Bei Rollen, die zum Heben größerer Lasten dienen, sitzt die Rolle fest auf dem Bolzen, der dann an seinen Enden kräftige und breite Lagerflächen erhält, die dem Druck entsprechen, den sie auszuhalten haben.

Unsere Fig. 379 zeigt eine große Seilrolle für leichtere Lasten und sitzt dieselbe lose auf dem Bolzen, der in der Gabel einer Flasche gelagert ist. Kleinere Rollen werden voll gegossen, größere erhalten entsprechende Aussparungen oder Arme, wie Fig. 379 zeigt.

IW

Fig. 379.

Bei den einfachen Bauwinden, die mit sehr langen Seilen zu rechnen haben und auch größere Lasten heben müssen, als dies mit einfachen Seilflaschenzügen möglich ist, dient zum Aufwickeln des Seiles eine Seiltrommel, wie sie Fig. 380 int Längsschnitt und Seitenansicht zeigt. Die Aufwickelfläche für das Seil ist bei der Trommel T glatt abgedreht und hohe Bordränder hindern zu beiden Seiten ein Herabgleiteu des Seiles. Die Trommel besteht aus Gußeisen und ist mit den an den beiden Stirnflächen angegossenen

30*

Naben auf der durchgehenden Welle W aufgekeilt, die mit ihren beiden Endzapfen in den beiden Seitenwänden der Winde gelagert ist. Die Länge der Trommel richtet sich nach der Länge des Seiles, welches aufgewickelt werden muß, denn das Seil soll sich spiralförmig ans der Trommel aufwickeln und

xJ

\v

T\

V—r

Fig. 380.

darf sich nicht aufeinanderlegen. Angenommen, v3 ist ein 30 m langes Seil von 22 mm Stärke auf eine Trommel aufzuwickeln, die 42 cm im Durchmesser hat, so ist:

30

L 3,1415 XM2 ^ 0,02

Qs)

1,32

x 0,02 = 22,72 X 0,02 = 0,454 in.

Rechnet man nun hierzu noch etwas Spielraum zwischen den einzelnen Seilringen, die sich um die Trommel legen (50 mm) und noch 5 Ringe mehr für ein etwas längeres Seil, so würde die Trommel mit 0,6 m reichlich lang ausgeführt werden.

Fig. 380 zeigt nun die Trommel in Verbindung mit einem Zahnrad Z, in welches das durch die Handkurbel der Winde bewegte Getriebe eingreift. Das Zahnrad ist mit zwei Schrauben an der Stirnwand der Trommel T befestigt und erhält an zwei Armen Ansätze, die sich gegen Knaggen K legen, welche auf dem Trommelboden angegossen sind und verhindern sollen, daß die Trommelwelle W zu stark auf Verdrehung beansprucht wird.

Nach Prof. Bach nimmt man, wenn d in cm der Seildurchmesser, D der Rollendurchmesser in cm, P die hebende Last in kg und q das Gewicht des Seiles pro m in kg ist

P <: 80 X d² für D > 10 d oder P < 1000 q.

Ist D kleiner als 10 d, so soll P höchstens 60 X d² oder 750 q werden.

Förderseile nehmen die Rollen und Trommeln mit D = 50 X d bis 80 X d in Anspruch, und ist dann P mit 60 X d² bis 80 X d² zu nehmen.

5.

Lastseile aus Draht.

Wie wir schon sagten, gibt

man jetzt den Drahtseilen auch beim Heben von Lasten den Vorzug, weil sie eine wesentlich größere Festigkeit als Faserseile besitzen und sich nicht so schnell abnutzen wie diese; freilich hat man bei ihnen mit einem größeren Widerstand durch Seilsteifigkeit zu rechnen, als bei Hanfseilen, die aber immerhin die anderen Vorteile nicht aufwiegt, welche die Drahtseile unstreitig bieten.

Die Drahtstärke richtet sich nach dem kleinsten Krümmungsradius, um den sich das Seil zu biegen hat, und der dem Halbmesser der kleinsten Rolle oder Trommel entspricht, auf die das Seil zu liegen kommt.

Je dünner die Drähte sind, um so geschmeidiger ist das Seil, und kann man bei Verwendung stärkerer Drähte die Geschmeidigkeit des Seiles dadurch erhöhen, daß man Hanfseelen in die Litzen mit einflechtet.

Die Seile sind naturgemäß nicht nur dein Verschleiß im Betrieb, sondern auch den Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt, so daß ihre Festigkeit durch den Rost leidet. Man tut deshalb gut, Seile, die schädlichen Einflüssen ausgesetzt sind, nicht aus sehr dünnen Drähten herzustellen.

Wird ein Seil im Betrieb stark gequetscht, so empfiehlt es sich, kein Seil mit Hanfseele zu nehmen, weil dessen Form sich durch die Quetschung ändert und mithin auch die Bruchfestigkeit.

Dünne Drähte setzen immer ein hartes Material voraus, und da dieses Material eine höhere Bruchfestigkeit hat, so bieten Seile aus harten dünnen Drähten den Vorteil einer höheren Tragfähigkeit bei geringem Eigengewicht des Seiles, nur setzen solche Seile Rollen und Trommeln mit größerem Krümmungshalbmesser voraus, weil sie sich einem kleinen Krümmungsradius nicht anpassen können.

Förderseile, wie sie in den Bergwerken zur Förderung der Mannschaften benutzt werden, stellt man aus besonders gutem Gußstahldraht her, dessen Bruchfestigkeit pro qmm zwischen 115 und 130 kg liegt. Felten & Guilleaume empfehlen bei größerer Fördertiefe und gesteigerter Förderlast Seile noch härterer Qualität, um das Eigengewicht des Seiles zu beschränken, und zwar ein Material von 150—160 kg Bruchfestigkeit Pro qmm Fläche, und gehen bei besonders schwierigen Verhältnissen bis zu einer Qualität mit 160—180 kg Bruchfestigkeit. Die Drahtstärke für Förderseile beträgt in der Regel 2,8 mm. Auch der Winkel, unter dem das Seil von der Trommel auf die Scheibe läuft, ist mitbestimmend für die Drahtstärke, und je spitzer dieser Winkel ist, um so dünner muß der Draht des Seiles gewählt werden.

Kabelseilen gibt man eine Drahtstärke bis zu ¹li0,„ des Trommel- oder Seilrollendurchmessers bei vierfacher Sicherheit. Werden die Seile aus Gußstahldraht hergestellt, so ist ein Verzinken des Drahtes zum Schutz gegen Nost unbedingt zu empfehlen.

Die Verzinkung bietet, gut ausgeführt, Wohl einen guten Schutz gegen die Einwirkung des Wassers, solange dieses rein ist und keine Säuren enthält. Letzteres ist aber bei den Grubenwässern nicht selten der Fall, und ist es in solchen Fällen besser die Drähte der Seile zu verbleien.

Am gebräuchlichsten sind runde Drahtseile. Sie bestehen meist aus 6 Litzen ä 6 Drähten, und sind sowohl die Drähte, als auch die Litzen um eine Hanfoder Eisenseele gedreht. Bei Seilen, die Biegungen nicht ausgesetzt sind, wie z. B. bei den zur Schiffstakelage dienenden Seilen, kann man die Seelen entbehren. Außer 36drähtigen Seilen werden auch noch solche von 48, 54, 60 und mehr Drähten hergestellt.

Der Seildurchmesser D verhält sich zur Drahtstärke d bei einer Anzahl von i Drähten:

bei eingelaufenen Seilen.

i = 36    48    54    60    66    72

D: d = 8,0 10,25 11,33 12,8 13,25 14,2

Die Stärke des Drahtes schwankt zwischen 1 und 3,5 mm, und wird bei Seilen, die recht geschmeidig sein müssen, nicht über 2,2 nun gewählt.

Die zulässige Belastung ist abhängig von der Art der Verwendung, Belastung und vom Alter des Seiles und kann bei neuen Kabelseilen mit ¹/₆—¹/₆, für Förderseile mit ¹/₁₀ der in den Tabellen angegebenen Bruchbelastung angenommen werden.

Daß unter Umständen bei zu langen Seilen Seilbruch durch das Eigengewicht des Seiles eintreten samt, ist richtig, und nimmt man diese Bruchlänge mit 4000 m an.

Kranseile.

Seil- Draht- Gew.f. Kleinster Rollen-dchni. mm

dchm. stärke mm mm

d. in

kg

Bruchfestigkeit i. Seil b 140 kg B. f. d. qm unverzinkt | verzinkt

Bruchfestigkeit i. Seil B.

180 kg B. f. d. qm unverzinkt verzinkt

8,0

0,5

0,21

200

3000

2700

3800

3400

,    9,5

0,6

0,31

240

4500

4050

5800

5200

11,0

0,7

0,41

280

6100

5500

7900

7100

12,5

0,8 .

0,54

320

8000

7200

14,0

0,9

0,69

360

15,5

1,0

0,85

400

17,0

1,1

1,03

440

18,5

1,2

1,22

480

20,0

1,3

1,44

520

21,5    1,4

1,67

560

23,0

1,5

24,5

1,6

1,91

2,18

600

640

10100

12500

15100

18000

21000

24500

28100

32000

9100

11200

13600

16200

18900

22000

25300

28800

10300

13000

16100

19500

23200

27200

31500

36200

41200

9200

11700

14500

17500

20800

24400

28300

32500

37000

Aufzugseile aus Gußstahldraht.

Durchmesser der Winden-trommel

Seildicke

Ungefähres Gewicht von 100 m Seil

Bruchlast des Seiles unverzinkt

Bruchlast des Seiles verzinkt

mm

mm

kg

kg

kg

500

32

3999

3610

500

10

37

4655

4210

500

12

54

6840

6190

500

13

63

7980

7220

500

15

72

9120

8250

500

16

86

10830

9800

550—600 550 — 600 550—600 550—600 550—600 550—600 650—700 650-700 650—700 650—700 650—700 650—700 750—800 750—800 750—800 750—800 750-800 750—800 900-1000 900—1000 900—1000 900—1000 900—1000 900—1000 1000—1250 1000—1250 1000—1250 1000—1250

10

11

13

14

16

17

11

13

15

16

18

19

12

14

16

17

19

20

13

15

17

19

21

22

14

16

19

20

38

44

65

76

87

103

45

53

78

91

104

113

52

62

91

107

122

145

62

72

106

123

141

168

71

83

122

142

4790

5590

8210

9580

10940

13000

5710

6660

9790

11420

13050

15500

6720

7840

11520

13440

15360

18240

7770

9060

13320

15540

17760

21090

8900

10390

15260

17810

4320

5040

7410

8650

9880

11740

5250

6120

9000

10500

12000

14250

5710

6660

9790

11420

13050

15500

6720

7840

11520

13440

15360

18240

7770

9060

13320

15540

Aufzugseile aus Gußstahldraht (Fortsetzung).

Durchmesser der Windentrommel

Seildicke

Ungefähres Gewicht von 100 m Seit

Bruchlast des Seiles unverziukt

mm

mm

kg

kg

Bruchlast des Seiles verzinkt kg

1000—1250

1000—1250

1250—1500

1250—1500

1250—1500

1250-1500

1250—1500

1250—1500

22

23

15

17

20

21

23

25

162

192

81

94

138

161

184

219

20350

24120

10170

11810

17350

20245

23140

27470

17760

21090

8900

10390

15260

17810

20350

24170

Tabelle über flache Drahtseile.

Aus gehämmertem Holzkohlen-Eisen

Patent-Gußstahl

Breite mal Dicke

Anzahl

der

mm

Drähte

Dicke der Drähte

Gewicht pro m

Bruch

belastung

Förderlast bei 250 m Teufe

Bruch

belastung

mm

kg

kg

kg

kg

Förderlast bei 300 m Teufe

kg

40. 8 55-11 65-13 75-16 90-16 75-14 80-17 100 - 20 110-20 125 - 20 135 - 22 130 - 23 150 - 23 170.23 175 - 28

144

144

120

144

168

120

144

168

196

224

256

168

196

224

256

0,9

1,2

1,5

1,5

1,5

1,9

1,9

1,9

1,9

1,9

1,9

2,5

2,5

2,5

2,5

1,07

1,60

3600

7200

300

600

14,50 I 77000 I 5500

13300

22000

29200

35000

40000

49000

58000

68000

80000

90000

102300

108000

117000

130000

150000

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4500

5000

6000

6500

7000

8000

9000

10000

11000

Verschlossene Drahtseile werden in feindrähtiger Ausführung als Förder-, Brems- u. a. Seile benutzt. Grobdrählige verschlossene Seile finden bei

Schachtführungen, Lustseilbahnen, als Trajektfährseile usw. Anwendung. Dimensionen und Festigkeit gibt die folgende Tabelle an.

Verschlossene Drahtseile.

1. feindrähtige 2. grobdrähtige

mm

Gewicht f. d. m etwa

Bruch

festigkeit

kg

Tromrnel-u. Scheiben-Dchm. sollte möglichst sein nicht unter

g Durchm. 3 etwa

Gewicht f. d. m etwa

Bruchfestigkeit

kg

kg

0,85

0,95

1,10

1,25

1,40

1,60

1,85

2,00

2,20

2,40

2,74

2,85

3,10

3,40

3,70

4,00

4,30

4,65

5,10

5,46

5,81

6,17

6,55

6,75

7,00

7,60

8,15

8,70

9,30

11200

13100

15000

17000

20400

23300

26200

27400

31100

35000

38800

42000

45200

48300

54900

58700

62500

66400

73500

79400

85300

88300

92200

98500

104800

116200

120700

125200

129700

1,5

1,5

2,0

2,0

2,0

2,25

2,25

2,25

2,50

2,50

2,75

2,75

3,00

3,00

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

3,25    34

3,25

3,50

3,50

3,75

3,75

4,00

4,00

4,25

4,25

4,50

4,50

4,75

4,75

5,00

2,45

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

16430 17630 18800 20790 23160 24950 3,85    25430

28000 31600 32300 36000 5,55    37860

63140 68070 71350 73970 78200

2,65

2,85

3,15

3,50

3,75

4,25

4,76

5,10

5,42

6,95

9,45

10,15

10.70

11,00

11.70

27150

29120

31050

34340

38260

41230

42180

46260

52250

53360

59470

60600

65640

68300

76500

82650

85400

87300

92300

99360

101820

101310

112460

117900

122220

129200

34300

36780

39230

43380

48330

52080

53280

58450

66000

67400

75100

79000

82920

86280

96600

104400

107880

110300

117360

125500

128610

131760

142050

147000

154380

163200

Dreikantlitzenseile fertigt nach einem patentierten Verfahren die Firma Felten & Guilleaume in Mühlheim a. Nh. Dieselben finden vorwiegend als Förderseile Verwendung und haben bei kleinem Durchmesser ein geringes Gewicht, hohe Bruchfestigkeit und geringen Verschleiß der Drähte außen, als auch im Innern. Die Anzahl der Litzen beträgt 6, und sind in jeder Litze 3 Formdrähte vorhanden, die zusammen ein Dreieck bilden.

Dreikantlitzenseile.

B Seil-B durchm. Anzahl der Litzen

113111,10

11 „ 1,15

11    „ 1,25 9 „ 1,41 9 „ 1,68

12    „ 1,55 12 „ 1,70 12 „ 1,77 12 „ 1,84 12 „ 1,92 12 „ 2,00 12 „ 2,16 12 „ 2,25 12 „ 2,44 12 „ 2,50

11 zu 1,90 11 „ 2,05

11    „ 2,15

12    „ 2,14 12 „ 2,30 14 „ 2,12 14 „ 2,25 14 „ 2,40 14 „ 2,52 14 „ 2,65

14    „ 2,75

15    „ 2,70

15    „ 2,85

16    „ 2,80 16 „ 2,91

8 JS-§‘8 3883333322

5.9    81750    87320    92880    98450 104000 109580

6.5    89120    95210    101400    107480    113570    119660

7,0    98540 105250 111960 118670 125370 132080

7.9    106270 113510 120750 127990 135230 142470

8.3    115490 123270 131050 138840 146620 153400 9,1 126600 135210 143810 152420 161020 169630

1    10,3 137450 146710 155970 165230 174490 183750

1 111,0 148110 158000 167940 177850 187760 197670

Die flachlitzigen Drahtseile bieten konstruktiv mancherlei Vorteile. Hier sind die einzelnen Drähte um eine flache Eisenseele gewunden, wodurch die Litze eine ovale Form erhält, und die Folge hiervon ist, daß die Litze mit einer größeren Fläche in der Rollenrille aufliegt, mithin die Reibung stärker, die Verteilung des Druckes günstiger und die Abnutzung geringer ist.

Auch auf das flachlitzige Drahtseil besitzt das Felten & Guilleaume-Lahmeyerwerk A.-G. in Mühlheim a. Rh. Patente.

Doppelslachlitzige Drahtseile.

Seil-

durchm.

mm

Draht-

dicke

mm

Bruchfestigkeit blanke Drähte

Bruchfestigkeit verzinkte Drähte

Meter

gewicht

kg

Kleinster zuläss.

Trommel-Rollen-Drchm. mm

12

13

15

Konstruktion: 10 Litzen zu je 8 Drähten und 1 Hanfseele.

0,59 0,75 0,92

1,0

1,1

1,2

8300

7300

350

9900

8300

400

17

1,3

18

1,4

20

1,5

21

1,6

22

1,7

24

1,8

25

1,9

26

2,0

11750

13850

16000

18400

20900

23600

26400

29300

32600

9900

430

11750

13850

16000

18400

20900

23600

26400

29300

1,14

1,23

1,4

1,65

1,9

2,1

2,3

2,6

470

520

560

600

650

700

' 750

800

Doppelslachlitzige Drahtseile (Fortsetzung).

Seil-

durchrn.

mm

Draht-

dicke

mm

Bruchfestigkeit blanke Drähte

Bruchfestigkeit verzinkte Drähte

Meter

gewicht

kg

Kleinster zuläss.

Trommel-

Rollen-Drchm.

mm

14

15

17

19

20

22

23

25

26

28

30

Konstruktion: 10 Litzen zu je 10 Drähten 10300 12400 14700 17300 20000 23000 26100 29500 33000 36800 40800

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

9200

10300

12400

14700

17300

20000

23000

26100

29500

33000

36800

(M (M

r-|    00_    i-H_    0-    ^

O    O r—I    t—I    i—l t—I    kDck CQ    CM

380

410

450

500

540

580

620

670

Ol

725

2,95

3,25

780

850

Rollen uttb Trommeln für Drahtseile.

Die Rollen für Drahtseile unterscheiden sich von denen für Faserseile in der Form nicht wesentlich und erhalten nur eine tiefer eingedrehte Rille ohne Ausfütterung.

Den Drahtseiltrommeln gibt man auf der Aufwickelfläche eine gleichmäßig verlaufende, der Seilstärke entsprechende Rille, in die sich beim Aufwinden das Seil einlegt. Man führt das Seil an der Anfangsseite zur Befestigung an den Armen oder der Stirnscheibe durch diese hindurch und hat für eine absolut sichere und unlösbare Befestigung des Endes Sorge zu tragen.

Prof. Bach empfiehlt bei gleichem Drahtdurchmesser d den Trommeldurchmesser D um so größer zu nehmen, je stärker die Drähte sind, je weniger biegsam also das Seil ist. Man hält D möglichst größer als 100 d, wenn d der Seildurchmesser ist, und geht höchstens bis auf 80 d im Notfälle herab.

B. Letten, Lettenrollen, Lettentrovimeln im- Kettenhaken.

an

Bei den oft kolossalen Lasten, die im Maschinenbau zu bewältigen sind, reicht oft auch das Drahtseil zum Heben derselben nicht mehr aus, und es tritt ihre Stelle die Kette, welche in der Vielgestaltigkeit ihrer Ausführungsformen für jede zu hebende Last zu verwenden ist und verwendet wird.

Die Ketten bieten gegenüber dem Drahtseil den Vorteil einer sehr großen Gelenkigkeit, denn ihre kurz gegliederte Konstruktion ermöglicht es, sie über selbst kleine Rollen mit Sicherheit und ohne Bruchgefahr zu führen, bei voller Ausnutzung der durch sie übertragenen Zugkraft.

Zum Unterschied von den Treib ketten, die wir schon in Gruppe VI besprochen haben, sind hier die eigentlichen Lastketten zu betrachten, welche als Schacken- oder Gliederketten und Gelenkketten ausgeführt werden.

Glieder- und Schackenketten.

Wenn wir nun die Kette rein mechanisch betrachten, so besteht sie aus einem mehr oder weniger fein gegliederten Gestänge, und richtet sich die Länge der einzelnen Glieder nach dem jeweiligen Verwendungszweck. So finden wir bei den sogenannten laufenden Ketten, die über Rollen gleiten, kurze Glieder, die sich leicht und sicher in den dem Kettenprofil entsprechend gestalteten Rollenkranz einlegen, während bei den stehenden Spannketten, die an Eisenkonstruktionen und an den normalen Kuppelungen der Eisenbahnwagen Verwendung finden, sehr lange Glieder am Platze sind. Der Abstand zwischen den beiden Berührungspunkten zweier Kettenglieder nennt man die Baulänge der Kette.

Fig. 381.

Laufende Gliederketten, wie sie im Maschinenbau Verwendung finden, zeigt Fig. 381 und 382 in 3 Ausführungsformen, und stellt Fig. 382a eine weite, 382b eine enge Schacken-kette dar, während Fig. 383c eine Stegkette wiedergibt.

Die Bauverhältnisse der Kette sind nicht überall gleich feststehende, und sind den Baumaßen in Fig. 382 die Normalien der kaiserlich Deutschen Reichsmarine zugrunde gelegt.

Alle Ketten für Krane und Hebezeuge müssen besonders sorgfältig kalibriert sein, d. h. die Baulünge und lichte Ösenweite der Glieder muß bei jedem Glied dieselbe sein, damit sie sich in die nach dem gleichen Kaliber pro-

-MV-

\%

J-

Fig. 382.

filierte Kettenrolle oder Trommel gut und sicher einlegen, ohne Klemmungen zu verursachen.

Als zulässige Spannung 8 gilt bei der Probebelastung 8 — 14 kg pro qmm für offene Ketten s = 17 „    „    „    „ Stegketten

und als zulässige Belastung beträgt die Zugspannung im Kettenquerschnitt

6,36 kg bei offenen Ketten 9,54 „    „ Stegketten

oder für offene Ketten P == 10 d2 „ Stegketten P = 15 d²

und die Stärke des Ketteneisens

für offene Ketten d — j/"^

für Stegketten

■' - \f r,

Aus Rundeisen geschweißte Kranketten von d om Eisenstärke könlien durchschnittlich mit P — 1000 d² kg belastet werden.

Nachstehende Tabelle enthält einige Angaben über die kurzgliedrigen Ketten von der Duisburger Maschinenbau-Aktien-Gesellschaft.

Gewicht und Tragfähigkeit von kurzgliedrigen Schiffs- und Kranketten ohne Steg.

Von der Duisburger Maschinenbau-Aktien-Gesellschaft. Inwendige Länge (Baulänge) der Glieder — 2% Ketteneisen dicken, Auswendige Breite der Glieder = 3V₂ Ketteneisendicken.

Dicke

Meter- Zulässige Gewicht Belastung

Dicke

Meter- Zulässige Gewicht Belastung

Dicke

Meter- Zulässige Gewicht Belastung

mm

kg

kg

mm

kg

kg

mm

kg . kg

ist CO 00 a

O H (M CO T-l tH pH 1-H

'bo>K)'^i'to'bo>^'M>Go'bx

250

360

490

640

810

1000

1210

1440

1690

14

15

16

18

20

4,41

1960

5,06

5,75

2250

2560

7,28

8,98

3240

4000

4840

5760

6760

7840

20,22

24,46

29,11

34,16

41.53

47.53 53,82 60,73

9000

10890

12960

15210

18490

21160

24010

27040

Die Firma Gebr. Heimann in Ergste i. W. führt ihre Schiffs- und Kranketten (Fig. 382) nach der folgenden Tabelle aus. Sie nimmt die Baulänge der Glieder — 2,5 X d der Ketteneisenstärke und die äußere Breite der Glieder = 3,5 X <*•

Kurzgliedrige Schiffs- und Kränkelten

der Firma Gebr. Heimann in Ergste i. W.

Stärke

Un-

der

Ketten

gefähres Gewicht p. 100 m

Zulässige

Belastung

Geprüfte

Trag

fähigkeit

Stärke

der

Ketten

Un-

gefähres Gewicht p. 100 m

Zulässige

Belastung

Geprüfte

Trag

fähigkeit

mm

kg

kg

kg

mm

kg

kg

kg

55

250

450

18

740

3240

6120

75

360

700

20

950

4000

7560

6,5

85

400

850

21

1010

4400

8330

110

490

1000

22

1100

4840

9150

140

640    1200

23

1200

170

810

1600

24

1300

10

225

1000

1890

25

1400

11

300

1200

2290

26

1550

12

350

1440

2720

28

1750

13 '

400

1690

3190

30

2000

14

450

1960

3700

33

2400

15

520

2250

4250

36

3000

16

600

2560

4850

40

3520

50

6000

-e:

Stegketten (Fig. 382c und 383) werden meist als Schiffs- und Ankerketten benutzt und erhalten nach den Normen der kaiserlichen Marine eine Baulänge von 1 = 4 X d, während die äußere Breite der Kettenglieder — 3,6 d genommen wird.

Adjustierte Ketten erhalten zweckmäßig folgende Abmessungen:

Abmessungen von adjustierten Ketten.

Fig. 383.

«fl

6 NN

ist CO

r-f i—I

tu I-A ^IO OO st

Ist

ui

to K) C^oco

Ist

O TfH CO 1-1 CM CO

▼H 00 00 H CM CO

'bi

• Dicke. . Baulänge Breite .

. mm

13

Ci Ci

35

43

14,5

40

48

CO ist ^ rt« ist

00 O st

ist CD

»st

CO ist ist CM l- GO

O O CO

co oo o

CO »st

CO CO o

1—t

2)ie Ketten werden stets auf eine bestimmte Höchstlast adjustiert und geprüft, und entspricht die Probebelastung

„ 2,8

bei gewöhnlichen Ketten — dem 2,25 fachen „ Stegketten

der zulässigen Last.

man

Man bestimmt die Höhe der zulässigen Last mit zirka 5 fach er Sicherheit gegen Bruch und so, daß der Verschleiß beim Gebrauch in Flaschenzügen und Windwerken, deren Kettenrollen und Trommeln mindestens den 16—20-fachen Durchmesser der Ketteneisenstärke haben müssen, möglichst gering ausfällt-Bei maschinellen Aufzügen, Dampswinden, Dampfkränen usw. vermindert die angegebenen Werte und führt nur ¹/₂ bis V₆ derselben als zulässige Belastung in die Rechnung ein.

2.

Die Gelenkketten.

Obgleich die Gelenkketten meist als Treibketten Verwendung finden, werden sie doch auch oft an Flaschenzügen, Kränen und Transporteuren als ausgesprochene Saftfetten benutzt und können in diesem Sinne hier nicht erwähnt bleiben.

Am verbreitetsten ist die in Fig. 384 abgebildeteGallscheGe-lenkkette, die mit einfachem Bau eine große Beweglichkeit der Glieder verbindet. Sie wird am stärksten in dem Augenblick bean-

irpiF

spracht, wenn sie sich auf i-a§ -4 'FS'

Kettenrad auflegt, und soll dieses

(Fig. 387) so konstruiert sein, daß    I l

un-

wm-m-

r.

Fig. 384.

mindestens 5 Zähne sich im Eingriff besinden. Bei einer Maximalspannung von 12,25- kg in den Bolzen, einer Lamellenstärke ck, Zapfenstärke d, Lamellenzahl i und Belastung P in kg erhält man nach Reuleaux

6=~

0,4

x v?,

d = 0,23 X ^4 X VE

Die Anzahl der Lamellen oder Gelenkplättchen eines Gliedes muß einer geraden Zahl entsprechen und berechnet sich annähernd aus der Formel

l x >

Erhält man bei Benutzung dieser Formel eine ungerade Zahl, so muß auf die nächst höhere gerade Zahl abgerundet werden. Unter Benutzung der vorstehend

gegebenen Formeln ist die folgende Tabelle berechnet, welche die Abmessungen der Gallschen Ketten enthält.

Dimensionen der Gallschen Gelenkketten.

Belastung

Platteu-

zahl

Platten-

dicke

Platten

breite

Zapfen-

dicke

Bau-

länge

kg

cf

250

500

750

1000

1500

2000

3000

4000

5000

7500

10000

18000

20000

25000

30000

o o

T—I T-l r-l

^    up    Ist in    io

CQ CO CO CO CO CO CO CO ist ist ist c*st cp

en Ox

co oo QO co r—" co o" co o HHrt(M(MCOCOTtilO

60

68

83

86

109

120

VO

I—¹ I—* I—1

W p co <i -q Ol ’ox "bi

16,5

19

23

26

32

33

42

46

20

25

25

30

35

40

45

51

58

70

78

95

98

125

139

In verschiedenen industriellen Betrieben und nanientlich bei den Becherwerken der Elevatoren in Ziegeleien, Gruben, chemischen Fabriken usw. und überall da, wo die Ketten der Zerstörung durch Rost ausgesetzt sind, werden jetzt gewöhnlich Ketten aus Temperguß benutzt, weil dieses Material gegen Verrosten widerstandsfähiger als Schweißeisen ist. Bei diesen Ketten sind die Glieder anders geformt und erfolgt das Kuppeln der einzelnen Glieder zu einer geschlossenen Kette durch seitliches Ineinanderschieben der an den Gliedern für diesen Zweck vorgesehenen Zapfen und Lagerstellen.

In gewissen Abständen sind Glieder mit Befestigungslappen eingeschaltet, und ein Schlußglied verbindet die beiden Enden der Kette zu einem in sich geschlossenem endlosen Bande.

Transportketten aus Stahl und Eisen sind Stahltransportbänder in Verbindung mit auf den Kettengliedern befestigten Eisenplatten, die bei wagerechter oder schwach geneigter Bewegungsrichtung der Ketten eine fortlaufende ebene Plattform bilden, auf die das Material an einer Stelle hinaufgeschüttet und von der es an anderer Stelle abgestreift wird. Sie werden ferner ausgeführt in Verbindung mit Platten, die bei wagerechter Bewegungsrichtung der Ketten senkrecht stehen, sich in Rinnen bewegen und auf diese Art das Material mitnehmen, um es an beliebiger Stelle durch Bodenöffnungen in Rinnen fallen zu lassen.

5.

Aettenvollen und Trommeln.

Die gewöhnlichen Kettenrollen von größerem Durchmesser erhalten eine rund um den Umfang herum durchgehende Rille, die sich möglichst genau dem Ketteuprofil anpaßt und in ihrem Querschnitt nach dem Profil der Kette konstruiert werden muß. Man nimmt den Halbmesser der Rollen günstig R = 10—12 X ch gemessen vom Mittelpunkt der Rolle bis Mitte Kette. In Fig. 385 ist der Rollenkranz für eine adjustierte Kette dargestellt, und geht

wmm

WWW

'Z)

mm

Hfl“

Ng. 385.

aus den Schnittskizzen hervor, daß die Kette sich ,cnkrecht unb wagerecht (385 n und c) oder diagonal (385 b) in die Rille einlegen kann.

Man gibt den Kettenrollen allgemein kräftigere Abmessungen als den Seilrollen und hat darauf zu achten, daß sie gut rund und glatt in dem Kranz ausfallen.

Fig. 386.

Eine Kettenrolle für die Gallsche Kette zeigt Fig. 387. Hier greifen die Kettenbolzen mit ihrem freien Teil in die Zahnlücken des Rades ein. Die Zähnezahl soll mindestens 8 betragen, und bei hoher Belastung gehl man bis zu 10 Zähmn. Der Radius der Rolle bestimmt sich aus der Baulänge der Kette, indem man für ein 8- oder 10-Eck den Radius des u:n-schriebenen Kreises bestimmt, dessen Seiteulänge gleich der Baulänge der Kettenglieder ist.

Die ganz kleinen Kettenrollen oder Kettennüsse (Fig. 386) sind nur bei gut kalibrierten Ketten anwendbar, weil in ihrem Umfang eine richtige Verzahnung eingegossen ist, die genau dem Kaliber der Kette entspricht, und legen sich die Glieder in diese Verzahnung zwanglos ein. Sie finden bei Hebevorrichtungen verschiedener Art Anwendung und ersparen gegebenenfalls die Anordnung einer Kettentrommel, was z. B. bei transportablen Hebevorrichtungen von Wert ist, die durch die Kettentrommel ein sehr hohes und für die leichte Transportfähigkeit ungünstiges Gewicht erhalten.

31

In der gleichen Weise, wie die Kettenrollen profiliert werden, ist dies auch bei den Kettentrommeln der Fall. Sie erhalten nach Fig. 388 in der Regel eine spiralförmig in die Trommelfläche eingedrehte Rille, in die sich die

Fig. 387.

Kette beim Aufwickeln einlegt. Zur Befestigung der Kette an der Trommel dient eine Öse, welche an der Trommelwand aufgeschraubt wird. Die Öse ist nicht geschlossen, sondern offen, und kommt ihr gerader Schenkel in

JTj

P^FFf

Frip,

in

tE S?'l

iii

I!

Fig. 388.

ein Loch in der Trommelfläche zu sitzen, so daß die Öse geschlossen erscheint und eine größere Festigkeit besitzt als eine geschlossen geschmiedete Öse.

Die Seil- und Aettenhaken.

Zur Befestigung der Last an dem Seil oder der Kette bedient man sich eines Hakens, der an dem freien Ende des Aufzugmittels in geeigneter Weise befestigt wird. Die Haken werden aus Schweißeisen geschmiedet und nach bestimmten Regeln dimensioniert.

Der in Fig. 389 dargestellte einfache Haken erhält am Bunde, also nahe an seiner Befestigungsstelle, kreisrunden Querschnitt und geht dann in elliptischen (oder abgeflachten, Fig. 390) Querschnitt über.

ch = 0,67 X VF

Die Beanspruchung ist zusammengesetzt aus Biegungs- und Bruchfestigkeit. Ist P die größte auf ihn ausgeübte Kraft in kg, so ist die Stärke seines Tragzapfens

Sft w die Mitte des Hakens und h seine größte Breite, so ist das Verhältnis zwischen beiden Abmessungen

w

Y = 1 und h = 1,95 d,.

§ Hil l

-Ert

rj

Fig. 390.

Fi-,. 389.

Die Eisendicke an der Hakenspitze macht man

h

a— ₂

und der den Hakenkörper umschließende Kreis erhält einen Durchmesser von

D = w -j- 1,5 li.

Die übrigen Abmessungen sind alle auf die Zapfeustärke dx bezogen. Soll der Haken ovalen Querschnitt erhalten, so nimmt man

h,

b =

und gilt dasselbe Maß auch für Haken mit abgeflachten Seitenflächen (Fig. 390).

Tabelle über Kettenhaken zum Überhängen an die Kettenglieder

der Firma Gebr. Heimann in Ergste i. W.

Stärke d. Kette

mm

5-6

7-8

9—10

11—12

13—14

15—16

17—18

19—20

21—22 23—24

Tragkraft i. Gewicht in „

7260    8640

5,52    6,95

540

0,20

960

0,41

1500

0,64

2160

1,07

2940

1,70

3840

2,41

4350

3,11

6000

4,27

Stärke d. Kette mm

25-26

27—28 29-30

31—32 33-34

35-36

37-38

39-40 41-42 43-41

Tragkraft t.kg Gewicht in „

10140

8,4

11760

11,16

13500 15360 17340 13,13 16,13    19,6

19440

22,05

21660

26,7

24000

31,00

27000

36,60

32000

42,80

31*

Die Haken sind in der Traverse, die sie mit der Kette oder dem Seil verbindet, drehbar gelagert und bedürfen bei großen Lasten an dieser Stelle der sorgfältigsten Lagerung, die am besten als Kugellager ausgebildet wird, wie in Fig. 305 Seite 370 bereits mitgeteilt wurde.

ED

in

Auch der Doppelhaken oder Widderkvpf wird oft und zwar bei Verladekranen angewendet. Er besteht aus einer Kombination zweier einfacher Haken mit kreisförmigem Querschnitt, wie Fig. 391 zeigt.

Fig. 391.

Da es für Hebemaschinen von Vorteil ist, wenn das Seil oder die Kette nach abgehangener Last selbsttätig mit dem Haken niedergeht, ist es nötig die Kette oder das Seil straff zu halten, damit sie nicht aus der Rolle springen. Das erreicht man bei leichteren Ketten und Haken dadurch, daß man zwischen dem Ende des Aufzugmittels und beiit Haken ein — meist kugelförmiges — Belastungsgewicht einschaltet, welches dem Aufzugsorgan die nötige Spannung gibt. Bei schweren Ketten und Haken ist das nicht nötig, weil das Gewicht der Kette und des Hakens genügt, um die Kette beim Niedergang straff zu halten.

Gruppe IX

Elemente M Umsetzung -er geradlinigen in Uotations-

Lemegung.

Bei dem Betrieb der Arbeitsmaschinen ist man allgemein — mit nur wenig Ausnahmen — auf die Rotationsbewegung angewiesen. Diese wird von den Wind- und Wassermotoren, sowie neuerdings von den Dampfturbinen und Elektromotoren direkt motorisch erzeugt, während bei allen anderen Wärmekraftmaschinen die Kraft des Dampfes und die Stoßkraft der explodierenden Gase zunächst eine geradlinige Bewegung erzeugt, indem durch den Stoß des Dampfstrahls bezw. durch die Ausdehnung der entzündeten Gase ein Kolben in geradliniger Richtung vorwärts getrieben wird, und erfolgt sein Rückgang in die Anfangsstellung entweder durch Umsteuerung des Danipfstrahles zur Wirkung in entgegengesetzter Richtung oder durch die Schwungkraft der bewegten Massen des Schwungrades, so daß eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens im Zylinder des Wärmekraftmotors entsteht, die durch geeignete

Verbindungselemente in eine Rotationsbewegung umgesetzt werden kann, welche sich dann auf das Triebwerk der Fabrik übertragen läßt.

Umgekehrt kann man also auch in der gleichen Weise die Rotationsbewegung wieder in eine geradlinige hin- und hergehende Bewegung verwandeln, wie dies z. B. bei Pumpen der Fall ist, die von einer Transmission aus direkt angetrieben werden.

Diese Elemente, welche nun die Umsetzung der hin- und hergehenden Bewegung in eine rotierende vermitteln, bilden im Zusammenhang die Kurbelmechanismen. Sie bestehen aus dem Kolben, welcher den Stoß des Dampfes oder des sich ausdehnenden entzündeten Gases aufnimmt und durch die in ihm befestigte Kolbenstange und den Kreuzkopf auf die Pleuel- oder Schubstange überträgt. Diese wiederum ist mit der auf der Hauptwelle sitzenden Kurbel verbunden und versetzt diese in Umdrehung. Dies ist der einfache Vorgang, der sich in jedem Kurbelmechanismus abspielt, und werden wir die Einzelanwendungen dieser Mechanismen noch in dem Kapitel über die Wärmekraftmotoren an praktischen Beispielen kennen lernen; zunächst wollen wir die Konstruktionen der Elemente der Kurbelmechanismen eingehend betrachten.

A. Die Kolben und Kolbenstangen.

Es liegt in der Natur der Sache, daß der Kolben an und für sich gar nicht so kompakt konstruiert zu sein braucht, um den auf ihn ausgeübten Druck auf den übrigen Mechanismus zu übertragen, weil er durch die Zylinderwandung überaus sicher geführt ist. Man ist deshalb neuerdings bemüht, den Kolben so leicht als möglich auszuführen, um einerseits an Material zu sparen und andrerseits die Maschine nicht durch ganz unnötig zu bewegendes Mehrgewicht zu belasten.

In der Regel werden die Kolbenkörper in Gußeisen oder Stahlguß ausgeführt und bei höchster Gewichtsverminderung wohl auch aus Schmiedeeisen. Namentlich bei schnellaufenden Maschinen sind leichte Kolben nötig zur Abschwächung der Massenwirkungen und bei liegenden Maschinen zur Verhütung einer einseitigen Abnutzung der Stopfbüchsen und Zylinderwandungen, die bei schweren Kolben auf den unteren Flächen, auf die das Kolbengewicht direkt wirkt, stark mitgenommen werden.

Die bei den Kraftmaschinen benutzten Kolben haben einen sehr flachen, runden Körper, und bezeichnet man sie allgemein als

Scheibenkolben.

Die Schcibenkolben erhalten zu ihrer Abdichtung gegen die Zylinderwände Liderungen aus Metall oder Faserstoffen (Hanf, Leder usw.) und müssen dem Liderungsmaterial entsprechend konstruiert sein.

a) Scheibenkolben mit Metaltpackung.

Eine der einfachsten und gebräuchlichsten Formen des Dampfkolbens in Scheibenform ist in Fig. 392 dargestellt. Um ein möglichst geringes Eigengewicht des Kolbenkörpers zu erzielen, ist derselbe zwischen Nabe und Kranz

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S'iß. 392.

stark ausgespart und erhält der Zylinderdeckel eine Verlängerung nach innen, die in ihrer Form genau (mit dem nötigen Spielraum) den Aussparungen im Kolbenkörper entspricht. Man fertigt diesen Kolben aus Schmiedeeisen oder Stahl und versieht ihn mit gußeisernen Liderungsringen, sogenannten Selbstspannern.

Je nach der Zahl der Liderungsringe erhalten sie folgende Abmessungen: Bei 3 Liderungsringen: b — 5 -|- V£>

= 0,5 1),

= 0,75 h = b,

= e = f = 1,25 h,

H = 6 h.

Bei 2 Liderungsringen: h = 5 -J- 1,25 X 1^11, d — 0,4 h, a — 0,625 h — b, o — o — k — b,

H = 3,85 h.

Man nimmt nun für Niederdruckmaschinen bei einem Durchmesser des Kolbens von D mm, die Höhe der Liderung b — 25    5    und die

Dicke des Ringes — 0,25 h.

Die Dicke der Ränder des Kolbens über und unter den Liderungen

nimmt man

bei großen Maschinen — 0,17 h,

= 0,2 b, = 0,25 h.

„ mittleren    „

„ kleinen    „

Zu zwei übereinanderliegend erhalten die gußeisernen federnden Kolbenringe zusammen die Höhe h = 15-|-3X^D und eine Dicke von 0,375 X h -r 0,35 h. Die Dicke der gußeisernen Deckel über und unter den Liderungen nimmt man am Rande 0,33 h und in der Mitte 0,44 h.

Bei beut in Fig. 303 bargestellten Kolben finb bie stählernen Selbst-spanner schräg geschlitzt unb mit Weißmetall hintergossen. Sie erhalten bie Höhe h = 15 -f- 3 X bei einer Dicke von 0,4 h bis 0,375 h.

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Fig. 393.

Will man jeben einzelnen Kolbenring an ber Schnittfuge bicht machen, so kann man einen ber in Fig. 394 angedeuteten Ringschlüsse anwenden. Die eingesetzten Stücke sind bicht einzuschleifen; dasselbe gilt von der Überplattuug

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Fig. 394.

bei der ersten Abschlußart. Es zeigt sich höchst zweckmäßig, die reibenden Flächen der Schlußringe aus einem weicheren Metall als die Zylinderwand herzustellen, damit die Abnützung vorzugsweise die leichter zu ersetzenden Ringe angreift. Deshalb sind auch bronzene Kolbenringe sehr brauchbar, eiserne und gar stählerne aber nicht zu empfehlen, mit der Ausnahme für Gußeisen, daß dasselbe von besonderer Weichheit, die Zylinderwand aber recht hart sei.

Man gießt die Ringe exzentrisch im Innern in einer Höhe = 6h einschließlich des verlorenen Kopfes, aus dessen unterem Teil Reseroeringe hergestellt werden. Der nutzbare Teil des Ringes wird auf einen Durchmesser von 1,04 D vorgedreht und zur Beseitigung der Gußkruste innen ausgedreht. Hierauf werden die einzelnen Ringe abgestochen, dann an der dünnsten Stelle gespalten und mit Versetzung auf das Teil a — 0,1 v und b = 0,04 -j- 10 in Fig. 395 an der oberen und unteren Hälfte ausgestoßen, so daß man die

Enden mit gerader Übcrplattung übereinanderschieben kann. Den Enden gibt man einen Spielraum von 0,005 D, und wird der Ring außen im zusammengespannten Zustande auf den Durchmesser D sauber abgedreht.

Bei dem amerikanischen Scheibenkolben (Fig. 396) ist zwischen den beiden gußeisernen Liderungsringen ein Weißmetallring w angeordnet, welcher

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Fig. 396.

mit wenig Spielraum im Zylinder gleitet und den Zweck hat, den Kolben zu tragen, bezw. die Liderungsringe zu entlasten und zu schonen.

Der Kolben Fig. 397 hat freie Liderung und findet bei großen

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Maschinen Anwendung. Der Kolbenkörper und Deckel besteht aus Gußeisen und die Liderungsringe aus Gußeisen oder Rotguß. Dieselben werden an einer Stelle aufgeschnitten und durch Keile auseinander gehalten oder durch Federn auseinander gepreßt. In der oberen Hälfte besteht die Feder aus einem Blatt, welches sich gegen zwei Knaggen des Liderungsringes stützt, und in der unteren Hälfte aus einem vollen Ringe, der sich wiederum gegen die innere Fläche des Lideruugs-ringes stützt. Der Mittelring ist als Distanzring zu betrachten, und wird die Höhe des Liderungsringes

h = 20 + 0,036 D. • Kolbenringe nach System Zirn (Fig. 398 u. 399), wie sieLeop.Ziegler in Berlins, als Spezialität ausführt, werden vielfach mit gutem Erfolg

benutzt. Die nach Fig. 398 ausgeführten beiden Ringe haben winkelförmigen Querschnitt, sind im Innern mit einer der Größe entsprechenden Anzahl schräger Knaggen versehen, welche, mit den Bronzestücken der wellenförmig gebogenen Stahlfeder korrespondierend, dazu dienen, den Ringen die Spannung nach drei Seiten zu geben.

Bei den Ringen nach Fig. 399 ist nur ein äußerer Ring. Die Spannung wird durch diesen und einen im Innern desselben liegenden kleineren Ring,

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Fig. 399.

m 398.

tvelche ebenfalls mit schrägen Knaggen versehen sind, sowie durch die Feder wie oben bewirkt. Diese Konstruktion hat sich in vielen Fällen als vorteilhafter erwiesen, als Fig. 398, besonders für Maschinen mit höherem Dampfdruck. Die schrägen Schnitte der Ringe werden durch Bronzedichtungsplättchen verlegt resp. gedichtet.

1») Schcibenkolben mit Stoffpacknng.

Als Packungsmaterial für diese Kolben, welche nur für Pumpen und ähnliche Maschinen mit geringem Druck in Frage kommen, benutzt man Hanf, Leder und Holz.

Hanfpackung eignet sich nur für Kolben, welche sich in Zylindern bewegen, die zur Förderung von kaltem und warmem Wasser und nassen Dämpfen niedriger Temperatur und Spannung dienen. Sie kommt nur selten zur Anwendung, leistet aber bei ausgelaufenen Zylindern gute Dienste. Wesentlich vorteilhafter und vielbenutzt ist die

Lederpackung, die mitunter auch durch Kautschukmanschetten ersetzt wird. So erhalten Kolben, die nicht über 30—40⁰ C erwärmt werden, häufig die in Fig. 400 skizzierte Konstruktion. Die Liderung erfolgt hierbei durch die beiden Lederstulpen a und b, welche vor dem Einsetzen aus nassem Leder in Formen gepreßt werden müssen.

Wie schon gesagt, wird Leder nur dann j||| als Packungsmaterial zu verwenden sein, so b lange die zu pumpende Flüssigkeit nicht über 30—40 ⁰ C erwärmt ist, und wählt man für höhere Temperaturen, wie sie bei den Speise-

1,2

°ß

Fig. 401.

pumpen der Dampfkessel, den Luftpumpen der Dampfmaschinen usw. vorkommen, besser Hanfliderungen.

In Fig. 401 ist eilt Scheibenkolben mit Stulpdichtung dargestellt, während Fig. 402 einen mit Ventilklappen versehenen Kolben zeigt, wie er bei Schachtpumpen Anwendung findet. Die Packung besteht aus Leder- und Leinwandringen, von denen je 3 aufeinander genäht sind. Bei beiden Kolben

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Fig. 402.

erfolgt die Anpressung der Packung durch den Wasserdruck. Saure Grubenwasser greifen oft die Lederpackung der Schachtpumpenkolben an; man wendet in solchen Fällen häufig vollständige Metallpackungen (mit Ringen aus weichem Gußeisen) an; in Fahlun in Schweden hat man in demselben Falle nach vielfachen Versuchen Birkenrinde als das passendste Liderungsmaterial erkannt und eingeführt. Die Tauchkolben der Schachtpumpen erhalten Stopfbüchscn-Dichtung mit Hanfliderung.

Als Bezugseinheit gilt, nach Reuleaux, zur Bestimmung der Diniensioncn dieser Kolben der Wert 8 — 4X^D -(- 1 — 3.

Gebläsekolben erhalten Liderungen aus zusammengenähten Leinwandstücken, die ringförmig ausgeschnitten werden und mit Graphitleim getränkt sind. Hinter ihnen fitzt ein Eisenring, welcher mittels Federn im Innern die Liderung nach außen drückt und gegen die Zylinderwände Preßt. Die Hohe der Liderung ist hierbei h — 10 -f- 2,5 \VD, und ihre Breite ä — 0,6 X h.

In den Fig. 403 u. 404 bringen wir, der Vollständigkeit halber, .noch Luftpumpeukolben. Bei dem Kolben Fig. 403 dient eine dicke Gummiplatte ad

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als Klappe, welche sich auf die Sitzfläche und das Gitterwerk des Kolbens auflegt, die Sitzfläche S = 5 + K E Die Wandstärke b = 5 + 0,9 KD und n — 0,55 d bis ^,5 d, wenn d die Stärke der Kolbenstange ist; r ist — b; h = 20 + 4 KD; e = 7 + 1,4 KE und o = S + 0,9 KE

Bei doppeltwirkenden horizontalen Luftpumpen wird der Kolben Fig. 404 benutzt und erhält derselbe eine durchgehende Kolbenstange, während der Körper aus Gußeisen hergestellt ist. Die Federringe sind aus Rotguß und erhalten eine Höhe von b = 8 -|- 1,8 X KD bei einer Dicke von d — 0,33 h. Die Ringe a a bestehen aus Schmiedeeisen. Sollen gußeiserne Federringe zur Verwendung kommen, so gibt man ihnen eine Höhe von b — lO-j-^X^D und nimmt die Dicke der stählernen Kolbenstange d — 0,17 D. Neuerdings benutzt man mit gutem Erfolg Luftpumpenkolben aus Holz.

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gig. 410.

Auch bei den Warmwasserpumpen der Kondensatoren benutzt man mit Vorliebe Holzliderung, und ist in Fig. 405 ein Beispiel für diese Kolbengattung gegeben. Die Holzliderung besteht aus Eichen- oder Ahorn-Segmenten, hinter denen Stahl-Blattfedern sitzen, welche die Segmente gegen die Zylinderwand anpressen.

Der auf den Kolbenkörper festgeschraubte Deckel hält die Segmentstücke in der Ringnut fest.

Aolben ohne Liderungen.

Diese Gruppe wird von den Kolben gebildet, welche durch Einschleifen in den Zylinder die nötige Dichtigkeit erhalten, und können diese Kolben nur in kleinen Abmessungen und aus einem Material hergestellt werden, welches dem Einschleifen keinen allzugroßen Widerstand entgegensetzt, dabei aber doch eine gewisse Härte besitzt, die der schnellen Abnutzung widersteht. Man macht diese Kolben meist aus Rotguß und läßt sie in Notgußzylindern laufen.

Der in Fig. 406 abgebildete Kolben dieser Art ist einer Dampf-Feuerspritze entnommen und besteht aus einer langen, unten geschlossenen Büchse. In dem Boden ist eine Gelenkgabel durch Verschraubung befestigt, an welcher die Schubstange angreift, die in diesem Falle gleichzeitig die Kolbenstange ersetzt. Die auf der äußeren Kolbenfläche eingedrehten Nuten dienen dazu, den Schmutz aufzunehmen, der sich beim Betrieb aus dem abgeschliffenen Metall und Schmieröl usw. bildet.

Wird der Kolben im Laufe der Zeit undicht, so kann man ihn noch eine Zeitlang dadurch brauchbar erhalten, daß man eine Ledermanschette von außen gegen

den Boden schraubt und mittels der Geleulschraube und einer entsprechend geformten Metallscheibe von außen fest gegen den Boden preßt.

5.

Tauchkslben.

Diese Kolben kommen mit der Zylinderwandung gar nicht in Berührung. Sie führen sich in Stopfbüchsen des Zylinders, dessen innerer Form der Kolben angepaßt ist. Der Kolben stellt also gewissermaßen den nur um weniges •int Querschnitt verkleinerten Hohlraum des Pumpenstiefels oder Zylinders dar. Er taucht mithin bei seinem Niedergang in die Flüssigkeit ein, welche den Zylinder füllt, und verdrängt dieselbe durch seine Körpergröße aus dem Zylinder. Die dem Kolben fehlende Liderung ist in die Stopfbüchse verlegt, die den Kolben nach außen hermetisch abdichtet.

Kleine Kolben dieser Art stellt man aus Gußeisen her und zwar bis zu 100 mm Durchmesser voll gegossen, stärkere Kolben werden hohl gegossen.

Der in Fig. 407 dargestellte Tauchkolben K ist massiv gedacht und in einer Stopfbüchse S geführt, die mit dem Pumpenstiefel P durch Schrauben

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Fig- 408.

verbunden ist. An dein Gelenkzapfen G, der ant Kalben K sitzt, wird die Schubstange angelenkt, die den Kolben hin und her bewegt. Es ist also in diesem Falle der Kolben gleichzeitig auch Kolbenstange und die Liderung L, welche durch die Stopfbüchse 8 im Puntpenstiefel P festgehalten wird, dichtet den Kolben nach innen und außen ab.

Dampfkessel-Speisepumpen, die nur zeitweise laufen und somit zum Einund Ausschalten eingerichtet sein müssen, erhalten oft die in Fig. 408 skizzierten hohlen Gußeisenkolben. Derselbe erhält einen laugen massiv gegossenen Hals H, welcher bei der tiefsten Stellung des Kolbens noch über der Stopfbüchse bleibt. In ihm ist die Kolbenstange 8 durch einen mit Handgriff versehenen Keil B festgehalten und greift an dem Gabelstück G die von der Transmission (durch Exzenter) bewegte Schubstange an, welche den Kolben K auf und nieder zieht. Soll die Pumpe plötzlich ab- oder angestellt werden, je nachdem es der Wasserstand im Kessel verlangt, so zieht der Kesselwärter während des Ganges an dem Handgriff den Keil B aus seinem Sitz, die Pumpe steht still und die Kolbenstange 8 gleitet in dem Kolbenhals auf und ab; durch Einschieben des Keiles in seinem Sitz wird die Pumpe sofort wieder in Betrieb gesetzt.

Die sogenannten Stülpkolben werden ebenfalls als Tauchkolben ausgeführt und sind ähnlich geformt wie der in Fig. 406 dargestellte Kol en, nur macht man den einseitig geschlossenen zylindrischen Kolbenkörper nach oben wesentlich länger und betreibt ihn durch direkte Kuppelung der Schubstange an dem im Boden festgeschraubten Gelenkzapfcn mit Gabel.

Die Kolbenstangen.

Die Kolbenstangen werden aus Stahl oder Feinkorneisen hergestellt. Ihre Verbindung mit dem Kolben einerseits und Kreuzkopf andererseits erfolgt durch konische oder zylindrische Zapfen mit Anzugmutter, und haben wir in den Abbildungen der Kolben und auch schon früher unter dem Abschnitt „Zapfen" Beispiele für die Befestigung der Kolbenstangen gegeben, so daß wir hier nicht weiter darauf einzugehen brauchen. In allen Fällen ist ein sehr sorgfältiges Einschmirgeln der Zapfen ihn ihrem Sitz unbedingt erforderlich.

Größeren Dampfmaschinen und Lokomotiven gibt man bei liegender Konstruktion gern eine durch beide Zylinderdeckel hindurchgehende Kolbenstange, um die Führung des Kolbens möglichst sicher zu gestalten und ein Ovallaufen der Zylinder zu verhindern.

Wir bezeichnen mit d den Durchmesser der Stange, 1 ihre Länge, D den

Man gibt den Kolbenstangen in der Regel kreisrunden Querschnitt, ebenso den Schieberstangen und allen ähnlichen Stangen, welche in Stopfbüchsen geführt werden müssen. Die Regeln, welche nachstehend zu ihrer Berechnung gegeben sind, finden aber auch für alle Lenk- und Exzenterstangen Anwendung.

Durchmesser des Dampfkolbens in mm, L den Kolbenhub, p den auf dein Kolben lastenden Überdruck, P die in Richtung der Kolbenstange wirkende Kraft.

Kolbenstangen mit sehr kleinen! Hub, wo also ^ kleiner als 1,5 ist, sind

auf Druckfestigkeit zu berechnen, und nimmt man dann die zulässige Beanspruchung pro qmm nicht über 4 kg.

Werden Kolbenstangen auf Zerknickungsfestigkeit in Anspruch genommen, so nimmt man

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Die Befestigung der Kolbenstangen im Kolben geschieht durch Keile, und soll der Flächendruck auf der schmalen Seite 4 bis 6 kg pro qmm nicht übersteigen. Bei Lokomotiven beträgt er 7 bis 9 kg pro qmm.

Bei einfach wirkenden Maschinen, an denen die Kolbenstange nur auf Zug beansprucht wird, ist für Stangen aus Schmiedeeisen d — 0,05 KP = 0,045 D Kn, für doppeltwirkende Maschinen ohne Kondensation d — 0,084 X K P = 0,075 X D X Km Bei Kondensationsmaschinen ist statt Kn überall Kn -s- 0,7 zu setzen.

Kolbenstangen aus Gußstahl, wenn sie auf Zug oder Druck in Anspruch genommen werden, erhalten im Durchmesser

d = 0,065 XVsP = 0,0576 X D X ^

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Maschinen

d = 0,125 D 0,138 0,149 0,160

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0,141

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Über die Abmessungen der Kolbenstangen gibt unsere Fig. 409 die nötigen Anhaltspunkte. Die eingeschriebenen Maße sind auf die Bezugseinheit d, — 0,85 d bezogen.

Lenk-, Schieber- und Exzenterstangen erhalten, wenn sie aus Schmiedeeisen oder Gußstahl und mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt werden, eine Stärke von

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F'g. 409.

m ist hierin der Sicherheitsgrad und beträgt nach Reuleaux bei kleinen Dampfmaschinen m = 50—60 „ mittleren und großen „ — 5—25 (meist 20) „ Schiffsmaschinen

„ = 30-60.

Den größten Durchmesser legt man um 0,1 bis 0,15 1 der Kurbel näher. Die Verjüngung an der Kurbel nimmt man 0,8 d und am Kreuzkopf 0,7 d. Exzenterstangen erhalten nach der Exzenterseite zu keine Verjüngung.

B. Die Stopfbüchsen.

Die Konstruktion der Stopfbüchsen ist durch ihre Verbindung mit dem abzudichtenden Maschinenteil bedingt, und spricht auch die Art des Packungsmaterials sehr wesentlich mit, welches wiederum abhängig ist von der Art und Spannung drr Flüssigkeiten oder Gase, die abgedichtet werden sollen. Eine Norm läßt sich somit für die Stopfbüchsen nicht ausstellen, und können wir uns deshalb nur aus die Mitteilung einiger ausgeführter Beispiele beschränken.

So ist z. B. die in Fig. 410 abgebildete Stopfbüchse für Packung mit Hansschnur oder ähnliches Material bestimmt. Die Büchse A ist an dem Deckel des abzudichtenden Zylinders angegossen, und sitzt in ihr der sogenannte Grundring w aus Rotguß, den man nach eingetretener Abnutzung entfernen und durch einen neuen ersetzen kann. Die obere Büchse oder Brille B wird durch zwei Stehbolzen bezw. Spannschrauben 8 gegen das Packungsmaterial

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gepreßt, welches den Raum zwischen den beiden Rotgußbüchsen w und r ausfüllt. Der an der Büchse B angegossene Hohlraum dient zur Aufnahme der Schmiere, bezw. zur Verhinderung des Abtropfens des Öles.

Bei kleineren Maschinen ist die Brille meist ganz aus Rotguß, während für größere gußeiserne Brillen mit Rotguß-Laufbüchsen Verwendung finde», welche leicht erneuert werden können. Die inneren Stirnflächen der Brille und des Grundringes sind nach innen um 20 bis 30° abgeschrägt, um das Packungsmaterial vorwiegend gegen die Stange zu pressen. Die Grundringe von Dampfstopfbüchsen sollen die Stangen leicht umschließen und in ihrem Sitz ¹/₈—lx/₂ mm beweglich sein, um etwas Nachgiebigkeit bei Durchbiegungen, ungleicher Wärmeausdehnung usw. zu erhalten. Stangen mit Bunden au beiden Enden verlangen geteilte Grundringe und geteilte Brillenbüchsen. Die Stopfbüchse Fig. 410 gehört zu einer größeren Maschine. Die gußeiserne Brille ist daher auch mit einer Notgußbüchse versehen. Die Brille endigt außen in ein kleines Gefäß o, welches zum Auffangen und Zusammenhalten des Öles bestimmt ist. Diese Anordnung ist besonders bei stehenden Maschinen anzuwenden, und gibt man alsdann dem Gefäß o eine besondere kleine Stopfbüchse. Bei Stangenenden mit geringer hin- und hergehender Bewegung erhalten Stopfbüchsen zuweilen eine geschlossene Forni nach Fig. 411, wobei

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Fig. 411.

Packungsmaterial nicht erforderlich ist. Um ein Fressen der Schieberstange zu vermeiden, sind diese Hauben aber zeitweilig von dem im Innern sich ansetzenden Schmutz, Rost usw. zu reinigen; bei Verwendung sehr nassen Dampfes ist diese Vorsichtsmaßregel ganz besonders zu beachten. Das Anziehen der Schrauben hat gleichmäßig zu erfolgen, da andernfalls durch das Ecken der Brille eine einseitige Reibung und Abnutzung der Stange und Büchse eintritt. Ein genaues Anziehen wird um so leichter, je mehr Spannschrauben vorhanden sind.

Das Liderungsmaterial oder die Stopfbüchsenpackung besteht aus Hanf, Leder, Baumwolle mit Talkum, Gummi, Filz, Sägemehl, Metallsegmenten usw. Sie wird auf der konkaven Fläche des umschließenden Körpers angebracht, und durch Anziehen der Schrauben wird die Packung so gegen die Stange gepreßt, daß nach und nach ein dichter Abschluß erfolgt. Auch die Stopfbüchsen werden in sehr verschiedenen Konstruktionen ausgeführt, von denen wir einige hier bringen.

Die Stopfbüchse Fig. 412 zeigt eine gebräuchliche Form. Der rechte Teil ist gleich am Zylinderdeckel angegossen, und die Einlagen, welche die Führungen für die Stange bilden, sind aus Rotguß oder Phosphorbronze angefertigt.

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Fig- 413.

Fig. 412.

Die Stoffbüchsenschrauben erhalten an der einen Seite Bund und viereckigen Ansatz und werden mit Keil befestigt. — Die Stopfbüchse erhält am besten folgende Abmessungen:

a)    für vertikale Maschinen a — 1,50 d -j- 50,

b)    für horizontale Gebläse- und Walzenzugmaschinen a = 1,25 X (1,5 d —(— 50) und

c)    für gewöhnliche horizontale Maschinen a— 1,1 X (1,5 d -j- 50); b wird — 0,25 a, c = 0,5 a -f- 20 und für Maschinen sub b o — 1,1 (0,5 a -f- 20). Beträgt die Bezugseinheit (nach Reuleaux) s = l/a -|- 1 bid 3, wobei d die lichte Weite der Stopfbüchse bezeichnet, dann erhält man für

e = 1,6 X S, f = 2,0 X S, h = 1,8 X S, c = 6 X S, b = 4 X S, k = 0,6 X S.

Wird die Brille aus Gußeisen hergestellt, so ist b — 0,9 F zu nehmen; bei Herstellung aus Bronze aber h — 0,7 F.

Für die Stopfbüchse Fig. 413 gelten dieselben Berechnungswerte und wird diese Konstruktion oft für sehr große Maschinen, namentlich Wasserhaltungsmaschinen in Bergwerken, angewandt.

An sehr guten Maschinen haben die Stopfbüchsen nach Fig. 413 folgende Abmessungen erhalten:

= 1,5 (d + 75) bis 1,75 X (d + 75) b = 0,25 X a bis 0,2 a, c = 0,5 X a bis 0,375 a, e = 7 + 2,5 Xdj>t<8 7 + 2,5 XX i = 10 -f- 3,33 / d bis 10 + 3,33 V d.

Bei Gebläse- und anderen Maschinen werden oft auch hohle Kolbenstangen angewendet. Es ist alsdann für den Wert d diejenige Größe einzuführen, die sich durch die Berechnung für eine massive schmiedeeiserne Kolbenstange ergibt.

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32

Die hohen Dampftemperaturen und Dampfdrücke, lute sie jetzt bei den Heißdampfmaschinen vielfach in Anwendung sind, bedürfen einer besonders dicht schließenden Packung, und werden am Markt für diesen Zweck verschiedene Konstruktionen dieser Art angeboten. Vielfach empfohlen wird für diesen Fall die bewegliche, selbstdichtende Metallstopfbüchse der Compagnie des Garniture Metalliques Americaines in. Lille (Frankreich), die wir in Fig. 414 in Abbildung wiedergeben, und zwar ist links die Duplex-Packung für Spannungen von 8 bis 20 Atm., rechts die Simplex-Packung für Spannungen bis 8 Atm. dargestellt.

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Duplex-Packung

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Fig. 414.

Die einfache Segmentpackung (Fig. 414 rechts) ist für jede Dampftemperatur bis zu 400° C geeignet und besteht aus acht Metallbacken, welche in zwei starken Ringen gelagert sind und durch kleine Federn zusammengehalten werden. Diese Segmente (Backen) sind in zwei Sektionen aufeinander aufgeschliffen, wovon eine jede aus zwei Abdichtungsbacken und zwei Führungsbacken besteht. Diese beiden Sektionen kreuzen sich in rechtem Winkel, wodurch eine vollkommene Abdichtung auf der Stange erzielt wird. Diese zwei Sätze von Segmenten werden durch die beiden seitlichen Gleitringe zusammengehalten und durch kleine Federn gegen den aufgeschliffenen Kugelring angepreßt. Dieser kugelförmig in die Packungsbüchse eingeschliffene Ring kann oszillieren, so daß die Packung den stärksten seitlichen Schwingungen der Kolbenstange folgen kann, ohne daß die Abdichtung darunter leidet oder die Segmente mehr beansprucht werden. Die Führungsbacken sind ganz aus Bronze und kommen mit der Kolbenstange nicht in Berührung. Sie dienen zur Führung der Abdichtungsbacken, welche aus einer dünnen Bronzehülse bestehen, die mit einer Weißmetall-Legierung ausgegossen ist. Die Federn üben nur einen geringen Druck auf die Segmente aus und haben nur den Zweck, die verschiedenen Teile der Packung bei Vakuum oder bei Stillstand der Maschine zusammenzuhalten. Die Packungsbüchse ist auf der Stopfbüchse durch einen Kupferdraht abgedichtet, so daß der Dampf, der die Dichtungsteile umgibt, nirgends entweichen kann. Der Dampf selbst preßt die Segmente an die Kolbenstange an und dichtet sich somit selbst. Dieser seitliche Druck variiert mit der Dampfspannung, wodurch jede unnötige Reibung beseitigt wird. Die Kolbenstange wird nirgends gebremst und bleibt stets genau rund und spiegelblank. Hieraus geht hervor, daß diese Packung sich auch von selbst an die Kolbenstange anpassen muß und nicht mehr von der Wartung abhängig ist. Da der Dampf die inneren Teile ganz umgibt und genug Öl enthält, um sie zu schmieren, so ist ein Warmlaufen unmöglich. Die Reibung ist auf das Minimum reduziert, und wird dadurch oft eine ganz bedeutende Kraftersparnis erzielt. Die Abdichtungsbacken sind die einzigen Teile, welche der

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Fig. 415.

Abnützung unterworfen sind, doch ist dieselbe so gering, daß diese Stücke erst nach 10—15 Jahren zu ersetzen sind.

Bei der Duplex-Packung für 8 bis 20 Atm. Dampfdruck ist zu bemerken, daß dieselbe aus der vorstehend beschriebenen Segment-Packung und einer in die Stopfbüchse eingeschobenen Vorpackung besteht. Diese letztere hat den einzigen Zweck, den Dampf etwas zu drosseln, die etwa mitgeschleppten Unreinigkeiten zurückzuhalten und die eigentliche Packung zu entlasten. Sie ist ebenfalls beweglich und besteht aus drei einteiligen, aufgeschnittenen Ringen aus Weißmetall, welche in eine Gußbüchse (Konringbüchse) eingeschoben sind und durch einen konischen Verschlußring zusammengehalten werden. Kleine Federn pressen diese Vorpackung an einen Kugelring, der in die Zwischenflansche eingeschliffen ist. Die Konringbüchse hat seitlich genügend Spiel, um ein Aufsitzen der Kolbenstange zu vermeiden. Der eintretende Dampf kann somit nicht mit seiner Anfangsspannung auf die Dichtungsbacken der Segment-Packung einwirken; der seitliche Druck auf die Kolbenstange ist vermindert und somit auch die Abnützung geringer.

Wir wollen hier noch die bewegliche konische Ring-Packung derselben Firma mitteilen, die in Fig. 415 als einfache, in Fig. 416 als doppelte Packung dargestellt ist.

Diese Packungen bestehen aus Weißmetallringen, welche in Konring-

32*

Die Packungen sind vollständig dicht und erhalten die Kolbenstange in gutem Zustande, was ein wiederholtes Abdrehen unnötig macht.

buchsen eingeschoben sind. Diese Büchse ist nuf dem Kugelring aufgeschliffen, währenddem der letztere in die Packungsbüchse eiugeschliffen ist. Federn pressen die konischen Abdichtungsringe gegen die Stange und bedingen die Abdichtung. Diese Packungen können sich ebenfalls seitlich bewegen und b:n Schwingungen der Stange in jeder Richtung nachgeben, ohne einen starren Zustand zwischen Stange und Packung herzustellen. Ein Bremsen findet daher nicht mehr statt, und die stete starke Reibung einer festsitzenden Packung, welche öfters das Warmlaufen und Krümmen der Kolbenstange zur Folge hat, ist beseitigt.

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Die Abnützung der Kompositionsmetallringe ist gering, und sind Fälle bekannt, wo Lokomotiven über 160 000 Kilometer Weg zurückgelegt haben, ohne daß I die Ringe erneuert wurden. Die amerikanischen und ' englischen Eisenbahngesellschaften sind zum größten Teil mit diesem System versehen. Auch sind dieselben auf den dänischen, sächsischen und Schweizer-Bahnen r vielfach angewendet.

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0    Bei den Pumpenstopfbüchsen, namentlich an

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hydraulischen Pressen, hat man mit anderen Verhält-jj!-^ nissen zur Abdichtung zu rechnen und bedient sich hierbei meist der Ledermanschetten (Stulpringe). Die Lederstulpe werden hierbei einfach durch ein eingeschraubtes Mutterstück festgehalten und zusammengepaßt. Für die Abmessungen gilt als Bezugseinheit ebenfalls der Wert 8 — l^d -f- 1 bis 3, und erhält man kt — 1,5 S, b = 0,75 S, c = 2,5 8 und e — 1,8 8 als Maße für die Abmessungen der Stulpringe.

Fig. 417.

Wir finden aber auch an anderen maschinellen Vorrichtungen sehr oft eigenartige Stopfbüchsen angewendet, und richtet sich deren Konstruktion stets nach dem besonderen Zweck ihrer Anwendung. Ein Beispiel hierfür geben wir in der in Fig. 417 dargestellten Kompensations-Stopfbüchse, die bei laugen Rohrleitungen eingeschaltet wird, um die durch die Erhitzung des Rohrstrangs eintretende Längenausdehnung auszugleichen, zu kompensieren. Das erreicht nian, indem zwischen den beiden Enden des Rohrstranges und R₂ der in Fig. 417 dargestellte Apparat eingebaut wird. Er besteht aus den Gußteilen A und D, die an den Rohrenden Rx und R₂ angeschraubt werden. Der Teil D ist in A durch den Grundring C und die Mctallstopfbüchse B in A dampfdicht geführt, so daß bei eintretender Längenausdehnung der Rohrstrecken R₂ und R₂ D sich in A verschieben kann, ohne daß eine Verkrümmung der Rohrstrecke durch die Ausdehnung eintreten kann.

C. Die Kreirzköpfe und Lreuzkopfführnngeil.

Die Kreuzköpfe und Querhäupter finden im Mafchineubau überall da Anwendung, wo hin- und hergehende Maschinenteile genau in einer bestimmten horizontalen oder vertikalen Richtung zu führen sind. Diese Führung sichern die Geradführungen auch dann, wenn der Kreuzkopf oder das Querhaupt gleitet.

Der Kreuzkopf bildet die Verbindung zwischen dem motorisch hin- und herbewegten Maschinenteil, also dem Dampfkolben und der Treibstange, die die hin- und hergehende Bewegung durch die an ihrem anderen Ende angeordnete Kurbel in eine Rotationsbewegung umsetzt.

Die Gestaltung der Kreuzköpfe richtet sich stets nach dem Zweck ihrer Verwendung und ■ der Anwendung der anschließenden Maschinenteile.

Die ursprüngliche Form des Krenzkopfes ist das Querhaupt, Fig. 418, welches man an älteren stationären Maschinen findet. Es besteht aus den

beiden Gleitblöcken S, die sich auf zwci seitlichen Gleitführungen bewegen, und dem Querhaupt oder Querachse Q, an welcher der Gabelkopf der Kolbenstange K einerseits und zwischen der Gabel das eine Ende der Treibstange andererseits eingreift,

Diese Anordnung hat den Fehler, daß durch die vier reibenden Flächen der Gleit-blöcke zuviel Arbeitsvcrluste entstehen, die M Montage sehr erschwert ist und die Beanspruchung der einzelnen Teile ebenfalls recht ungünstig wirkt. Bei den neueren Anwendungen trägt man den Druckverhältnissen besser Rechnung, und gleichviel, von welchem am Kreuzkopf angreifenden Maschinenteil die Bewegung und der Druck ausgeht, stets tritt im Kreuzkopf ein zu seiner Bewegungsbahn senkrecht gerichteter Geradführungsdruck auf, der bei rechtsumlaufenden Dampfmaschinen durch die untere Gleitbahn, bei linkslaufenden Maschinen durch die obere Führung aufgenommen wird. Bei Pumpen und Pressen arbeitet meist die Kurbel auf den Kreuzkopf, und ist alsdann der Geradführungsdruck entgegengesetzt gerichtet. Beim Wechsel der Drehrichtung wechselt auch die Druckrichtung, und tut man schon aus praktischen Gründen gut, bei liegend montierten Kurbelgetrieben den Geradführungsdruck auf die untere Gleitbahn wirken zu lassen.

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Fig. 418.

Der in Fig. 419 dargestellte einseitige Kreuzkopf entspricht dem vorgenannten Prinzip und gestattet nur ein e Umdrehungsrichtung der Kurbel, weil nur eine Gleitbahn vorhanden ist (die untere). Man macht den Körper

des Kreuzkopfes bei größeren Maschinen aus Gußeisen oder Stahlguß, bei kleineren aus Schmiedeeisen. Die Gleitflächen der Köpfe aus Stahlguß gießt man mit Weißmetall aus oder man gibt ihnen Gleitbacken aus Gußeisen oder

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81» 419.

Bronze. Abnutzungen werden durch Spannbacken ausgeglichen, die auf der Geradführung aufgeschraubt sind, und zwischen ihnen bewegt sich der Kreuz-kopf hin und her.

Die Kolbenstange K ist mit zylindrischem oder besser konischein Zapfen in den Kreuzkopfbund B eingesetzt und durch Querkeil befestigt. Der Bolzen b für das innere Schubstangenlager hat in den Flanschen F des Kreuzkopfes konisch ausgedrehte Sitze, in welche der Bolzen beim Anziehen der Mutter M gepreßt wird. Um tut Bolzen in seinem Sitze noch mehr zu sichern, gibt man auch dein stärksten der beideit konischen Ansätze noch einen Flachkeil, wie Fig. 419 zeigt. Auch das willkürliche Lösen der Mutter M muß durch eine Schraubensicherung verhindert werden.

Maschinen mit. wechselnder Umdrehungsrichtnug, also solche mit Um« steuern ng, müssen doppelseitige Kreuzköpfe erhalten, um ein Abklappen des Kreuzkopfes von der Gleitbahn bei der Umsteuerung der Maschine zu verhüten. Ein solcher zweigleisiger Kreuzkopf ist in Fig. 420 dargestellt.

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Hierbei sind die beiden Schuhe S auswechselbar und sitzen auf Zapfe», die am Kreuzkopf angeordnet sind. Die Lagerschalen für den Treib-|jj__ stangenbolzen sind mittels Keil und =] Schraube nachstellbar gemacht, wäh-N rend der konische Zapfen der Kolben-H|p> Fange, wie bei Fig. 419, mit Querkeil in den Kreuzkopfbund befestigt ist.

Fig. 420.

Man kann aber auch die Gleitschuhe nachstellbar machen, was in gewissen Fällen nicht ohne Vorteil ist. Meist umgeht man dies aber und hält die Gleitflächen der Gleitschuhe so groß, daß der Geradführungsdruck auf 1,5 bis 2,5 kg pro qcm vermindert wird, wobei alsdann eine Differenzen verursachende Abnutzung der Gleitflächen

nicht eintritt. Ist nun aus Gründen der Konstruktion auf eine entsprechend große Gleitflache nicht zu rechnen, so müssen die Schuhe nachstellbar eingerichtet werden, und zwar bringt man die Nachstellung bei stationären Maschinen mit Rundführungen an einem oder beiden Schuhen an, wie Fig. 421 zeigt,

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Fig- 421.

oder an den flachen Geradführungen bei Lokomobilen und Lokomotiven. Bei dem Rundkreuzkopf, Fig. 421, sind die beiden Schuhe 8 mittels der Keile K nachstellbar gemacht. Er besteht aus den aus Guß- oder Schmiedeeisen hergestellten Schuhen 8 und dem Stahlgußkopf F. Die Keile K sind durch Schrauben nachstellbar und pressen beim Anziehen der Schuhe gegen die Gleitflächen. Der Kreuzbolzen B ist in seinem starken Ende mittels Flachkeil im Sitz befestigt, so daß jederzeit die Gleitbacken 8 nachgestellt werden können, ohne den Kreuzkopf von den Stangen zu lösen. Die richtige Einstellung der Gleitbacken ist schwierig und muß mit feinem Gefühl ausgeführt werden. Zieht man die Keile zu stark an, so werden die Schuhe zu fest gegen die Gleitflächen gepreßt und ein Heißlaufen derselben während des Betriebes ist die Folge. Hierin liegt eine nicht zu unterschätzende Gefahr für den Betrieb, und tut man deshalb besser, bei stationären Maschinen sich der Nachstellbarkeit der Gleitfchuhe nicht zu bedienen.

In Fig. 422 a und b sind geschmiedete Kreuzköpfe dargestellt. Der Kreuzbolzen ist bei Fig. 422 a durch Mutter und Splint, die Kolbenstange durch Querkeil befestigt; die Höhe des Kreuzkopfes nimmt man 5—6 d -f- 15.

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Bei Balanciermaschinen findet man oft den in Fig. 428 dargestellten Kreuzkopf. Er ist ebenfalls geschmiedet, und gibt man bei ihm den Zapfen denselben Durchmesser, den die Endzapsen des Balanciers erhalten.

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Fig- 423.

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Fig. 422 b.

d = 130—150 . . . z = 14 d = 155—180 . . d == 185—200

Den Anlauf z für alle Zapfen aus Schmiedeeisen und Stahl nimmt man für d = 25-40 . .

z — 16

„ d — 45—60 . .

. z — 18 d — 210 u. mehr . . z = 20.

„ d == 65-85 . .

„ d = 90—125 . . . z = 12,5 Den Anzug der Keile nimmt man s — 0,083 d und den Anlauf n der Zugkeile = 0,067 1.

Eine sehr häufig angewandte Ausführungsform für Kreuzköpfe zeigt uns auch Fig. 422 a. Bei demselben sind die Gleitführungen zylindrisch ausgeführt. Der Kopf ist aus einem Stück geschmiedet (mitunter auch gegossen) und wird bei Dampfmaschinen und Lokomotiven (hier aber mit geraden Gleitführungen) vielfach benutzt. Die Abmessungen sind auf die Einheit d₂ = d -|- 15 bezogen.

Die Gleitflächen der Kreuzköpfe und Querhäupter sollen einen Flächendruck — 2—10 kg pro qcm erhalten. Die Wirkungsweise dieses Druckes ist aus dem Schema Fig. 424 zu erkennen. Die Gleitflächenlänge 1 ist

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"2¥ ^ lob cm' luenn man mit b die angenommene Breite bezeichnet, welche sich wiederum aus der Stärke der Gleitbalken berechnet.

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Ist nun d der Durchmesser der Kolbenstange, so wird der Zapfen dx in den Gleitblöcken für gewöhnliche Maschinen — 0,75 d und für Maschinen mit größeren Umdrehungszahlen — 0,8 d.

Für Doppelführung nimmt man die Gleitsläche 1 X b eines jeden Blockes bei kleinen Maschinen 5,5 X d², bei mittleren Maschinen 5,25 X d² und für

größere 5 X d²; das Verhältnis der Länge zur Breite, also = 2,5—3.

Für einfache Führungen rechnet man die Gleitfläche 1X b = 9,0 X d2 für große, 10 X d² für mittlere und 11 X d² für kleinere Maschinen.

Das Verhältnis der Länge zur Breite ~ nimmt man für große

Maschinen mit einfacher Führung — 1,8 und für kleinere 2 — 2,125.

Die Kreuzkopfführungen.

Die Kreuzkopf- oder Geradführungen sind entweder eben oder gleich-achsig zur Kolbenstange zylindrisch ausgebohrt; ebene Geradführungen sind besonders bei Lokomobilen, Lokomotiven, manchen stehenden Schnelläufern usw., Rundführungen fast ausnahmslos bei ortfesten Dampfmaschinen gebräuchlich. Bei liegenden Maschinen mit stets gleicher Umdrehungsrichtung legt man, wenn eben möglich, den Druck auf die untere Geradführungsfläche, >vas z. B. bei Dampfmaschinen der Fall ist, wenn die Kurbel nach vorne arbeitet, also sich von der mittleren oberen Kurbelstellung aus auf der von dem Zylinder abgekehrten Seite abwärts bewegt. So ist die untere Geradführungsfläche stets leichter unter Öl zu halten, als die obere. Es ist alsdann vorteilhaft, die betreffende Lauffläche mit einem schmalen Bord einzufassen, damit das Öl, wenn es durch den Kreuzkopf verdrängt worden ist, stets auf die Gleitebene zurückläuft. Auch wird das Schmiermaterial gut auf den Flächen zusammengehalten, wenn man an den Stirnflächen der Gleitschuhe schmale Filz- oder Lederstreifen derart befestigt, daß diese stets voll auf den Führungsflächen gleiten.

Die Führungsschienen der Gleitblöcke werden aus Schmiedeeisen, Stahl oder Gußeisen hergestellt. An Lokomotiven z. B. sind sie meist aus Eisen geschmiedet. An den gewöhnlichen Dampfmaschinen sind sie aus Gußeisen und bei den Bajonettmaschinen sehr oft gleich mit dem Fundamentrahmen aus einem Stück gegossen.

Wir können hier darauf verzichten, Abbildungen von Geradführungen zu bringen, und verweisen auf die Darstellungen von Dampfmaschinen in dem Abschnitt „Wärmekraftmotoren". Hier findet man bei allen Maschinen Gleitführungen dargestellt, und sind dieselben meist rund, also Rundführungen, und mit dem Fundamentrahmen der Maschine aus einem Stück gegossen. Auch auf der Tafel V sind Beispiele von Geradführungen mit dem zu ihnen gehörigen Kreuzkopf gegeben und zwar in Fig. 1 ein Querschnitt durch die

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Rundführung mit Kreuzkopf der als Modell dargestellten Tandemmaschine, und Fig. 1 Tafel VI zeigt die Anwendung der Geradführung an der ebenfalls als Modell im Atlas dargestellten Schnellzuglokomotive.

Diese Darstellung ist insofern noch besonders bemerkenswert, als hier eine Gleitschiene L mit zwei Gleitflächen a und b angeordnet ist, die mit dem einen Ende auf dem Zylinderdeckel, mit dem anderen an dem Lokomotiv-rahmen durch entsprechende Zwischenkonstruktion befestigt ist. Auf dieser Gleitschiene hängt der Kreuzkopf K, welcher unten einen Ansatz R trägt, an dem eine kleine Zugstange 8 angelenkt ist. Diese wiederum betätigt einen Hebel H, der auf den Kolbenschieber bezw. auf den Damps-Ein- und Auslaß im Zylinder wirkt. Mit Rücksicht auf diese Steuerungsteile war es also in diesem Falle nicht möglich, zwei Gleitschienen anzuordnen, wie man es sonst bei Lokomotiven findet. Es mußte mithin ein ganz eigenartiger Kreuzkopf konstruiert werden, und der Konstrukteur hat diese Aufgabe in vollendeter Weise gelöst.

I). Die Treib- und Kuppelstangen.

Die Treib- und Kuppelstaugen — auch Pleuelstangen genannt — vermitteln die Umsetzung der geradlinigen hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung der Kurbel, deren Zapfen in ihren einem Ende gelagert ist. Da sie das bewegliche Bindeglied zwischen zwei anderen bewegten Elementen bildet, muß die Treibstange an beiden Enden gelenkig gelagert sein und erhält dementsprechend sogenannte Köpfe oder Schlösser, welche ein entsprechendes Lager für den von ihnen eingeschlossenen Zapfen bilden.

Entsprechend den drei Arten Zapfen — Stirn-, Hals- und Gabelzapfen — müssen auch die Köpfe der Treibstangen gestaltet werden.

Es läßt sich für ihre Konstruktion eine Norm nicht ausstellen, und man findet sie in der Praxis in der verschiedensten Weise ausgeführt. Einige praktische Beispiele werden genügen, ihre Konstruktion zu erläutern.

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Fig. 425.

Schmiedeeiserne Treibstangen werden im Querschnitt oft _ kreisförmig ausgeführt oder sie erhalten die in Fig. 425 */2 gezeichnete Querschnittsform. Die Länge der Stangen beträgt meist fünf- bis sechsmal soviel als die Größe des Kurbelradius.

Ist nun P die an der Kolbenstange wirkende Kraft, L die Länge der Pleuelstange, dm ihre Mittelstärke, dn aber ihr Durchmesser am Kopfe, so ist

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hierin ist zu nehmen:

für normallaufende Stangen bis zu 150 Umdrehungen M, — 750—2000 kgr

für schnellaufende Stangen Mx — 350— 700 „ . Den Stangendurchmesser am Kreuzkopf nimmt man dn — 1,15 d und an der

Kurbel- 6n — 1,25 d oder 0,8 dm. Den Treibstangen an kleinen Maschinen gibt man an beiden Enden eine Stärke von 1,3 d (wenn d die Stärke der Kolbenstange ist).

Werden Stangen nach dem Querschnitt Fig. 425 gewählt, so bekommen

sie am Kreuzkopf eine Höhe vo b = 0,75 bis 0,8 d. An der 1,2 d und die Dicke b — 0,8 d.

h — 1,25 bis 1,3 d bei einer Dicke von irbel aber wird ihre Höhe 1,17 bis

In Fig. 426 ist ein offenes Treibstangenschloß dargestellt. Der Verschluß wird hierbei durch einen Bügel bewirkt, der sich um die in der Mitte

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Fig. 426.

geteilten Lagerschalen legt, und seine Befestigung am Stangenkopf geschieht durch Keile. Die Abmessungen sind auf eine Bezugseinheit d* = VP+5 bezogen, und ist zu nehmen: für offene Köpfe:

e = 0,2 X dv b = 3 + 0,07 d,; a = 2b; f = 0,3 d, c = dj -|- 2 b; k — 0,7 d,; i — 0,22 d,; für geschlossene Köpfe:

e = 0,22 X di; b = 3 + 0,07 d; a = 2 b bis 2,5 b; f = 0,5 X d,; c = dj —|— 2b; k = 0,4 X dn 1 = 0,2 dv

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Bon der Gesamt-Keilbreite kommen auf den Zugkeil 0,6 k, auf den Nasenkeil 0,4 k.

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Fig. 427 zeigt einen geschlossenen    0

Treibstangenkopf, den man auch oft | mit zwei Keilen nebeneinander aus- ^ geführt findet. Dieselben erhalten die halben Abmessungen in k und 1, wie die Keile der offenen Bügelschlösser. Die übrigen Maße sind nach der folgenden Tabelle zu nehmen.

Tabelle über Abmessungen der Treibstangen

für dj — 40—160 mm.

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Auch die in Fig. 428 dargestellte Treibstange hat einen offenen Pleuelkopf (links), und erhält der Keil, wenn er frei eingesteckt ist, auf beiden Seiten

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zusammen ¹/₁₂ bis ¹/l5 Anzug. Werden aber Klemmschrauben angewendet, so nimmt man den Anzug ¹/₆. Auch der in Fig. 429 dargestellte Pleuelkopf, der sogenannte Marinekopf, findet oft Anwendung, bei dem die Schmierung

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Fig- 429.

durch ein eingelegtes Metall-Hohlstück sichergestellt ist. Die Schraubenbolzen dieses Schlosses werden durch Schräubchen am Drehen verhindert und sind auch die Muttern in gleicher Weise gegen Lösen gesichert. Eine durch Schrauben festgehaltene Platte verhindert den Zapfen am selbsttätigen Lösen und ein kurzer kräftig gehaltener Keil am Verdrehen in der Gabel.

Die auf der farbigen Tafel dargestellte Pleuelstange hat einerseits (links) auch ein offenes Schloß, bei dem die beiden Keile gegen Herausfallen beim Lockerwerden durch Schrauben gesichert find, die gleichzeitig zum Anziehen des Keiles dienen.

Geschlossene Pleuelköpfe führt man sehr oft nach der in Fig. 430 dargestellten Konstruktion aus.

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Fig. 430.

Hier ist der Schloßkörper aus dem Ganzen geformt und in festem Zusammenhange mit der Stange. Der Anzugkeil liegt an der vorderen Seite des Zapfens und wird einerseits durch eine Schraube gesichert; andererseits (rechts)

dient die Schraube, welche den Keil im Schlitz festhält, auch zum Verstellen des Keiles und geht infolgedessen mitten durch den Keil. Die Lagerschalen werden von der Seite in das Stangenschloß eingeschoben.

Eine ähnliche Verbindung, wie sie die Pleuelstange mit der Kurbel schafft, bildet die Exzenterstange nebst Bügel zwischen dem Exzenter (siehe unter Kurbeln) und dem Maschinenteil, welcher durch ihn bewegt werden soll. Hier handelt es sich um die Umsetzung der Drehbewegung des Exzenters in eine geradlinig hin- und hergehende des mit ihm verbundenen Maschinenteils — meist eines Kolbens oder Schiebers. Die Verbindung beider Elemente vermittelt der in Fig. 431 dargestellte Exzenterbügel, welcher aus zwei

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Fig. 431.

Teilen R und Rx besteht, die durch die Schrauben S zusammengehalten werden. Zwischen den beiden Bügeln, die nicht selten ganz in Bronze ausgeführt oder wenigstens mit Bronze oder Weißmetall ausgefüttert werden, bewegt sich in geeigneter Führung der Exzenter E, während die Stange P mittels der beiden Schrauben S± an dem unteren Bügel befestigt wird.

Die Länge L der Schubstangen nimmt man meist 4—6mal so groß als den Kurbelradius und macht die Begrenzung des Schaftes gerade oder leicht gebogen.

Es kommen nun im Maschinenbau die verschiedenartigsten Kombinationen zwischen Kolbenstange, Geradführung und Treibstange vor, die sich stets aus der jeweiligen Situation der zu konstruierenden Maschine ergeben. Namentlich bei stehend montierten Pumpen stndet man derartige Spezial-Anordnungen, von denen wir noch einige Beispiele geben wollen.

So ist z. B. bei der in Fig. 2 auf Taf. VI dargestellten Anwendung die verlängerte Kolbenstange K in der Büchse F, die am Maschinengestell befestigt wird,

gerade geführt. Die Treibstange P ist als Gabel ausgebildet, welche mit der Kolbenstange K durch ein Querhaupt Q verbunden ist. Das andere Ende der Treibstange bildet ein angebrachtes Lager, welches die Kurbel W umschließt, die in den Lagern L gelagert ist. Hier bildet also die Stopfbüchse des Pumpen-stiefels und die Führungsbüchse F die Geradführung für die Kolbenstange K.

Auch die in Fig. 2 auf Taf. V dargestellte Kurbelschleife dient gleichem Zweck und findet bei Dampfpumpen Anwendung. Die beiden Kolbenstangen und K vom Dampf- und Pumpenzylinder liegen in einer Mittelachse. Zwischen ihnen ist die Kurbelschleife F eingeschaltet, um Platz für die schwingende Treibstange P zu schaffen, die sich mit der Kurbel W innerhalb des Bügels F bewegt. Die Treibstange greift an der unteren Kolbenstange K an, und unter Umgehung einer besonderen Geradführung bilden die Stopfbüchsen der Kolbenstangen selbst die Geradführung, indem ihre gleichmäßige Bewegung die Kurbelschleife vermittelt.

Bei den schnellaufenden Gas- und sonstigen Explosionsmotoren geht man noch weiter in der Vereinfachung, indem man auf die Kolbenstange, den Kreuzkopf und die Geradführung als separates Maschinenelemeut verzichtet und den Kolben direkt durch die Treibstange mit der Kurbel verbindet. (Siehe Band II, Automobile und Motorfahrzeuge.) In diesem Falle wird der Kolben als langer, an einer Seite offener Zylinder ausgebildet, und in diesem Hohlraum wird mittels einem quer durch den Kolben gehenden Bolzen das eine Ende der Treibstange angekuppelt, während das andere direkt an die Kurbel angelenkt wird (siehe auch Modell des Dieselmotors). In dem offenen Hohlraum des Kolbens hat die Treibstange genügenden Spielraum, und der lauge Kolben ist sicher und gerade in dem Zylinder geführt, so daß man die Zwischenelemente ganz gut entbehren kann. Man spart hierdurch nicht nur au Konstruktionsteilen, sondern auch wesentlich an Kraft, weil verschiedene Reibflächen in Wegfall kommen, die einen guten Teil Arbeit verzehren.

E. Kurbeln und Kurbezapfen.

Wir haben in dem vorhergehenden Abschnitt schon wiederholt die Kurbel erwähnt als das Maschinenelement, welches bei den Wärmekraftmotoren durch Vermittlung der Treibstange die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine gleichmäßige Drehbewegung der Welle umsetzt, an welcher die Kurbel wirkt. Mechanisch betrachtet ist die Kurbel nichts weiter als ein einfacher Hebel, an dem die im Dampfzylinder erzeugte Kraft wirkt, und spielt naturgemäß ihr Radius oder Hebelarm bei der Berechnung der Arbeit, die die Kurbel leistet, eine wesentliche Rolle.

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33

Aber auch in anderen Fällen als in dem vorstehend geschilderten findet die Kurbel überall da angewendet, wo es sich darum handelt, eine Welle durch Hebel oder Stangen in Umdrehung zu versetzen. Man wird also jeden

Hebel, der eine Rotationsbewegung erzeugt, eine Kurbel nennen, während die Bezeichnung Hebel im Maschinenbau für die Teile gilt, welche eine hin- und herschwingende Bewegung durch mechanische Betätigung auszuführen haben. In der Gestalt sind beide einander sehr ähnlich und mitunter auch gleich und nur in ihrer Wirkung sind sie verschieden.

Auch die Handkurbel, wie wir sie z. B. an den einfachen Bauwinden bezw. Handwinden finden, zeigt dieselben Merkmale. Hier sind die Arme und Hände des Arbeiters das bewegende Element. Sie ersetzen die Treibstange und haben mechanisch deren Arbeit zu verrichten, indem sie die wirksame Kraft des menschlichen Körpers durch die Kurbel auf die Winde übertragen.

Je nachdem nun die Kurbel am Ende der Welle oder in derselben sitzt, hat man zwischen Stirnkurbeln und Kurbelwellen zu unterscheiden. Als Abart der Kurbel kommt noch der Exzenter hinzu.

Stirnkurbeln sitzen stets an der Stirnseite, also am Ende einer Welle.

Kurbelwellen, auch Krummachsen oder gekröpfte Wellen genannt, werden dann angeordnet, wenn die Treibstange an irgendeiner Stelle der senkrecht zur Treibstangenachse liegenden Welle angreifen muß. Es können auf diese Weise zwei bis acht Kurbeln auf einer Welle angeordnet werden, die alsdann paarweise gegeneinander versetzt sind.

Der Exzenter endlich bildet, auf eine Welle aufgekeilt, eine Kurbel, deren Hebelarm nicht zur Ausbildung gelangt ist, weil in ihm Wellennabe und Zapfen in eine Ebene zusammenfallen. Der Exzenter ist in gewissem. Sinne nichts weiter als ein großer Zapfen und hat infolge seines großen Umfanges auch eine ziemlich starke, nachteilig wirkende Reibung. Der Vorteil, den er bietet, besteht darin, baß man ihn auf jeder beliebigen Stelle einer Welle aufkeilen und seine Wirkung als Kurbel (die Exzentrizität) ausnutzen kann.

Die Stirnkurbeln.

Die Handkurbel (Fig. 432) ist ebenfalls eine Stirnkurbel, und kann

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an ihr ein Mann bei ununterbrochener Arbeit zirka 10 kg Druck ausüben. Arbeitet er mit Unterbrechungen, so kann man 13—20 kg Druck annehmen, bei einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,6—1 m pro Sekunde. Die bequeme Griffhöhe, d. h. die Entfernung des Wellenmittels vom Fußboden ist mit 0,9—1,2 m anzunehmen. Man gibt den Kurbeln folgende Abmessungen:

Radius K — 300—450 mm,

Grifflänge 1 = 250—300    „ für 1 Mann,

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Griffdurchmeffer d — 30 mm in Eisen, 50 mm in Holz.

Die Stärke des Kurbelarmes an der Nabe — 16—18, am Griff — 12—14 mm; l> — 62—75 mm bei rundem, 80 mm bei quadratischem Loche. Werden zwei Kurbeln angewendet, so sind dieselben mit 180" gegeneinander zu versetzen.

Die Maschinenkurbeln werden aus Schmiedeeisen und Gußeisen hergestellt, doch ist die Ausführung in Schmiedeeisen vorzuziehen.

Ist nun der Kurbelzapfendurchmesser d, seine Länge 1 und die auf den Zapfen wirkende Kraft P, so ist

\s¹⁶ X P w 1

* TT X K Ä d"

Der Druck auf den Quadratzentimeter soll bei Kurbelzapfen aus Stahl 80—150 kg nicht überschreiten und für Schmiedeeisenzapfen nicht größer sein als 50 kg, wenn sie in Bronzelagern laufen.

Zur Berechnung der Kurbeln bestimmt man zunächst den ideellen Radius

R, = »/. K + ⁶/s

worin c der Abstand der Kraftebene von der Mittelebene der Kurbel ist. Die Kurbelarmbreiten bestimmen sich nach der Nabenstärke, und die Kurbeldicke j berechnet man nach der Formel j = (6 P X ß) Kj³

k—    ->

Ml

wm

Xi©

*-Z-><

Fig- 433.

Fi». 434.

1,8 X a d

In Fig. 433 ist eine gußeiserne Kurbel dargestellt. Man nimmt bei gußeisernen Kurbeln

Xp

während j für 20 HP und darüber bei ruhigem Betriebe 0,9 mal so stark genommen werden kann.

33*

Vvn den übrigen Abmessungen macht man n — 1,7—2 d, s — 0,7 d, 1 == b — 1,25 b, a = 0,5 — 0,6 b.

Ist die Kurbel und Welle aus Schmiedeeisen, wie Fig. 434 zeigt, so nimmt man — 1,2 X j X und 1 == b bis 1,15 b. Für 1 — b wird

a — 0,45 b an kleinen, 0,4 b an mittleren und 0,357 b an großen Maschinen, e — 0,5 bis 0,6 d; n = 1,4 bis 1,5 d; 1 — b bis 1,25 b und a — 0,4 bis 0,5 d.

Die Zapfen sind, wie Fig. 434—436 zeigen, mit konischen Stielen versehen, die in das Kurbelauge eingeschliffen und mit Schraube, Keil oder durch kalte Vernietung befestigt werden.

-wm

STB

_L

Fig. 435.

Da die Kraft P außerhalb der Mittelebene des Armes angreift, ist dieser auf Biegung und Verdrehung beansprucht, und ist dies bei den vorstehend angegebenen Formeln berücksichtigt.

Die Form der schmiedeeisernen Kurbeln kann auch die in Fig. 435 und Fig. 436 gezeichnete sein und zwar nennt man die in Fig. 435 dargestellte

U—71—W

-3

»H

Kurbelscheiben. Sie werden unter dem Dampfhammer geschmiedet oder neuerdings unter der hydraulischen Schmiedepresse aus der Luppe gepreßt. Die unter dem Hammer geschmiedete Kurbel ist aber vorzuziehen, weil durch das Schmieden das Material dichter im Gefüge wird und Schlackenteilchen, die zu Bruchstellen Anlaß geben können, vollständig ausgetrieben werden.

An manchen Maschinen, z. B. an Lokomotiven, finden wir sogenannte Gegen kurbeln angeordnet, die ebenfalls bestimmte mechanische Wirkungen vermitteln. Man nennt eine Gegenkurbel einen von dem eigentlichen Zapfen einer Stirnkurbel ausgehenden Krummzapfen, der mit der Hauptkurbel die Drehachse gemeinschaftlich hat (Fig. 437). Der Krummzapfen ist in der Stirnkurbel mit Keil befestigt, also nicht mit ihr aus einem Stück hergestellt. Zu ihrer Konstruktion sind die Maße a, L, 1 und d als bekannt vorauszusetzen. Mau berechnet zunächst den Kurbelzapfen für die Hauptknrbel

ii-

■kJ

TW

vT

Fig. 437.

d = 0,1 KP in Gußstahl und — 0,12 KP in Schmiedeeisen. Aus diesem Kurbelzapfen ergibt sich die Länge 1 desselben, die man für den wirklichen

d    8_

Zapfen beibehält, während sein Durchmesser aus y = K a/d berechnet wird. D wird = d₁ -f- 2 e genommen.

2.

Die Aruniinachsen.

Wir müssen an dieser Stelle auch noch der Krummachse oder gekröpften Welle gedenken, die ebenfalls eine Kurbel darstellt'(Fig-438). Ist dieselbe aus Schmiedeeisen und hat sie eine Kraft P nach beiden Seiten hin gleichmäßig zu übertragen, ist ferner der Zapfendurchmesser d', der Lager-zapfendnrchmesser — d, die Entfernung von Mitte Kurbelzapfen .bis Mitte

Lagerzapfen — und der Kurbelradius — c, so ist nach Grashof:

^.₌Vi^+vXL+

4 c²

d, = 0,23

wobei K — 210 kg pro qcm genommen wird.

so ist

Äst

r=⁰'⁸

~= 1,055    1,105    1,158    1,21.

1,2 1,6 2,0

di

Wird die Kraft P nur nach einer Seite hin übertragen, so würde der Wellenzapfen d auf der anderen Seite nur als Tragzapfen zu berechnen sein, doch macht man in der Regel beide Zapfen gleich, und d₂ erhält die seinem

HW

-->1

Fig. 439.

Drucke P entsprechenden Abmessungen; die Größen d₂, bx und L sind bei der Berechnung in cm einzusetzen.

Auch in den Mechanismen der Arbeitsmaschinen finden wir oft die Kurbel bezw. den einfachen Hebel angewandt und wollen wir noch einige dieser Fälle kurz erörtern, in denen leichte Hebel auf Nebenwellen Anwendung finden. In Fig. 440 haben wir uns einen Doppelhebel zu denken, der auf einer Welle W sitzt, und an dessen Hebelarmen A W und W B Kräfte P und Q ziehend wirkend zu denken find. Man hat in diesem Falle die Welle W

_A

/Cl

Tct

|f«N

fe

Fig. 440.

Fig- 441. Flg. 442.

einfach als Tragwelle zu berechnen. Sind dagegen auf einer Welle D zwei Hebel, wie Fig. 439 zeigt, angeordnet, so ist dieselbe auf Verdrehung in Anspruch genommen und es wird

D = 4,13 X R = 120 j/A

Die Fig. 441 bis 443 zeigen noch anderweite Hebelanordnungen und ist bei ihnen der Zapfendurchmesser d — iXP zu nehmen. Bei Fig. 443 ist,

wenn das Hebelverhältnis j- = n ist, d — X ^n-

“i

5.

Die Exzenter.

Der Erzeuter oder die exzentrische Scheibe ist ebenfalls eine Art Kurbel. Wir haben uns ihre Entstehung so zu denken, daß bei einer Kurbel vom Radius R und der Wellendicke D die Zapfenstärke d' so viel erweitert wird, daß sie größer wird als D -|- 2 R, so daß die Welle durch den Zapfen gesteckt werden kann, und dieser heißt dann Exzenter oder exzentrische Scheibe, zu deutsch eine Scheibe, deren Mittelpunkt mit dem eigentlichen Drehpunkt der Welle nicht zusammenfällt, und die Entfernung zwischen dem Drehpunkt der Welle und dem Mittelpunkt der exzentrischen Scheibe nennt man die Exzentrizität (Kurbelradius). Unsere Fig. 444 zeigt einen Exzenter.

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*rHt ■

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Fig. 444.

Fig. 443.

Man nimmt die Scheibenbreite b gleich der Länge 1 des gleichwertigen Stirnzapfens. Ebenso bestimmt sich die Anlaufhöhe e und mit ihr die Bezugseinheit », auf welche die Abmessungen bezogen sind, indem

a = 1,5 e = 5 + 0,07 b

ist-

F. Schwungräder.

wenn

den Schieber umgesteuert wird und in der der vorhergehenden Periode entgegengesetzten Richtung zu wirken beginnt. Dieser Moment tritt in den Stellungen 445 a und 445 c ein, und nennt man diese Stellung die „Totepunkt-lage" der Maschine. Durch den eintretenden Nichtungswechsel in der Bewegung des Kolbens muß dessen Geschwindigkeit im Moment der Umkehr

Wenn wir uns an Hand der Skizze Fig. 445 den Bewegungsgang eines Kurbelmechanismus, bestehend aus Kolben, Kreuzkopf, Treibstange, Kurbel und Kurbelwelle vergegenwärtigen, so finden wir, daß in zwei Stellungen die Mittel der Kurbel, Treib- und Kolbenstange eine gerade Linie bilden, und tritt diese Stellung bei den Wärmekraftmotoren stets in dem Moment ein, die Angriffsrichtung der Kraft wechselt, wenn also der Dampf durch

gleich Null werden und wächst auf seinem Wege durch den Zylinder von Null bis zu ihrem Maximum, um dann wieder bis auf Null herabzusinken. Diese Schwankungen in der Geschwindigkeit des Kolbens übertragen sich natürlich

fv

Fig. 445.

auch auf die mit ihm verbundenen beweglichen Elemente, und sind deshalb regulierende Elemente nötig, welche den in die Totepunktlage geratenden Teilen der Maschine über diese hinweghelfen, weil sonst die Maschine einfach in dieser Lage still stehen würde. ES muß also eilt Gegengewicht geschaffen werden, welches genügende Kraft entwickelt, um die Totepunktstellung aus eigener Kraft zu überwinden und den Rückgang des Kolbens einzuleiten, der dann durch die ebenfalls sofort einsetzende Kraft des umgesteuerten Dampfes unterstützt und zu Ende geführt wird.

Andererseits würde aber auch in allen Maschinenbetrieben die ungleichmäßige Geschwindigkeit des Kolbens auf die von beut Motor angetriebenen Arbeitsmaschinen übergehen und ein regelrechtes Arbeiten gar nicht möglich werden.

Die Regelung der Geschwindigkeitsunterschicde wird nun durch Anbringung eines Schwungrades auf die Kurbelwclle bewirkt. Das Schwungrad bildet in seinen sehr starken Abmessungen eine Masse erheblichen Gewichtes. Nach den Gesetzen der Trägheit (des Beharrungsvermögens) ist das Rad, sobald es sich dreht, bemüht, seine Geschwindigkeit möglichst gleichmäßig beizubehalten. Leistet nun die Maschine mehr Kraft, als int gleichen Moment gebraucht wird, so setzt sich dieser Kraftüberschuß in eine erhöhte Geschwindigkeit des Schwungrades um. Tritt nun in der Arbeitsleistung der Maschine eine momentane Verminderung ein, so gibt das Schwungrad seinen aufgespeicherten Vorrat an Kraft als Arbeit an die Welle, auf der es sitzt, ab. Dadurch verringert sich aber seine lebendige Kraft und dementsprechend verlangsam! sich die Geschwindigkeit des Rades. Hieraus ergibt sich ohne weiteres die Wirkung des Schwungrades bei der Totenpunktstellung an der Maschine.

Im Moment der höchsten Kraftentfaltung des Dampfes im Zylinder speichert sich die Mehrleistung an Kraft in Gestalt erhöhter Geschwindigkeit im Schwungrad auf, die dann, im Moment der Totenpunktstellung, wenn die Geschwindigkeit des Kolbens auf dem Nullpunkt angelangt ist, frei wird und durch die ebenfalls auf der Schwungradwelle sitzende Kurbel die Totepunktstellung überwindet.

Aber nicht nur an Motoren, sondern auch an vielen Arbeitsmaschinen, Pumpen und überall da, wo eine Regelung der Geschwindigkeit bewegter Teile oder eine Erhöhung der Kraftwirkung (in gewissen Fällen) gewünscht wird, findet man mit Vorteil Schwungräder in Anwendung.

Letzteres ist z. B. bei Lochstanzen der Fall, wo eine große Kraft ausgeübt werden muß, sobald der Lochstempel auf das Blech aufsetzt. In diesem Moment beginnt die überschüssig im Schwungrad aufgespeicherte Kraft zu wirken, die sich während des Leerganges des Stempels angesammelt hat. Wir haben also hier denselben Vorgang wie beim Ausgleich der Totenpunktstellung bei der Dampfmaschine.

Diese regulierende Tätigkeit des Schwungrades genügt aber allein nicht, um dem Gang des Motors den Gleichmäßigkeitsgrad zu geben, welcher zum regelrechten Arbeitsbetrieb nötig ist, denn in gleicher Weise, wie die Geschwindigkeit des Kolbens durch das Schwungrad geregelt wird, muß auch die Menge des einströmenden Dampfes, entsprechend der Geschwindigkeit des Schwungrades, geregelt werden. Dies geschieht bei den Motoren durch besondere Regulatoren. Da dieselben aber von den übrigen Konstruktionsteilen der Motoren mit abhängen und einen Teil des Motors bilden, so können wir sie erst im Zusammenhang mit den Motoren besprechen, denn sie sind nicht regulierende Elemente im eigentlichen Sinne des Wortes, weil sie sich selbst aus vielen Elementen zusammensetzen.

Die Hauptaufgabe der Schwungräder besteht also darin, die Gleichförmigkeit der Bewegung an den Kraft- und Arbeitsmaschinen zu regeln, an denen wir sie angebracht finden. Damit ist aber nicht gesagt, daß Schwankungen in der Geschwindigkeit nicht mehr eintreten können, sobald ein Schwungrad an der Maschine vorhanden ist. Es wird immer von dem Gewicht des Schwungrades abhängen, daß man den gewünschten Gleichförmigkeitsgrad der Bewegung möglichst erreicht. Abweichungen von der mittleren Geschwindigkeit an Arbeitsmaschinen ohne große Schwungmassen sind bis zu 2,5 °/₀ nach oben oder unten nicht selten zu finden und gestattet. Ist eine größere Gleichförmigkeit im Gang der Maschine nötig, so geht man nicht über 1 °/₀ höher oder tiefer.

Diese Abweichungen in der Geschwindigkeit bezeichnet man als den Ungleichförmigkeitsgrad (<?) der Maschine und findet ihn ans dem Ver-

— U ngleichförmigkeitsgrad.

hältnis der mittleren Geschwindigkeit (v) zu der Differenz zwischen der größten (v₂) und kleinsten Geschwindigkeit (v,). Es ist mithin

^2 — *1

Der zulässige Ungleichförmigkeitsgrad beträgt z. B.: für Pumpen 1 : 20    1 : 30,

„ Papier- und Webmaschinen 1 : 40,

„ Mahlmühlen 1 : 50,

.    ,, Dampfmaschinen 1 : 40    1 : 60,

„ Spinnmaschinen 1 : 50 -f-1 : 100,

„ Dynamos 1: 150.

Früher wurden de» Maschinen nur selbständige Schwungräder gegeben, die allein dem Zweck der Geschwindigkeitsregulierung dienten. Heute findet man sie oft zu Riemen- und Seilscheiben ausgebildet (siehe Fig. 339 und Fig. 340 im Kapitel Seiltriebe), und dienen sie dann gleichzeitig zur Übertragung der Kraft auf die Transmissionen.

Diese als Schwungmassen dienenden Seil- und Riemenscheiben unterscheiden sich von den gewöhnlichen Schwungrädern nur dadurch, daß ihr Kranz am Umfange den Zwecken der Kraftübertragung durch Riemen oder Seile entsprechend geformt ist, und wird die Stärke des Kranzes so bemessen, daß das Gewicht der berechneten nötigen Schwungmasse herauskommt. Diese Scheiben erhalten in der Regel sehr große Abmessungen und werden deshalb aus zwei oder mehr Teilen und einer ihrer Breite entsprechenden Zahl Armsystemen hergestellt, wie dies schon bei der Besprechung der Riemen- und Seilscheiben mitgeteilt worden ist.

Die Lagerung der Schwungradwelle bezw. des Schwungrades erfolgt bei großen Rädern am besten so, daß die Welle zu beiden Seiten des Schwungrades unterstützt wird (Fig. 447). Bei Arbeitsmaschinen und auch an Lokomobilen findet man oft das sogenannte fliegende Schwungrad (Fig. 446), welches auf einem Ende der Achse sitzt und sich außerhalb der Maschine, nur einseitig durch ein Lager unterstützt, frei bewegen kann.

An Arbeitsmaschinen befindet sich oft in kleineren Abmessungen das durch seine Masse (Gewicht) wirkende Massenschwungrad (Fig. 448), welches eine volle Scheibe mit kräftig ausgebildetem Schwungring und starker Nabe

tat

Mg. 446.

31g. 447.

Fig. 448.

bildet. Erhalten diese Räder Arme von 1= oder elliptischem Querschnitt, so muß der Schwungring entsprechend kräftiger ausgebildet werden.

Schwungräder bis zu 2 m Durchmesser gießt man aus einem Stück und gibt ihnen, je nach der Schwere des Schwungringes. 6 bis 8 Arme.

Meist sind aber die Schwungräder der Motoren größer als 2 m int Durchmesser, und werden dieselben alsdann aus zwei oder mehr Teilen hergestellt und zusammengesetzt.

Unsere Fig. 449 zeigt ein zweiteiliges Schwungrad, welches zwischen den Armen geteilt ist. Die Verbindung der beiden Teile erfolgt durch vier Schrauben an der Nabe und je zwei Schrauben am Kranze. Die Stoßflächen werden sauber gehobelt und beim Guß für diese Bearbeitung entsprechend verstärkt. Die Nabe erhält außen auf jeder Seite eine eingedrehte Nut, um welche Schrumpfringe warm aufgezogen werden, sobald das Schwungrad auf der Welle festgekeilt ist.

Die Schrumpfringe erhalten am besten die Stärke der halben Wandstärke der Nabe, oder auf den Wettendurchmesser bezogen macht man ihre Stärke 8 — 0,4 d —]— 10 mm

und gibt den Schrauben einen Durchmesser

ffflj

von

d = 0,6 8.

Fig. 449

Hauptsache ist, daß die Schrumpfriuge fest und sicher auf der Nabe sitzen und nach keiner Seite hin vorstehen, daß sie sich also glatt in die Nabe einfügen.

Im Kranz bedient mau sich auch noch anderer Befestigungsarten, indem man Keilbolzen oder Keilplatten einsetzt. Auch Schrumpfklammern sind nicht selten angewendet worden, die ähnlich wie die Schrumpfringe wirken, aber durch das exakte Einarbeiten der Klamntern in die Kranzränder erhebliche Kosten an Löhnen verursachen, während sie in bezug auf die Haltbarkeit nicht besser als die billigeren Schrumpfringe wirken.

In Fig. 450 ist ein großes vierteiliges Schwungrad dargestellt mit 8 Armen und in 4 Armen kreuzweise gesprengt. Die Teillinien fallen also mit den Armmitteln zusammen, und müssen deshalb die Arme entsprechend stärker gehalten sein als die übrigen 4 Arme. Die Befestigung der 4 Radteile geschieht in der Nabe wieder mit 2 Schrumpfringen und am Kranze ebenfalls durch Schrumpfringe, die sich um Wulste legen, welche auf den Kranzflächen zu beiden Seiten aufgegossen sind. Die Stoßslächen erhalten Arbeitsleisten zur Erleichterung des sauberen Zusammenpassens.

Mitunter formt man auch den Radstern und den Schwungring für sich aus je zwei Teilen. Mau verbindet dann die beiden Radsternhälften in der Nabe durch Schrauben und Schrumpfringe wie in Fig 449 und gießt zur

Befestigung der Arme an dem Radstern an letzteren schwalbenschwanzförmige Knaggen an, die in entsprechende Schuhe X Passen, welche am Ende der Radarme angegossen sind. Außerdem werden die i\_\\ Stöße der beiden Schwungringhälften |jEU durch Keilbolzen, Verschraubung oder Schrumpfringe gesichert. Mag es sein, daß diese Teilung des Schwungradkörpers für den Guß manchen Vorteil und Erleichterung bietet, indem mit weniger Spannungen im fertigen Guß zu rechnen ist. Andererseits bietet aber die Vielteilung und die Anbringung so vieler Trennungspunkte an einer so schnell rotierenden bewegten Masse Anlaß zu Gefahren, die in keinem Verhältnis zu dem Schaden stehen, der durch einen Defekt in den Befestigungsmitteln entstehen kann; ich würde deshalb stets ein zweiteilig gegossenes Schwungrad jedem mehrteiligen vorziehen und habe auch nur in sehr seltenen Fällen andere Schwungräder aus mehr als 2 Teilen gefunden.

(CD)

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Ä!

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Fig. 450.

Die Berechnung der Schwungräder.

Die Hauptsache, die Berechnung des Schwunggewichtes eines Schwungrades, wie es für die Dampfmaschine gebraucht wird, setzt höheres mathematisches Wissen voraus, weshalb wir hier davon absehen müssen, diese Theorie näher zu erläutern. Wir beschränken uns nur auf das, was mit weniger Vorkenntnissen zu verstehen ist, und wollen einige Anhaltspunkte dafür geben, wie man die Abmessungen des Schwungrades bestimmt.

Die Umfangsgeschwindigkeit des Schwungrades wächst mit der Umlaufszahl der Maschine und mit dem Durchmesser des Rades. Da man nun mit einer gewissen zulässigen Umfangsgeschwindigkeit des Rades rechnen muß, so hängt von ihr die Umlaufszahl der Maschine und der Schwungraddurchmesser ebenfalls ab. Für Gußeisen beträgt die zulässige Umfangsgeschwindigkeit 30—40 m pro Sekunde, und hält man bei kleineren gußeisernen Schwungrädern die Umfangsgeschwindigkeit noch niedriger mit 20—30 m pro Sekunde.

Ist D der Durchmesser des Rades in m, F der Ringquerschnitt in qcm,

Während der Kranz des Rades auf Zug beansprucht ist, wird jedes Segment zwischen zwei Armen durch die Wirkung der Fliehkraft auch noch auf Biegung beansprucht. Die Arme sind auf Zug in Anspruch genommen und werden nur auf Biegung beansprucht, sobald die lebendige Kraft des Schwungrades in nutzbare Arbeit umgesetzt wird.

Die Anzahl der Arme kann man mit Hilfe der Formel 2 X (1 + B) ermitteln, worin R der Halbmesser des Rades in m einzusetzen ist.

2.

Die Schwungrad-Schaltwerke.

Zum Anlassen der Dampfmaschine ist es nötig, daß Schieber und Kolben eine ganz bestimmte Stellung zueinander einnehmen, damit der eintretende Dampf sofort die Maschine langsam in Betrieb setzt. Da nun aber die Maschine beim Stillstehen meist nicht in dieser zum Anlassen nötigen Stellung stehen bleibt, so muß mit Hilfe des Schwungrades die Maschine vor dem Anlassen in diese Stellung gebracht werden.

.1

Selbst bei kleinen und mittleren Maschinen hält es schwer, das Schwungrad mit dem ganzen an der Welle hängenden Mechanismus durch einfaches Drehen in den Speichen soweit zu bewegen, daß die Kurbel richtig steht, und bringt man deshalb an den Schwnngradgruben besondere Schaltwerke an, deren Stärke sich ganz \ nach der Schwere der zu bewegenden Massen, also nach der Größe der Maschine richtet.

Fig. 451.

f der Armquerschnitt in qcm, H die Armhöhe und c das Verhältnis zwischen Dicke b und Höhe H der Arme c — A aber die Anzahl der Arme, n

die Umdrehungszahl, v die Umfangsgeschwindigkeit in m, N die Anzahl der Pferdestärken der Maschine und G das Schwungradgewicht in kg, so ist:

T_rc X R X n

iXN

und G = 5000 X

- X K.

n z x

v²X

Den Halbmesser des Schwungrades macht man oft gleich der Länge der Treibstange oder gibt ihm die fünffache Länge der Kurbel.

30

In Fig. 451 ist ein einfach wirkendes Schaltwerk veranschaulicht. Es besteht aus einem am Rand der Schwungradgrube befestigten Böckchen g, welches den Drehpunkt für den langen Handhebel a bildet, welcher mit dem Winkel b einen rechtwinkligen Kniehebel abgibt. Am Ende des Hebels b ist die Klinke c angelenkt, die mit dem Gewichtshebel d verbunden ist, der ein Gegengewicht e trägt. Der Hebel ist in der Mittelstellung gezeichnet und nach rechts weiterbewegt

Bei dem doppeltwirkenden Schaltwerk Fig. 452 wird auch der Rückgang des Handhebels a ausgenutzt, indem zwei Klinken c und b angewendet sind, die abwechselnd in den Zahnkranz eingreifen und das Rad in der halben Zeit in die richtige Stellung bringen. Der Hub des Hebels a ist hier durch den kurzen Hebel e begrenzt, der sich in der Aussparung f in dem Lagerbock g bewegt und durch seitliche Knaggen im richtigen Ausschlag begrenzt wird.

gtt denken. Es drückt alsdann die Klinke c, in die Berzahnung am Schwungrad 8 eingreifend, dieses in Richtung des Pfeiles nach unten. Wird der Hebel a nach links in die Anfangsstellung gelegt, so schaltet das Gegengewicht die Sperrklinke c aus, bis sie in die nächste Zahnlücke faßt, der Hebel wird wieder nach rechts herübergedrückt, und das Rad bewegt sich um einen Hub weiter uff. Es wird also bei diesem Apparat das Rad nur um einen Zahn pro Doppelhub des Hebels a gedreht.

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Fig. 452.

Ein weiteres Beispiel eines Schwungradschaltwerkes mit Hebel ist am Modell des Dieselmotors dargestellt, bei welchem der Lagerbock an der vertikalen Wand der Schwungradgrube befestigt ist. Gleichmäßiger und leichter wird das Andrehen der Maschine durch das Schallwerk mit Schnecke, welches bei ganz großen Maschinen, z. B. auf Seeschiffen, durch besonderen kleinen Dampfniotor angetrieben wird, weil hier die Maschine auch nicht durch den Handhebelapparat in die richtige Anlaßstellung zu bringen ist.

Gruppe X.

Röhren und Rohrverbindungen.

A. Röhren.

Es liegt in der Natur der Sache, daß bei der Vielseitigkeit der modernen Technik die Gruppe der Röhren und Rohrverbindungen unter den Maschinenelementen eine sehr wichtige Stellung einnimmt. Abgesehen davon, daß man zur Fortleitung des Dampfes für Kraft, Koch- und Heizzwecke bestimmter Rohrsorten bedarf, bergen auch viele Apparate in ihrem Innern Röhren, die den verschiedensten Zwecken dienen. Rechnet man hierzu ferner die der Beförderung von Luft, Gas, Wasser usw. dienenden Rohre in weitverzweigten über- und unterirdischen Leitungen, so sieht man schon aus diesen: kurze::

Bericht, wie groß und wie verschieden die Röhrensorten ihrem Verwendungszweck nach sind.

Letzterer ist aber wieder ausschlaggebend für die Art des Materials, aus welchem das Rohr bestehen muß, und so kommt es, daß wir Röhren aus den verschiedensten Materialien im Maschinenbau verwendet finden. Teilt man die Röhren ihrem Material nach in verschiedene Gruppen ein, so hat man folgende zu unterscheiden:

1.    Gußeiserne Röhren. Bei der geringen Widerstandsfähigkeit des Gußeisens gegen Bruch sind diese Rohre mit Vorsicht zu verwenden und zwar namentlich stets, wenn sie frei im Erdboden verlegt werden, weil sie dann durch Druck von oben leicht Bruch erleiden können, sobald sie plötzlich großen Lasten ausgesetzt werden. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn Lastwagen quer über einen in die Erde verlegten Rohrstrang aus Gußeisen fahren. Man hat deshalb darauf zu achten, daß gußeiserne Leitungen an solchen Stellen in gemauerte und durch kräftige Eisen- oder Steinplatten abgedeckte Kanäle verlegt werden, sobald in ihnen Wasser unter Druck, Dampf oder Gas innerhalb eines Fabrikgrundstücks weiter geleitet wird.

Andererseits ist aber Gußeisen insofern das vorzüglichste Material zu Rohrleitungen, als es allen äußeren Einflüssen in bezug auf Rostbildung am besten und längsten widersteht. Ferner hat man es ganz in der Hand, die Stärke der Rohre dem Jnnendruck und seine Form dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend genau anzupassen, was mit keinem anderen Materiale in dieser Vollkommenheit zu erreichen ist.

In der Regel genügt zum Schutz gegen innere und äußere Einflüsse ein zweimaliger Anstrich mit heißem Asphalt innen und außen, wobei darauf zu sehen ist, daß die Metallflächen frei von Rost sind und der zweite Anstrich erst dann aufgebracht wird, nachdem der erste gut und fest getrocknet ist.

Nach den Normen des Vereins deutscher Eisenhüttenleute von 1889 (Tabellen siehe im Anhang) sollen diese Röhren aus grauem, weichem Eisen sauber und fehlerfrei gegossen werden. Es muß möglich sein, mittels eines gegen eine rechtwinklige Kante des Gußstückes mit dem Hammer geführten Schlages einen bleibenden Eindruck zu erzielen, ohne daß die Kante abspringt. Das Eisen muß feinkörnig und zäh sein und sich mit Meisel und Feile bearbeiten lassen. Die Zugfestigkeit soll mindestens 12 kg pro qmm betragen.

2.    Schmiedeeiserne Röhren. Entsprechend der hohen Elastizität und Festigkeit dieses Materials haben diese Röhren, so lange sie bei Leitungen im freien Raume benutzt werden, entschieden den Vorzug vor denen aus Gußeisen, weil sie bei hohem Jnnendruck in den Wandstärken leichter gehalten werden können, als dies bei Gußröhren möglich ist unt> somit infolge ihres geringen Gewichtes die Decken usw., an denen sie befestigt werden, nicht übermäßig belasten.

Andererseits sind sie aber dem Verrosten sehr leicht zugänglich, und empfiehlt es sich deshalb nicht, diese Rohre in feuchtes Erdreich zu verlegen,

weil sie hier sehr bald durch die Feuchtigkeit von außen her durch Rost angegriffen und zerstört werden. Es hilft dagegen auch kein Schutzanstrich mit Asphalt oder Verzinkung, wenn auch zuzugeben ist, daß der Zinküberzug ihre Haltbarkeit um einige Jahre erhöht.

Als weitere unangenehme Eigenschaft der schmiedeeisernen Rohre kommt hinzu, daß sie sich bei jedem Temperaturwechsel ausdehen, wenn sie heiß werden, und sich zusammenziehen, sobald sie erkalten. Wenn nun auch die Gußrohre, — wie alle festen Körper — dieselbe Eigenschaft haben, so ist bei ihnen doch die Ausdehnung viel geringer als bei denen aus Schmiedeeisen, und ist es deshalb bei längeren Leitungen nötig, diese Differenzen durch Kompensationsrohre oder Stopfbüchsen (siehe Fig. 417) auszugleichen.

Die Normalien (siehe Anhang) für schmiedeeiserne Flanschröhren und Verbindungsstücke sind günstiger als die für Gußeisen mitgeteilten, weil sie die Rohrleitung nicht mit größeren starren Massen an Bunden und Flanschen beschweren, als unbedingt nötig ist. Die bestmögliche Verhältnismäßigkeit der einzelnen Teile gibt aber immer die besten Vorbedingungen für die größtmögliche Widerstandsfähigkeit des Ganzen infolge günstigen einheitlichen Zusammenwirkens aller Teile.

Von den verschiedenen Arten schmiedeeiserner Röhren, die im Handel geführt und mit Gewinde und Muffen verbunden werden, dienen die stumpf-geschweißten Rohre zur Leitung von Gas und Wasser mit niedrigem Druck. Bei höheren Drucken werden patentgeschweißte Röhren verwendet, die auch zur Leitung von Dampf bei niedrigem Druck dienen.

Nahtlose Stahl- und Schmiedeeisenröhren eignen sich für Dampfleitungen höherer Druckstufen und werden nach verschiedenen Verfahren hergestellt. Zu dieser Sorte Rohre gehören auch die Mannesmannröhren, die nach dem Erfinder des Schrägwalzvcrfahrens, nach dem sie hergestellt werden, benannt sind. Dieselben besitzen eine viel größere Festigkeit als alle anderen Schmiedeeisenrohre, haben aber sonst dieselben Vorteile großer Leichtigkeit und den Nachteil des schnellen Verrostens wie letztere.

3.    Kupferrohre finden infolge der Kostspieligkeit des Materials nur seltener Anwendung und sind namentlich bei überhitztem Dampf mit Vorsicht zu verwenden. Vor allen Dingen dürfen keine gelöteten Kupferrohre und Formstücke bei überhitztem Dampf Anwendung finden. Das Kupfer selbst ist durchaus einwandsfrei, und nur das Schlaglot ist verpönt. Die im Handel geführten Kupferröhren ohne Naht sind hart gezogen und müssen deshalb vor der Verarbeitung geglüht werden, wenn man es nicht vorzieht, die Röhren gleich ausgeglüht zu bestellen.

4.    Biegsame Metallröhren ohne Naht nach Pat. Nr. 83311 werden von den Deutschen Waffen- und Munitionsfabriken in Karlsruhe i. B. hergestellt und zwar aus gezogenen Rohren durch Einwalzen schraubenförmig gewundener Wulste in dem lichten Durchniesser von 6 mm ab aufwärts. Diese Rohre besitzen infolge der Wulste eine große Biegsamkeit, Dichte und

Widerstandsfähigkeit bei geringer Wandstärke. Sie eignen sich für Luft-, Dampf- und Flüssigkeitsleitungen und, da ihre Außenfläche dreimal so groß als die eines glatten Rohres vom gleichen Durchmesser ist, so sind sie auch für Kühl- und Heizleitungen zu empfehlen. Durch Umhüllen der Rohre mit einfachem oder mehrfachem Geflecht aus Flachstahl wird ihre Biegsamkeit nicht vermindert, aber die Widerstandsfähigkeit gegen inneren Druck erhöht, so daß man diese Rohre auch für Leitungen mit höheren Drucken verwenden kann.

5. Blei- und Zinnröhren haben den Vorteil, daß sie vor allem gegen chemische Einflüsse widerstandsfähiger als andere Metallröhren sind. Namentlich Blei wird einzig und allein zu Säureleitungen verwendet, weil es das einzige Metall ist, welches auch von scharfen konzentrierten Säuren so leicht nicht angegriffen wird. Dagegen hat es den Nachteil der großen Weichheit und ist Verletzungen von außen leicht ausgesetzt. Man muß deshalb diese Rohre gut gegen die Möglichkeit durch Stöße usw. verletzt zu werden schützen.

Da Blei in Wasser von gewisser chemischer Beschaffenheit lösbar ist, und infolge der Bleilösung das Wasser ungenießbar wird, ist darauf zu sehen, daß dies nicht geschieht.

Zinnrohr hat diese Eigenschaft in geringerem Grade und wird oft mit Bleimantel umhüllt im Handel angeboten und in der Technik verwendet. Die Umhüllung mit Blei verbilligt die Qualität des Rohres und erhöht seine Widerstandskraft; denn Zinn steht wie Kupfer sehr hoch im Preis und würden deshalb dickwandige Zinnrohre viel zu teuer zu stehen kommen. Sie finden im Maschinenbau seltener, in der chemischen Industrie und bei der Anlage von Wasserleitungen unter der Bezeichnung Mantelrohr häufiger Anwendung.

Abmessungen der Rohre.

Bei dem in neuerer Zeit oft angewendeten hohen Dampfdruck ist der Dimensionierung der Leitungsröhren, sowie den Rohrverbindungen besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Da nun aber in der Technik nicht nur Rohrleitungen für Dampf, sondern auch ebensooft solche für Wasser, Gas, Druckluft usw. ausgeführt werden und die Normen für alle Rohrleitungen so ziemlich dieselben sind,' so werden wir auch unsere Betrachtung über diese Elemente des Maschinenbaues allgemeiner halten und in entsprechenden Tabellen im Anhang die jeweiligen Verhältnisse angeben, welche für die Spezialleilungen in Frage kommen.

Die Rohre für Dampf- und Wasserleitung werden bei großen Durchmessern aus Schmiedeeisen (Flußeisenblech), bei den mittleren und kleineren Durchmessern ausschließlich aus Gußeisen angefertigt. Da Rohrleitungen oft den Witterungsverhältnissen, oder auch in der Erde den zerstörenden Einflüssen des Grundwaflers ausgesetzt sind, so empfiehlt es sich in diesen Fällen immer Gußeisen zu nehmen, das in dieser Beziehung widerstandsfähiger als Schmiede-

34

und Flußeisen ist. Die Verbindung der Danipfrohre erfolgt immer am besten durch Flanschen. Als Dichtungsmittel wird eine Gummiplatte, Mennige mit Hanfeinlage oder auch Kupferdraht benutzt. Letzterer bedingt, daß in die Flanschfläche Kerben eingedreht werden, in die sich der Kupferdraht legt und beim Anziehen der Flanschenschrauben einpreßt.

Bei Rohren von nicht zu hoher Spannung bestimmt sich die Zahl der

Flanschenschrauben A aus der Formel A — 2 -f- worin D die lichte Weite des Rohres in Millimetern ist.

Ist d die Wandstärke des Rohres, so ist die Stärke der Schrauben */« d zu nehmen, die Flanschhöhe 10 -j- 2,5 d und die Flanschdicke 1,5 d, der äußere Flanschdurchmesser also — D —f— (20 -J- 7 d).

Haben die Röhren stärkeren Druck im Innern auszuhalten, so erhalten sie

t = X (jj Schrauben,

wenn d die Schraubenstärke und n die Zahl des Atmosphärendruckes im Rohre ist.

angewendet.

Bei den Gas- und Wasserleitungsrohren wird meist Muffendichtung

Fig. 453 zeigt dieselbe im Schnitt. Als Dichtungsmaterial dient hierbei Blei, das am besten eingegossen und dann sorgfältig verstemmt wird. Die Abmessungen der Rohrmuffen können nach Verhältniszahlen bestimmt werden, die durch Buchstaben in Fig. 454 angegeben und auf den lichten Durchmesser des Rohres D oder auf seine Wandstärke d bezogen sind.

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Fig. 454.

Fig- 453.

Die Wandstärke d = 8 -f- ~ und sodann nach Reuleaux:

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Wandstärke der Muffe . Stärke des Muffenkranzes Innere Länge der Muffe Länge des Muffenhalses. Gesamtlänge der Muffe. Lichtweite der Dichtung. Höhe des Bleiringes . . Höhe des Wulstes. . . Wandstärke des Wulstes.

dt = 10 + 0,0135 D k = 18 + 0,0025 D ], = 67 + 0,11 D ]„ = 49 + 0,09 D 1 = 116 + 0,20 D b = 5 + 0,007 D h = 28 + 0,07 D a = 1,2 d c = d -f b — 2.

Zur Bestimmung der Wandstärke der Röhren gibt Reuleaux folgenve Formeln an, die auf den lichten Durchmesser D des Rohres bezogen sind, welcher in Millimetern eingesetzt wird, und die Wandstärke 6 in mm ergeben:

Für gußeiserne Gas- und Wasserleitungsröhren

* = ⁸+ä

für gußeiserne Dampfröhren und Luftpumpenzylinder

¹²+ 5-0

für gußeiserne Dampfzylinder und Pumpenstiefel

^ = ²⁰ + W

nach vollendeter Bohrung.

Für das Ausbohren ist also zuzugeben:

Für schmiedeeiserne gezogene Gas- und Wasserröhren bis 150 mm lichte Weite

ä = ² + ß

Bei langen Rohrleitungen für heiße Flüssigkeiten und Dämpfe hat man auf die Ausdehnung der Leitung Rücksicht zu nehmen und dementsprechend sogenannte Kompensationsapparate einzuschalten. Diese gestatten der Leitung in ihrer Längsrichtung eine Verschiebung, und findet man sehr oft für diesen Zweck gebogene Kupferrohre in Schleifenform eingeschaltet, welche ihren Zweck sehr wohl erfüllen. Man hat aber auch noch andere, stopfbüchsenartige Vorrichtungen, die ebenfalls gut wirken, und gaben wir in Fig. 417 einen solchen Apparat im Schnitt wieder. Die Dimensionen sind auf den Wert s — 5 f = 0,5 der Stärke der Stopfbüchsenpackung bezogen und ist alsdann a — 6—12 s; b = 8—10 s. Der Wert e richtet sich nach der Rohrstärke und h ist — 25, 1 aber — 1,5 s.

Breite des Muffenaufsatzes für das Spitzende im Muffensitze — 0,5 <f.

Länge des konischen Überganges vom Muffensitze bis zum glatten Rohre: t' — t — 35 mm.

Die normalen Wanddicken gelten für Röhren, welche einem Betriebsdrücke von 10 Atm. und einem Probedrucke von im Max. 20 Atm. ausgesetzt sind und vor allem Wasserleitungszwecken dienen. Für gewöhnliche Druckverhältnisse von Wasserleitungen (4—7 Atm.) ist eine Verminderung der Wanddicken zulässig, desgleichen für Leitungen, in welchen nur ein geringer Druck herrscht (Gas-, Wind-, Kanalisationsleitungen usw.). Für Dampfleitungen, welche größeren Temperaturdifferenzen und dadurch entstehenden Spannungen, sowie für

34*

Leitungen, welche unter besonderen Verhältnissen schädigenden äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, ist es zu empfehlen die Wandstärken zu erhöhen.

Die Fayonstücke und Krümmer unterliegen sowohl für Flanschen, als auch für Muffenverbindung ebenfalls besonderen Konstruktionsregeln und Normen, die zu beachten sind.

Zunächst ist als Regel festzuhalten, dem Krümmer nie eine kurz gebogene, scharfe Krümmung zu geben, sondern einen möglichst schlanken Bogen zu wählen. Je schlanker der Bogen geführt ist, um so weniger Widerstand wird das durch die Leitung strömende Wasser, Gas usw. finden und um so weniger Störungen sind zu befürchten. Auch für Dampfleitungen ist diese Regel wohl zu beachten.

Die Schenkellänge der Flanschenkrümmer und T - Stücke mit einem Abzweig D beträgt L = D -f- 100 mm. Hat der Abzweig einen Durchmesser d, so wird die Schenkellänge des Abzweigs von Mitte des Hauptrohres aus genommen

mm.

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Tabellen der Normalien siehe Anhang II. Band.

B. Bohrverbindungeil.

Man hat drei Arten der Verbindung zu unterscheiden, Muffen-, Flanschen- und Lötverbindungen. Alle drei sind Spannungsverbindungen, d. h. sie sind bei ihrer Montage mit solcher Anspannung der Verbindungsteile ausgeführt, daß durch den Betriebsdruck eine weitere elastische Veränderung ihrer Form nicht entstehen kann. Von einer guten Rohrverbindung verlangt man vor allen Dingen Festigkeit und Dichtigkeit und je nach dem Zweck, welchem die Leitung dient, wird auch noch Dauerhaftigkeit, Lösbarkeit und Nachgiebigkeit verlangt.

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Verbindungen durch Muffen.

Die Dimensionierung der normalen Muffenröhren haben wir schon angegeben. Sie stehen im allgemeinen Gebrauch bei Leitungen für Gas und Wasser, und wohl auch zu Druckluft- und Dampfleitungen finden sie Verwendung, wenn Druck und Temperatur mäßig sind und besonders dann, wenn die Leitungen im Boden verlegt werden müssen. Die Dichtung der Muffenrohre geschieht meist durch ein geteertes Hanfseil, das in mehreren Windungen in die Dichtungsfuge der Muffe eingelegt wird und einem Bleiring, welcher zugleich einen festen Abschluß nach außen gibt und gut verstemmt werden muß. Der Bleiring wird eingegossen mit Hilfe eines Tonringes oder Dräht-. feiles, das dicht vor der Muffe bis zur Eingußöffnung oben am Rohr ange-

legt wird. Die Rohrwandungen bleiben an den Stellen, wohin die Dichtung zu sitzen kommt, ungeteert, um ein besseres Haften der Dichtung zu bewirken was namentlich beim Verstemmen des Bleiringcs nach erfolgtem Guß zur Geltung kommt. Bei hohem Betriebsdrücke würde die Reibung des Bleiringes an den Rohrwänden dem Druck im Innern der Leitung auf die Dauer nicht widerstehen, und ist deshalb eine andere Muffenkonstruktion mit einspringendem Rande anzuwenden, wie unsere Fig. 455 zeigt, die ein Modell der Berliner Wasserleitung darstellt. Von anderer Seite wird zur Erleichterung des Ver-legens die Abdichtung durch einen Gummiring empfohlen, der, bei der Montage auf dem Rohrende liegend, mit diesem zugleich in die gerillte Muffe (Fig. 456) eingeschoben wird und durch Eindrücken in die Rillen eine gute Dichtung herbeiführt. Man findet wohl auch zur Erzielung einer besseren Abdichtung das verstärkte Schwanzende des Rohres konisch abgedreht, so daß es in eine ihm entsprechende Vertiefung in der Muffe paßt. Diese Dichtung (Fig. 457)

Fig. 455.

Fig. 456.

F-g. 457.

ist aber nur in geradeliegenden Rohrsträngen zu verwenden. Die übrigen Dichtungsarten lassen eine geringe Abweichung von der geraden Richtung zu, so daß man nach großem Halbmesser gelegte Kurveit auch aus geraden Rohren verlegen kann. Besser ist es aber, Kurven nach größeren Radien so zu verlegen, daß man je nach dem Halbmesser der Kurve 2—3 gerade Röhren geradlinig miteinander verbindet und dann ein Kurvenstück folgen läßt. Für stärkere Abweichungen hat man wohl auch flexible Rohrverbindungen angewendet, die aber ziemlich kostspielig sind und sehr selten Anwendung finden.

Die Rohrverbindung mit Schraubenmuffe wird meist bei schmiedeeisernen engen Rohren angewendet und ist allgemein bekannt. Diese Verbindung gewährt stets eine einfache, feste, dauerhafte und leichte Montage und ist deshalb bei der Installation von Gas- und Wasserleitungen vor allen anderen Verbindungsarten bevorzugt.

Die Abdichtung geschieht bei diesen Verbindungen mit Hanf und. Mennige. An Stelle der Mennige, die giftig ist, wird jetzt vielfach giftfreier Dichtungskitt angewendet, der genau dieselben Dienste leistet.

Leitungen für Preßluft und Hochdruck-Dampf dichtet man mit Kupferringen und bei Niederdruck-Dampfheizungen sowie Tiefbohrungsröhren verbindet man die Rohre durch innen lieg ende Schra u b enmuffen oder Nippels. Das Gewinde ist Gasgewinde, welches links- und rechtsgängig auf beiden Rohrenden schwach konisch zulaufend

aufgeschnitten >vird, wodurch schrauben erzielt.

man eine selbstdichtende Wirkung beim Ein-

Überwurfmuttern dienen zur Befestigung der Rohr- oder Schlauchstutzen an Rohrenden. Bei engen, stabilen Leitungen und bei Leitungen, die öfter verlegt werden müssen, sind sie mit Vorteil zu verwenden.

2.

Flanschen - Verbindungen.

Unter schwierigeren Verhältnissen, namentlich bei höherem Druck, wo die Dichtigkeit der Rohrverbindung nicht nur wesentlich größer, sondern auch sehr sicher sein muß, sind die Flanschenverbindungen unbedingt allen anderen vorzuziehen. Soll der Flansch fest auf dem Rohr sitzen, so wird er bei Gußrohren mit dem Rohr aus einem Stück gegossen (Fig. 458); bei schmiedeeisernen Rohren aber aufgeschweißt (Fig. 459), aufgelötet oder aufgenietet (Fig. 460). Im letzteren Falle wird er aus Flanschwinkeleiseu geschmiedet, das verschieden starke Winkel hat. Auf schwachen schmiedeeisernen Rohren zieht man wohl auch den Winkelring warm auf, lötet aber der Sicherheit halber die Sitzstellen noch mit Hartlot nach. Auch bei Kupferrohren bedient man sich derselben Verbindungsart nach Fig. 461, nur werden hier die Dichtungswinkelringe aufgelötet, und der eigentliche Flansch hängt als lose Scheibe auf dem Rohrende und legt sich beim Anziehen der Schrauben gegen den aufrecht stehenden Bund des Dichtungsringes.

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Fig. 458.

F-g. 459.

F'g. 460.

Fig- 461.

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Fig. 462.

Fig- 463.

Fig- 464.

Man gibt wohl auch Kupfcrrohren an Stelle des aufgelöteten Dichtungsringes eine einfache Umbördelung des Rohrendes (Fig. 462) ober eine Doppelbördelung nach Patent Mannesmann (Fig. 463) und bedarf dann nicht der aufgelöteten Dichtungsringe. Bei schmiedeeisernen Rohren ersetzt man die Bördelung wohl auch durch aufgeschweißte oder aufgelötete Bundringe (Fig. 464). Als kleinste Abmessung für die Stärke des Bundringes ist zu nehmen d = 5 + 0,05 D mm, wenn D die lichte Weite des Rohres ist, und für die Breite des Bundringes nimmt man b = 10 —0,07 D mm. Bei diesen Abmessungen kann sowohl der Durchmesser des Lochkreises, als auch des Flansches kleiner genommen werden, doch empfiehlt es sich, die in der Normal-Flanschtabelle angegebenen Maße stets einzuhalten, weil dann auch normale Rohre sofort angeschlossen werden können.

Fig. 465.

Flanschendichtung. Am günstigsten ist eine Flanschdichtung, welche auf der ganzen Fläche des Flansches aufliegt. Bei Abdichtung zwischen vorspringenden Dichtungsleisten wird an Dreharbeit gespart; außerdem braucht man nicht so viel Dichtungsmaterial und braucht aus der Dichtung die Schraubenlöcher nicht auszuschneiden. Dasselbe ist auch der Fall bei Dichtungen zwischen Bördel oder Bundringen (Fig. 462—464) und ist auch bei den übrigen Figuren die Anordnung der Dichtung zu erkennen. So wird sie bei Fig. 458—461 durch eine Ringnut gebildet, die allerdings akurate Dreharbeit verlangt und infolgedessen etwas teurer zu stehen kommt. Die Ringnutdichtung bietet aber große Sicherheit dafür, daß die Verdichtung weder nach innen noch nach außen vortreten oder herausfliegen kann, und ist deshalb bei Hochdruckleitungen sehr wohl am Platze (bei hochgespanntem Dampf). Als Dichtungsmaterial nimmt man für Dampf, warmes Wasser, Säuren und heiße Gase Asbest; bei weniger hohem Druck eignet sich- Gummi mit Draht- oder Hauf-einlage, bei geringem Druck eine Gummidichtung ohne Einlage, und zwar für Wasser, Luft und Luftleere (Vakuum) bei Temperaturen unter 50° C. Für Dampf-, Wasser- und Preßluft wird auch mit Leinöl getränkter Pappendeckel oder Zeichenpapier als Dichtuugsmaterial benutzt, und für Kupferrohre und gußeiserne Flanschrohre mit hohem Druck und hoher Temperatur Kupferringe nach den in Fig. 465 angegebenen Querschnittsprofilen. Sie kommen zwischen glatt gedrehte Flächen zu liegen, und legt man bei hohem Wasserdruck auch innerhalb des Kupferringes noch eine Gummidichtung ein.

Das Anziehen der Dichtungsschrauben hat gleichmäßig, abwechselnd nach und nach zu erfolgen und zuletzt gleich stark an allen Schrauben. Ferner sind nach Beginn des Betriebes und an den folgenden beiden Tagen sämtliche Schrauben nochmals nachzuziehen, weil durch den Betrieb Formveränderungen in der Leitung durch Dehnung eintreten, die auf die Dichtungen teils lockernd, teils spannend einwirken.

5.

Gemischte Rohrverbindungen.

Sehr häufig wird bei Wasserleitungsanlagen die Verbindung eines Muffenrohres mit Bleirohr nötig. Man bewirkt dieselbe, indem man in die Muffe des Gußrohres einen durchbohrten und mit Gewinde versehenen

Stöpsel oder Endblock eindichtet und in dieses Gewinde einen sogenannten Messingsauger mit oder ohne Kappe einschraubt. An das glatte Ende des Messingsaugers wird das Bleirohr angelötet. Zur Verbindung zwischen Flanschrohren mit Bleirohr bedient man sich eines Blindflansches, in welchen der Messingsauger eingeschraubt wird.

Die Verbindung der Bleirohre unter sich geschieht durch Kelchlötung, indem man das eine der zu verlötenden Rohre an einem Ende kelchförmig mit einem Holzdorn auftreibt und das andere zuspitzt, so daß beide Enden gut ineinander passen. Auf den Berührungsflächen wird durch Schaben eine reine Metallfläche erzeugt, und müssen die Rohrenden etwa 10—15 mm übereinander liegen. Beim Bleilöten mit Lampe nimmt man ein Lot aus gleichen Teilen Zinn und Blei, beim Löten mit Kolben soll das Lot aus 2 Teilen Zinn auf 1 Teil Blei bestehen. Bei der Herstellung seitlicher Abzweige wird die Abzweigung in der Richtung des Abflusses so hergestellt, daß an dieser Stelle durch Abrundung eine Erweiterung entsteht.

Ist an einem Hauptrohr ein Anschluß zu bewirken, so wird in das Hauptrohr ein der Weite des Anschlußrohres entsprechendes Loch eingearbeitet, welches genau passen muß.

Als schnell lösbare Verbindung ist die Schlauchverschraubung zu empfehlen, wie man sie z. B. an Feuerhähnen, Hydranten usw. gern anwendet. Das Kuppelgewinde dieser Verbindung ist ein sogenanntes Kordelgewinde, also rundes Gewinde und hat die Eigenschaft, daß es beim Zusammenschrauben stets sofort und sicher faßt und nicht so leicht wie scharfes Gewinde beschädigt wird.

Die Abdichtung der beiden Schlauchhülsen unter sich geschieht durch Lederscheiben, doch sind diese Teile in der Regel so ineinander gepaßt, daß sie auch bei fehlender Lederscheibe durch den angedrehten Konus sich abdichten.

Will man Bleiröhren lösbar durch Flanschen kuppeln, so werden die Rohrenden umgebördelt, so daß sich der Bördel vor den auf das Rohr gesteckten losen Flanschen legt. Beim Anziehen der Flanschschrauben dichten dann die Bördel selbst ab. Man kann aber Verschraubungen von Bleiröhren auch dadurch herstellen, daß man in die zu verbindenden Rohrenden zueinander passende Messingstücke einlötet, und wird dann die Dichtung durch einen dazwischen gelegten Gummi- oder Bleiring ermöglicht. Zinnrohr mit Bleimantel behandelt man ebenso wie Bleirohr, lötet mit einem Lot ans 4 Teilen Blei auf 5 Teile Zinn und nur mit dem Kolben. Die Lötflüchen werden vor dem Löten leicht mit Salzsäure bestrichen.

Kegeldichtung nennt man die in Fig. 466 dargestellte Rohrverbindung, deren Herstellung wir schon kurz beschrieben haben.

Zur Abdichtung der Rohrenden dient ein Doppelkegelmusf aus Messing, dessen beide Enden je

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Fig. 466.

einen Dichtungskonus tragen, der in seiner Abschrägung genau den Dichtungskegelflächen der Bleirohrenden entspricht. Die Kegeldichtungsflächen des Kuppelmuffes erhalten entweder einige eingedrehte Rillen, oder sie werden gewellt gedreht, um einen dauerhaft dichten Abschluß zu bewirken.

In Fig. 467 ist die Verbindung eines Bleirohres mit einem Muffenrohre durch Kegeldichtung hergestellt. Auch hier erhält das anzudichtende Bleirohrende a einen losen Flansch mit kegelförmiger Nabe, in welche das kegelförmig erweiterte Bleirohrende gut paßt. Der in den Rohrmuff eingesetzte Endstöpsel b erhält an dem dem Bleirohr zugekehrten Ende einen der Muffe in Fig. 466 analogen Dichtungskonus, welcher sich beim Anziehen der Verbindungsschrauben in das erweiterte Bleirohrende Preßt. Die Flanschen erhalten in beiden Fällen nach Fig. 466 und 467 meist nur zwei Schrauben und ovale Form. Fig. 468 zeigt noch die Anwendung der Kegeldichtung auf gußeiserne Flanschenrohre

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Fig. 468.

Fig. 467.

bei Anschluß von einem Bleirohr, und erklärt sich ihre Anwendung nach vorstehender Beschreibung aus der Abbildung.

Als besonderer Vorteil dieser Verbindungsart Fig. 468 ist der Umstand zu betrachten, daß hierbei nicht ein teurer Messingsauger wie bei Fig. 466 und 467 zur Anwendung kommt, sondern ein entsprechend geformtes gußeisernes Flanschstück b. Man kann diese Verbindungsart auch für schmiedeeiserne und Kupferrohre mit Vorteil anwenden, nur muß dann die kegelförmige Dichtungsfläche eine ringförmige Einlage aus Blei oder Gummi usw. erhalten, um einen dichten Abschluß zu erzielen.

Bei Bleirohrleitungen, welche nicht unter Druck stehen, z. B. bei Abflußleitungen aus Bleirohr, bedient man sich zur Abdichtung bezw. Anschluß nicht überall der Lötung und bewirkt dann den Anschluß in der Weise, daß man das eine Rohrende zu einer Muffe erweitert, in welche das andere Rohrende gesteckt wird, nachdem es vorher mit einer Lage Hanf umwickelt und mit Mennige oder Brunnenkitt bestrichen worden ist. Das beim Einstecken herausquellende Dichtungsmaterial wird glatt gestrichen und zur größeren Sicherheit noch ein Hansband um die Mündung der Muffe gelegt.

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Asphaltröhren werden in der Regel als gewöhnliche Muffenverbindung behandelt, und wird hierbei der Spielraum zwischen Muffe und Zopfende durch Asphaltkitt abgedichtet. Oft sind die Rohre auch ganz glatt und werden nur stumpf gestoßen. Die Abdichtung geschieht durch einen Überschieber; der Spiel-zwischen diesem und den Rohrenden wird mit Asphalt vergossen. Bei

hohem Druck werden an den Rohrenden Flanschen aus Guß- oder Schmiedeeisen befestigt.

Auf den Tafeln VII und VIII sind noch 36 Arten diverser Rohrverbindungen für Röhren aus Kupfer, Schmiedeeisen, Gußeisen und Messing dargestellt, wie sie im Maschinen- und Apparatebau vielfach Anwendung finden.

Tafel VII.

Rohrverbindungen.

Fig. 1. Zusammengelötete Kupferrohre mit außen liegender Muffe. , Länge der Muffe mindestens gleich dem Rohrdurchmesser.

Fig. 2. Zusammengelötete Kupferrohre mit einem eingezogenen und einem glatten Ende. Länge des Einzuges am besten gleich dein Rohrdurchmesser. Diese Verbindung ist nur da zu empfehlen, wo es nötig ist, daß die Rohre außen ganz glatt bleiben. Der Einzug verursacht eine Verengung des Rohrquerschnittes und somit Störungen, bezw. Verlangsamung der Durchflußgeschwindigkeit.

Fig. 3. Zusammengelötete Kupferrohre mit einem konisch erweiterten und einem entsprechend konisch eingezogenen Ende.

Fig. 4. Schmiedeeiserne Rohre stumpf gestoßen und durch eine aufgelötete Kupferhülse verbunden.

Fig. 5. Verschraubte Kupferrohre mit vollen kupfernen Bordscheiben, die von der Dichtungsseite aus hart aufgelötet werden.

Fig. 6. Verschraubte Kupferrohre mit kurzen kupfernen Bordscheiben, die von der Rückseite nnd von außen hart aufgelötet werden. Die Rohrenden sind innen etwas umzubördeln und auszuziehen.

Fig. 7. Verschraubte Kupferrohre mit umgebördelten Rohrenden und losen, dahinterliegenden schmiedeeisernen Verbindungsflanschen.

Fig. 8. Verschraubte Kupferrohre mit hart aufgelöteten, kurzen, kupfernen Bordscheiben. Der Flansch der einen Bordscheibe und die Dichtungsscheibe sind in dem stärkeren der beiden losen schmiedeeisernen Flanschen versenkt gelagert.

Fig. 9. Verschraubte Kupferrohre mit vernieteten Rohrenden, in welche die Bordscheiben hart eingelötet werden.

Fig. 10. Verschraubte Kupferrohre mit hart aufgelöteten Notgußbunden, in welchen eine Nut und Feder vorgesehen ist. Die Verschraubung geschieht durch lose, schmiedeeiserne Flanschen.

Fig. 11. Verschraubte Kupferrohre mit glatten, an den Rohrenden hart aufgelöteten Kupfer- oder Eisenringen und dahinter sitzenden losen, eisernen Verbindungsflanschen.

Fig. 12. Verschraubte Kupferrohre mit auf den glatten Enden aufgelöteten saunierten Rotgußbandagen und dahintersitzenden, losen, schmiedeeisernen Verbindungsflanschen.

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Fig. 13 u. 14. Verschraubte Schmiedeeisen rohre, bis 250 mm Durchmesser anwendbare Verbindung. Die Flanschen sind aus Stahlguß und erhalten im Rohrsitz eingedrehte Rillen oder Ausbauchungen, in welche die Rohre eingewalzt werden. Die Dichtungsflächen sind glatt mit Nut und Feder. Der eine Flansch ist behufs Zentrierung drehbar auf einem Konus ausgebildet.

Fig. 15. Verschraubte Schmiedeeisenrohre mit aufgeschweißten Bunden, die abgedreht werden und auf der Dichtungsfläche eine Nut bezw. Feder erhalten. Die Stahlgußflanschen sind lose, hinter den Bunden sitzend, gedacht.

Fig. 16. Rohrverbindungen zwischen Gußflanschrohr und Schmiedeeisenrohren. Der lose Flansch des schmiedeeisernen Rohres sitzt hinter dem aufgeschweißten Bund. Die Abdichtung wird durch eine Nut und Zentrierring bewirkt.

Fig. 17. Verschraubte Kupferrohre mit Rotgußlinsendichtung und losen, hinter dem Rohrbördel sitzenden Stahlgußslanschen.

Fig. 18. Rohrverbindung zwischen Kupfer- und Gußrohr mit Linscn-dichtung, wie bei Fig. 17.

Fig. 19. Verschraubte Schmiedeeisenrohre mit ausgeschraubten Rotguß-flanschen, deren Abdichtung durch Dreiecknut und Zentrierring erfolgt.

Tafel VIII.

Rohrverbindungen und Rohrftuhen.

Fig. 20. Gasrohrverschraubung mit auf- und eingeschnittenem Gewinde.

Fig. 21. Gasrohrverschraubung. Die mit Gewinde beschnittenen Enden sind zugeschärft und werden durch eine Muffe mit Rechts- und Linksgewinde zusammen verschraubt.

Fig. 22. Gasrohrverschraubung. Die Muffe ist auf dem einen Rohrende hart aufgelötet und wird das andere mit entsprechendem Gewinde versehene Ende in dasselbe eingeschraubt.

Fig. 23. Gasrohrverschraubung, bestehend aus einer Muffe mit Rcchts-und Linksgewinde und angeschnittenen Rohrenden. Die Muffe wird zu beiden Seiten auch durch Gegenmuttern abgedichtet, welche zum Zweck der Dichtungseinlage innen ausgedreht sind.

Fig. 24—27. Kupferrohrverbindungen mit hart aufgelöteten Rotgußflauschen und verschiedenartig angeordneten Dichtungsringen und Nuten.

Fig. 28 u. 30. Kupferrohrverbindungen mit angenieteten Notgußflanschen und Kupferdichtungsringen.

Fig. 29. Kupferrohrverbindung mit aufgenieteten Notgußringen auf umgebördelten Rohrenden. Die Abdichtung erfolgt durch eine Bronze-linse nach Maßgabe der Zeichnung.

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Rohrstnhen an Gefäßwänden mit Doppelboden.

Fig. 31. Zwischen die beiden Wände wird eine gnß- oder schmiedeeiserne Platte genietet, auf welche alsdann von außen der Stutzen mit Stiftschrauben befestigt wird.

Fig. 32. Am Stutzenloch wird an die innere Platte ein Gewindestück mit Mutter geschraubt, die äußere Platte aufgesetzt, der eigentliche Stutzen in das Gewindestück eingeschraubt und durch die äußere Gegenmutter endgültig befestigt. Alle Berührungsflächen sind gut durch Einlagen abzudichten, die je nach dem Zweck, deni die Gefäße dienen, verschieden zu wählen sind.

Fig. 33. Zwischen die Wände ist eine schmiedeeiserne Platte genietet, in welche der schmiedeeiserne Rohrstutzen eingeschraubt und durch außen auf ihm angeordnete Gegenmutter gesichert wird. Durch Verstemmen der Dichtungsflächen ist hiermit eine dampf- und gasdichte Abdichtung zu erzielen.

Fig. 34—36. Bodenstutzen für gewölbte Doppelböden an Dampf- usw. Kochgefäßen.

Dichtnngsiiiaterialien.

1.    Asbestpappe, 4 min dick, inLeinölfirnisgetränktodermitdünnerMennige bestrichen, wird als volle Scheibe bis an die Schrauben heran zwischengeschraubt.

2.    Asbestschnur, rund oder viereckig, wird innerhalb der Schrauben auf die glattgedrehten Dichtungsflüchen gelegt und verschraubt.

3.    Asbestscheiben mit Drahteinlage (auch Messinggaze) werden innerhalb der Schrauben auf die Dichtungsflächen gelegt. Bestreichen mit dünner Mennige kann geschehen, ist aber nicht immer angebracht.

4.    Gummi aus Platten geschnitten, 2—4 mm dick, mit Leinwandüberzug oder Einlage, kommt innerhalb der Schrauben auf die Dichtnngsfläche. Der Durchgang ist größer zu schneiden als der des abzudichtenden RohreS, damit nach dem Verschrauben die Dichtung nicht innen übersteht und den Rohrquerschnitt verengt.

5.    Ringe aus Rund- oder Vierkant-Gummi dienen zum Abdichten der Mannlöcher und Deckel, bezw. zur Einlage in Dichtungsnuten. Leinwand-Einlage oder -Überzug ist besser als reiner Gummi.

6.    Weichblei-Ringe zirka 10 mm breit, 4—5 mm dick, zur Einlage in eingedrehte Rillen bei Dichtung von Gußflanschen. Die Schrauben sind sehr kräftig anzuziehen.

7.    Bleiringe mit Bindfadenumwickelung werden mit Mennige oder Glycerinkitt beiderseits bestrichen und innerhalb der Schrauben eingelegt.

8.    Mennige oder Glycerinkitt wird mit Hanffäden gemischt auf die Dichtungsfläche aufgetragen, dann folgen Bindfäden, kreuzweise auf die Kittunterlage gelegt, und hierauf wieder eine Kittschicht. Die Schrauben sind gut anzuziehen, anzuwärmen und wieder gut nachzuziehen. —

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Hähne und Ventile.

Wo Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase in Rohrleitungen zirkulieren oder in Gefäßen enthalten sind, bedarf man gewisser Vorrichtungen, um die tropfbar flüssigen oder gasförmigen Stoffe in ihrem Umlauf zu regulieren, ein- oder auszulassen oder abzusperren. Diese Vorrichtungen dienen also zum Öffnen und Schließen von Rohrleitungen und Gefäßen, und je nachdem das Abschlußorgan gestaltet ist, welchen besonderen Zwecken es dient, oder mit welchen mechanischen Mitteln der Abschluß erfolgt, hat man verschiedene Arten von Abschlußvorrichtungen zu unterscheiden.

Maßgebend für die nähere Bezeichnung der Abschlußorgane ist die Gestaltung des den Abschluß bewirkenden Konstruktionsteiles. Besteht z. B. der abschließende Körper aus einem durchbohrten Konus, dessen Mittelachse die Mittelachse des Rohres oder Auslaufstutzens kreuzt, so nennt man das Abschlußorgan einen Hahn. Wird der Teil, welcher den Abschluß bewirkt, mechanisch gesenkt oder gehoben, so bezeichnet man ihn als Ventil, bewegt er sich schwingend an einem Scharnier, so bildet er eine Klappe, und wird zum Abschluß einer Rohrleitung quer zu ihrer Längsachse ein Absperrorgan von oben oder von der Seite so eingeschoben, daß der volle Querschnitt der Leitung dadurch versperrt wird, so bezeichnet man diese Vorrichtung als Schieber.

Bei der Herstellung aller Abschlußvorrichtungen kommt es vor allen Dingen darauf an, daß der abschließende Teil an seinen Abschlußflächen zuverlässig abdichtet, damit auch wirklich ein Absperren der Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase eintritt, wenn man das Abschlußorgan betätigt. Da aber naturgemäß gerade diese Dichtungsflächen einer Abnutzung durch den Gebrauch unterliegen, so muß dafür gesorgt sein, daß man ohne Schwierigkeiten zu diesen Teilen gelangen kann, um sie nachsehen und gegebenenfalls auswechseln oder adjustieren zu können. Zu dieseni Zweck werden die vorgenannten Abschlußorgane in Gehäusen untergebracht, deren Gestaltung nicht nur von dem Abschlußorgan, sondern auch von dem besonderen Zweck abhängt, dem die Vorrichtung dient.

Das Material, aus dem diese Teile hergestellt werden, richtet sich nach den Stoffen, zu deren Abschluß sie dienen, weil namentlich das Material der Dichtungsflächen von gewissen Stoffen mehr oder weniger stark angegriffen wird. So kann man beispielsweise zum Abschluß von Säureleitungen nur Abschlußvorrichtungen benutzen, deren Abschlußorgane aus Hartblei oder

Porzellan bestehen. Dampf und heiße Flüssigkeiten erfordern Dichtnngsflächen aus Rotguß oder Bronze, für Wasser können die Abschlußkörper aus Eisen oder Holz fein, zur Dichtung nimmt man auch Leder und Gummi usw.

Bei der Konstruktion der Äbschlußvorrichtungen ist stets darauf zu achten, daß der Querschnitt der Leitung in keinem Querschnitt des Organs verengt oder erweitert wird, weil in beiden Fällen Unregelmäßigkeiten und Stauungen im Kreislauf der die Leitung und ihre Organe durchströmenden Stoffe entstehen. Fehler dieser Art können leicht auch zu Rohrbrüchen führen, denen man allerdings durch Einbau gewisser Vorrichtungen vorbeugen oder dieselben in ihrer schädlichen Wirkung abschwächen kann.

Die Hähne.

Dieses in seiner Grundform einfachste und älteste Abschlnßorgan besteht, wie Fig. 469 zeigt, aus zwei Teilen, dein Abschlußkörper oder Hahnküken und dem Gehäuse. Beim Abschließen und Öffnen wird das Küken durch

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Schlüssel oder Handgriff um seine Achse gedreht, und kann man, je nach der Stellung der Durchbohrung des Hahnkükens zum Rohr bezw. Ge-häusednrchgang, den Durchfluß nach Bedarf regulieren. Man gibt dem Küken eine konische Form, um eine bessere Dichtung in dem ebenfalls konisch ausgebohrten Gehäuse zu erzielen, in welches das Küken sauber eingeschliffen wird. Das Küken erhält am unteren Ende einen Schraubenbolzenansatz, so daß man durch Anziehen der Mutter den Hahn abdichten kann. Die Konizität des Hahnkükens nimmt man 7—14°.

8>g. 469.

Im allgemeinen werden Hähne da, wo es sich um einen schnellen Abschluß von Flüssigkeitsund kalten Gasleitungen handelt, gern benutzt und finden bei Dampfanlagen nur in sehr kleinen Abmessungen, z. B. als Wasserstands- und Probier-hähue, Anwendung, während sie sonst bei warmen und Dampfleitungen, die unter Druck stehen, weniger zu empfehlen und schiver dicht zu halten sind.

Bei den gewöhnlichen Hähnen ist die Durchgangsöffnung im Küken länglich geformt, um den Durchmesser des Kükens und auch das Gehäuse an dieser Stelle nicht zu sehr zu schwächen und genügend Material in beiden zu behalten. Gußeiserne Hahngehäuse nimmt man in der Wandung ebenso stark als die der gleichweiten gußeisernen Leitungsrohre 4. Ist das Gehäuse aus

Messing, so genügt eine Wandstärke von 0,7 <?. Als Bezugseinheit gilt bei der Berechnung der Abmessungen der Durchmesser des anschließenden Rohres im Lichten — d, und wird dann

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Auf der Tafel Nr. IX sind eine Anzahl gangbarer Hahntypen dargestellt, wie sie ganz in Eisen oder auch das Gehäuse in Eisen, das Küken in Rotguß ausgeführt werden. In der Fig. 6 ist ein Ablaßhahn mit Flansch, in den übrigen Durchgangs- bezw. Dreiweghähne dargestellt. Diese großen Hähne versieht man nur selten mit einem Handgriff am Küken, sondern gibt ihnen einen Kopf mit quadratischem Querschnitt, auf welchen der in Fig. 10 dargestellte Aufsteckschlüssel paßt.

Wie diese Abbildungen erkennen lassen, wird der Anschluß stets der Art der Rohre angepaßt, an welche die Hähne angedichtet werden. Sie erhalten dementsprechend Ansätze mit Muttergewinde oder Flanschen, mitunter auch beide Arten Anschlüsse (Fig. 5) und nicht selten auch einen Gewindestutzen (Fig. 2), um mittels einer Überwurfmutter einen Schlauch oder ein Rohr schnell anschließen oder ablösen zu können.

Hähne mit Handgriffen zeigen Fig. 470 und 471, und zwar sind dies Abbildungen von kleinen ganz in Messing ausgeführten Probierhähnen, wie

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Fig- 470.

Fig. 471.

Fig- 472.

man sie an Dampfkesseln zur Kontrolle des Wasserstandes anbringt. Da aber diese Hähne durch Ausscheidungen aus dem Kesselwasser nicht selten in ihrem Sitz festbrennen und dann schwer oder gar nicht zu bewegen sind, so wendet man oft die in Fig. 472 dargestellten Probier- und Ablaßhähne mit Klappenventilen an, die allerdings die Bezeichnung „Hahn" mit Unrecht führen, weil in ihnen kein Hahnküken, sondern eine Klappe den Abschluß herstellt, die durch Umlegen des im Bilde sichtbaren kleinen Gegengewichtshandhebels geöffnet oder geschlossen wird.

Die auf der Tafel und in Fig. 470—472 dargestellten Hähne zeigen Modelle der Firma Wwe. Johann Schumacher in Köln a. Rh.

Dreiwegehähne werden ebenfalls oft in Leitungen eingebaut, um, wie schon die Bezeichnung sagt, nach drei Seiten hin den in der Leitung zirkulierenden Stoffen Durchgang nach Bedarf zu gestatten. Derselbe soll natürlich nie

wird. Die in Fig. 8, 9 und 11 auf der Tafel dargestellten Typen sind Dreiwegehähne; Querschnitts-L skizzen dieser Hähne zeigt Fig. 473. Diese Hähne z werden in denselben Abmessungen gebaut, wie die gewöhnlichen Hähne, nur etwas länger, und nimmt man die Baulänge L — 2,8 d. Man unterscheidet hin-sichtlich der Wegführung im Konus zwei Varianten, die ^ £ in Fig. 473 dargestellt sind.

gleichzeitig nach zwei Richtungen hin erfolgen, sondern es sollen stets nur zwei Anschlüsse miteinander in Verbindung sein, während der dritte abgesperrt

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Bon den vielen Arten Hähnen, die es in der — Praxis gibt, können wir hier nur einige mitteilen, die sich besonders gut bewährt haben.

F!g. 473.

Wie wir schon sagten, sind die gewöhnlichen Hähne schwer dicht zu halten, weshalb man in Fällen, wo mit dauernd guter Dichtigkeit der Hähne gerechnet werden muß, Stopfbüchsenhähne (Fig. 474 und 475) verwendet, bei denen das Hahnküken einen in einer Stopfbüchse geführten zylindrischen Ansatz zwischen Konus und Schlüssel-Vierkantkopf erhält.

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Fig- 474.

Die in Fig. 474 und 475 dargestellten Hähne nach System Klein fallen durch die an ihnen patentierte Schmiervorrichtung auf. Durch die an den Dichtungsflächen angeordneten Schmierringe c und b, in welche von außen durch die Füllschraube a bezw. R konsistentes Fett eingeführt werden kann,

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bleibt das Küken konstant unter Schmierung, und wird hierdurch ein Festbrennen vollständig vermieden.

Während nun bei den bisher besprochenen Hähnen das Dichthalten lediglich von der Wartung abhängt, werden die sogenannten selbstdichtenden Hähne durch den Druck der Flüssigkeit, welche den Hahn durchströmt, abgedichtet. Bei diesen Hähnen ist das Küken hohl und wird von unten in das Gehäuse eingesetzt. Dementsprechend ist die Konizität des Kükens umgekehrt mit dem größeren Durchmesser unten, mit dem kleineren nach oben gerichtet. Der an der schmalen Seite des Konus anschließende runde Zapfen mit Schlüsselkopf ist durch Stopfbüchse abgedichtet, und erhält das hohle Hahnküken

an einer Seite eine Durchlochung von gleichem Querschnitt, wie sonst das volleHahn-küken. Die Flüssigkeit strömt nun von unten in das hohle Hahnküken und preßt es gleichmäßig von innen nach außen gegen die Wandungen des Gehäuses, wodurch eine Selbstdichtung bewirkt wird. (Siehe Fig. 475 b.)

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Fig. 475 b.

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Ventile.

Die Verschiedenartigkeit dieser Abschlußorgane ist ungeheuer groß, und haben wir als besonderes Kennzeichen derselben schon angegeben, daß bei ihnen

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Fig. 476.

der abschließende Körper beim Öffnen gehoben wird, beim Absperren sich senkt, und geschieht dies, je nach der Art des Ventiles, von Hand, selbsttätig oder zwangläufig, mechanisch oder durch Federkraft, aber immer mit der gleichen Endwirkung.

a) Absperrventile.

Wenn man die Ventile noch zu den Maschinen 'leiuenlen rechnet, so ist das insofern berechtigt, als sie so, wie sie im Handel geführt werden, ein einheitliches Ganzes bilden, das direkt in die Leitung eingebaut oder an Apparate und Maschinen angeschlossen werden samt. Jedes Ventil besteht aus einer Anzahl einzelner Teile, und sind in Fig. 476, 477 und 478 einige gangbare Typen der am meisten angewendeten Ventile dargestellt.

Unsere Fig. 476 zeigt ein Durchgangs-Eckventil, Fig. 477 ein Wechselventil und Fig. 478 ein entlastetes Durchgangs-Absperrventil, System Daelen.

Die gewöhnlichen Ventile bestehen im großen ganzen stets aus denselben Teilen, mit geringen Abweichungen in der Konstruktion. So sind z. B. die drei Gehäuse G in den Fig. 476—478 verschieden und ihrem Zweck entsprechend als Durchgangsventil (Fig. 478) mit zwei in einer Achse liegenden Anschlußstutzen und Flanschen, als Eckventil (Fig. 476) mit zwei über Eck und || rechtwinklig zueinanderstehenden Stutzen und endlich als Wechselventil (Fig. 477) mit 3 Stutzen, deren Achsen sich im rechten Winkel kreuzen ausgebildet.

Auf dem Gehäuse G ist in der Regel ein Deckel D angeordnet, welcher die Stehbolzen A trägt, die aber auch unter Wegfall des Deckels D in den Ventilgehäusekörper G eingeschraubt sein können, wie Fig. 477 zeigt. Die beiden Schraubenbolzen A tragen eine Traverse oder Brücke T, in welche die Mutter für die Schraubenspindel 8 eingesetzt ist. Letztere trägt an ihrem oberen Ende das Handrad H und am unteren den Ventilkegel oder -teller V, welcher sich durch angegossene Lappen F in beut Ventilsitz geradlinig führt. Außerdem ist der glatte Schaft der Spindel 8 noch in einer Stopfbüchse St geführt, die im Deckel D oder in dem Gehäusekörper sitzt und die Spindel nach außen abdichtet. Durch in dem Gehäuse attgeordnete und in ihm eingegossene Wände W wird das Innere in zwei Teile geteilt, welche der Ventilteller voneinander trennt. Zwischen diesen Wänden W sitzt der sogenannte Ventilsitz R Es ist dies ein sehr sauber ausgedrehter Metallring mit flach konisch ausgedrehter Dichtungsfläche, auf

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Fig. 478.

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welche der Ventilteller sorgfältig aufgeschliffen wird. Durch Drehung des Handrades wird die Spindel 8 auf und nieder bewegt, und wird der Ventilhub so groß bemessen, daß nach völligem Öffnen der Querschnitt für die Durchströmung dem der anschließenden Rohrweite gleich ist.

Bei hohen Drucken lastet nun auf dem Ventil oft ein so starker Druck, daß es schwer fällt, mit Hand das Ventil anzustellen, und bedient man sich in solchen Fällen der entlasteten Absperrventile (Fig. 478). Hier tritt der Dampf oberhalb des Kegels ein. An der Ventilspindel sitzt nur der in der Abbildung sichtbare kleine Ventilkegel, der eine in der Mitte des Hauptkegels vorgesehene Öffnung verschließt. Der Hauptkegel hat in dem Ventilgehäuse so viel freies Spiel, daß sich der Dampf- oder Wasserdruck in dem Raum oberhalb dieses Kegels entfalten und beide Kegel niederdrücken kann. Sobald man nun den kleinen Kegel öffnet, so daß der in dem Raum oberhalb befindliche Druck entweichen kann, hebt sich der große Kegel durch den Dampf- oder Wasserdruck von selbst, ohne die Spindel zu belasten. Beim Schließen findet derselbe '^Vorgang statt, indem durch Schließen des kleinen Ventils oberhalb des Kegels Druck entsteht, der die Kegel wieder in ihren Sitz drückt.

Wie schon gesagt, liegt der Schwerpunkt bei der Konstruktion der Ventile stets auf den die Abdichtung bewirkenden Organen und deren Entlastung, weil bei gewaltsamer Öffnung durch die sich dabei entwickelnde Reibung die Dichtungsflächen sehr zu leiden haben. Während also äußerlich die Ventile einander sehr ähnlich sehen, weichen sie in der Anordnung dieser Organe erheblich voneinander ab. So werden beispielsweise die Absperrventile füx überhitzten und hochgespannten Dampf von der Akt.-Ges. Gebr. Körting in Hannover nach Fig. 479 ausgeführt.

Die Ventile sind mit Rücksicht auf ihren Verwendungszweck konstruiert. Infolge der kräftigen Bauart und soliden Ausführung aller Einzelheiten genügen sie allen modernen Anforderungen.

Gehäuse und Deckel werden den jeweiligen Betriebsverhältnissen entsprechend entweder in Gußeisen oder in Stahlguß ausgeführt. Die Ventilgehäuse von 100 mm l. W. aufwärts sind an geeigneten Stellen mit Warzen zum Einschrauben von Entwässerungsrohren versehen.

Die Ausführung und Anordnung der Sitze und Kegel ist je nach Größe und Verwendungszweck verschieden.

Die Ventile für gesättigten Dampf sind mit Sitzen und Kegeln aus Bronze versehen. Bei der hier angewendeten Art der Befestigung der Sitze ist ein Lockerwerden derselben ausgeschlossen.

Die Ventile für überhitzten Dampf erhalten Sitze und Kegel nach Figur 479, über deren Konstruktion folgendes hervorzuheben ist: Die Dichtungsringe bestehen aus einer extra harten, sehr schwer oxydierenden und für überhitzten Dampf besonders geeigneten Nickelcisenlegierung, welche durch

eingetriebene Keilringe aus weichem, schmiegsamem Metall in dem Ventilkörper bezw. Kegel befestigt sind. Diese Befestigungsweise hat den Vorzug, daß das Material der Dichtungsringe eine unbegrenzte Härte haben kann, da eine Jg Deformierung desselben bei dem Ein- / setzen der Ringe nicht stattfindet. Die Z/

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Fig. 479.

Ventile mit dieser Abdichtung sind daher unempfindlich gegen im Dampf befindliche Schmutzteile und gewährleisten ein dauerndes gutes Dichthalten selbst bei den ungünstigsten Betriebsverhältnissen. Ferner gestatten die schmiegsamen Keilringe den Dichtungsringen eine gewisse Freiheit für die Ausdehnung infolge von Temperatureinflüssen.

Die Dichtungsflächen sind eben gestaltet. Diese Form hat gegenüber der konischen den Vorzug, daß das insbesondere bei starker Überhitzung nicht ganz zu vermeidende Unrundwerden des Sitzes infolge Verziehens des Gehäuses das gute Dichthalten nicht beeinträchtigt.

Die Kegel werden in Stahlguß mit eingesetzten Dichtungsringen ausgeführt, jedoch mit Ausnahme der kleineren Größen, welche nach Fig. 479 ganz aus Nickeleisen hergestellt werden. Die Phosphorbronzeverschraubungen der Kegel haben einen nach oben abdichtenden Konus, der gleichzeitig als Hubbegrenzung dient. Diese Einrichtung bietet die Möglichkeit, die Stopfbüchse auch bei geöffnetem Ventil während des Betriebes verpacken zu können.

Die Kegel sind so befestigt, daß der Dampfeintritt nach Belieben über oder unter dem Kegel erfolgen kann, so daß die Ventile auch zur Einschaltung in Ringleitungen geeignet sind.

Was die Führung des Kegels angeht, so ist die früher angewendete Flügelführung aufgegeben, da dieselbe sich für hochgespannten und besonders für überhitzten Dampf nicht bewährt hat. Die Kegel erhalten statt dessen eine reichlich lange und solide Befestigung an der Spindel; außerdem ist noch unten unmittelbar an der Dichtungsfläche eine kurze mit Aussparungen versehene Ringführung vorhanden, welche die genaue zentrische Stellung des Kegels in der Nähe des Ventilschlusses sichert.

Diese letztere Anordnung hat noch den Vorteil, daß bei Öffnung des Ventiles der Querschnitt nicht durch Flügel verengt wird und trotzdem bei herausgenommener Spindel das Nach;chleifcn in üblicher Weise geschehen, kann. Ferner wird die häufig zu Unzuträglichkeiten führende Drehung des Kegels, welche beim Vorhandensein von Flügeln leicht durch die Dampf-strömung hervorgerufen wird, hier vollkommen vermieden.

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Die Spindeln bestehen bei Ventilen für gesättigten Dampf bis zu lichter Weite einschließlich aus Rotguß. Bei allen anderen Ventilen

werden die Spindeln aus Stahl angefertigt. Die Stopfbüchsen sind bei Ventilen mit einer lichten Weite bis zu 65 mm einschließlich Rotguß. Größere Ventile besitzen Stopfbüchsen aus Gußeisen mit Rotgußfutter. Die Handräder sind bei sämtlichen Ventilen außen blank gedreht.

Die Akt.-Ges. Gebr. Körting-Hannover baut aber auch noch andere Absperrventile nach eigenem System, die wir in Fig. 480 und 481 wiedergeben, während in Fig. 482 die Konstruktion des Abschlußorganes und seines Sitzes dargestellt ist. — Bemerkenswert an diesen Absperrventilen ist namentlich die äußerst schlanke und solide Bauart, die gute Abdichtung der Spindel nach außen, sowie die sichere Befestigung des Ventilkegels an der Spindel.

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Fig. 481.

Fig. 482.

Während die vorbesprochenen Ventile alle mit Hand durch Stellrad und Spindel betätigt werden, kommen auch viele Ventile mit Selbstschluß durch Rückschlag zur Anwendung, bei denen die Absperrung entweder durch eine Kugel (Kugelventile) oder durch einen Ventilkegel erfolgt, wie das in Fig. 483 dargestellte Rückschlagventil der vorgenannten Firma zeigt.

N Dieses Ventil dient als Speiseventil an Dampf-H kesseln. Das Speisewasser wird durch den nach gjjg unten gerichteten Stutzen, den der Ventilkegel W abschließt, durch die Speisepumpe oder Injektor nach oben gedrückt, so daß sich der Ventilkegel hebt und dem Wasser den Eintritt in den Kessel 1*8188    ^ durch den anderen Stutzen freigibt. Sobald die

Fig. 483.

Speisevorrichtnng abgestellt wird, also der Druck auf das Ventil von unten aufhört, drückt der über ihm stehende Kesseldruck das Ventil in seinen Sitz zurück und schließt durch Rückschlag die Leitung ab. Ähnliche Vorrichtungen findet man z. B. auch bei den Saugleitungen der Pumpen, bei denen das Fußventil als

Rückschlagventil ausgebildet ist und die Saugleitung selbsttätig abschließt, sobald die Pumpe steht.

b) Dampfdruck-Reduzierventile.

Diese Ventile haben den Zweck, den auf dem Kessel lastenden normalen Druck in gewissen Fällen zu vermindern. Dies ist überall da nötig, wo im Kessel hochgespannter Dampf erzeugt wird, der z. B. für Koch- und Hcizzwecke nicht mit dem vollen Druck zur Verwendung kommen kann und infolgedessen auf eine niedrigere Spannung gedrosselt — reduziert werden muß.

Das in Fig. 484 dargestellte Modell der Firma Wwe. Joh. Schumacher in Köln a. Rh. zeigt ein solches Ventil im Schnitt, wie es zur Regulierung des Dampfdruckes vielfach in chemischen Fabriken, Färbereien, Zuckerfabriken usw.

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Verwendung findet. Durch dieses Ventil wird BjJjSfl der Dampfdruck so reguliert, daß die gewünschte ■Hä Dampfspannung möglichst konstant bleibt, aber nie überschritten wird. — Durch Verschieben des Gewichtes auf dem Hebel kann der Druck des abströmenden Dampfes beliebig reguliert werden. Je näher das Gewicht an den Drehpunkt hingeschoben wird, desto geringer, und je weiter es vom Drehpunkt entfernt wird, desto höher ist die Spannung des durchgelassenen Dampfes.

Fig. 485 zeigt das Modell eines Reduzierventils nach System Gebr. Körting-Hannover.

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Fig. 485.

Das eigentliche Ventil ist gegen den Hochdruckdampf nahezu vollkommen

entlastet.

Es besteht aus einem einfachen, dünnwandigen Rohrstücke, das unten auf einem Sitze abdichtet, dadurch den Dampf absperrt, und nach oben in einer Hülse möglichst dichtschließend gleitet. Am oberen Ende ist es mit einem Kolben von erheblich größerem Durchmesser versehen, der in einer zylindrischen Büchse dichtschließend gleitet.

Von der Bewegung und Stellung dieses Kolbens hängt die Höhe der Öffnung des Abschlußventils und damit die Menge des durchfließenden Dampfes ab.

Auf die obere Fläche des Kolbens wirkt der verminderte Dampfdruck, auf die untere Fläche der Druck des durch die Undichtigkeit der Ventilgleithülse eintretenden Hochdruckdampfes. Dieser Druck wird aber dadurch stets gleich gehalten, daß der Raum unter dem Kolben durch ein belastetes Auslaßventil mit der Außenluft in Verbindung steht.

Der Druck unter dem Kolben ist also ein gleichbleibender und richtet sich nach der Höhe der Belastung des Auslaßventils, Der Kolben verändert seine Stellung, steigt oder fällt, sobald ein Unterschied des Druckes oberhalb und unterhalb auftritt, das heißt, da der Druck unterhalb gleichbleibend ist, sobald der Druck oberhalb, also der verminderte Dampfdruck, schwankt. Ist er durch irgend welchen Umstand geringer geworden, als der Belastungsdruck des Auslaßventilchens, so steigt der Kolben so lange, bis der nun vermehrt durchströmende Hochdruckdampf den Druck des verminderten Dampfes wieder dem Belastungsdrucke gleichgemacht hat. Ebenso wird der Kolben bei zunehmendem Drucke des verminderten Dampfes durch diesen so lange nach unten verschoben, bis der Druck auch wieder gleich dem Belastungsdrucke geworden ist.

Dieses Verhalten des Kolbens ist unabhängig vom Drucke des Hochdruckdampfes und von der Menge des durchströmenden Dampfes.

c) Sicherheitsventile.

Sicherheitsventile müssen überall da vorgesehen werden, wo Gefahr besteht, daß durch Überschreitung einer bestimmten Druckgrenze Störungen im Betrieb oder Gefahren für Menschen und Eigentum entstehen können. Das ist der Fall in allen Gefäßen, die direkt zur Erzeugung von Dampf dienen. Sie werden aber auch an unter Druck stehenden Leitungen, an Kochern usw. angewendet und müssen um so subtiler konstruiert sein, je höher der Druck ist, den sie normieren sollen.

Die ihnen zugrunde liegende technische Idee besteht darin, daß das Ventil auf eine bestimmte Druckgrenze eingestellt ist und sofort selbsttätig sich öffnet, sobald diese Druckgrenze überschritten wird. Bei manchen Maschinen, z. B. bei den Lokomotiven, steht das Ventil unter Verschluß, so daß der Führer das Ventil nicht verstellen kann, sondern daß bei Überschreitung der Druckgrenze unbedingt ein Abblasen des Dampfes eintreten muß.

Bei Druckleitungen für Wasser und Schlamm, wo also ernstere Gefahren nicht zu befürchten sind, verwendet man Sicherheitsventile mit Federbelastung nach Fig. 486 und 487 (Modelle der Fa. Wwe. Joh. Schumacher in Köln a. Rh.) Wie man aus den Figuren ersieht, wird hier der Ventilkegel durch eine auf der Ventilspindel angeordnete Spiralfeder in seinem Sitz festgehalten und kann die Federspannung dem Normaldruck entsprechend (bis zu 7 Atm.) durch Negulierschrauben eingestellt werden.

Sobald eine Drucküberschreitnng eintritt, hebt der Überdruck das Ventil und drückt die Feder zusammen.

Sobald der Überdruck ausgeglichen ist, drückt die Feder den Bentilkegel selbsttätig wieder in seinen Sitz zurück.

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Fig- 486.

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In Fig. 488—490 sind Sicherheitsventile mit Hebelbelastung der vorgenannten Firma dargestellt, wie sie an den Dampfkesseln allgemein zur Anwendung kommen.

Bei dem Ventil Fig. 488 sitzt das Ventil einfach auf einem Stutzen, der direkt auf den Kesselstutzen montiert wird, so daß der Ventilsitz. jederzeit Ä|jg|s durch den Kesselwärter kontrolliert ^p|Sj| werden kann. Meist umgibt man k- li das Ventil mit einem Rohr, welches nach oben durch das Dach des Kesselhauses ins Freie führt, um beim Abblasen den Dampf aus dem Kesselhaus abzuleiten.

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Fig- 488.

Bei dem in Fig. 489 dargestellten Sicherheitsventil ist der Venlilkörper in dem Gehäuse untergebracht, so daß der Austritt des Dampfes beim Abblasen durch den seitlichen Stutzen erfolgt. Fig. 490 zeigt ein doppeltes

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Fig. 490.

Sicherheitsventil, entsprechend der behördlichen Vorschrift, die zwei Sicherheitsventile für Dampfkessel mit hochgespanntem Dampf vorschreibt.

Alle drei Konstruktionen werden durch ein an langem Hebel wirkendes Gegengewicht belastet. Der Hebel schwingt um einen festen Drehpunkt und drückt auf einen Stift in der Mitte des Ventilkegels. Durch Verrücken des Gewichtes auf dem langen Hebelende wird das Ventil auf den Normaldruck im Kessel eingestellt.

Es gibt auch Sicherheitsventile, bei denen man aus örtlich gebotenen Verhältnissen von der Belastung mit Hebel und Gewicht absieht und daher direkte Gewichtsbelastung anordnet. Diese Ventile erfordern aber ein sehr schweres Belastungsgewicht, so daß ein Lüften des Ventils mit Hand nicht möglich ist. Dies ist aber bei Sicherheitsventilen fast immer nötig, damit sich der Wärter davon überzeugen kann, ob das Ventil richtig funktioniert oder im Sitz festgefressen ist.

Ein großer Nachteil dieser Ventile besteht in dem sehr niedrigen Hub, der bei einem Druck von 3 Atmosphären kaum ¹/₂ cm beträgt. Durch diesen geringen Hub ist ein sehr kleiner Entlastungsquerschnitt bedingt, der nicht genügt, um ein weiteres Anwachsen des Überdruckes im Kessel schnell zu verhindern, und ist es deshalb ratsam, bei Kesseln Hoch Hubventile anzuwenden. Ein solches ist in Fig. 491 nach System Klein der Firma Klein, Schanzlin und Becker in Frankenthal dargestellt, welches bis zu 15 Atmosphären Betriebsdruck Anwendung findet.

Die Hebel ruhen auf Schneiden, welche eine leichte Beweglichkeit und große Empfindlichkeit gewährleisten. Die Ventilkegel sind während des Betriebes nachschleisbar, und wird der Zugkolben niit einer Mutter befestigt, während man dieselben bei anderen Konstruktionen oft eingeschraubt findet.

Dieses Sicherheitsventil gewährleistet ein sanftes und stoßfreies Heben des Bentilkegels bis zum Vollhub, der ¹ji des Ventilquerschnittes beträgt, und erfolgt der Abschluß ebenso ruhig und stoßfrei, sobald der Druckausgleich stattgefunden hat.

Der Hochhub wird durch die lebendige Kraft des austretenden Dampfes bewirkt, welcher durch eine Ningkammer, deren richtige Ausbildung eine nennenswerte Rolle spielt, strahlenförmig unter eine in bestimmter Höhe und bestimmtem Durchmesser über dem Kegel befindliche und mit diesem starr verbundene Hubplatte strömt.

Mit dem Heben des Ventilhebels wird der Ringquerschnitt zwischen Gehäuse und Kegel bezw. Hubplatte beständig größer und zwar deni zunehmenden Ventildurchlaß gegenüber in sich steigerndem Verhältnis. Dem entweichenden Dampf steht so kein Hemmnis entgegen, und es erfolgt ein stoßfreies, sanftes Heben des Ventilkegels bis zum vollen Hub als auch ein genauer und sanfter Schluß bei der eingestellten Druckgrenze.

Ist so durch die präzise Funktion dieser Ventile jeder unnötige Dampfverlust, wie er mit jedem Anheben des Ventilkegels fehlerhaft konstruierter

Hochhubventile und der immer damit verbundenen Druckunterschreitung infolge zu späten Abschlusses herbeigeführt wird, vermieden, so besitzt die Konstruktion noch den weiteren Vorzug, bereits bei einer Drucküberschreitung von 0,3 bis

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0,4 Atmosphären den vollen Kegelhub freizugeben. In dieser Stellung wird der überflüssige Dampf sehr schnell abgeführt, und es können höhere Drucküberschreitungen selbst bei starkem Heizen nicht eintreten.

Zur Größenbestimmung der Hochhub-Sicherheitsventile dient die auf S. 559 stehende Tabelle, deren Werte nach den Formeln

5    für 16 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

F — 6    für 18—20 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

F — 6,67    für 25 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

berechnet find, worin F = Querschnitt des Ventils in qmm für jeden qm Heizfläche, V — spezif. Dampfvolumen in Litern der gegebenen absoluten Spannung und n = die betreffende Dampfspannung in Atmosphären bedeutet. Die Werte der Tabelle sind nach oben abgerundet, was auf Grund der angestellten Versuche und gesammelten Erfahrungen unerläßlich ist. Bei Heizflächengrößen, die zwischen den von uns in der Tabelle aufgeführten liegen, wählt man stets die nächste Ventilgröße, z. B.: 8 Atmosphären, 75 qm Heizfläche bei 18—20 kg Verdampfung, Ventildurchmesser 60 mm statt 55 mm.

(1. Die Schieber.

Bei diesen Absperrvorrichtungen gleitet der absperrende Teil, den Querschnitt des Durchganges durch einen Schieber umschließend, mechanisch bewegt von oben nach unten.

Man unterscheidet bei ihnen Dampf-, Gas- und Wasserschieber, die im Prinzip alle einander gleichen und nur im Abschlußorgan verschiedene Gestaltung zeigen.

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Die in Fig. 492 und auf Tafel X dargestellten Schieber der Firma Klein, SchanzlinLBecker in Frankenthal können in ihrer Konstruktion als mustergültig bezeichnet werden. Er findet für Wasser- und Dampfleitungen Verwendung und ist auch unter Druck leicht zu betätigen.

Der Schieber hat in seiner Konstruktion viel Ähnlichkeit mit den Absperrventilen, nur daß hier für den Schieber ein Raum geschaffen werden muß, der das Abschlußorgan beim Öffnen des Schiebers aufnimmt. Dementsprechend ist auf deren eigentlichem Schiebergehäuse ein glockenförmiger Hohlraum geschaffen, der zur Aufnahme des Schiebers dient, und auf ihm wird dann die Stopfbüchse angebracht, in welcher sich die Spindel führt.

Während aber bei den Absperrventilen die Spindel mit dem Ventilkegel fest verbunden ist und sich mit dem Ventilkegel hebt, steht bei dem Schieber die Spindel fest. Die Mutter für das Spindelgewinde ist in den Schieber selbst eingeschnitten, so daß bei Betätigung des Handrades der im Gehäuse fest und sicher geführte Schieber an der feststehenden Spindel nach oben gleitet.

Die Entlastung dieser Schieber beim Anstellen wird dadurch erreicht, daß man durch entsprechende Öffnungen, die durch einen beim Anstellen betätigten Ventilkegel geöffnet werden, dafür sorgt, daß der Druck (des Dampfes) sofort auch auf die andere Seite des Abschlußorgans übertreten kann, so daß auf beiden Seiten des Schiebers Druck ruht, wodurch die einseitige Belastung der Schieberflächen aufgehoben und das Öffnen des Schiebers erleichtert wird.

Gruppe XII.

Die Schmiermittel.

Das Schmieren der Triebwerke.¹)

Bei allen Bewegungen entsteht rollende oder gleitende Reibung. Bei der rollenden Reibung ist die Materialabnutzung in den meisten Fällen erträglich, bei der gleitenden Reibung wäre der Kraftverlust zu bedeutend und die Abnutzung der Gleitflächen zu schädlich, wenn man nicht zwischen diese ein Mittel, die Schmiere, bringen könnte, dem die Aufgabe zufällt, die unmittelbare Berührung der Gleitflächen möglichst zu verhindern. Durch Zwischenfügen von Schmiere sucht man die Gleitflächen unverändert zu erhalten und den Kraftverbrauch zu verringern, denn an Stelle der Reibung und Abnutzung fester und wichtiger Körperteile tritt die Reibung und Abnutzung eines Materials ein, dessen Teilchen gegeneinander leicht verschiebbar sind und das leicht ersetzt werden kann.

baden.

Ein gutes Schmiermaterial muß folgende Eigenschaften haben, es muß:

1.    klebrig sein, b. h. an den Flächen fest anhaften, daß es nicht leicht durch den Druck weggepreßt wird,

2.    lange andauern, d. h. seinen günstigen Zustand möglichst wenig gegenüber von Temperatur und Druck verändern, insbesondere ist wichtig, daß die Luft nicht zersetzend einwirkt und daß die Reibungswärme den Flüssigkeitsgrad') gar nicht oder nur unbedeutend ändert,

3.    cs darf weder die Gleitflächen angreifen, noch diejenigen Maschinenteile, welche es zufällig berührt,

4.    muß möglichst flüssig, und

5.    mechanisch vollkommen rein sein, also keine festen Körper enthalten, insbesondere nicht Harze, welche Krustenbildung veranlassen.

Die unter 1 bis 3 und 5 genannten Eigenschaften sind ohne weiteres klar; weniger Zustimmung findet jedoch die Bedingung, daß das Schmiermittel so dünnflüssig als möglich sein muß, vorausgesetzt natürlich, daß die übrigen Erfordernisse möglichst vollkommen erfüllt werden. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß ein Schmiermittel in Winterkälte dann durchaus ungenügend ist, wenn es als festes Eis die Gleitslächen miteinander verbindet. Es würden in solchem Falle beim Anlassen der Maschine die größten Unannehmlichkeiten entstehen. Sodann ist einleuchtend, daß eine dickflüssige Masse gegen die Verschiebung der Teilchen einen viel größeren Widerstand entgegensetzt, als eine dünne Flüssigkeit. Es wird daher für jeden einzelnen Verwendungszweck, je nach der Beschaffenheit der Flächen und dem auf sie ausgeübten Druck, einen Flüssigkeitszustand des Schmiermittels geben, bei welchem der Kraftaufwand am geringsten ausfällt, d. h. bringt man ein sehr dickflüssiges, int übrigen aber vorzügliches Schmiermaterial zwischen zwei Gleitflächen und erwärmt dieselben künstlich, so wird eine gewisse Temperatur festgestellt werden können, bei welcher die Reibung am niedrigsten ausfällt; bei allen höheren und niedrigeren Temperaturen muß sich ein größerer Kraftverbrauch zur Überwindung der Reibung ergeben, und zwar weil bei sinkender Temperatur die Verschiebbarkeit der Schmierteilchen gegeneinander abnimmt und daher größerer Kraftaufwand entsteht und bei steigender Temperatur wächst, mithin auch die Fähigkeit verloren geht, die Gleitflächen voneinander zu trauten.²)

’) Der Flüssigkeitsgrad ergibt sich aus der Ölmenge, welche bei bestimmtem Druck aus einer bestimmten Öffnung herausfliegt.

„Zur Erzielung vergleichbarer Vergleichsergebniffe für beit Flüssigkeitsgrad ist notwendig, eilten Apparat von ganz bestimmter Konstrnkiionsform und ganz bestimmt gegebenen Abmeffungcn, sowie ein in allen Einzelbeiten Bestimmt vorgeschriebenes Prüfungs-Verfahren einzuführen." Martens, Schmieröluntersuchungen. 1888. Springer, Berlin.

*) Thurston (Friktion und Lnbrikation) berichtet über den Einfluß der Temperatur aus Beobachtungen bei Achsschenkeln, welche in leichtflüssige Talgschmiere eintauchten. Es ergab sich der Reibungskoeffizient von:

Da die Schmierschicht zwischen den Gleitflächen die Berührung derselben verhindern soll, so ist notwendig, daß die Schmiere um so dichter sein muß, je größer der Flächendruck ist. Es folgt hieraus aber auch, wie außerordentlich ivichtig es ist, daß die Schmiere die Beschaffenheit bei gewöhnlich vorkommenden Temperaturen nicht ändert. Diese sind beispielsweise bei Lagern von Seilscheiben, welche im Sommer den direkten Sonnenstrahlen, im Winter den kältesten Nachtluftströmen ausgesetzt sind, nicht unbedeutend.

Man hat also bei der Wahl eines Schmiermittels Rücksicht auf den Verwendungszweck zu nehmen und im übrigen das wirtschaftliche Endergebnis im Auge zu behalten. Nur überall das Beste ohne Rücksicht auf den Preis anwenden zu wollen, wäre ebenso falsch, als nur Ersparnisse im Schmierauf-wande zu erstreben. Im letzteren Falle werden bald um so größere Summen für Kraftaufwand und Reparaturkosten erforderlich sein.

Übrigens sind für die Wahl des geeigneten Schmiermittels nicht allein die guten Eigenschaften desselben, sondern auch noch örtliche Verhältnisse von Einfluß, wie: die Art der vorhandenen Schmiereinrichtungen, die Zuverlässigkeit des Personals, die Umstände, unter denen die Verausgabung und Benutzung des Schmiermaterials erfolgt usw. Im allgemeinen ist zu beachten, daß der Flüssigkeitsgrad der mineralischen Schmieröle bei Temperaturveränderungen stärker wechselt als die der fetten, d. h. Tier- und Pflanzenöle. Mineralöle, die bei 20° C noch sehr dickflüssig sind, erwiesen sich bei 35 bis 40° C oft halb so dickflüssig und bei 50 bis 60° C ganz dünnflüssig.

Die Erfahrung hat nun als beste Schiniermittel ergeben:

a)    für schwer belastete Lager und Gleitflächen: ein schlüpfriges, nicht zu dünnflüssiges Mineralöl, also dickflüssiger als Rüböl, von nicht unter 170° C Entzündungstemperatur, oder dünne Starrschmiere,

b)    für Weltenleitungen, also für leicht belastete Lager: Mineralöl, das etwas dünnflüssiger als Rüböl ist,

c)    für feine Maschinenteile, als Spindeln der Spinnmaschinen, Nähmaschinen: sehr dünnflüssiges, schlüpfriges Mineralöl.

Im allgemeinen sind Mischungen von Mineralölen mit Tier- und Pflanzenölen bessere Schmiermittel als die einzelnen Öle für sich allein.

16» C „ 300 49» C „    100

49» C „ 300

0,0059 bei 16« C und 100 Umläufen 0,0130 0,0024 0,0044

Demnach war bei diesen Versuchen die Reibung bei 16« 0 um das 2'/,- bis 3fache größer als bei 49« C.

Bei höheren Temperaturen nahm die Reibung wieder zu. — Auch ist ersichtlich, daß die Reibung mit zunehmender Geschwindigkeit wächst.

2.

Die Schmiermittel.

Zu den in Betracht kommenden Schmiermitteln gehören die Fette und Öle.

Die Pflanzenfette gewinnt man aus dem zerkleinerten Rohmaterial gewöhnlich durch Pressen, bisweilen unter Anwendung von Wärme und häufig durch Extrahiereu mit guten Lösungsmitteln (Schwefelkohlenstoff). Die so hergestellten rohen Fette bezw. Öle (Rüböl, Baum- oder Olivenöl, Baumwoll-samenöl, Palmöl, Kakaobutter) enthalten Eiweiß- und Schleimstofie, welche durch Behandlung mit Schwefelsäure entfernt werden.

Fast immer bleiben Spuren von Schwefelsäure im Öl zurück und sind Veranlassung, daß das Öl die Metalle angreift. Bleiben dagegen Schleimteile, herrührend vom Zellgewebe der Pflanzen, zurück, so verharzen die Dochte und Lagerflächen beiiu Gebrauche eines solchen Öles.

Tierische Fette gewinnt man durch Pressen, meist aber durch Ausschmelzen der Gewebe mit oder ohne Zusatz von Wasser (Rindstalg oder Un-schlitt, Hammeltalg usw.).

Die Fette und Öle der Tiere und Pflanzen haben ein spezifisches Gewicht von 0,910 bis 0,930 (Rüböl = 0,914, Baumwollsamenöl = 0,923), sind nicht flüchtig und sieden bei etwa 300 ⁰ C. Unrein zersetzen sie sich schnell an der Luft und werden ranzig.

Die Mineralöle werden durch trockene Destillation aus Braunkohlen, Steinkohlen, Torf, bituminösem Schiefer, Erdwachs usw. oder auch bergmännisch (Erdöl, Steinöl) gewonnen und für die verschiedenen Zwecke verarbeitet. Die Verarbeitung hat zum Hauptzweck die Gewinnung von Beleuchtungsmaterial, und werden aus den Nebenerzeugnissen die weniger flüchtigen, spezifisch schweren Öle, die Schmieröle, hergestellt.

Die Mineralöle unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung von den Pflanzen- und Tierfetten bez. Ölen dadurch, daß sie reine Kohlenwasserstoffe sind, also nicht wie jene Sauerstoff enthalten. In physikalischer Beziehung erweisen sie sich als leichter verdampfend.

Das spezifische Gewicht der zum Schmieren von Maschinen geeigneten Mineralöle liegt zwischen 0,880 bis 0,940; sie entwickeln brennbare Gase bei 120 bis 250° 6. In der Farbe sind sie sehr verschieden, wasserhell, dunkelschwarz und auch undurchsichtig. Im auffallenden Licht zeigen alle Mineralöle einen eigentümlichen, bläulichen Schimmer, wodurch sie leicht von anderen Ölen unterschieden werden können. Einige erstarren schon bei -j- 10° C, andere erst bei — 15 bis 20⁰ 0. Bei höheren Temperaturen werden die Mineralöle sehr dünnflüssig, wie schon erwähnt.

tauglich sind, sind etliche den besten Pflanzen- oder Tierfetten in bezug auf Schmierbrauchbarkeit überlegen.

Die russischen, und zwar die unter dem Namen Kaukasine in den Handel gelangten Mineralöle, werden für die besten gehalten.

IV.

Marke Kaukasine Nr. Ila.

Spezifisches Gewicht. . Zähflüssigkeit bei 20 ⁰ C „    „ 50 «C

0,915

6,00

57,0

0,885 0,36 0,32

„-18° C.....klar und klar und

Entzündbare Dämpfe bei Entzündungstemperatur Siedetemperatur . , .

flüssig honigartig 155° C    235° C

179« 6    265«    6

240 « C    320 « C.

Nr. Ila ist namentlich als Verdünnungsmittel für schwere Öle geeignet.

Die Starrschmiere hat vor der Ölschmiere einige Vorzüge. Da die Starrschmiere zähflüssig ist, so tropft sie nicht ab und verunreinigt daher nicht so leicht die Maschinenteile und deren Nachbarschaft.

Die Starrschmiere verbleibt ferner beim Stillstände an ihrer Stelle und bewahrt daher den Zustand fertiger Schmierung für unbegrenzte Zeit. Sie füllt auch alle Lücken nati) den Gleitflächen und verhindert dadurch den Zutritt von Staub. Auch bei schneller Bewegung der Gleitflächen haftet die Schmiere an denselben, gleichviel ob sie geschwind hin- und herlaufen oder sich rasch drehen. Das Öl dagegen fließt naturgemäß auf dem kürzesten Wege unverbraucht vom höchsten zum tiefsten Punkte oder folgt willig allen Schleuderkräften. In diesem Übelstande liegt hauptsächlich der größere Verbrauch von Öl gegenüber der Starrschmiere.

Dagegen sind als Nachteile der Starrschmiere anzusehen:

1.    daß durch die große Zähflüssigkeit der Kraftverbrauch erhöht wird,

2.    daß sie vollständig undurchsichtig ist, daher selbst gröbere mechanisch beigemengte schädliche Bestandteile durch Besichtigung nicht erkannt werden können, auch eine Filtration, z. B. durch ein Sieb, vor dem Einfüllen nicht möglich ist,

3.    daß sie nicht selbsttätig den Gleitflächen zufließt, sondern durch äußeren Druck denselben zugeführt werden muß,

4.    daß beim Warmlaufen eines Lagers, wenn dies nicht sofort bemerkt wird, das Schmiergefäß sich zwar schnell entleert und dadurch momentan die Reibung vermindert, ein Lagerbrand aber wegen des alsdann eintretenden Mangels jeden Schmiermittels leichter hervorgerufen werden kann, als bei der Ölschmierung,

5.    daß ein Wiederauffangen und Filtrieren mit erheblichen Umständen verbunden ist, daher trotz sparsamer Schmierung ein Vorteil in pekuniärer Hinsicht nicht entsteht,

6.    daß bei Verwendung von Starrschiniere ein größerer Verbrauch von Putzmaterial stattfindet, weil dasselbe nur durch Anwendung des teuren Benzins gereinigt werden kann,

7.    daß bei schnellaufenden Maschinenteilen, wie Kurbelwellen, Riemenscheiben, ebenso wie bei der Ölschmierunq ein Herumschlendern des Fettes stattfindet.

Wo es sich daher um ganz langsam laufende Maschinen, ausgedehnte Transmissionsanlagen mit sehr niedrigen Umlaufszahlen und um leerlaufende Scheiben handelt, wird man Starrschmiere verwenden können; wo es sich aber um schnellaufende Maschinen und Transmissionen usw. handelt, ist unbedingt die Ökschmierung vorzuziehen, weil:

1.    der Ölzufluß durch Schmiergefäße sehr gleichmäßig eingestellt werden kann,

2.    weil man durch dieselben leicht in der Lage ist, je nach Bedarf den Ölzufluß zu verstärken oder zu verringern,

3.    weil man, abgesehen von ganz dickflüssigen Ölen, die ja auch sehr selten verwendet werden, sich durch den Augenschein von der Klarheit, d. h. von der Beschaffenheit des Öls in bezug auf mechanische Verunreinigungen überzeugen kann,

4.    weil man überall da, wo das Öl wieder aufgefangen werden kann, dasselbe ohne Materialvergeudung reichlicher fließen lassen kann, als gerade zur Kalthaltung der Gleitflächen nötig ist, was noch den Vorteil hat, daß das aufgefangene Öl verhältnismäßig wenig abgeriebene Metallteilchen enthält, welche sich durch

5.    Filtration des Öls vermittels geeigneter Apparate wieder aussondern lassen, so daß dasselbe wieder verwendet werden kann;

6.    ist man bei Anwendung der Ölschmierung öfters in der Lage, von einem leicht zugänglichen Punkte aus eine größere Anzahl zu schmierender Teile gleichzeitig mit der nötigen Ölmenge zu versorgen, und

7.    bei Anwendung der Ringschmierung ist die Ölzufuhr zu den Laufflächen im Betriebe selbsttätig und sehr reichlich, während bei Stillstand dieselbe aufhört.

Man beziehe Öl und Starrschmiere nur von bewährten Lieferanten, ohne ängstliche Rücksicht auf den Preis und verwende nur erprobte Schmiervorrichtungen. Billige, wenn auch äußerlich ganz ansehnliche Schmiermittel sind meistens im Betriebe nicht unschädlich und daher für die Dauer sehr teuer.

Ein einfaches und zweckmäßiges Verfahren zur Wertbestimmung der Schmierstoffe gibt es zurzeit noch nicht; es kommen zu viele mechanische und chemische Eigenschaften in Betracht, so daß es erst nach eingehendster Untersuchung gelingt; den Schmierwert einigermaßen festzustellen; man wende sich daher am besten an eine Anstalt, welche mit allen zur Untersuchung von Schmierstoffen erforderlichen physikalischen und chemischen Apparaten ausge-

stattet ist. Die Königlich mechanisch-technische Versuchsanstalt zu Charlottenburg führt solche Prüfungen nach festen Sätzen aus.

Zur Reinigung der.Triebwerke von abtropfenden Ölen verwendet man Putzwolle und Putzlappen. Die Befreiung derselben von dem aufgesaugten Ol kann durch eine Zentrifuge geschehen, welche an geeigneter Stelle aufgestellt und von einer vorhandenen Wellenleitung angetrieben wird. Das so ausgeschleuderte Putzmaterial ist zwar nicht rein, kann aber wieder verwendet werden.

Die DoIIftänbige Reinigung des Putzmaterials von Öl und Fett besorgt man durch Waschen mit Benzin. Solches wird ant besten in geschlossenen Gefäßen vorgenommen, in welchen ein durch Riemen von außen angetriebenes Rührwerk die Durchspülung des Putzmaterials herbeiführt.

Die gebrauchten Schmierstoffe kann man durch sorgfältige Filterung über sehr reine Putzwolle und Watte und Abstehenlassen des Filtrates für Schmierzwecke geeignet machen; natürlich ist dieses wiedergewonnene Schmieröl geringwertiger als noch nicht gebrauchtes Öl.

3.

Schmiervorrichtungen.

Die Zahl der im Handel vorkommenden Arten von Schmiervorrichtungen ist so groß, daß man schon daraus schließen kann, die Nachfrage nach brauchbaren Ausführungen sei bedeutend und die angebotenen Vorrichtungen genügen nur einzelnen Anforderungen. Man muß sich darauf beschränken, das. Wesentliche hervorzuheben.

a) Vorrichtungen für flüssige Schmiere.

Die unmittelbarste und einfachste Schmierung geschieht mit einer Kanne. Solche wird einfach trichterförmig mit Ausgußrohr, Henkel und Klappdeckel von jedem Klempner geliefert. Inhalt 0,15 bis 0,90 1. Um Ölverluste beim Umfallen der Kannen zu verhüten, werden solche mit verschließbarer Füllöffnung ausgeführt und mit Ventilabschluß versehen; auch macht man den Körper widerstandsfähiger durch Herstellung aus Wellblech oder auch aus Messingguß.

Empfehlenswert zur Schmierung für beständigen Gebrauch ist die Verwendung der Kanne nicht, weil nicht nur diese Art der Schmierung die allerungleichförmigste ist, sondern auch für das Bedienungspersonal gefährlich werden kann dadurch, daß die Kanne und schlimmsten Falles die schmierende Person in das Triebwerk geraten kann. Ferner wird häufig durch Borbeigießen eine Materialverschwendung herbeigeführt. Bei Werkzeugmaschinen oder zur Schmierung einzelner Teile der Betriebsmaschinen kurz vor dem Anlassen, sowie zum Auffüllen der Schmiergefäße ist die Verwendung der Kanne am Platze.

Wo Dochtschmiervorrichtungen nicht gleich an den einzelnen Lagerdeckeln fest angegossen sind, kann man sie durch Aufschrauben besonderer Gefäße noch nachträglich einrichten.

Stehaufkannen und die Kannen mit federndem Boden sind mehr zur Schmierung kleinerer Laufflächen geeignet.

Zu den ältesten selbsttätig wirkenden Schmiereinrichtungen gehört die Dochtschmierung. Die Energie dieser Schmierung hängt ab von der Mehrlänge des langen, herabhängenden Dochtschenkels, Fig. 493, gegen den eintauchenden Schenkel und von der Dicke des Dochtes. Die Wirkung wird geschwächt oder ganz aufgehoben, wenn zu wenig Luft zur Öloberfläche gelangen kann, wenn der Docht irgendwo dauernd stark gedrückt wird und wenn das herabhängende Dochtende kurz ist oder die Eintauchung des anderen Endes in Öl nicht mehr stattfindet.

Fig. 493.

Obwohl bei guter Instandhaltung diese Schmiervorrichtung sich bewähren wird, nötigt doch der Ölverlust bei Stillständen häufig zur Verwendung anderer Vorrichtungen, denn der Ölabsluß ist in der Zeiteinheit immer derselbe, gleichviel ob die reibenden Flächen sich in Bewegung befinden oder nicht, es sei denn, daß man den Docht bei Stillständen hochzieht, was wieder gefährlich ist, da die Herabsenkung früher oder später vergessen wird, worauf dann die Zerstörung der Reibungsflächen mehr oder weniger schnell vor sich geht.

Die hauptsächlichsten Nachteile der Dochtschmierung rühren daher, daß sehr leicht Dochtteile zwischen die Gleitflächen geraten können, und daß mit der Zeit eine Verfilzung des Dochtes eintritt, wodurch die Schmierwirkung

-aufhört.

Mit großem Erfolge ist man für umlaufende Zapfen, Wellen usw. zu den Nadelschmiergefäßen übergegangen (Fig. 494 und 495). Der Grundgedanke derselben ist eine umgekehrte Flasche, deren Stöpsel durchbohrt ist.

Im Stöpsel steckt lose eine Nadel, welche bis auf den Zapfen herabreicht, so daß bei Erschütterungen der Nadel durch die umlaufenden Flächen allmählich Luftblasen durch die Flüssigkeit hochsteigen und eine entsprechende Zahl von Öltropfen an der Nadel herabfließen.

Fig. 494 und 495.

Die Energie der Selbstschmierung wird gefördert durch Vergrößerung des Spielraumes, indem man eine dünnere Nadel einsetzt oder die vorhandene etwas abfeilt, und vermindert durch Einschaltung von Widerständen, indem man die Nadel mit Schraubengewinde versieht usw.

Um das Einschneiden der Zapfen oder Wellen durch den immerwährend aufdrückenden Stift zu mindern oder ganz zu verhüten, fertigt man oft die Nadel aus weichem Kupfer oder hebt deren Gewicht im Gefäßinnern mittels Spiralfeder auf.

Die Herstellung der Schmierstifte aus weichem Material ist indessen in den Füllen geradezu schädlich, in welchen dieselben, wie z. B. bei Kurbelzapfen, mit großer Heftigkeit herumgeschlendert werden, da hier sehr bald ein Anstauchen der Stifte und Festsetzen in dem Rohre stattfinden würde. Ein weiterer Grund, solche Stifte aus hartem Material, z. B. Stahl, anzufertigen, liegt darin, daß sich dieses leichter glätten läßt und dadurch die Abnutzung der Stifte oder vielmehr der Rohre durch die bei dem Hin- und Herschleudern entstehende Reibung verringert wird. Will man in derartigen Fällen das Aufschlagen der Stifte ganz vermeiden, so verstärkt man dieselben an dem oberen Ende und versieht das Rohr mit einer entsprechend großen Ausbohrung; hierbei ist aber ebenfalls darauf zu achten, daß die Stifte sich im Rohre nicht festklemmen können. Die Energie der Schmierung hängt hier sowohl von dem Durchmesser, als auch von der Länge der Stifte ab.

An dieser Stelle sei besonders darauf aufmerksam gemacht, daß bei Verwendung von Nadelschmiergefäßen für alle solche bewegte Maschinenteile, von deren gutem Funktionieren die Sicherheit des Betriebes wesentlich abhängt, und welche während des Betriebes unzugänglich sind, großer Wert darauf zu legen ist, daß stets Öl von gleicher Zähflüssigkeit verwendet wird, weil sonst Unregelmäßigkeiten oder fortwährende Umständlichkeiten mit den Schmierstiften nicht zu vermeiden sind.

Fig. 496 und 497.

Man findet im Handel alle möglichen Gestalten, um jedem Geschmack und jedem Bedürfnis zu genügen. Das Gesäß Fig. 496 ist oben mit Einguß beziehungsweise Stöpselverschluß versehen. Es eignet sich für solche Lager, welche man aus irgendwelchen Gründen reichlich mit Schmieröl versorgen will. Lüftet man den aus Holz gefertigten Stöpsel etwas oder schneidet eine schmale Rinne für den Luftzutritt ein, so fließt der Inhalt schneller als bei luftdichtem Verschluß ab. Man hat es also in der Hand, den Ölzufluß so lange zu beschleunigen, als erforderlich erscheint, und kann dann den dichten Abschluß sehr leicht wieder herstellen. Diese Gefäße wende man jedoch für gewöhnlich nicht an, da sie zumeist große Ölvergeudung veranlassen, weil in der Regel verabsäumt wird, den Stöpselverschluß dicht zu erhalten.

Von Vorteil ist oft die Verwendung von Öltropfapparaten, besonders in solchen Betrieben, in welchen eine sorgfältige Überwachung stattfindet, und an solchen Stellen, wo dieselben leicht beobachtet werden können.

Fig. 497 zeigt ein solches Schmiergefäß mit sichtbarem Abtropfen. Der untere Teil ist querdurchbohrt und innen mit einer Glasröhre ausgefüttert. In dieser sieht man eine Spitze vorragen, von welcher die Tropfen sichtbar abfallen. Durch Drehen des geränderten Knopfes nach rechts oder links kann das Ölabtropfen nach Bedarf geregelt werden.

Wenn auch diese Schmiergefäße den Nachteil haben, daß sie bei Stillständen zur Vermeidung von Ölvergeudung ebenfalls abgestellt werden müssen, so läßt sich dies hierbei wesentlich leichter bewerkstelligen, als bei allen anderen Ölschmiergesäßen, indem der an der Einstellstange sitzende Knopf umgeklappt wird. Auch das Anstellen erfordert keinen großen Zeitaufwand, indem der Knopf nur wieder aufgerichtet wird.

Bei den Tropfölern ist besonders zu beachten, daß die Flüssigkeit des Öles stets die gleiche ist, ferner daß die Länge der zur Tropfenbildung dienende» Spitze der Zähflüssigkeit des Öles angepaßt ist — dickflüssiges Öl verlangt eine längere Spitze als dünnflüssiges — und schließlich, daß der Zwischenraum zwischen der Spitze und der Glasrohrwandung genügend groß ist, so daß ein Hinüberziehen des Öles von der Spitze zum Glasrohr nicht stattfinden kann.

Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil ist den Öltropfapparaten eigen, indem leicht eine größere Anzahl derselben zu einem Zentralschmier-apparat vereinigt werden kann.

An Stelle des einen kleinen Gefäßes tritt dann ein größerer, meist aus Blech hergestellter Ölbehälter, welcher seitlich mit einem Ölstandglas und mit Boden mit so viel mit Hähnen versehenen Tropfdüsen ausgestattet ist, als er Laufstcllen gleichzeitig schmieren soll. Von den mit einem Glasrohr umgebenen Tropfdüsen aus führen dünne Rohre den betreffenden Stellen das Öl zu. Hat man es mit einer größeren Anzahl zu schmierender Stellen zu tun, so bringt man die Tropsdüsen nicht direkt am Boden des Behälters, sondern an einem separaten Rohre an, welches vermittelst eines Haupthahnes mit demselben in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung kann man die kleinen Hähne ein für allemal nach Bedarf einstellen, und ist zur An- und Abstellung sämtlicher von dem Zentralschmierapparat aus zu schnnerender Teile nur eine Vierteldrehung des Haupthahncs nötig.

Der Ölbehälter ist ferner im Innern mit einem nahe dem oberen Rande angebrachten herausnehmbaren Haarsiebe versehen, um selbst kleine zufällig in das Öl hereingeratene Verunreinigungen aufzuhalten.

Liegen besondere Gründe vor, welche das Schmieren auch weit entfernter Punkte erwünscht machen, so kann auch dies ohne Ölvergeudung geschehen, indem man an den Enden solcher längeren Rohre kleine mit Hähnen versehene Ölkästchen einschaltet, in welchen sich das, beim Abstellen des Motors noch in den Rohren enthaltene und sonst nutzlos ausfließcnde Ol sammelt. Beim Wiederanlassen genügt alsdann der in den kleinen Behältern befindliche Ölvorrat so lange zur Schntierung, bis sich das Rohr wieder mit Öl gefüllt hat.

In neuerer Zeit kommt bei Wellenleitungen usw. wohl nur noch die Ringschmierung in Betracht. Die Unterschale des Lagers wird von einem allseitig geschlossenen Behälter für das Schntieröl aufgenommen. Ein oder mehrere Ringe hängen in dem Lager auf der Welle, tauchen in den Ölbehälter hinein und führen das an ihnen haftende Öl bei ihrer durch die Reibung hervorgerufenen Drehung auf die Welle.

Noch einer anderen Art der Schmiervorrichtungen sei hier Erwähnung getan, und zwar der Ölpumpen. Diese Apparate sind mehr oder weniger kompliziert in ihrer Anordnung und haben den Zweck, unter Druck stehenden Schmierstellen Öl zuzuführen. Meist werden diese Pumpen vermittelst Sperrad und Klinke von einem umlaufenden oder hin- und hergehenden Maschinenteile aus angetrieben, und zwar je nach der Größe des verstellbaren Hubes der Klinke langsamer oder schneller, je nach Bedarf.

Es würde zu weit führen, hier auf die verschiedenen Konstruktionen von Ölpumpen näher einzugehen, es sei nur erwähnt, daß dieselben sehr gleichmäßig schmieren und der Ölzufluß meist sehr leicht regulierbar ist.

Wir werden unter „Armaturen" diese Apparate noch eingehender mit

behandeln.

1)) Vorrichtungen für Starrschmiere.

Die Starrschmiere läßt sich natürlich nicht mittelst Kanne aufgießen; es sind vielmehr für die Zuführung derselben zu den Gleitflächen stets besondere Vorrichtungen erforderlich. Bei Anwendung derselben ist darauf zu achten, daß dieselben das Fett unmittelbar nach der Reibungsfläche pressen und nicht etwa in den Hohlraum zwischen Lagerdecke und Schale. Um dies zu vermeiden, verwendet man Zwischenröhrchen (siehe Fig. 498), welche eine unmittelbare Kanalverbindung zwischen Reibungsfläche und Gefüßinhalt am sichersten zu schaffen geeignet sind.

Die Schmierspritze ersetzt die Ölkanne. Durch eine einfache Anordnung wird mittels Handdruck die Starrschmiere aus dem Innern einer Büchse in ein Rohr hineingedrückt, aus dessen Spitze sie austritt.

Die Handschmiervorrichtungen bestehen gewöhnlich aus einem Zylinder, aus dem durch Niederschrauben eines Kolbens die Starrschmiere allmählich nach den Gleitflächen gepreßt wird, oder aus einem feststehenden Kolben, über welchen ein Zylinder herabbewegt wird, so ebenfalls die Schmiere aus dem Innern verdrängend. In der Regel genügt es, wenn die Schraubeneinrichtung täglich einmal weitergestellt wird.

Am verbreitetsten sind dieStaufferschenSchmierbüchsen.

Fig. 498.

Dieselben bestehen aus einem Bodenstücke, welches auf den Lagerdeckel oder noch besser auf das erwähnte Zwischenröhrchen,

Fig. 498, aufgeschraubt wird, und einer Kapsel, welche mit Starrschmiere gefüllt wird. Das Mantelinnere der Kapsel, sowie der Rand des Bodenstückes sind mit Gewinde versehen. Durch Niederschrauben wird die Schmiere zur Lagerfläche gepreßt. Da die Gewinde im Innern liegen, so können sie nicht durch Staub leiden.

Bei der Pintschschen Büchse, Fig. 499, ragt die Druckschraube aus dem Deckel heraus, wenn der Apparat gefüllt ist.

An dem Stande derselben erkennt man, wann die Neufüllung notwendig ist. Eine besondere Klinkvorrichtung verhütet, daß die Fig. 499.

Druckschraube aus Unachtsamkeit zurück, anstatt vorgestellt werden könnte, und macht bemerklich, wenn eine halbe Drehung vollendet ist.

Selbsttätige Schmiervorrichtungen. Es erscheint sehr schwierig, jede einzelne Schmiervorrichtung, mag dieselbe durch Gewichtsbelastung, Federdruck oder sonstwie selbsttätig gemacht sein, so herzurichten und so für die Dauer zu erhalten, daß die Fettzufuhr stets dieselbe bleibt, denn Staub, Temperaturwechsel, andere Fettsendungen, andere Erschütterungen sind geeignet, die Fettschmierung zu verzögern oder zu beschleunigen. Bei den Hand-fchmiervorrichtungen ist man sicher, daß — sofern der Wärter stets pünktlich seinen Dienst besorgt — jeder Gleitsläche die beabsichtigte Schmiermenge zukommt, nicht mehr und nicht weniger. Nichtsdestoweniger haben sich die selbsttätigen Schmiervorrichtungen eingebürgert, weil sie die Bewachung dort überaus vereinfachen, wo eine sehr große Zahl von Lagern mit Schmiere versorgt werden muß.

Am bekanntesten und verbreitetsten sind die Tovoteschen Schmierbüchsen. Die Selbsttätigkeit wird durch Belastung des Verdränger-Kolbens mit Schrot, Bleiplatten usw. erzielt.

Die selbsttätige Bewegung des Kolbens kann auch mittelst Spiralfeder, welche zwischen Kolben und Deckel eingelegt ist, herbeigeführt werden, Fig. 500. Die Regulierung ist dann schon schwieriger, doch ist man alsdann auch nicht an die lotrechte Aufstellnng gebunden.

Am schwierigsten ist die

;;vt:

Fig 500.

c) Schmierung der lose laufenden Scheiben.

Obwohl die hohe Bedeutung einer zweckentsprechenden Lösung dieser Frage durchweg anerkannt wird, so gibt es doch bis jetzt keine Vorrichtung, welche ungeteilten Beifall gefunden hat, sofern man den Beschaffungspreis mit in Betracht zieht. Es wird daher die Lösung der Schmierungsfrage als mit zur Konstruktion der Losscheiben gehörig betrachtet.

Verhältnismäßig einfach ist die Versorgung der mit Unterbrechung laufenden Losscheiben. Denselben kann beim An- und Auslaufen leicht so viel Schmiere zugeführt werden, daß sie für die Gangzeit hinreichend versorgt sind, sofern dieselbe nicht zu lange andauert. Dies ist z. B. für die Betriebe aller Werkzeugmaschinen zutreffend.

Ein auf die Nabe geschraubtes Nadelschmiergefäß, Fig. 494, tut recht gute Dienste, indem die Nadel beim An- und Auslauf Pumpbewegungen ausführt und dadurch Verstopfungen verhütet, sowie den Austritt von Öl beschleunigt. Natürlich fließt Öl weder beim Stillstände der Riemscheibe ab, noch bei größerer Umlaufsgeschwindigkeit derselben. Im letzteren Falle flieht sowohl die Nadel wie auch das Öl so weit wie möglich nach dem Umfange hin und verläßt diese Lage erst wieder, wenn die Zahl der Umläufe sich so weit vermindert, daß die Schwerkraft mehr zur Geltung kommt als die Fliehkraft.

Für Starrschmiere ist die Lünnemannsche Schmierbüchse bekannt. Dieselbe besitzt im Innern eine Erweiterung zur Aufnahme der Starrschmiere, welch letztere durch eine Spritze oder Staufferbüchse eingeführt wird. In dem Falle nun, daß die Welle sich dreht und die Losscheibe still steht, gelangt die im Innern der Büchse befindliche Schmiere infolge der Fliehkraft durch kleine Durchbohrungen und Schmiernuteu an die Lauffläche. Bei sich drehender Losscheibe und stillstehender Welle drückt man die Schmiere mittelst einer auf dem Flansch angebrachten Staufferbüchse durch das Innere an die Lauffläche. Erwähnt fei noch, daß diese Büchse auch zum Schutze der Welle gegen Verschleiß dient.

fiflf

Bei der Tovoteschen Schmiervorrichtung, Fig. 501, wird durch die Fliehkraft des Kolbens die über demselben befindliche Starrschmiere in der Weise weggedrängt, daß dieselbe durch den Kolben und dessen Verlängerungsrohr rückwärts zur Lauffläche gelangt.

Sehr schwierig ist die Lösung der richtigen Schmierzufuhr in -dort, wo große Kraftübertragungen vorkommen und zugleich ununterbrochener Leerlauf erforderlich ist. Solche Fälle treten häufig ein, insbesondere wo eine Aushilfsmaschine stets bereitgehalten wird, um die Betriebskraft in demselben Augenblick herzugeben, in welchem die erste Maschine aus irgendwelcher Veranlassung ab- gig- 501. gestellt werden muß, also z. B. beim Betriebe von Dynamomaschinen, weil es unbedingt darauf ankommt, ein stetiges Licht zu liefern, bei größeren Zentrifugalpumpen, welche städtische Abwässer überpumpen usw.

III. Teil.

¹

Mit Benutzung von I. Großmann, Schmiermittel. Kreidels Verlag. Wies

Die Motoren.

Motoren nennen wir in der Technik alle Vorrichtungen, welche dazu dienen, unter Zuhilfenahme einer Naturkraft diese selbst in nutzbringende Arbeit umzusetzen, und verstehen dementsprechend unter motorischer Kraft eine Kraft, welche imstande ist, aus mechanischem Wege Arbeit zu leisten.

Die Natur ist reich an solchen Kräften und die Ausnutzung vieler dennoch beschränkt, weil uns bei manchen noch die richtigen Mittel fehlen, sie wirklich gut auszunutzen.

Unter den Naturkräften, die uns für die industrielle Krafterzeugung zur Verfügung stehen, müssen wirzwischen zwei Arten vonKräften unterscheiden, und zwar:

1.    direkt auszunutzende Naturkräfte,

2.    indirekt auszunutzende Naturkräfte.

Zu den erstgenannten rechnen wir die Kraft des Windes, des Wassers und die Sonnenwärme,

zur zweiten Gattung die Kraft des Dampfes, der explosiblen Gase und die elektrische Kraft.

Freilich ist auch die Elektrizität eine Naturkraft, deren direkte Verwendung fchon lange ohne praktischen Erfolg angestrebt wird, aber die Zeit wird kommen, wo auch dieses Problem gelöst wird; vorläufig müssen wir uns damit begnügen, auf indirektem Wege die elektrische Kraft zu erzeugen, die deshalb in vielen Fällen recht teuer zu stehen kommt, weil sie durch Dampfmaschinen mit Dynamos erzeugt werden muß, also doppelt indirekt.

Zur Erzeugung der Dampfkraft und explosiblen Gase bedienen tvir uns in erster Linie der Kohle. Diese aber ist nichts anderes als durch Jahrtausende in fester Form aufgespeicherte Sonnenwärme — Sonneneucrgie, die indirekt zur Krafterzeugung ausgenutzt wird.

Aber auch die direkte Ausnutzung der Sonncnwärme zur Krafterzeugung ist bereits mit Erfolg in Amerika mit einem Sonnenmotor versucht worden, der unter den Wärmekraftmaschinen näher beschrieben und bildlich dargestellt ist.

Ehe wir hier näher auf die einzelnenMotoren eingehen, müssen wir derMänner gedenken, denen wir auf dem Gebiete des Motorbaues alles zu danken haben, was bis heute erreicht worden ist. Ihre Lebensgeschichte ist eng verbunden mit der Entwicklung unserer Industrie, und die Dankbarkeit, die wir ihnen

zollen, können wir nur dadurch beweisen, daß wir ihren Namen, ihren technischen Großtaten ein Denkmal setzen, indem wir hier einen kurzen Abriß ihres Lebens und Wirkens geben. Den Verstorbenen zum Gedächtnis, auf daß ihr Name in Ehre und Erinnerung bleibe, den Lebenden ein Vorbild zur Nacheiferung zu gleichem Wirken. —

Aus der großen Zahl berühmter Techniker greifen wir die heraus, welche mit der Entwickelung der Industrie im XIX. Jahrhundert am engsten verbunden sind und die auf sie den größten Einfluß ausgeübt haben.

In erster Linie ist James Watt zu nennen, der Erfinder der Dampfmaschine. Geboren 1736 in Greenock in Schottland, übernahm er in ziemlich jugendlichem Alter das väterliche Geschäft für Schiffsausrüstungen. Als Mechaniker in Glasgow kam er später durch eine ihm zur Reparatur übergebene unvollkommene Maschine, die zum Heben von Wasser in einem schottischen Bergwerk verwendet wurde, auf die Erfindung der Dampfmaschine. Nach manchen Fährlichkeiten fand er in dem Industriellen Boulton einen Helfer, der ihn verstand. Watt kam, trotzdem man ihm seine Erfindungen durch Bestechung seiner Arbeiter systematisch stahl, später zu großem Wohlstand und weitgehender Anerkennung. Er starb 1819. G. Stephenson (1781—1848) erbaute 1814 die erste brauchbare Lokomotive und 1825 die erste Eisenbahn von Stockton nach Darlington.

Die Namen Bessemer und Krupp gehören in ähnlicher Weise zusammen wie Watt und Stephenson. Henry Bessemer, geb. 1813 in Hertfordshire, ist der Erfinder des nach ihm benannten Bessemerprozcsses, durch den die Massenerzeugung von Flußstahl ermöglicht wurde, was geradezu eine Umwandlung in der Stahlindustrie zur Folge hatte.

Während nun der Bessemerprozeß heute die ganze Welt erobert hat, stellten sich noch am Ende der fünfziger Jahre der Durchführung so erhebliche Schwierigkeiten in den Weg, daß die Mehrzahl der Hüttenleute von der Neuerung nichts wissen wollle. Alfred Krupp gebührt das Verdienst, die Bedeutung dieses Verfahrens von Anfang an erkannt zu haben. Es gibt nichts, was so eindrucksvoll wie ein Gang durch ein Bessemerwerk die Herrschaft zu veranschaulichen vermöchte, die der Mensch in der kurzen Zeit von noch nicht zwei Menschenaltern über die Elemente errungen hat. Mit einer feuerflüssigen Masse von 5—10000 kg operieren einige wenige Arbeiter so leicht und sicher, als ob cs sich um die Dirigierung einer kurzen, glühenden Eisenstange handelte. Das Drehen und Wenden der riesigen Bessemerbirnen, das Heben und Entgegen- . bringen der Gießpfannen usw. ist nur mit einem gewaltigen Aufwande von maschinellen Mitteln, hydraulischen Vorrichtungen usw. zu erreichen, die in genauer Weise zusammenwirken müssen, um den Erfolg nicht zu vereiteln. Aber ehe man an den Bau einer Bessemerbirne herangehen konnte, mußte die Möglichkeit einer Eisenverhüttung und Eisenbearbeitung selbst wieder einen

Bedürfnisse des Dampfmaschinenbaues und des Baues von Werkzeugmaschinen

hat die Eisenverhüttung und Eisenbearbeitung aus den neuen Dampfmaschinen und Werkzeugmaschinen selbst wieder unschätzbare Vorteile eingeheimst. Die Kruppsche Tiegelstahlbereitung war der erste erfolgreiche Schritt, der auf den Puddelprozeß folgte und die ganze Metallurgie des Eisens auf eine höhere Stufe brachte. Stahl wird heute in der Technik in ausgedehntestem Maße verwandt. Lokomotivenräder, Maschinenwellen, Kolben und Pleuelstangen, Eisenbahnschienen, Kesselbleche, Schiffskessel, Drahtseile, Fahrräder, die unübersehbare Menge verschiedener Werkzeuge usw. werden heute aus Stahl bereitet, wo man vor einem Menschenaller noch Holz, Gußeisen und im besten Falle Schmiedeeisen verwandt hatte.

Bon der Erhaltung der Kraft.

In allen Zeitaltern, in welchen man sich mit Problemen zur Konstruktion von Maschinen und Apparaten beschäftigt hat, die bewegliche Teile enthalten, hat es Leute gegeben, welche das „Perpetuum mobile" ersinden wollten, eine Kraftquelle in Form einer Maschine, welche ihren Antrieb aus sich selbst erhalten, oder, was auf dasselbe hinausläuft, eine Maschine, welche mit geringer Antriebskraft eine große, langandauernde Kraftwirkung erzielen sollte. Die Bemühungen dieser Erfinder sind ebenso aussichtslos wie desjenigen, der aus einem Markstück ein Fünfmarkstück machen will. Ebenso wie man die Masse (das Gewicht) eines gegebenen Stückes Metall oder anderen Materials nicht beliebig vergrößern kann, ebensowenig kann man ein gegebenes Kraftquantum, oder richtiger ausgedrückt ein Energiequantum, vergrößern. Wenn man aus einem Markstück einen silbernen Ring schmiedet und dann aus diesem silbernen Ring wieder ein Markstück machen will, so findet man, daß das Material nicht mehr ganz reicht. Die Umformung hat notwendigerweise Materialverlust mit sich gebracht, weil es ohne solchen bei keiner Umformung durch irgend welche bekannte irdischen Mittel abgeht. Unter Umständen kann der Materialverlust ein sehr erheblicher sein, unter Umständen wird er nur wenige Prozente betragen. Auf keinen Fall wird mehr als die Masse des Markstückes wieder herauskommen, sondern stets weniger.

Genau so ist es bei der Umformung von Energie. Wir können Energie nicht in so einfacher, augenfälliger Form messen, wie wir die Masse, ein Markstück messen, indem wir es einfach auf die Wage legen. Aber wir können auch ein Quantum Energie, wenn wir wollen, ganz genau messen. Wenn wir eine Energiequelle eine bestimmte Zeit nutzbar wirken lassen, so leistet sie ein bestimmtes Quantum Arbeit, und diese Arbeit können wir leicht messen, wenn wir sie mit derjenigen Arbeit vergleichen, durch welche eine Masse von bestimmtem Gewicht, also etwa 1 Zentner, auf eine Höhe von bestimmtem Maß emporgehoben worden ist.

Eines der gebräuchlichsten Maße für die Arbeit ist das Meterkilogramm. Der Zentner, welcher auf 20 m emporgehoben worden ist, repräsentiert ein Arbeitsquantum von 50 kg )x( 20 m = 1000 mkg.    x-

Die Maschinenkraft oder richtiger ausgedrückt Energie einer Maschine oder einer anderen Kraftquelle mißt man nach der Arbeit, die sie in einer bestimmten Zeit leisten kann, und ein gebräuchliches Maß für die Energie ist daS „Meterkilogramm pro Sekunde", indem man die Kraft einer Maschine üergleicht mit einer kleinen Maschine, von welcher man sich vorstellt, daß sie in jeder Sekunde eine Arbeit von 1 mkg leisten kann, also in jeder Sekunde 1 kg um 1 m emporheben könnte. Auf diese Weise hat man genau so exakte Maße für die Kraft einer Maschine geschaffen, wie man sie für das Wägen von Materialien auf der Wagschale seit den ältesten Zeiten gehabt hat.

Und ebenso, wie man aus dem Gewicht eines Markstückes durch Umformung niemals mehr als dieses Gewicht, sondern immer nur etwas weniger erhalten kann, ebensowenig kann man aus einer Energiequelle von bestimmter, genau meßbarer Größe eine größere Wirkung erzielen, als sie dieser Kraftquelle entspricht.

Wenn man also eine Energiequelle von angenommen 10 mkg (oder Kilogrammeter, was dasselbe heißt) per Sekunde 5 Minuten lang wirken läßt, so erhält man ein Arbeitsquantum von 10 mkg in jeder Sekunde, und da die 5 Minuten 5 X 60 — 300 Sekunden ausmachen, so würde man durch diese Maschine in 5 Minuten ein Arbeitsquantum von 10 X 300 — 3000 mkg erhalten können, wenn gar kein Kraftverlust vorhanden wäre, und weniger als dieses Quantum Arbeit, wenn, wie es tatsächlich stets der Fall ist, Kraftverlust eintritt.

Um bei dem angenommenen Beispiel zu bleiben, wird man bei der Umwandlung des Markstückes in einen Ring und in der Wiederumwandlung in ein Markstück konstatieren müssen, daß der Materialverlust in Form von Staub und Spänen verloren gegangen ist. Auch bei Umformung von Kraft kann man konstatieren, in welcher Form der Kraftverlust sich vollzogen hat.

Ein größeres Maß für die Energie als ein Kilogrammeter per Sekunde ist die „Pferdestärke". Man ist übereingekommen, mit dieser „Pferdestärke" ein Energiequantum von 75 mkg per Sekunde zu bezeichnen; und wenn man eine Dampfmaschine als eine lO pferdige bezeichnet, so ist damit gemeint, daß sie 10 X 75 — 750 mkg Arbeit in jeder Sekunde leisten kann.

Pferdestärke und Kilogrammeter per Sekunde sind also Maße für die Maschinenkraft oder Energie, ebenso wie Kilogramm und Gramm Maße sind für das Gewicht. Aber ebenso wie wir für das Gewicht außer Kilogramm und Gramm auch Zentner und Pfund haben, oder in fremden Ländern andere Gewichte, so haben wir auch für das Messen der Energie verschiedene Maßsysteme. Z. B. verwendet man in der Elektrotechnik als Maß das Watt, Hektowatt und Kilowatt. Auch diese Bezeichnungen sind Maße der Energie. Hektowatt bedeutet 100 Watt, Kilowatt bedeutet 1000 Watt. Das Verhältnis zwischen diesem Systein und dem Meterkilogrammsystem ist das, daß eine Pferdestärke, also 75 Meterkilogramm per Sekunde, dasselbe sind wie 736 Watt, demnach entspricht ein Kilowatt 1,36 Pferdestärken.

37

Hat man eine elektrische Beleuchtungsanlage von 100 Glühlampen, von denen jede 55 Watt Energie verbraucht, so ergibt das einen Gesamlverbrauch von 5500 Watt und demgemäß eine Dynamomaschine, welche 6 Kilowatt leisten kann, so wird dieselbe von der Dampfmaschine, welche sie antreibt, eine Energie von 6 X 1/36 — 8,16 Pferdestärken verlangen müssen.

Nun ist aber zu berücksichtigen, daß von der Kraft, welche in die Dynamomaschine hineingesteckt wird, nicht alles wieder herauskommen kann. Wenn also zu dem eigentlichen Lichtverbrauch 8,16 Pferdestärken notwendig sind, so Ivird man, um die elektrische Maschine dauernd sicher antreiben zu können, etwas mehr, also etwa 9 Pferdestärken, rechnen müssen. Die Differenz von einer Pferdestärke, oder vielleicht etwas weniger, geht in der Dynamomaschine verloren.

Wo diese Kraft bleibt, kann man ganz genau nachweisen. Es sind zum Teil die Lager, welche die Kraft durch Reibung verzehren. Wenn auch ein Lager so gut wie irgend möglich gearbeitet ist, so geht doch bei der Bewegung der Welle in dem Lager Kraft verloren. Es entsteht Reibung und diese Reibung erzeugt Wärme. Es ist wissenschaftlich nachgewiesen, daß Wärme tatsächlich auch nur eine Bewegnngsform ist, eine Bewegung des Äthers, daß diese Bewegung genau so gut Kraft beansprucht wie andere Bewegungen. Man hat auch das Maß für diese Kraft, welche die Wärme verbraucht, genau festgestellt. Die Kraft, welche zum größten Teil in elektrischen Strom verwandelt wird, tvird zum kleineren Teil in der Reibung des Lagers auch in Wärme verwandelt. Außerdem gibt es denselben Kraftverlust auch in der elektrischen Maschine selbst, indem nicht alle Kraft in nutzbaren elektrischen Strom verwandelt wird, tveil ein Teil dieses Stromes sich noch in der Dynamomaschine selbst in Wärme verwandelt. Auch diese Wärme entspricht einem Kraftverlnste für die Maschine und muß in Rechnung gezogen werden, wenn man die Dampfmaschine, welche die elektrische Maschine antreiben soll, stark genug machen will.

Will man mit einer Dampfmaschine nicht eine elektrische Beleuchtungsanlage, sondern vielleicht Werkzeugmaschinen treiben, so ist die Sache ähnlich. Auch hier muß die Kraft der Dampfmaschine in einem entsprechenden Verhältnis zu dem Kraftbedarf der Werkzeugmaschine stehen. Nehmen wir an, mit der Dampfmaschine soll eine Kreissäge betrieben werden und zwar soll die Kreissäge Bretter eines bestimmten Holzes von bestimmter Stärke durchschneiden. Wird jetzt, wie es richtig ist, das Holz ohne Druck der Kreissäge zugeführt, so findet jeder Zahn an dem Holze einen getvissen Widerstand und um diesen Widerstand zu überwinden, bedarf es einer gewissen Menge von Kraft. Beivegt sich der Zahn schnell an dem Holz vorbei, so muß diese Arbeit in kürzerer Zeit geschehen, als wenn er sich langsam daran vorbeibewegt und demzufolge ist das Energiebedürfnis um so größer, je schneller die Kreissäge läuft, denn wenn wir eine Arbeit von bestimmter Größe, etwa ein Meterkilogramm, in zwei Sekunden verrichten, so bedarf das tveniger Energie, als wenn wir diese

selbe Arbeit von einem Meterkilogramm in einer Sekunde verrichten, und zwar natürlicherweise genau die Hälfte. Um die Arbeit von einem Meterkilogramm in zwei Sekunden leisten zu können, bedarf es einer Kraftquelle von einem halben Meterkilogramm per Sekunde. Um sie aber in dem Zeitraum von einer Sekunde leisten zu können, bedarf es einer Energiequelle von einem Meterkilogramm per Sekunde. Wenn wir also die Arbeit, die der Zahn der Kreissäge an dem Holz zu tun findet, in der halben Zeit leisten wollen, so müssen wir die Energiequelle doppelt so groß machen, oder mit anderen Worten, wenn wir die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kreissäge auf das zweifache vergrößern, fo beansprucht die Kreissäge auch das zweifache Kraftquantum. Dasselbe Resultat, welches wir durch Vergrößerung der Umdrehungsgeschwindigkeit erreichen, können wir auch dann erreichen, wenn wir den Umfang der Kreissäge verdoppeln, also auch gleichzeitig die Anzahl der Zähne. Auch in diesem Falle wird die Leistung und der Krastbedarf der Kreissäge verdoppelt. Diese Vergrößerung des Kraftbedarfs tritt natürlich auch ein, wenn wir stärkeres Holz schneiden lassen oder auch, wenn wir härteres Holz verwenden.

Was für die Kreissäge gilt, gilt auch für alle übrigen Werkzeugmaschinen. Der Kraflbedarf wird bei den verschiedenen Maschinen je nach den Umständen verschieden sein, jedoch wird man nicht behaupten können, daß bei Werkzeugmaschinen die nutzbare Leistung stets in einem gewissen Verhältnis zum Kraftbedarf steht. Die nutzbare Leistung einer Werkzeugmaschine hängt wesentlich davon ab, ob die benutzten Werkzeuge stumpf oder scharf sind. Ein scharfes Werkzeug gibt eine gute Leistung bei geringem, ein stumpfes Werkzeug wenig Leistung dei großem Kraftverbrauch. Benutzt man ein Werkzeug, welches möglichst wenig scharf ist (nämlich eine bremsende Fläche), so erhält man gar keine Leistling bei sebr großem Kraftbedarf. Hierbei fällt es auf, daß beim Arbeiten mit einem scharfen Werkzeug dasselbe sehr wenig warm wird, das stumpfe dagegen erheblich wärmer und endlich bei einer bremsenden Fläche wird sehr viel Wärme erzeugt. Tatsächlich ist es die durch die Reibung erzeugte Wärme, welche stets in einem ganz bestimmten Verhältnis zu der aufgewendeten Kraft steht. Bei allen diesen schneidenden oder trennenden Werkzeugmaschinen, wie Drehbank, Fräsmaschine oder Kreissäge, bedarf die eigentliche trennende Arbeit gar keiner Kraft. Die bei der. Trennung auch mit dem schärfsten Werkzeuge unumgängliche Reibung und die durch die Reibung erzeugte Wärme beanspruchen Kraft. Energie wird tatsächlich in Wärme umgewandelt.

37*

Wenn man das Kraftbedürfnis einer Maschine beurteilen will, so gibt dafür die Wärme den besten Anhalt. Eine Maschine, die viel Wärme auftreten läßt, braucht viel und diejenige, welche wenig Wärme auftreten läßt, wenig Kraft. Bei der Frage nach dem Ursprung der Kraft, welche die Wärme erzeugt hatte, finden wir wieder, daß es die Wärme war. Denn erst durch die Verbrennung der Kohlen unter dem Dampfkessel ist es möglich, den Dampf zu erzeugen, welcher die Dampfmaschine antreibt. Wir sehen hier also eine

Umwandlung von Wärme in Kraft und von Kraft wieder in Wärme. In dem Fall, wo die Dampfmaschine eine elektrische Anlage betreibt, sehen wir etwas Ähnliches. Hier wird die Kraft der Dampfmaschine erst in elektrischen Strom verwandelt und dieser Strom verwandelt sich in den Lampen in Licht, aber nur zum Teil, denn mit der Lichterzeugung ist stets gleichzeitig eine Wärmeerzeugung verbunden. Er wird also in den Lampen schon zum großen Teil in Wärme verwandelt. Aber auch die Lichtstrahlen werden, wenn sie auf dunkle Körper treffen, in Wärmestrahlen verwandelt. Hier haben wir also von der Kohle bis zu dem Licht eine Umwandlung von Wärme in Kraft, von Kraft in elektrischen Strom, von elektrischem Strom in Wärme und Licht, von Licht wieder in Wärme.

Diese vielseitige Umwandluugsfähigkeit der Kraft führt schon von selbst zu der Vermutung, daß bei allen diesen Umwandlungen nichts verloren geht, und tatsächlich sind diese Vermutungen durch genaue wissenschaftliche Untersuchungen bestätigt worden. Wenn man bei der Umwandlung von Kraft in Wärme und von Wärme wieder in Kraft alles vermeidet, was einen Wärme-verlust zur Folge haben kann, so erhält man genau so viel Kraft wieder, als man für die Erzeugung der Wärme aufgewendet hat. Dieses Prinzip, daß Kraft, Wärme, Elektrizität, Licht nur verschiedene Umwandlungsformen derselben Urquelle sind, nennt man das Prinzip der Erhaltung der Kraft, und ohne die Kenntnis dieses Prinzips wären die Fortschritte der neueren Maschinentechnik vollständig undenkbar.

Auf das Prinzip der Erhaltung der Kraft trifft man auch iu allen denjenigen Fällen, bei welchen es sich um Aufspeicherung der Kraft handelt. Wenn man mittelst einer Pumpe ein hochliegendes Wasserbassin mit Wasser füllt, so scheint es zuerst, als ob die Kraft verloren ginge, tatsächlich wird die Kraft aber nur aufgespeichert, und sie kann jeden Augenblick wieder benutzt werden. Ebensoviel Kraft, wie man aufgewendet hat, um vermittelst der Pumpe das Wasser in die Höhe zu treiben, ebensoviel Kraft wird man dann wieder erzeugen können, wenn man durch die Wasserleitung ein Mühlrad oder eine Turbine treiben will. Natürlicherweise ist auch hier Verlust oder vielmehr sogenannter Verlust vorhanden, welcher sich dadurch äußert, daß ein Teil der Kraft in Wärme verwandelt wird, und zwar Wärme durch die Reibung des Wassers an den Wänden der Leitung oder an der Turbine oder dem Wasserrad, welches es zu treiben hat.

Dasselbe, was für ein gefülltes Wasserbassin gilt, gilt auch für eine aufgezogene Feder. Auch mit dieser Feder kann man ebensoviel Kraft zurückerhalten, wie man zum Aufziehen derselben aufgewendet hat, unter Abrechnung des tatsächlichen Verlustes, welcher dadurch entstanden ist, daß ein Teil der Kraft in Wärme verwandelt ist, einmal beim Aufziehen, einmal tont Ablaufenlassen. Nicht allein die Reibung erzeugt Wärme, sondern auch die innere Reibung, welche in einem Metallstab oder in einem Metallblech entsteht, wenn man Kraft anwenden muß, um dem Metall eine andere Form zu geben, er-

zeugt ebenfalls Wärme, wovon man sich leicht überzeugen kann, wenn man einen stärkeren Eisenstab hämmert: er wird dann sehr fühlbar warm werden. Hier hat man eine ganz direkte Umwandlung von Kraft in Wärme.

Auch die Kohlen, welche wir zum Heizen des Dampfkessels verwenden, sind nichts weiter als aufgespeicherte Wärme. Es sind die Reste von Pflanzen und Bäumen, welche vor Jahrtausenden auf der Erde gewachsen' sind. Die Wärme der Sonne und das Licht der Sonne sind die Ursachen, welche die Kraft des Wachsens hervorbringen, und das Holz ist das Produkt, welches von dem scheinbaren Verlust der Wärme übrig geblieben ist. Es ist aufgespeicherte Wärme. Aufgespeicherte Kraft oder aufgespeicherte Wärme enthalten auch elektrische Akkumulatoren, welche durch einen elektrischen Strom geladen sind. Auch hier ist scheinbar ein Verlust von Kraft oder Wärme eingetreten. Die Ladung der Akkumulatoren ist eben die aufgespeicherte Kraft, welche zu jeder beliebigen Zeit wieder in Kraft, Wärme oder elektrischen Strom verwandelt werden kann.

wenn

Das zahlenmäßige Verhältnis von Kraft zu Wärme ist folgendes: Die Wärmemenge, welche notwendig ist, um 1 kg Wasser in einer Sekunde um

Der Vollständigkeit halber wollen wir noch hinzufügen, das; auch eine Aufspeicherung von Wärme dadurch eintritt, daß ein fester Körper sich in einen flüssigen, oder ein flüssiger Körper in einen luftförmigen verwandelt. Die eigentliche Grundursache dieser Erscheinung ist nicht aufgeklärt, aber die Erscheinung ist vollständig festgestellt, wie ebenfalls auch das Maß der Kraft und Wärmeaufspeicherung. Diese Aufspeicherung oder Bindung von Wärme kann man sehr leicht beobachten. Wenn man einen Topf mit Wasser auf das Feuer stellt und ein Thermometer hineinsteckt, ivird man finden, daß die Temperatur dauernd zunimmt, und zwar so lange, bis das Wasser 100° C zeigt und dann das Kochen beginnt. Beim Kochen verwandelt sich ein Teil des Wassers in gasförmigen Dampf, und jetzt hört das Thermometer auf zu steigen. Die Bildung des Dampfes beansprucht gleichzeitig eine Aufspeicherung oder Bindung von Wärme. Dieselbe Erscheinung kann man wahrnehmen, wenn man Schnee oder Eis durch Erwärmung schmelzen läßt. Man wird dann finden, daß die Temperatur von 0° 0 so lange bestehen bleibt, bis das sämtliche Eis zu Wasser geworden ist. Daß erst dann eine Erhöhung der Wassertemperatur eintritt, beweist, daß bei der Umwandlung von Eis in Wasser Wärme gebunden ist. Daß diese Wärme wieder frei wird, kann man bei dem umgekehrten Versuch genau feststellen. Es ist eine bekannte Tatsache, daß Wasser, es zu Eis gefriert, nicht auf einmal in seiner ganzen Ausdehnung zu Eis wird, sondern nur an der Oberfläche, wo es sich am meisten abkühlt. Weil durch die Umwandlung von Wasser in Eis aber wieder Wärme frei wird, behält das Wasser so lange seine Temperatur von 0°C bis alles Wasser zu • Eis verwandelt ist. Erst dann kann das Eis kälter als 0® C werden. Also auch bei diesem scheinbaren Verlust von Wärme geht tatsächlich nichts verloren.

1⁰ C ju erwärmen, entspricht einer Arbeit von 425 Meterkilogramm. Daher ist eine Energiequelle, welche 425 Meterkilogramm, das sind etwas weniger als 6 Pferdestärken, leistet, imstande, 1 kg Wasser in jeder Sekunde um 1" 0 zu erwärmen, also in einer Minute etwa von 10⁰ C bis auf 70° C.

Ehe wir an die Beschreibung der Krafterzeugungsmaschine gehen, erübrigt es sich noch, einiges über menschliche und tierische Kraftquellen zu sagen. Auch diese Quellen sind nur Umwandlung von Wärme in Kraft. Während es bei den Dampfinaschinen die Kohle ist, welche die Wärme erzeugt, ist es bei den Menschen und Tieren die aufgenommene Nahrung, welche im Körper einen ganz ähnlichen Verbrennungsprozeß durchmacht, wie die Kohle unter dem Kessel. Die Körperwärme ist das Resultat der Verbrennung, und schon die allgemein bekannte Tatsache, daß diejenigen, welche schwere Arbeit zu leisten haben, ein größeres Quantum Nahrungsstoff benötigen, als andere, läßt darauf schließen, daß diese Kraftäußerungen als Voraussetzung eine größere Verbrennung der Stoffe im Körper benötigen. Es ist kaum nötig, zu erwähnen, daß auch bei diesen Kraftquellen dieselben Prinzipien gelten, wie bei denjenigen von Dampfmaschinen und anderen künstlichen Kraftquellen. Auch hier wird die geleistete Arbeit immer nur im Verhältnis zu der Kraftquelle stehen können. Ein gewisses Quantum Arbeit in einer bestimmten Zeit wird stets nur geleistet werden können. Die Leistung eines Menschen nimmt man gewöhnlich mit ungefähr */« Pferdekraft an. Indessen ist wohl zu berücksichtigen, daß diese Kraftquellen viel elastischer sind als künstliche Kraftquellen. Ein Mensch kann auf kurze Zeit bis zu ¹/s Pferdestärke leisten, und ähnlich geht es auch bei den Tieren.

Gruppe I.

Die Wmdkrastmotoren.

Die ersten Maschinen zur Ausnutzung der Windkraft sollen von den Persern gebaut worden sein, die sie bereits im Jahre 640 zur Bewässerung ihrer an Wasser armen Landstrecken benutzten. Nach Europa kamen sie durch die Kreuzzüge und zwar um 1140 nach England, nach Deutschland aber erst Ende des vierzehnten Jahrhunderts.

Holland, das typische Land der Windmühlen, hat erst im Beginn des siebzehnten Jahrhunderts den Bau der „holländischen Windmühlen" aufgenommen, die sich durch das mit den Flügeln drehbare Dach kennzeichnen, während in Deutschland die alte, hölzerne „Bockmühle" als ein Überbleibsel der alten, schwerfälligen Technik vergangener Jahrhunderte in unsere moderne Zeit hineinragt und ihrer Billigkeit halber jedenfalls auch noch länger der deutschen Landschaft freundliches Leben geben wird.

Als ein erstes Kind der hochaufstrebenden modernen Technik kennzeichnet sich der sogenannte Windmotor, der vor ca. 50 Jahren unter der Bezeichnung „Windturbine" aus Amerika bei uns eingeführt wurde und in den Werkstätten deutscher Industrie eine gründliche wissenschaftliche und praktische Durchbildung erfahren hat. Da diesen Windrädern noch eine gute Zukunft bevorzustehen scheint, wollen wir hier eine kurze Abhandlung über die Kraft des Windes selbst folgen lassen.

Vor allen Dingen sei gesagt, daß die Ansicht vieler, daß der Windmotor berufen sei, die Dampfkraft, Benzin- und Spiritusmotoren, soweit sie für den Kleinbetrieb in Frage kommen, zu verdrängen, falsch ist. Dies ist schon deshalb nicht möglich, weil die durch ihn entwickelte Kraft sich in zu engen Grenzen bewegt, um für größere Betriebe in Frage zu kommen. Er ist aber unstreitig in vielen Fällen sehr brauchbar, und sollte seine Anwendung viel öfter in Frage gezogen werden, als dies bisher der Fall ist, denn der Wind ist und bleibt die billigste Betriebskraft in allen den Fällen, wo die Betriebskraft nicht permanent gebraucht wird.

Entstehung, Häufigkeit und Stärke des Windes.

Wind ist bewegte Luft und ihre Bewegung entsteht durch die ungleiche Erwärmung der Luftschichten. Aus der Wärmelehre wissen wir, daß sich die Luft, wie jeder andere Körper, durch Erwärmung ausdehnt, durch Abkühlung zusammenzieht — verdichtet. Warme Luft ist leichter als kalte und steigt infolgedessen empor, während die kalten Luftschichten infolge ihrer größeren Schwere herabsinken. Die am stärksten erwärmte Luft finden wir auf der Erde ant Äquator, also in der heißen Zone. Sie steigt fortwährend rapid in die Höhe, und zum Ausgleich des Luftdruckes dringen dafür von den Erdpolen her mit ihren Regionen des ewigen Eises kalte Luftströme in die heißen Gegenden. Indessen strömt die aufgestiegene heiße Luft in den höheren Schichten wieder seitwärts nach den Erdpolen hin und senkt sich mit der fortschreitenden Abkühlung und Verdichtung wieder auf die Erdoberfläche herab, wo sie in der gemäßigten Zone wieder mit den von den Polen herabkommenden Luftströmen zusammentrifft und im Kampfe mit ihnen den Polen zustrebt. Wir sehen aus dieser Darstellung, daß in der Luft ständig ein Strömen verschieden warmer Luftschichten stattfindet, und diese bewegten Luftmassen nennen wir Wind bei mäßiger Bewegung, Sturm, wenn die Bewegung heftiger auftritt, und Orkan, sobald sich infolge jähen Temperaturwechsels in den Luftschichten diese im Ausgleich überstürzen.

Da der Hauptausgleich der Lufttemperaturen zwischen dem Äquator und den Erdpolen stattfindet, so sollte man annehmen, daß alle Winde von den Polen nach dem Äquator und umgekehrt wehen müßten. Infolge der Drehung der Erde um ihre Achse, an welcher selbstredend auch die die Erde umgebende Lufthülle teil nimmt, werden aber die von Nord nach Süd und umgekehrt wehenden Winde von Westen nach Osten abgelenkt. Die ans der Gegend des Äquators kommenden Winde haben nun eine große Umdrehungsgeschwindigkeit, weil diese am Äquator am größten, an den Polen am kleinsten ist. Sie werden deshalb in den mittleren-Breiten voreilen und nehmen eine mehr östliche Richtung an, so daß sie aus Südwesten wehen. Daher kommt es, daß die als Passate bekannten Hauptwinde in der Richtung Nordost und Südwest von den Polen nach dem Äquator ziehen und von ihm ausgehen.

Der von den Polen kommende Nordostwind bringt auf der nordöstlichen Halbkugel schwere, kalte und trockene Luft, die auch während seiner weiteren Drehung nach Osten anhält. Beim Zusammentreffen mit dem von Süden kommenden Luftstrom entsteht dann eine südöstliche Richtung, die meist feuchtes Wetter bringt. Allmählich dreht sich der Wind immer mehr nach Süden, bis endlich der vom Äquator kommende Südwest- oder Westwind mit warmem, nassem Wetter vorherrscht.

Wird der vom Nordpol kommende Lnftstrom stärker, so drückt er die Windrichtung nach Süden und es entsteht Nordostwind, der nach und nach in Nordwind übergeht und durch die Umdrehung der Erde zu Nordostwind wird. Diese Reihenfolge der Winde wiederholt sich in ständigem Wechsel.

In Deutschland haben wir vorherrschend westliche Winde, die im Frühjahr und Sommer niehr nach Norden und im Herbst mehr nach Süden abgelenkt werden.

Außer den erwähnten Hauptwinden haben wir auch noch lokale Winde. An der Küste des Meeres und den größeren Binnenseen weht bei Tage der Wind meist von der See nach dem Lande und des Nachts umgekehrt, voni Lande zur See. Im Gebirge sind die Winde am Tage das Tal entlang aufwärts, zur Nacht aber abwärts gerichtet. Die Stärke des Windes hängt ab von der ungleichen Erwärmung und Abkühlung der Luft. Da nun dieser Wechsel der Temperatur sich täglich wiederholt, so ist bewegte Luft (Wind) stets vorhanden und absolute Windstille in unserer Zone nie vorhanden, wohl aber zeitweise direkt am Äquator. Damit ist aber nicht gesagt, daß die Stärke des Windes immer ausreichend ist, um einen Windmotor zu betreiben.

Das Kais. Meteorologische Institut zu Berlin hat nun seit vielen Jahren statistisches Material über die Windstärken und Richtungen gesammelt, und geht aus dieser Statistik hervor, daß an 260—300 Tagen im Jahr genügend starker Wind für technisch vollkommen und leichtgehende Windmotoren vorhanden ist.

Über die Windgeschwindigkeiten gibt die nachstehende Tabelle Aufschluß, aus der zu ersehen ist, daß die Geschwindigkeit des Windes pro Sekunde im Jahresdurchschnitt 4,4 m beträgt. Wir folgen bei dieser -Darstellung den Ausführungen des Herrn Oberingenieur Otto Stertz in seinem Werk „Windkraft oder Kleinmotoren."¹)

14lU(pl(p.inq

^limoios

xH^ xH. GO CM^ in xH. G5.    C0_ xP.

xp xp m xpxpxpxpcoxpxpxpm

CO CM.

co

4,6

CG

Durchschnittliche Windgeschwindigkeit im Deutschen Reiche auf Grund statistischer Zusammenstellung

10 jähriger Beobachtung.

Täglicher Durchschnitt der Windgeschwindigkeit

10 11112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

4,2 3,4]

5,3 4,1

4,2,

3.3    6,3 3,7 2,6 3,6

4.4    8,8

10

-+

CD.

Xp"    xjT

3,74,34,4

3.9    5,4 5,1 11,1 8,7 6,4

5.9    6,9 3,9 2,8 1,3*6,0

8.5    3,2*3,7

3.6    4,4 4,8 0,7 4,6*4,1

1.7    4,6 5,4

2.8    4,41,9 6/8 4,61,8

4.8    5,7 4,3

Jahresdurchschnitt 4,4

xP^

xh

05

co

in"

co

Xp

Xp

co

xh"

co

Xp

GO

xh"

4,54,44,7 2,84,54,7,0,64,34,05,04,2

xp

00. H    xh.    00^    O.    CD.    GM^

xp    x4^    CO    00    xp    CO

in"

CO

co"

CO

o"

co

xp"

00

co

GM

05

IO

xff

co

xh"

gm"

4,8 8,5 9,6 3,9 1,7 4,52,36,5 0,4 4,2 4,6 3,9 5.0 4,8 4,3 6,4

2.7    6,5 4,6 4,0 2,9 5,7 5,6 4,2

3.7    4,5 4,3 3,5 4.3 4,2 3,3 3,8 4,2 4,8 5,4 4,4 3,8 0,2*4,5 0,3 3,5 4,8 4,3 3,5 5,5 6,7 5,4 1,8

4.8    4,2 5,6 1,2 0,4 3,1 L,2 2,2 6,7 5,5 0,6 4,1 5,6 4,7 7,6 5,5

4,8 3,5 3,9 5,2 2,4 4,7 7,8

6,4

cm^ cm^ oq.

m"    oo' rj<V (M ^ O ii

IO

rH

x-j.    O.    C5    C0^    CM.    Gt.    CM    lO.    05    05^    CO.

xp"    05"    o"    in"    x-T    xp"    xp"    xp"    Xp"    o"    co"

3,24,1 5,34,5 8,3 5,5 4,2 3,9

3.9    4,7

4.9    5,8 3,8 4,8

4.3    0,6

4.4    5,4 3,9 6,5

4,9

5,7

4,7

8,2:

'CO

Geschwindigkeit ist pro Meter per Sekunde.

12i3|456789

co^ in. x^ x^ co. x-h. co.

m    00    xp    cm^    co.

xh"    Xp"    Xp"    Xp"    Xp"    Xp CO in Xp o co co

3,8 6,7 2,0;3,8 4,3I8,3 3,3 3,7 1,63,96,5:5,24,7 8,8 6,3 5,8

05

xh co in

05 xH. CO.    G0. O. CO.

Xp    Xp    xp CO    x-1    xp

CD.    xH    CO    CM^    xp.    CO.    xP. xP.

xP CO    xp    C0    xp    xp    CO

CO

co

_<_x£ 05    t>*

CM

3,94,2

0'Z8'9

co

co"

co"

3,9 4,5

4,46,4

OO

co

CO

4,24,3

CO^    co^    xH.    co.    oq.    xp

co"    xp"    m" co"    xp"    co"

r*^ xh_ co co.

4,9 3,3

GO

Xp

co

IO

4,3 5,1

Xp

xp cm in xp in"

CM 00 xp" xh"

CM

co

3,82,7

CO

co

!>•"

3,9 4,0 1,8 5,5,6,8,6,2,9,4

!Im!M

Datum

Januar

Febrllar

März

April

Mai

Juni

Juli

August

Septbr.

Oktober

Novbr.

Dezbr.

Um die Windkraft berechnen zu können, müssen wir die Geschwindigkeit kennen, mit welcher der Wind gegen eine Fläche prallt, die sich ihm entgegenstellt. Ter hierbei entsprechende Druck N wächst im Quadrat der Geschwindigkeit v und ist dann N = v ² X b, 12248 kg pro qm.

Die lebendige Kraft, welche der Wind auf eine sich drehende Fläche ausübt, wächst nach dem Gesetz der Beschleunigung (siehe Mechanik) in der dritten Potenz und wird dann N = F X v 3-

Um also die Kraft des Windes bestimmen zu können, muß man vor allen Dingen seine Geschwindigkeit messen. Hierzu bedient man sich des in Fig. 502 und 503 dargestellten Anemometer von Rosenmüller in Dresden.

LZ

E-ti

WWM

Sb

Fiq. 502.

Fig. 503.

Dieser Apparat trägt ein mit der Geschwindigkeit des Windes sich drehendes Windrädchen, welches ein Registrierwerk treibt und mit ihm anzeigt, wieviel Meter Geschwindigkeit der Wind in der Sekunde hat.

Schätzungsweise kann man die Windgeschwindigkeit nach der Beaufort-Skala bestimmen, die wir nächste Seite folgen lassen.

Für den Betrieb eines Windmotors ist die Häufigkeit des Windes nach seiner Stärke maßgebend und auch hierüber ist seit langen Jahren statistisches Material gesammelt worden. Aus ihm ergibt sich, daß ein Wind von mindestens

3—4 sknL ca. 200—300 Tage „ 170—180    „

„ 110-120 „

„    60— 70    .,

7 ..

im Vinnenlande durchschnittlich 6—10 Stunden täglich, je nach der örtlichen Lage, vorhanden ist.

Ol

Vergleich der Schnelligkeit

Fußgänger

Reiter im Trab Radfahrer Reiter im Galopp Straßenbahn Rennpferd Güterzug Automobil

Personenzug

Schnellzug

Blitzzug

Brieftaube

Beaufort-Skala zur schätzungsweisen Bestimmung der Windstärken.

Winddruck in kg pro qm V² * 0/12248

0,49

OI'I

1,96

3,06

4,40

6,00

7,84

12,25

20,70

27,50

40

54

76

103

141

196

Bezeichnung

Wirkung

der

Stärke

Windgeschwindigkeit

in englischen Meilen pro Stunde etwa

in Metern

pro

Sekunde

Windskala

nach

Beaufort

Kaum merkbar Blätter flattern

Zweige biegen

Äste biegen

Bäume schwanken

Laub reißt ab Zweige brechen

Äste splittern

Bäume brechen Häuser stürzen Verheerend

still

sehr schwach schwach

mittel

lebhaft

kräftig

stark

sehr stark Sturmwind

Sturm

starker Sturm Orkan

LO_

CM <0 O

*1

0—1

co“ W N 05 CO O CO Ist 0 O H(M(M0Q^^»OCCNO5

IC] I

10

13

15

18

21

25

29

34

40

CO^iOOl>-OOOOr-l(M

An den Küsten, auf Höhen und in ganz besonders windreichen Gegenden kann man mit etwas mehr Tagen für stärkeren Wind rechnen, und es kann ein Wind von 5—6 skm dort wohl als normal angenommen werden. Es wäre somit ein großer Fehler, wenn man für die normale Leistung einer Windmotoranlage auf dem Binnenlande etwa eine Windgeschwindigkeit von 6 oder 7 skm annehmen wollte.

Um die Kraft des Windes nach Möglichkeit voll auszunützen, ist es nötig, den Motor so aufzustellen, daß der Wind von allen Seiten frei und ungehindert das Windrad trifft. Dementsprechend montiert man das Rad in der Regel auf ein hohes Turmgerüst, dessen Höhe sich nach den örtlichen Verhältnissen richtet und so bestimmt wird, daß das Windrad mit seiner Unterkante alle in einem Umkreis von 300 m vorhandenen Hindernisse, wie Häuser, Bäume, Hügel usw., um 2—3 m überragt.

Von den verschiedenen Systemen der Windräder, wie sie in Deutschland ausgeführt werden, haben wir für unsere Darstellungen die Modelle der bestbekannten Firma Karl Reinsch in Dresden gewählt.

b .

Be- und Entwässerungsanlagen mit Windmotor.

Die größte Verwendung haben die Windmotoren bisher zur Be- und Entwässerung gefunden, also zur Betätigung von Pumpen.

Die Leistung der Motoren muß dann bei diesen Anlagen stets dem Pnmpen-widerstand entsprechen; will man nun die Größe einer mit Windmotor betriebenen Pumpaulage bestimmen, so muß man zuerst den täglichen Wasserbedarf feststellen und die Gesamtförderhöhe, unter welcher man den Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel des Brunnens oder der Quelle, aus welcher das Wasser durch die Pumpe angesaugt wird, und der Ausmüuduug des Druckrohres versteht. Hinzu kommen dann noch die Gefällverluste, welche bei langen Rohrleitungen den Leitungswiderständen in den Rohren entsprechen und aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen sind.

Nimmt man an, daß ein Windmotor täglich 6—10 Stunden arbeitet, so ist die Stundenleistung int Mittel

— Leistung pro Stunde.

Tagesbedarf

Die Größe der Pumpmotoren kann bei der gegebenen Stundenleistung und Gesamtförderhöhe aus der folgenden Tabelle entnommen werden, der eine Windgeschwindigkeit von 4 m pro Sekunde zugrunde gelegt ist.

Durchm.

des

Windmotors in Metern

Wasserlelstungen der Windmotoren in Litern pro Stunde schon bei mittlerem Wind von etwa 4

m Sekundengeschwindigkeit bei einer Gesamtförderhöhe in Metern von:

10_|    15

20

25

30

40    50

2,0

1400

1000

500

300

2,5

2000

1500

750

500

300

3,0

3000

2500

1200

1000

800

'3,5

650

500

400

7500

5000

2500

1800

1500

1000

850

700

500

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

10000

15000

20000

24000

30000

36000

50000

60000

75000

90000

100000

7500

3600

2200

1800

1500

1000

900

700

10000

14000

16000

20000

24000

30000

36000

45000

54000

60000

5000

7000

8000

10000

12000

15000

17000

22500

27000

30000

3200

5000

5500

7000

8000

10000

12000

15000

18000

20000

2500

3500

4000

4800

6000

7500

8500

12000

12500

15000

2000

2500

3000

3500

4000

6000

6800

9000

11000

12000

1700

2200

2500

3000

3500

5000

6000

7500

9000

10000

1250

1750

2000

2200

3000

3500

4500

5600

7000

8000

1000

1200

1500

1700

2000

3000

3600

4500

5400

6000

Bezeichnet man mit N die Kraft des Motors in Pferdestärken, mit Q das pro Sekunde zu hebende Wasserquantum in cbm, mit H die Gesamtförderhöhe in Metern und mit q den Wirkungsgrad der Pumpe gleich 0,8 - 0,9, so ist der Kraftverbrauch einer Pumpe

Q XH X 1000

75 X 00 X 00 X 9

Die sich aus dieser Formel ergebende Kraft muß von dem Motor schon bei schwachem Winde geleistet werden, weshalb man vorteilhaft stets eine größere Motornummer wählt, als sich nach der Tabelle für die ausgerechnete Pumpenleistung ergibt.

Die Aufstellung der Pumpe muß möglichst dicht an der Wasserstelle erfolgen, und darf die Unterkante des Pumpenstiefels nie höher als 6—7 Meter in vertikaler Entfernung über dem Wasserspiegel liegen, weil die Saugkraft der meisten Pumpen allerhöchstens für 7,2 Meter Höhe ausreicht. Wird die horizontale Entfernung größer als 30 Meter, so darf die vertikale Entfernung keinesfalls 5,6 Meter überschreiten. Die gute Leistung der Pumpe hängt in erster Linie von der guten Dichtigkeit der Saugleitnng ab, weshalb diese mit besonderer Sorgfalt ausgeführt und abgedichtet werden muß. Lauge Saug-lcitungen läßt man vom Wasserspiegel zur Pumpe langsam und unter Ver-nieidung von Durchbiegungen und scharf gebogenen Winkeln ansteigen. Da aber bei langen Saugleituugen ein Ansamnieln von Luft in dem Pumpenzylinder

nicht zu vermeiden ist, gibt man der Anlage einen Windkessel, der in die Saugleitung eingebaut wird.

Bei kleiner Leistung und doppeltwirkenden Pumpen gibt man dem Rohr einen Durchmesser vom Halbmesser des Kolbens.

Bei größeren Anlagen nimmt man die lichte Weite des Druckrohres

d = \s ±X_.9'.

v ™Xyf

worin v die Wassergeschwindigkeit pro Minute in der Rohrleitung und Q das zu hebende Wasserquantum in cbm pro Minute bedeutet.

Man nimmt für die Saugleitung v = 60 m, für die Druckleitung v = 80 —120 m.

Tabelle über Rohrleitungswiderstände.

Wassermenge Q in Litern pro Stunde. Gefälleverlust h in Metern für 100 Meter Rohrlänge. V — Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde, dz — Rohrweite in engl. Zoll, dm — Rohrweite in mm abgerundet.

V dz — dm —

25

<N - so

^e« QO

<N T-l O

3 7a

89

102

0,4

& «o

730

1140

1640

1,82

1,38

1,10

29*20    4560

0,767    0,580

6560

8940

0,462

0,381

11650

0,323

0,5

910

1425

2050

2,69

2,04

1,62

3660    5700

1,13    0,857

8200

0,683

11200

0,563

14600

0,476

0,6

1090

1710

2460

4380

6850

9850

3,71

2,81

2,23

1,56

1,18

0,940

13400

0,775

17500

0,656

0,7

1275

1995

2870

5120

7980

11500

15650

4,86

3,68

2,93

2,04

1,54

1,23

1,02

20400

0,859

0,8

1460

2280

3280

5840

9120

13100

17900

23300

6,14

4,64

3,70

2,58

1,95

1,55

1,28

1,08

0,9

2560

3690

6520

10250    14750

20100

26300

5,71

4,55

3,15

2,40

1,91

1,58

1,33

1,0

2850    4100

6,86    5,47

7300    11400

16400

22300

29200

3,82

2,88

2,30

1,89

1,60

1/1

4520

8040

12550

18050

24600

32100

6,45

4,51

3,41

2,71

2,24

1,90

1,2

8770

13700

19700

26800

35000

5,25

3,96

3,16

2,61

2,21

1,3

1/4

cy rC cy

9500

6,03

14850

21300

29100

37900

4,56

3,63

3,00

2,54

15950

23000

31300

40900

5,19

4,14

3,41

2,89

Die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Druckhöhen, bezw. Gefäll-verluste, welche durch die Reibung des Wassers an den Rohrwänden entstehen, müssen bei Berechnung der Rohrweiten größerer Rohrlängen berücksichtigt werden.

Zur Bestimmung der Widerstandshöhe einer Rohrleitung von beliebiger Länge findet man in der Tabelle unter der stündlichen Wassermenge den Gefälleverlust für 100 m Rohrlänge. Letzterer, mit der wirklichen Rohrlänge multipliziert und mit 100 dividiert, ergibt den Widerstand, welchen die Pumpe außer der vorhandenen wirklichen Druckhöhe überwinden muß. Z. B.: Bei einer Rohrlänge von 172 m und stündlich 7300 Liter Wasser ist der Rohr-eitungswiderstand bei 2" Rohrweite

3,82 . 172 = 6,57 in.    g

100

\ü

Bei der Bewässerung sowohl, als i auch bei der Entwässerung handelt es sich I in der Hauptsache darum, das Wasser 6 nur auf eine geringe Höhe §u heben, und . Jj vermag dann der Windmotor ganz erheb- Jä liche Wassermengen zu fördern und zwar M schon    bei schwachem Winde.    U

Zur Überwindung großerFörderhöhen M sind nur Saug- und Druckpumpen ver- I wendbar, während bei geringen Förderhöhen auch schon die Wasserschnecke (Fig. 504) gute Dienste leistet, desgleichen Anlagen mit ^ einer    (Fig. 505) oder zwei Rohrpumpen

(Fig. 506) oder Zentrifugal- und Membran- | pumpen. (Beschreibung dieser Pumpen siehe ls unter Pumpen in Band II.)    |

Während bei Entwässerungs-    £/

anlagen dem Motor lediglich die Auf- 'jh gäbe zufällt, den zu entwässernden Grund-

LL

"TI

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i'i

F>». 504.

flächen das Wasser zu entziehen, welches sich in einer zu diesem Zweck angelegten Grube sammelt, hat der Windmotor bei Bewässerungsanlagen noch die Aufgabe, das von dem Motor bei Tag und Nacht gepumpte Wasser so zu verteilen, daß eine gleichmäßige und rationelle Berieselung stattfindet.

Die Art der Wasserverteilung hängt ganz von de» Terrainverhältnissen und der Bodenbeschafsenheit ab und ist deshalb von Fall zu Fall verschieden. Durch offene Gräben oder Rohrnetze mit eingeschalteten Reguliervorrichtungen läßt sich das Wasser verteilen und allen Punkten zugänglich machen. Das Wasser wird in einem Teich oder Grube gesammelt und aus ihnen dein Berieselungssystem durch den Motor zugepumpt.

Jeder, auch an Regentagen und des Nachts, vorkommende Wind kann dann ausgenützt werden, denn der Teich nimmt das ganze vom Windmotor gepumpte Wasser auf, um es dann nach Belieben an trockenen Tagen in großen Mengen wieder abzugeben, wobei nur der Ausfluß des Teiches zu öffnen und der Wasserlauf zu regulieren ist, sodaß man nur einen oder wenige Tage braucht, um eine intensive Bewässerung vorzunehmen.

Außer den Fällen, wo es sich entweder nur um Bewässerung oder nur um Entwässerung handelt, gibt es auch viele, wo beides in Frage kommt, wo große tiefliegende Fläche» versumpft oder ganz mit Wasser bedeckt sind und wo das direkt daneben nur etwas höher liegende Land wegen Wassermangel unfruchtbar ist. Hier ist ein Windmotor von doppeltem Nutzen, indem er auf der einen Seite Wiese und Moor entwässert, oder den Wasserspiegel eines Sees senkt und dadurch Land gewinnen hilft, auf der anderen Seite weite Strecken mit demselben und außerordentlich nahrhaften Wasser befruchten samt.

Für den landwirtschaftlichen Betrieb kann zur Ent- und Bewässerting wohl nur ein Windmotor in Frage kommen, tvelcher zu diesem Zwecke jeder anderen Betriebskraft tveit überlegen ist, da er weder Feuerung, Betriebskosten noch besondere Bedienung braucht und außerdem Tag und Nacht arbeiten kann.

Ein zur Entwässerung aufgestellter Windmotor läßt es nicht erst zu größeren Wasser-Ansammlungen kommen, wie sie z. B. im Frühjahr stattfinden und auf an sich schon nassem, tief liegendem Boden nur langsam und oft nur zum Teil ablaufen. Während der tvarmen Tauwiude, die jedes Frühjahr oft wochenlang Tag und Nacht herrschen und den tieferen Stellen enorme Wassermassen zuführen, arbeitet der Windmotor ebenso ununterbrochen Tag und Nacht. Dasselbe ist der Fall im Sommer, während starker Regengüsse, die ja auch meist mit kräftigem Winde verbunden sind.

Dieser in der Natur des Windmotors liegende Vorzug macht ihn auch für Ziegeleien usw., zur Entwässerung von Tongruben, Kalk- und Steinbrüche» geeignet. In derartigen Anlagen kann der Betrieb zeitiger beginnen, weil nicht erst wochenlang die manchmal zu einem See verwandelte Grube durch kostspielige Dampfkraft entwässert zu werden braucht. Die Nachtarbeit des Windmotors hält die Grube selbst nach starken Gewittern meist so rein, daß die Arbeit früh ohne Störung weitergehen kann, was bei anderen Pumpwerken

nicht der Fall ist, da dann früh erst stundenlang auf die Entwässerung gewartet werden muß.

Auch zur Bewässerung unterstützt die Natur den Windmotor besonders, indem gerade während der trockenen Zeit reichlichere mittlere Winde vorhanden sind, und somit bietet der Windmotor die einfachste und billigste Betriebskrast.

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Fig. 505.

Die Möglichkeit, eine Wasserschnecke zur Bewässerung heranzuziehen, ist seltener vorhanden, und findet man deshalb viel öfter den Windmotor in Verbindung mit gußeisernen Rohrpumpen (Fig. 505 und 506) angewendet.

Die Bilder veranschaulichen derartige Anlagen deutlich, sodaß eine ausführliche Erklärung überflüssig wird. Fig. 505 gibt eine Seitenansicht des Motors auf einem schmiedeeisernen Turmgerüst, nur eine Rohrpumpe treibend,

Fig. 506 dagegen die gleiche Anlage mit zwei Pampen. Das zu hebende Wasser wird durch Kanal, Dränagerohre oder dergleichen in einen brunnen-artigen Schacht geleitet und von da durch die Schöpfpumpe bis über die Erde gehoben, wo es alsdann in Holzrinnen, weiten Röhren oder offenen Gräben fortgeleitet wird. Hundertfach ausgeführt sind solche Anlagen zur Entwässerung

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Fig. 506.

von Tongruben, Sandgruben, Kalk- und Steinbrüchen, Wiesen, Feldern, Kanalisationen usw., ferner zur selbsttätigen Berieselung von Wiesen, Feldern usw., wo es sich nur um geringe Förderhöhen handelt, da eine einfache Säugpumpe das Wasser bekanntlich nur zu äußerst 7 m hoch heben kann. Die stündliche Wasserleistung mit nur einer Rohrpumpe beträgt je nach Größe 3000 bis 40000 Liter; wenn aber mittels Balancierantriebs von einem Windmotor mehrere Pumpen zugleich in Bewegung gesetzt werden, wie Fig. 506 zeigt,

baun kann bie stündliche Leistung bis zu 120000 Liter betragen. Jede gewünschte größere Leistung kann bagegen bei Anwenbung einer ober mehrerer Wasserschnecken erreicht werben.

Kommen wir nun zur Beschreibung ber Motoren selbst, so präsentiert sich berselbe nach den folgeuben Abbildungen, die Modelle der bekannten Wind-motorenfabrik Carl Rein sch in Dresden wiedergeben, als eine recht einfache Maschine. Wir haben gerade diese Saxonia-Windmotoren für unsere Darstellung gewählt, weil sie aus einer langjährigen praktischen Erfahrung heraus zur heutigen Vollkommenheit gediehen sind.

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Carl Reinsch

DRESDEN.

Fig- 507.

Die „Saxonia"-Stahlwindmotoren sind ganz aus Stahl und Eisen hergestellt, Flügel und Fahne von verzinktem Stahlblech. Ein Blick auf die Abbildung 507 zeigt sofort die einfache, aber äußerst stabile und sorgfältige Konstruktion. Auf einem an dem Turm befestigten Zylinder ruht auf Stahlkugeln der nach allen Seiten leicht drehbare Korpus, das sogenannte Fundament (Fig. 508), welches durch ein langes und sehr kräftiges Führungsrohr, einmal im Zylinder und weiter unten nochmals in einer Führungsplatte, geführt und gehalten wird. Das sehr kräftige Fundament trägt das sorgfältig konstruierte lange Lager, in welchem sich die Radwelle dreht. An dieser ist vorn das Windrad befestigt und am Hinteren Ende eine Kurbelscheibe, durch welche das Pumpenantriebsgestänge auf und ab bewegt wird. Der Antrieb ist gut konstruiert und verbürgt ohne Kraftverluste leichten Gang und Dauerhaftigkeit ohne Reparaturen. Das Windrad besteht je nach Größe aus 6—8 starken, eisernen, auf einer kräftigen Nabe befestigten Armen, an denen die Stahlflügel

sektorenweise befestigt sind. Die Gestalt der Arme, ihre Verbindung mit der Nabe und den Flügeln und ihre Verstärknngslräger sind so konstruiert, daß das Windrad sehr stabil und widerstandsfähig ist. Die Flügel, ihre Anzahl, Größe, Biegung und der Winkel zur Richtung des Windes, sind nach vielen Versuchen und Erfahrungen so gewählt, daß das Rad bei größtmöglicher Stabilität auch wieder nicht zu schwerfällig wird, eine große Leistungsfähigkeit erhält und schon bei leichtem Winde arbeitet, bei starkem aber auch nicht allzu schnell läuft.

II I IV

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Am Hinteren Teile des Fundaments ist die Stahlblechfahne angebracht, welche nach der Seite drehbar ist und auf diese Weise bei zu starkem Winde das ganze Windrad mehr oder weniger aus der Windrichtung bringt, die Angriffsfläche der Flügel also dem Windangriff zum Teil entzieht. Um dies in exakter und sicherer Weise zu bewirken, liegt bei den Stahlwindmotoren die Hauptwelle außer Mitte, iin weiteren ist eine kleine Seitenfahne angebracht, wodurch der zum Ausregulieren notwendige Überdruck erzielt wird. Mit dem Fahnenhalter ist ein schmiedeeiserner Hebel verbunden, der ein Gegengewicht trägt, welches als Widerstand dient und das Windrad bei der Arbeit stets vor dem Winde hält. Wenn der Winddruck so stark wird, daß er den Widerstand überwiegt, dann dreht sich das Windrad selbsttätig soweit aus der Windrichtung und entzieht von der Flügelfläche soviel dem Windangriff, bis der Winddruck auf dem Flügelrad und das Gewicht des Widerstandes sich das Gleichgewicht halten. Die Wirkung des Gewichtes ist für alle Zeiten unveränderlich und zuverlässig, wogegen die Regulierfähigkeit bei anderen Stahlwindmotoren, bei welchen an Stelle des Gegengewichts eine oder mehrere Spiralfedern in Anwendung kommen, naturgemäß nicht von langer Dauer sein kann, weil jede Feder schlaff wird und in gewisser Zeit versagt.

Durch die Windfahne und den vorerwähnten Mechanismus wird der Motor sowohl nach der Windrichtung, als auch nach der Windstärke selbsttätig reguliert, und bedarf es bei diesen Motoren hierbei weder einer Aufsicht noch besonderer Bedienung, sondern dieselben arbeiten bei Wind, Tag und Nacht, Sommer und Winter. Will man den Windmotor ganz außer Betrieb setzen,

so zieht man mittels eines unten am Fuße des Turmes angebrachten Hebels oder einer Winde die Windfahne vollständig in parallele Richtung zum Windrade, klappt also sozusagen die Fahne mit dem Windrade zusammen und entzieht die ganze Flügelfläche dem Angriffe des Windes. Es wirkt hierbei noch eine von der ausgerückten Fahne betätigte Bremse unterstützend mit, welche das Windrad am Drehen hindert, und der Motor stellt alsdann seine Tätigkeit ein.

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Fig. 509.

Der „Saxonia"-Stahlwindmotor wird für direkten Pumpenantrieb nur bis zu einer Größe von 5,5 m Flügelraddurchmesser gebaut. Größere Motore mit mehr als 5,5 m Flügelraddurchmesser für direkten Pumpenantrieb, d. h. mit auf- und niedergehendem Gestänge, sind nicht mehr vorteilhaft anzuwenden, da das größere Flügelrad zu wenig Umdrehungen macht, sodaß bei dem direkten Pumpenantrieb die Kolbcngeschwindigkeit zu klein wird, die Pumpe und Rohrleitungen ungünstige Dimensionen erhalten und unvorteilhaft arbeiten.

Die Leistungen dieser Motoren ergeben sich aus der Tabelle auf folgender Seite.

2.

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Verlag von Beruh. Fr. Voigt, Leipzig 1908,

Windmotor für Araftbetrieb.

Für den Kraftbetrieb, also zum Betrieb von Mühlen, Elektroanlagen usw., braucht man stärkere Windräder, wie sie in den Fig. 510 bis 512 nach Modellen der schon genannten Firma Carl Reinsch in Dresden zur Ausführung kommen. Diese Motoren sind durch Patent und verschiedene Gebrauchs-

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des Windmotors

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4,00 „

3,00 „ 3,50 „

2,80 „

2,20 m

Größe

(Raddurch

messer)

30000

25000

22000

20000

15000

10000

7500

4500

3000

2000

18000

16000

15000

14000

10000

7500

5000

3000

2500

1500

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9000

8000

7500

7000

5000

3600

2500

1500

1200

750

7000

6000

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3500

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1200

1000

500

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4500

4000

3800

3500

2500

1800

1500

1000

800

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20 m

schon bei mittlerem Winde von zirka 4 m

3500

3000

2700

2500

2000

1500

1000

750

650

3000

2600

2400

2200

1700

1000

850

600

500

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2000

1850

1750

1250

900

700

500

400

30 m I 40 m

1750

1500

1300

1200

1000

700

500

300

1500

1250

1200

1000

800

500

400

60 m

Liter

Wasserförderung in Litern pro Stnnde

Sekundengeschwindigkeit auf eine Gesamtförderhöhe von:

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muster geschützt und werden als Stahlwindmotoren Patent Neinsch im Handel angeboten.

Der Stahl-Windmotor für Kraftbetrieb besteht in der Hauptsache aus dem starren Flügelrade, dem Motorkörper, der Steuerfahne und der Regulierfahne.

Das Flügelrad ist genau wie bei dem vorhergehend beschriebenen „Saxonia-Stahlwindmotor für direkten Pumpenantrieb" aus 6 bis 8 Flügelsegmenten zu einem starren Körper zusammengeschraubt und durch ebensoviel starke und für jeden Sturm widerstandsfähig konstruierte Arme mit der äußerst kräftigen Nabe verbunden. Die einzelnen fest zu einem Windrad verbundenen Flügel sind aus starkem verzinkten Stahlblech hergestellt. Die gewölbte, schraubenförmig verdrehte Form der Flügel ist auf wissenschaftlicher Grundlage bestimmt, so daß die Druckresultanten des Windes zur größtmöglichen Arbeitsleistung ausgenutzt werden.

Die Nabe des Flügelrades läuft mit der sehr reichlich bemessenen, aus

Phosphor-Bronze bestehenden Arbeitsfläche auf einer kräftigen Stahlachse, die mit dem Motorkörper (Fig. 510 und 511) fest verbunden ist.

Zum Zwecke der Übertragung (ber rotierenden Kraft des Flügelrades auf

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Fig. 511.

Fig- 510.

die stehende Welle ist die Anordnung konischer Zahnräder unumgänglich, die zur Erreichung vorteilhafter großer Umdrehungsgeschwindigkeiten auf der stehenden Welle ein entsprechend großes Übersetzungsverhältnis haben müssen. Tatsächlich werden von Firmen Kegelräder angeordnet, die mit Übersetzungen von 1 : 5 bis 1 : 6 erfahrungsgemäß für Kraftbetriebe ungünstig arbeiten müssen. Bei dem Stahl-Windmotor ist diese Übersetzung in ein Kegel- und ein Stirnräderpaar zerlegt, sodaß mit zwei normalen Räderpaaren vorerwähnter Zweck erreicht wird. Auf der in Fig. 510 und 511 ersichtlichen, zwischen vertikaler Welle und Flügelradachse in den Motorkörper eingebauten stehenden

353

Ng. 512.

Stahlwelle läuft eine Nabe, welche unten mit dem Kegelrad und oben mit dem Stirnrad fest verbunden ist. Mit dieser einfachen und doch für ein leichtes Anlaufen und andauernd gutes Arbeiten des Windmotors äußerst wichtigen Anordnung ist noch weiter erreicht worden, daß das Flügelrad nicht unmittelbar an dem Motorkörpcr bezw. Motorturin abschneidet. Die Abbildung Fig. 512 läßt deutlich erkennen, daß noch dicht unter dem Motorkörper ein kleines Podium Platz gefunden hat, welches, bei größeren Anlagen mit einem Geländer umgeben, dem Motorwärter beim Schmieren und Kontrollieren des Motors einen durchaus sicheren Stand bietet.

Sonnt wird durch den gesetzlich geschützten doppelten Räderantrieb nicht nur eine rationelle Kraftübertragung und leichter Gang, sondern auch eine

absolute Sicherheit für den Motorwärter erzielt. Man kann ohne Lebensgefahr bei jedem Sturm den Motor besteigen und sich hinter dem Rade auf dem kleinen Sicherheitspodest stehend aufhalten, und weil sich das Besteigen des im Betriebe befindlichen Motors nicht immer vermeiden läßt, ja sogar notwendig werden kann, wäre es sehr erwünscht, daß jede Aufsichtsbehörde über landwirtschaftliche und gewerbliche Betriebe resp. die Baupolizei an jedem Windmotor dieses Sicherheitspodest vorschriebe, wozu es nach einigen Unglücksfällen an unvorschriftsmäßig gebauten Windmotoren wohl auch noch kommen wird.

Das obere große Stirnrad des Zwischenvorgeleges an dem Motorkörper (Abbildung Fig. 510) ist als Ölreservoir ausgebildet, d. h. die von den Radarmen gebildeten Zwischenräume sind zur Aufnahme von Öl von oben und unten geschlossen. Durchlochungen der Achse und Kanäle in den Naben leiten das Öl aus dem Reservoir nach den Arbeitsflächen, so daß tatsächlich eine Zentralschmierung erreicht und die Wartung des Motors bedeutend vereinfacht wird. Das Hauptlager des Windrades wird noch durch einen Zentrifugal-Öler mit für längere Zeit ausreichendem Inhalt geschmiert. Dieser Zentrifugal-Öler gibt nur bei Unidrehung des Windrades, je nach dessen Geschwindigkeit, in größeren oedr kleineren Mengen das Öl ab, wogegen beim Stillstand des Windrades die Schmierung sofort unterbrochen wird, somit unnötiger Ölverbrauch, Herumspritzen Vvn Öl und ein Verschmutzen des Motors und des Turms vermieden wird.

Der sehr kräftig gehaltene Motorkörper läuft mit guter Führung im Zylinder auf Gußstahlkugeln und ist den einseitigen Belastungen einerseits durch Flügelrad und Winddruck, andererseits durch die Steuerfahne entsprechend ausbalanciert. Ungleichmäßiger Druck wird durch eine halbkugelförmige Zwischenschale gleichmäßig verteilt. Im Turm wird der Motorkörper durch ein extra starkes bis zu 4,5 m langes Stahlrohr in einem zweiten vertikalen Lager geführt, sodaß der Motor mit großer Leichtigkeit vom Winde um seine eigene Achse gedreht werden kann, gleichzeitig ist aber auch Sicherheit geboten, daß ein Abstürzen des Motorrades von dem Turmgerüst unmöglich ist.

Das in den Windmotorkörper eingebaute Triebwerk ist durch eine Schutzhaube eingekapselt und somit nicht nur gegen Verstauben geschützt, sondern es bildet gleichzeitig die Verkapselung einen sicheren Schutz gegen Unfälle bei Bedienung des im Gang befindlichen Motors.

Die Sleuerfahne besteht auch bei diesen Motoren aus starkem gut verzinkten Stahlblech und ist mit einem als Gitterträger ausgebildeten Ausleger, nach den Seiten pendelnd, mit dem Motorkörper verbunden.

Die selbsttätige Regulierung des Motors nach Windrichtung und Windstärke, ebenso die gänzliche Abstellung desselben, wird, wie wir schon vorher näher beschrieben, durch Ein- bezw. Ausschwenken der Steuerfahne bewirkt, wie das in Fig. 512 zur Anschauung gelangt.

Zur Abschwächung der bei plötzlich auftretenden Windschwankungen und großen Stürmen nicht ausbleibenden Stöße, welche die hin- und herpendelnde Fahne auf den Motorkörper unbedingt ausüben muß, sind unmittelbar am Motorkörper von kräftigen Spiralfedern gebildete Buffer angeordnet. Selbst sehr starke Windstöße, welche die plötzlich einschwenkende Steuerfahne aufnehmen muß, werden von den Buffern sanft und ruhig auf den Motorkörper übertragen und dieser langsam mit gleichmäßiger Drehung in die Bewegnngsrichtung der Steuerfahne gezwungen.

Die Umsetzung der Windkraft in elektrische Energie, oder mit anderen Worten, die Erzeugung des elektrischen Stromes mit Hilfe des Windmotors, ist jedenfalls in vielen Fällen durchführbar und die billigste Art der Erzeugung elektrischer Energie.

Nun sind aber die Dynamos in bezug auf Geschwindigkeitsdifferenzen sehr empfindlich, und hielt es deshalb lange Zeit schwer, die Unbeständigkeit des Windes in richtige Übereinstimmung mit den Anforderungen des Dynamos zu bringen, der für seinen günstigen Betrieb eine große Gleichmäßigkeit der Umdrehungsgeschwindigkeit ihres Ankers bedarf, weil er nur dann imstande ist, Strom von gleichmäßiger Spannung abzugeben.

Ingenieur Gustav Conz in Hamburg hat nun eine Vorrichtung konstruiert, die es gestattet, Wind von einer mittleren bestimmten Geschwindigkeit an auf« wärts auszunutzen und die Tourenschwankungen durch die Spannung der gewonnenen Elektrizität rückivirkend auszugleichen.

Im Gegensatz zu dieser Erfindung bezweckte eine andere des Ingenieurs Max Gehre, jeden nutzbaren Wind von dem Motor aufzunehmen und in Arbeit umsetzen zu lassen. Das eigenartige dieser Vorrichtung ist die Ansammlung der jeweilig von dem Windmotor gelieferten Kraft durch Gewichte. Diese werden von dem Windmotor bei kleinem Winde langsam, bei größerem schneller, bis auf eine bestimmte Höhe gehoben und an der Hubgrenze automatisch ausgelöst, so daß sie, von Galleschen Gelenkketten geführt, letztere mit einer ganz bestimmten Geschwindigkeit und stets gleichen Kraft nach unten ziehen und die von den Ketten umspannten Rollen in Bewegung setzen. Mit geeigneten Übersetzungen werden die Bewegungen von stets gleichbleibender Geschwindigkeit und Kraft auf den Dynamo übertragen. Von den verschiedenen Anlagen, die nach diesem System ausgeführt worden sind, befindet sich eine zur Erzeugung von Blinklicht für den Leuchtturm in Büsum in Holstein.

Bessere Resultate werden mit einem Apparat von Professor Paul la Cour erzielt, den die Firma Carl Neinsch für Deutschland zur Ausführung erworben hat.

Das System la Cour oder auch die davon abgeleiteten Ausführungsarten beweisen zunächst, daß man mit den schlechten Windeigenschaften und großen Tourenschwankungen gerechnet hat, da ja tatsächlich die Versuche mit sogenannten „Holländer Windmühlen" ausgeführt wurden. Die hiergegen angewandten Hilfsmittel bestehen darin, daß man die Vorgelege-Riemenscheiben an einem mit veränderlichem Belastungsgewicht versehenen beweglichen Arm

Die bei allen Windkraftanlagen unbedingt erforderliche Akkumulatorenbatterie dient gewissermaßen selbst als Reguliervorrichtung, da sie die ungleichmäßig von der Dynamomaschine abgegebenen Strommengen aufzunehmen hat und ganz gleichmäßig als Licht oder Kraft wieder abgibt. Die Empfindlichkeit der Batterie gegen große Spannungsschwankungen macht aber Reguliervorrichtungen nötig, welche bei Maximal- und Minimal-Stromspannungen, die durch Unregelmäßigkeiten des Windes eintreten, selbsttätig zur Wirkung gelangen.

lagert, um die resultierende Riemenspannung möglichst konstant zu halten, welche dabei von der Last der Treibriemenscheibe und des erwähnten Belastungsgewichts abhängig ist. Nimmt das Windrad bei Sturm eine zu große Geschwindigkeit an, dann soll die übertragene Umfangskraft einen gewissen Wert nicht übersteigen, sondern der Kraftüberschuß soll durch Gleiten des Riemens aufgehoben bezw. vernichtet werden.

Einrichtungen von gleicher Wirkung sind die sogenannten Friktionsbremsen und Friktionskupplungen, welche in verschiedenen Ausführungen bekannt sind.

Andererseits sollen dieselben vermeiden, daß bei vorgeschrittener Ladung der Batterie eine Rückwirkung des-Stromes — letzterer mit höherer Spannung — auf die zeitweise langsam laufende und Strom von geringer Spannung erzeugende Dynamomaschine eintreten kann.

Die von la Cour zu diesem Zweck konstruierten Apparate sind selbsttätig wirkende Ein- und Ausschalter, die absolut sicher wirken und unter der Bezeichnung Automaten-System „La Cour" sich gut eingeführt haben.

Gruppe II.

Wajserkraftmotoren.

Wir haben schon erwähnt, daß ähnliche aufgespeicherte Kraftmengeu, wie sie Kohlen repräsentieren, auch von gehobenen Wassermengen dargestellt werden, welche man nach Belieben wieder abfließen lassen kann. Solche gehobene Wassermengen stellen auch die Flüsse und Bäche vor, welche aus dem Gebirge kommen, wo sie im Innern der Erde aufbewahrt werden, nachdem sie durch Niederschläge immer wieder ergänzt werden, bevor sie als Quellen auf der Oberfläche der Erde erscheinen, um dann als Bach oder Fluß ihren Abfluß zum Meere zu beginnen.

Die Quelle für die Kraft, welche in diesen Gewässern aufgespeichert ist, ist die Sonne. Sie erwärmt das Wasser an der Oberfläche der Meere und läßt es zum Teil in der ebenfalls erwärmten Luft zu Dunst auflösen. Diese steigt bei weiterer Erwärmung empor und wird in den höheren Regionen wieder flüssig in Form von Nebel, der die Wolken bildet.

Die riesigen Wassermassen, welche auf diese Weise in höhere Regionen emporgehoben werden, repräsentieren ungeheure Kräfte, und es ist selbstverstünd-lief) nur möglich einen geringen Bruchteil derselben praktisch auszunutzen. Jeder Vach, welcher im Gebirge bergab fließt, jeder Fluß, der weiter talabwärts dasWasser zum Meere führt, repräsentiert einen großen Kraftverlust, welcher sich durch Erwärmung des Wassers, der Ufer und des Bodens bemerkbar macht. Die Tatsache, daß eine Erwärmung eintritt, zeigt sich am besten darin, daß alle fließenden Wasser nicht ganz zufrieren.

Alle Wasserkraftmaschinen können nur auf dem Prinzip beruhen, diesen Kraftverlust, welcher durch Reibung Wärme erzeugt, zu vermeiden, und deswegen werden sie zur Voraussetzung haben müssen, daß das schnellfließende Wasser, welches sich an sich selbst, an den Ufern und am Boden reibt, seine schnelle Bewegung verliert. Wenn durch Stauanlagen das nutzlose Arbeiten des Wassers vermieden wird, wenn durch dieselben der Querschnitt der zufließenden Wassermasse vergrößert und im gleichen Verhältnis ihre Geschwindigkeit verringert und dadurch auch die Reibung ermäßigt, Kraftverlnst vermieden wird, so entsteht aufgespeicherte Kraft in der Form von Oberwasser und Unterwasser von gewisser Niveaudifferenz, die möglichst groß sein muß, um möglichst viel Kraft erzielen zu können.

Wenn man konstatiert hat, wie groß diese Niveaudifferenz ist, und außerdem wieviel Kubikmeter Wasser in jeder Minute oder Sekunde vorbeisließen, welche nutzbar gemacht werden können, so hat man damit direkt eine Unterlage für die Berechnung der möglicherweise herauszuziehenden Kraft.

Stellt man sich eine Anlage vor, deren Höhendifferenz einen Meter beträgt und bei welcher in jeder Sekunde ein Kilogramm Wasser zufließt, so wird die Energiequelle, welche höchstens zu erzielen ist, ein Kilogrammeter per Sekunde betragen. Durch eine solche Berechnung erhält man den theoretischen Nutzeffekt, aber der praktische Nutzeffekt bleibt natürlich stets hinter diesem zurück. Man hat nach den Erfahrungen ziemlich genau festgestellt, wie hoch der praktische Nutzeffekt bei den verschiedenen Konstruktionen von Wassermotoren ist. Es geben: ünterschlächtige Räder 30 bis 35 °/₀, d. h. etwa ²/₃ der theoretischen Kraftmenge geht verloren, oberschlächtige Räder von geringer Fallhöhe 50 bis 60 % Nutzeffekt und solche mit mehr als fünf Meter Gefälle 60 bis 75 °/₀. Turbinen geben auch bei weniger hohem Gefälle erheblich bessere Resultate, nämlich 70 bis 80 °/₀. Hat man z. B, eine Wasserkraft, welche in der Sekunde 10 Kubikmeter gibt und verfügt man dabei über ein Gefälle von 3 Meter, stellt sich die Rechnung wie folgt: 10 Kubikmeter sind gleich 10 X 1000 gleich 10000 Kilogramm X 3 Meter gibt 30000 Meterkilogramm pro Sekunde. Da 75 Meterkilogramm pro Sekunde eine Pferdestärke darstellen, so ergibt sich 30000 : 75 gleich 400 Pferdestärken. Wenn man annimmt, daß die Turbine 70°/o Nutzeffekt geben wird, so stellt sich also der praktische Effekt auf 280 Pferdestärken.

Bevor wir auf die Beschreibung der verschiedenen Konstruktionen von Wasserkraftmaschinen übergehen, ist es notwendig, einige Worte über die Vorgänge zu sagen, welche durch den Druck des Wassers auf die Wände von

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Gefäßen, welche es ausfüllt, entstehen. Wenn wir auf eine Wagschale einen Teller stellen, dessen Gewicht durch andere Gewichtsstücke auf der anderen Wagschale ausgleichen und nun mit der Hand auf den Teller drücken, so zeigt die Wage durch den Ausschlag an, daß das Gewicht auf dem Teller durch den Druck auf die Wagschale vergrößert worden ist. Heben wir nun diesen Druck auf und bringen anstatt dessen etwas Wasser auf den Teller, so erhalten wir ein ganz ähnliches Resultat. Wir sehen also, daß auch das Wasser auf den Teller drückt. Das Wasser drückt auf den Boden des Tellers mit einer ganz bestimmten Kraft, welche genau seinem Gewicht entsprechend groß ist. Durch einen anderen Versuch werden wir aber auch belehrt, daß das Wasser nicht allein auf den Boden einen Druck ausübt, sondern auch auf die Wände des Gefäßes. Wenn wir ein Faß anschlagen, so finden wir, daß aus dem Zapfloch das Wasser oder der sonstige flüssige Inhalt mit einem starken Strahl herausspritzt. Lassen wir das Wasser weiterhin auslaufen so finden wir, daß die Stärke des Strahles, die Kraft, mit welcher das Wasser aus dem Faß herausgetrieben wird, immer mehr nachläßt, daß es zuletzt nur ganz langsam ausfließt und schließlich ganz aufhört, wenn nämlich die Oberfläche des Wassers soweit gesunken ist, daß sie das Zapfloch erreicht hat. Dieser Versuch belehrt uns, daß die Kraft, mit welcher das Wasser gegen die Seitenwände des Gefäßes drückt, nicht überall dieselbe ist, sondern daß sie an der Oberfläche des Wassers am schwächsten und an dem Boden des Gefäßes am stärksten ist.

Mau kann den Druck, mit welchem das Wasser auf die Wände des Gefäßes drückt, in sehr einfacher Weise messen. Nehmen wir z. B. an, das Gefäß habe die Form eines regelrechten Würfels von 10 cm Höhe, Breite und Tiefe, so wird sein Inhalt an Wasser genau 1 cdcm und das Gewicht der Wassermenge genau 1 kg betragen. Mithin drückt das Wasser auf den Boden des Gefäßes mit einer Last, die gleich 1 kg ist. Der Boden des Gefäßes ist nun 10 cm breit und 10 cm lang, hat also eine Gesamtfläche von 10 X10 — 100 qcm. Da nun der Druck des Wassers offenbar ganz gleichmäßig auf die Bodenfläche erfolgt, so beträgt der Druck auf jeden qcm Yioo kg oder 10 gr.

Nimmt man nun an, ein Gefäß habe nur eine Bodenfläche von 1 qcm und sei 10 cm hoch, so beträgt sein Inhalt 10 ccm. Da jeder Kubikzentimeter Wasser 1 g wiegt, so ruht auf der Bodenfläche des kleinen Gefäßes ein Druck von 10 g, und da die Fläche des Bodens gleich 1 qcm ist,, so ist der Druck im Gefäß gleich 10 g pro 1 qcm.

Aus diesen Beispielen geht hervor, daß es ganz gleichgültig ist, welche Breite oder Länge ein Gefäß hat, urtb] auch seine Form ist gleichgültig; um das Maß des Druckes zu bestimmen, kommt es immer nur darauf an, wie hoch das Gefäß mit Wasser gefüllt ist, wie wir das schon in dem Abschnitt über den hydrostatischen Druck näher erläutert haben. Es beträgt also

der Druck des Wassers 10 cm unterhalb des Wasserspiegels 10 g pro qcm

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Bei diesen Druckverhältuissen ist aber ein Unterschied zu machen, denn es drückt ein fester Körper in einem Gefäß anders als ein flüssiger. Drückt ein fester Körper in dem Gefäß gegen den Boden, so haben für ihn die Seitenwände gar keine Bedeutung, wohl aber bei dem flüssigen Körper. Hier setzen die Seitenwände dem Abfließen des Wassers nach den Seiten hin einen Widerstand entgegen, und die natürliche Folge hiervon ist, daß die Seitenwände in der Nähe des,Bodens denselben Druck auszuhalten haben, wie der Boden selbst. Vom Boden aufwärts gerechnet, nimmt der Druck des Wassers auf die Seitenwände ab und beträgt in halber Höhe nur halb soviel wie am Boden und in allen darüberliegenden Wasserschichten, natürlich wieder der Höhe des Abstandes vom Wasserspiegel entsprechend, weniger.

Um an irgend einem Punkte, z. B. eines Wasserradgerinnes, den Druck des Wassers zu bestimmen, hat man nur nötig, die senkrechte Höhe von diesem Punkte bis zu der Wasseroberfläche zu messen.

Wenn man ein Gefäß, welches auf einer Wage steht, mit Wasser füllt, so zeigt sich die Wirkung des Druckes des Wassers auf den Gefäßboden dadurch an, daß sich die Wagschale senkt. Die Wirkung des Wasserdruckes auf die Seitenwände kann man so einfach nicht zur Wahrnehmung bringen, weil dieser Druck an allen Seiten gleichmäßig wirkt und sich die so wirkenden Kräfte gegenseitig aufheben. Nehmen wir an, ein Gefäß habe seitlich nicht weit über dem Boden ein Loch, welches mit gut abdichtendem, aber leicht zerreißbarem Papier überspannt ist, so wird das Papier, wenn das Gefäß allmählich mit Wasser gefüllt wird, platzen, sobald der durch das Wasser auf die Seitenwand ausgeübte Druck stärker wird, als die Festigkeit des Papiers gestattet.

Der Druck des Wassers auf die Seitenwände eines Gefäßes macht sich aber auch noch in anderer Weise bemerkbar. Wenn man beispielsweise das an einen Spritzenschlauch geschraubte Strahlrohr, aus dem Wasser herausspritzt, in der Hand hält, so fühlt man im Schlauch ganz deutlich einen Gegendruck in der dem Wasserstrahl entgegengesetzten Richtung. In diesem Fall stellt der Schlauch das Gefäß dar, welches an allen Seiten geschlossen und nur an der Mündung des Strahlrohres offen ist. Während sich nun alle Druckkräfte gegenseitig ausgleichen, finden die Kräfte, welche in der entgegengesetzten Richtung, wie der Wasserstrahl ausspritzt, wirken, keine Gegenkraft, und diese Kraft fühlen wir daher als Gegendruck des Wasserstrahles an den Gefäß-(Schlauch)wänden.

Hat nun die Mündung des Strahlrohres einen Querschnitt von 1 qcm und liegt der Wasserspiegel in dem Reservoir, aus dem der Schlauch gespeist wird, 30 rn — 3000 cm hoch, so betrügt der Druck au der Mündung des

L^rahlrohres 3000 g. Würde der Querschnitt 2 qcm betrogen, so stellt sich der Druck auf 2X3000 = 6000 g oder 6 kg.

Die Kräfte, welche bei Benutzung der Wassermotoren in Betracht kommen, entspringen zum Teil der Wirkung des Wassers auf dem Bodsn der Gefäße, indem das Wasser genau wie das Gewicht eines festen Körpers auf den Boden wirkt, oder sie rühren von dem Drucke her, den das Wasser auf die Seitenwände der Gefäße, welche es einschließen, ausübt. Diese beiden Wirkungen sind bei verschiedenen Konstruktionen der Wassermotoren in Betracht zu ziehen.

A. Die Wasserräder.

Obgleich Wasserräder heute nur noch wenig zur Ausnutzung von Wasserkräften benutzt werden und die Konstruktionen dieser Motoren fast nur noch einen kultur-historischen Wert haben, ist es doch nötig, die einzelnen Konstruktionstypen dieser Motoren auch hier mit zu besprechen, und zwar schon deshalb, weil vor einigen Jahren ein neuer Wassermotor erfunden wurde, der ebenfalls ein Wasserrad darstellt und durch seine günstigen Nutzeffekte dem Wasserrad tviedcr einen guten Teil der verlorenen Geltung in der Technik verschafft hat.

Die Wasserräder sind die am längsten bekannten Wassermotoren und fanden' schon im Altertum, wenn auch nur in recht primitiver Form, Anwendung.

Wie schon der Name sagt, bildet den Hauptbestandteil dieses Motors ein Rad auf wagercchtliegender Achse, deren Umdrehung durch das Gewicht und den Stoß des Wassers und unter gewissen Umständen auch durch den Druck des Wassers bewirkt wird.

Je nachdem nun das Wasser auf das Rad fällt oder in die Schaufeln tritt, unterscheidet man oberschlächtige, rückenschlächtige, mittel-schlächtige und unterschlächtige Räder.

Die sberschlächtigen Wasserräder

sind die einfachsten und am leichtesten zu konstruieren. Bei ihnen fällt das Wasser am höchsten Punkt des Rades auf die Schaufeln, füllt dieselben mit Wasser, und durch das Gewicht des in die Schaufeln eingelaufenen Wassers niedergezogen, beginnt sich das einseitig belastete Rad um seine Achse zu drehen. Aus dieser Anwendung ergibt sich schon von selbst, daß diese Räder mit einigem Vorteil nur da angewendet werden können, wo man über eine große Fallhöhe verfügt und einen möglichst großen Durchmesser des Rades erhält, denn je größer dieser ist, umsomehr Wasser ist auch die arbeitende Hälfte des Rades zu fassen imstande. Auf alle Fälle darf der Durchmesser des Rades nicht kleiner sein als die Fallhöhe, weil das Rad so angeordnet werden muß, daß der untere Teil des Rades nicht mehr in das Ablaufwasser eintaucht, weil sonst die Schaufeln, die sich im Wasser drehen müssen, einen sehr großen Wider-

1.    Aus der Achsenreibuug. Um diese möglichst gering zu machen, ist es notwendig, das Gewicht des Rades möglichst niedrig zu bemessen und dasselbe möglichst langsam laufen zu lassen.

staub finden, welcher Kraftverluste mit sich bringt. Gerade an den ausgeführten Wasserrädern verraten sich Konstruktionsfehler sofort in dem Verhalten des aus dem Rade fließenden Wassers. So malerisch und idyllisch das Rauschen des Wassers am Mühlrad für den Maler und Dichter sein mag, für den Techniker ist dieses Brausen und Schäumen nur ein Beweis schlechter Ausnützung der vorhandenen Kraft, denn nur die nicht zur Ausnützung gekommene lebendige Kraft des Wassers verursacht dieses Getöse, und je ruhiger das ausfließende Wasser aus dem Rade tritt, bezw. sich im Ablaufgerinne verhält, um so besser ist das Rad gebaut und die Kraft ausgenützt. Die Kraft-verluste bei den oberschlächtigen Rädern setzen sich aus folgenden Momenten zusammen:

2.    Aus Verschwendung von Wasserkraft an dem oberen Teile des Rades. Man wird stets die volle Höhe des Wassergefälles nicht ausnützen können, sondern oberhalb des Rades einen geringen Fall vom Wasser behalten müssen. Dieser wirkt zum Teil auch, aber nur in geringem Maße als nützlicher Stoß, im übrigen geht er für die Krastwirkung verloren. Einen ähnlichen Verlust hat man an der Unterseite des Rades, wo das in den Schaufeln enthaltene Wasser aus diesen herausfließt und nun bis zur Erreichung des Unterwassers einen kurzen Weg zurücklegen muß, welcher ebenfalls für die volle Ausnutzung der Wasserhöhe verloren geht. Beide Momente werden um so größer sein, je größer der Abstand von einer Schaufel zur andern ist, und daher wird man das günstigste Resultat erzielen, wenn man die Schaufeln sehr eng aneinanderlegt. Praktisch wird man für eine bestimmte Schaufelweite aber nicht unter einem gewissen Minimum dieses Verlustes hinwegkommen, und dieser Verlust wird daher der gleiche bleiben, einerlei ob der Durchmesser des Rades größer oder geringer ist. Aus diesem Grunde wird der Nutzeffekt eines ober« Mächtigen Rades um so größer sein, je größer das Rad selbst ist, je größer also das Wassergefälle ist, über welches man verfügt.

Die verfügbare Wassermenge muß mit der Breite und Tiefe der Schaufeln, der Anzahl der Schaufeln und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades in einem bestimmten Verhältnis stehen, um das möglichst günstige Resultat zu erreichen.

Die Schaufeln dürfen nur bis zu einem gewissen Grade gefüllt werden, damit der Anfang der Entleerung der Schaufeln nicht zu früh eintritt, weil, je länger die Schaufeln das Wasser festhalten, der Nutzeffekt um so größer ausfallen muß. Füllen sich die Schaufeln schon an dem Scheitelpunkt des Rades vollständig mit Wasser, so wird die Entleerung bereits in halber Höhe beginnen, und um dieses zu vermeiden, muß man entweder die Schaufeln breiter machen oder den Wasserzufluß geringer, oder aber das Rad schneller laufen lassen. Jedenfalls kommt, um das Wasser möglichst lange in den Schaufeln zu halten, auch viel auf den Querschnitt der Schaufeln an.

2ls§ Material für oberschlächtige Räder kam früher ausschließlich Holz in Betracht, neuerdings wird auch viel Eisen dafür verwendet, und werden Wasserräder sogar ganz aus Eisen hergestellt; die letztere Art natürlich am besten aus verzinktem Material. Die Verbindung von Welle und Schaufeln geschieht durch Speichen und Verstrebungen; die Nabe, durch welche die Speichen mit der Welle verbunden sind, wird auch Rosette genannt.

Wenn die Arbeit, welche das Wasserrad leisten soll, eine langsame Umdrehung verlangt, so verwendet man am besten die Achse des Wasserrades zum Antrieb. Ist aber eine schnellere Bewegung der Haupttransmission nötig, so bringt man an einer Seite des Rades an dessen Umfange einen Zahnkranz an, wie Fig. 513 zeigt, in welchen ein entsprechend kleineres Getriebe eingreift, welches die Bewegung auf die Transmission überträgt.

Die Räver werden entweder ganz aus Holz oder Eisen, oft auch aus beiden Materialien gebaut. Das in Fig. 513 dargestellte Rad ist ganz aus Eisen hergestellt und die Schaufeln aus Blech so gebogen, daß sie beim gefüllten Niedergang das Wasser möglichst lange in den Schaufeln festhalten und nur allmählich entleeren. Das in Fig. 514 dargestellte Rad ist aus Holz

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Fig. 514.

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hergestellt und mit eisernen Blechschaufeln versehen. Die Blechschaufeln werden den beiden Seiten mit Winkeleisen besäumt und mit dem ausrecht stehenden Winkelschenkel an den hölzernen Stirnwänden des Rades angeschraubt. Die Achse des Wasserrades hat quadratischen Querschnitt, ist ebenfalls aus Holz und erhält an ihren Stirnflächen eingesetzte Eisenzapfen. Am besten haben sich gemischte Rüder bewährt, die einen eisernen Kranz und eiserne Schaufeln, eiserne oder Eichenholzarme und einen Boden aus Kiefernholz erhalten. Die

Eisenteile müssen dauernd in gutem, wetterfestem Anstrich erhalten werden, wenn sie nicht sehr bald durch Rost zerstört werden sollen.

Hölzerne Wasserräder baut man in Durchmessern von 3—12 m und kann mit den großen Rädern 70—75 °/₀ Nutzeffekt erreichen, der sich bei kleineren Rädern auf 50—30% ermäßigt.

Will man die vorhandene Wasserkraft so vollständig als möglich ausnützen, so muß die Geschwindigkeit des einfließenden Wassers etwas größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Rades sein. Man reguliert die Geschwindigkeit des Wassers im Aufschlaggerinne (also im Zulaufkanal) durch Aufstauen des Oberwasserspiegels und die Geschwindigkeit durch entsprechendes Einstellen der Schützen. Man versteht unter Schützen einen durch Windwerk senkrecht zum einströmenden Wasserstrahl bewegten Schieber aus Holz oder Eisen (8 in Fig. 514).

Der hohe Wirkungsgrad der oberschlächtigen Räder vermindert sich auch bei geringerem Wasserzufluß nicht, und sind deshalb diese Räder auch für Gerinne mit veränderlichem Zufluß wohl geeignet. Gefährlich wird dem Nutzeffekt der Rückstau im Unterwasser, wenn das Rad zu tief im Unterwasser sich bewegt. Man opfert deshalb besser einen kleinen Teil der Gefällhöhe und ordnet das Rad freihängend so an, daß sein tiefster Punkt mit dem höchsten Stand des Unterwasserspiegels zusammenfällt.

Man gibt diesen Rädern mit normalem Gefälle für größere Durchmesser

1,5 bis 1,8 m Umfangsgeschwindigkeit und geht bei kleineren Raddurchmeffern bis auf 0,8 m Geschwindigkeit am Umfang herab.

Das Rad arbeitet mit einem gewissen Schaufel-Fassungsraum oder Füllungsgrad, von dem der Nutzeffekt des Rades im wesentlichen abhängt. Um nun die Schaufeln wirklich ihrem Faffungsvermögen entsprechend mit Wasser zu füllen, macht man die Menge des Aufschlagwaffers entsprechend größer. Es fällt zunächst an diesen Rädern auf, daß ihre Schaufeln breiter sind, als das Aufschlaggerinne, dessen Breite gleich der Breite des einfließenden Wasserstrahles ist. Das ist nötig, um der in den Zellen befindlichen Luft Gelegenheit zu geben, beim Einfließen des Wassers ungehindert daraus zu entweichen. Ferner dürfen sich die Schaufeln nicht ganz mit Wasser füllen, um ein zu frühes Entleeren zu vermeiden, so daß diese Räder nur mit % bis Vs Füllungsgrad arbeiten. Der vorzeitige Austritt des Wassers aus der gefüllten Schaufel kann durch bereit Krümmungskurve geregelt werden, indem man den vorderen Schaufelrand etwa % der Schaufelteilung über den Rücken der vorhergehenden Schaufel übergreifen läßt. Hölzerne Schaufeln erhalten die in Fig. 515a mitgeteilte geradwandige Form, die aber bei der Entleerung Wirbel erzeugt, die auf den Nutzeffekt schädlich wirken. Man zieht deshalb auch für hölzerne Räder eiserne Blechschaufeln vor, die es gestatten, dem Schaufelquerschnitt etwa das in Fig. 515b dargestellte schlanke Kurvenprofil zu geben, welches eine ruhige stoß- und wirbelfreie Entleerung der Schaufeln gestattet.

Der Ausfluß des Aufschlaggerinnes wird so gerichtet, daß der einfließende Wasserstrahl ohne Stoß am Schaufelrücken der einen und an der Vorderkante der anderen Schaufel frei in die letztere einströmt.

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Fig. 515.

Dieses an und für sich hinsichtlich des Nutzeffektes beste Wasserrad hat neuerdings eine sehr wesentliche, den Fortschritten der modernen Technik entsprechende Verbesserung in der von Prof. Frank Kirchb ach-München erfundenen Hydrovolve erfahren. Über diese für die Ausnutzung von Wasserkräften bedeutsame Erfindung lassen wir hier einen Originalbericht des Herrn Prof. Kirchbach folgen:

2.

Die Hydrovolve.

Die Hydrovolve, von Prof. Frank Kirchb ach erfunden und durch die Patente Nr. 154402, Nr. 154796, Nr. 187021 und D. R. G. M. Nr. 276677 geschützt, ist bekanntlich ein Wassermotor, der in seinem Charakter die Mitte hält zwischen einer Freistrahlturbine und einem oberschlächtigen Zellenrad. Schon die ersten Ausführungen in der Praxis waren geeignet, diesem Motor das volle Interesse der Fachkreise zuzuziehen, da die lebhaften Erörterungen, welche sich über die vorhergegangenen Veröffentlichungen für und gegen die Hydrovolve entsponnen hatten — wie dies bei Neuerungen, welche mit althergebrachten Gedankenfolgerungen scheinbar brechen, gemeiniglich der Fall zu sein pflegt — durch diese Ausführungen im günstigen Sinne entschieden wurden! Die Idee, beide bisher bekannten Wirkungsweisen des Wassers — entweder nur durch sein Gewicht oder nur durch seine Bewegungsgröße zu wirken — zu einem gemeinsamen Effekt in den Hydrovolvenverschaufelungen zu vereinigen, war so überraschend und einfach, daß jeder sehen mußte, daß der so gezeigte neue Weg zu einer außerordentlich vollkommenen Ausnützung der Wasserkraft führen mußte.

Durch die Erfolge der ersten Ausführungen in der Praxis angeregt, schloffen sich diesen eine ganze Reihe von weiteren Ausführungen an. In zielbewußter Weise wurde die Gefällsteilung in Druckhöhe und Raddurchmesser immer mehr so verschoben, daß der größere Teil des Gefälles als Druckhöhe ausgebildet und die Tourenzahl der Motoren bei kleinerem Durchmesser der Laufräder erhöht wurde! So konnte man sich dem jeweiligen Bedürfnis der Arbeitsmaschine immer mehr akkomodieren. Die kraftraubenden Getriebe konnten

39*

dadurch in den meisten Fällen ganz verschwinden und die Hydrovolven direkt gekuppelt werden oder die Getriebe wurden auf ein Mindestmaß reduziert. — Die Hydrovolve in ihrer jetzigen Form und Durchbildung trägt den neuen Anforderungen an Wasserkraftmaschinen, hohe Tourenzahl, leichte Regulierbarkeit, großes Anlaßvermögen, geringes Gewicht,

Unempfindlichkeit gegen Verstopfung durch unreines Wasser, günstiger Nutzeffekt bei wechselnder Beaufschlagung, vollauf Rechnung und zählt daher zu den bestivirkendcn hydraulischen Motoren.

Die Gefälle, unter denen die Hydrovolve durchgeprüft resp. in der Praxis ausgeführt wurde, erstrecken sich von 1,6 bis zu 300 Meter Gefälls-höhe. Das letztere höchste Gefälle wurde dem Erfinder in der Schweiz zu Versuchszwecken zur Verfügung gestellt und ermöglichte ihm auch unter so großem Gefälle eingehende Studien zu machen'.

Eine praktische Durchführung eines Kleinmotors unter 60 m Gefälle, wobei die Hydrovolve einen Laufdurchmesser    von    nur    400    mm hat, befriedigte

in jeder Beziehung.    Die Leistung war    bei    nur    0,9    Liter pro Sekunde

'/z P. S. und bestätigte die Richtigkeit des Prinzips.

Der Beginn größerer Ausführungen war eine Hydrovolve in Neuenrade in Westfalen, wo bei    einer Gefällsteilung    von    2,7    m Raddurchmesser und

1,9 m Druckhöhe ein Wirkungsgrad von 84,6 °/₀ abgebremst wurde. Es war dieses noch eilt verhältnismäßig langsam laufender Motor, und von hier aus begann erst die Durchbildung der Hydrovolve als Schnelläufer. In der nächsten Anlage schon wurde das Gefälle in 6 m Druckhöhe und 4 m Rad-dnrchmesser geteilt. Es wurden hier 88 °/# gebremst. Eine weitere Ausführung war bei 8 m    der Raddurchmesser    nur    1,5    m.    Die Berichte über

die Ausführung lauteten dahin, daß die Hydrovolve durch ihre große Kraft-leistung überraschte. In weiterer Steigerung der Druckhöhe tvurde int badischen Schwarzwald für einen Mühlenantrieb bei 14 m Gefälle eine Hydrovolve von nur 800 mm Laufraddurchmesser eingebaut, ein Motor gleicher Abmessung in ein Gefälle von 10 m zum Betrieb von Holzbearbeitungsmaschinen und ferner eine große Anzahl ähnlicher Anlagen,

Eine langsam laufende Hydrovolve für eine Pumpstation wurde im Auftrage der großherzoglichen Kreisbauinspektion Gießen für die Genieinde Großenlinden und eine schneller laufende für die Gemeinde Bernsfeld erbaut. In letzterem Falle hat das Laufrad einen Durchmesser von 1 m bei ca. 4 m Gefälle. Ein Beispiel von besonderem Interesse, wie auch ganz kleine Wasserkräfte nutzbringend verwendet werden, dürfte folgende Anlage sein: Ein kleiner Bach führt 40—50 1sek. Durch Einrichtung eines Stauweihers wurde ein Gefälle von 1,6 m erzielt. Die dort eingebaute Hydrovolve hat einen Durch-

messer von 1 m und wirkt über ein kleines Vorgelege mittelst Riementriebs auf eine längs der Scheunenwand laufende Transmission, von der aus der Reihe nach die verschiedensten landwirtschaftlichen Maschinen angetrieben werden. Der Wirkungsgrad ist auch bei diesem geringen Gefälle sehr hoch und der Besitzer äußert sich darüber, daß die Anlage über Erwarten tadellos ausgefallen sei: „der Gang ist äußerst leicht und der Wasserverbrauch ein sehr minimaler!" Eine ähnliche Anlage zum Betriebe landwirtschaftlicher Maschinen wurde für die Fohlenzuchtanstalt Staudenbühl geliefert. In einem Gefälle von 6 m eingebaut, kann der Motor, dessen Laufrad 800 hat, die Transmission direkt mit Riemen ohne weitere Vorgelege antreiben. Der Wasserverbrauch ist dort nur 20 1sek. Aus diesen Beispielen aus der Praxis des Hydrovolvenbaues geht hervor, daß das Anwendungsgebiet dieses Motors ein sehr weites ist.

Durchmesser

mm

Es sei mir vergönnt, die Hydrovolve in ihrer Konstruktion näher zu

betrachten.

a) Vom stehenden Rad.

Das in größerer oder kleinerer Entfernung hinter dem Scheitel des Rades in dieses eingeführte Wasser wird durch die, in kleinem Abstand konzentrisch zueinander angeordneten Schaufelsysteme von Zelle zu Zelle geführt, und füllt beinahe den halben Umfang des Randkranzes mit Gewichtswasser. Zu gleicher Zeit wirkt der mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit eintretende Wasserstrahl auf die äußere Aktionsschaufel, so daß ein verhältnismäßig großes Anlaufsmoment zustande kommt, ein Anlaufsmoment, das jedenfalls größer ist als dasjenige der Peltonturbinen, bei welchen obige, den Anlauf verstärkende Gewichtsbildung ausgeschlossen ist, und auch größer als das Auslaufsmoment von oberschlächtigen Rädern vom gleichen Durchmesser, weil bei ihnen nur das obere Viertel des Radumfanges als Anlaufsmoment in Betracht kommt und weil außerdem das Wasser nur mit geringer Geschwindigkeit eingeführt werden darf und infolgedessen der Stoß kaum wahrnehmbare Effekte ausüben kann.

Die Geschwindigkeit des Wassers kann sehr groß angenommen werden, da sich an den Krümmungen der Aktionsschaufel das Wasser schnell verlangsamt und in der Gewichtsschaufel angelangt bei richtigem Bau der Schaufeln nur noch in derselben leise brodelt, im schlimmsten Falle kurz emporspringt und in den nächsten Schaufelgruppen ruhig von Schaufel zu Schaufel überläuft.

Die Düse soll bei dem Anlaufenlassen des Rades langsam geöffnet werden, um schädliche Stöße zu vermeiden und den Strahl erst dünn einlaufen zu lassen, bis eine gewisse Füllung der obersten Schaufel erreicht ist. Das in der Schaufel aufgespeicherte Wasser wirkt dann mitbremsend auf den nachkommenden Strahl und dient zur Beruhigung des Wassers. Durch die Einrichtung der Düse ist ein derartiges feines Einregulieren des Strahles leicht durchzuführen.

b) Vom sich drehenden Rade.

Die Schaufelstellung muß so gewählt sein, daß alles Wasser an den Schaufeln in Aktion kommen sann. Zunächst ist notwendig, sich klar zu machen, daß der die Hydrovolve antreibende Wasserstrahl in eben so viele Abschnitte zerteilt wird, als Schaufeln durch den Strahl eilen und von ihm getrieben werden. Dieses Zerteilen des Strahles muß möglichst unmerklich und ohne schädlichen Gegenstoß geschehen. Deshalb ist es durchaus unzulässig, daß die Vorderseite der Schaufel vom Wasser irgendwie berührt wird oder gegen dieses drückt, da das Effektverlust mit sich bringen muß.

Der erste Teil dieses Strahlabschnittes trifft im Moment des Schaufel-eintritts in den Strahl auf die Rückseite der Schaufel (im Bewegungssinne) auf, kommt sofort zur Aktion und treibt die Schaufel vor sich her und zwar zuerst mit den Spitzen der untersten Fäden des Strahles, zuletzt mit den Spitzen der obersten Fäden des Strahles, so daß die einzelnen Fäden des Strahles in rascher Aufeinanderfolge, also zu verschiedenen Zeiten, die Schaufel treffen. Die letzten Wasserteile des obersten Fadens sind also noch einen Teil von der Hydrovolve entfernt, wenn schon die ersten Wasserteilchen des untersten Fadens die Schaufel an der Unterseite treffen. Der andere Teil des Strahlabschnittes muß die vor ihm herfliegende Schaufel einholen, um zur Wirkung zu kommen, ehe die Schaufel den Aktionsbezirk des Wasserstrahles durchflogen hat oder besser gesagt, unter dem Strahl versunken ist.

Die Stärke des Wasserstrahles ist durch zwei Rücksichtnahmen begrenzt. Erstlich muß das Verhältnis des Wasserstrahles zur erlaubten Maximalfüllung der Hydrovolve im richtigen Verhältnisse stehen. Je langsamer sich die Hydrovolve dreht, um so größere Wassermengen kommen bei gleichem Strahlquerschnitt und Waffergeschwindigkeit in der Hydrovolve zusammen. Zweitens muß der Strahl so bemessen sein, daß er erstlich in den Emtrittsspalten der Schaufeln Platz findet, zweitens mit den seiner Verlangsamung einsprechenden Querschnitten durch die Austrittsspalten der Schaufeln austreten kann, ohne sich zu pressen, da sonst leicht ein Hochschleppen des Wassers auf der Rückseite der Hydrovolve eintreten könnte. —

Ein wichtiges Moment für den hohen Wirkungsgrad einer Hydrovolve ist die Form der äußeren „Aktionsschaufeln".

Im allgemeinen nimmt man an, daß eine Ablenkung von 45° den günstigsten Effekt abgebe, der aus einem mit großer Geschwindigkeit sich bewegenden Wasserstrahle erzielt werden kann, ferner nimmt man an, daß eine Umfangsgeschwindigkeit, welche wir mit v bezeichnen wollen — 0,5 der Wassergeschwindigkeit, welche mit c zu bezeichnen ist, das für die Wirkung günstigste Verhältnis sei.

Da nun der Motor und mit ihm seine Schaufeln in Bewegung sind, kann die Geschwindigkeit des Wassers relativ zu den Schaufeln nur c — v in der Strahlrichtung sein. Da nun die Geschwindigkeiten der Schaufelelemente, je näher sie item Radmiltelpunkte liegen, konstant abnehmende sind, so muß, wenn die

Wirkung des Aufpralls der einzelnen Wasserkörperchen auf das Drehmoment der Welle eine gleiche sein soll, der Ablenkungswinkel den verminderten Geschwindigkeiten der Schaufelelemente Rechnung tragen. Eine Schaufelkurve, welche unter diesen Rücksichtnahmen konstruiert ist, wird dem Wasser in allen ihren Punkten gleiche Geschwindigkeiten entziehen, und das Wasser wird ohne

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F'g. 516.

Strudelbildung, wie dies entstehen muß, wenn die einzelnen Wasserteilchen verschiedene Geschwindigkeit erhalten, an der Schaufel entlang fließen.

Dies gilt für den Teil der Außenschaufeln, welcher in den Aktionsweg des Wasserstrahles hineingreist, der zu dem Kreisbogen des Umfanges die Sehne bildet. Dieser Teil der Hydrovolvenschaufel wird gemeiniglich mit A» Kurve bezeichnet.

Unterhalb der oben bezeichneten Sehne des Wasserstrahles beginnt die

L-Kurve. Zwischen beiden Kurven liegt ein Wendepunkt, in dem die Kurven eine gemeinsame Tangente haben.

In der L-Kurve wird das Wasser analog dem Vorgang in Turbinenschaufeln um soviel Grade abgelenkt, daß die restierende Geschwindigkeit, welche sich durch den Satz (c —r v) • cos a berechnen läßt, im Verhältnis von 1 : 0,5

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Fig. 517.

steht zur mittleren Geschwindigkeit der Gewichtsschaufeln zJnnenschaufeln). Dabei ist der Nadboden so zu wählen, daß die Resultante aus Wassergeschwindigkcit und Ilmfangsgeschwindigkeit am Endpunkte der Aktionsschaufel eine Tangente zum Radboden bildet. In der Jnnenschaufel wird der Strahl vollständig, d. h. um 180—190° umgebogen, so daß die Summe der Ablenkung 270° beträgt. Unter der Hypothese, daß das Rad ans der Aktionsseite 180° dieser Ablenkung

abwickelt, testiert eine Wirkung von rund 90o/°, welche einem vollen senkrechten Stoß gleichkommt, ohne daß es dem Wasser möglich wurde, irgendwo aus dem Rad zu entweichen, ehe es seine volle Kraft abgegeben hat, oder auch Seitenkräfte abzugeben, welche für das Drehmoment des Motors verloren gehen würden. —

Aus den vorgehenden Erörterungen geht hervor, daß die Strahlrichtung von höchster Wichtigkeit ist, da bei der geringsten Änderung der Strahlrichtung alle Berechnungen der Ablenkungswinkel hinfällig werden. Um diese Strahlrichtung konstant zu erhalten, sind in der Regulierdüse der Hydrovolve zwei drehbare Zungen eingelagert, welche zwangläufig verbunden sind, so daß die Einengung des Strahles von oben und unten gleichmäßig geschieht, so daß die Strahlrichtung eine konstante bleiben muß.

Fig. 518.

Diese Regulierdüse ist in Fig. 517 im Schnitt dargestellt, während Fig. 516 die Schaufelanordnung in einer Hydrovolve im Schnitt und Fig. 518 die Seitenansicht einer Schaufelhälfte zeigt.

Das sind in großen Zügen die Grundlagen der Konstruktion der Hydrovolve, welche das durch die Turbinen fast verdrängte Wasserrad wieder zu Ehren bringt und in vielen Füllen mit günstigerem Nutzeffekte als die Turbine arbeiten wird.

5.

Das riickenschlächtige Wasserrad.

Bei diesen Rädern führt man das Wasser oberhalb der Achse um einen Spitzwinkel von zirka 60° vom Radscheitel entfernt im Rücken des Rades

in die Schaufeln ein, so daß also der Stoß des Wassers auf das Rad von hinten — im Rücken erfolgt, woher sich die Bezeichnung „rückenschlächtig" herleitet. Auch dieses Rad hat geschlossene Zellen, so daß diese durch das einströmende Wasser gefüllt werden und die Bewegung des Rades um seine Achse weniger durch die Stoßkraft des einfließenden Wasserstrahles, als durch das Gewicht der Wasserfüllung in den Schaufeln bewirkt wird.

Da aber hier das Wasser unterhalb des Radscheitels in zirka ²/« der Radhöhe in die Schaufeln eintritt, so ist der Füllungsgrad und durch ihn auch der Nutzeffekt des Rades wesentlich kleiner, als beim oberschlächtigen Rade und wird derselbe auf 60—70 % angegeben, dürfte aber im günstigsten Falle nicht mehr als 65 °/₀ betragen.

Fig. 519.

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Fig- 521.

Fig. 520.

In Fig. 519 ist ein rückenschlächtiges Rad dargestellt, das ganz in Eisen ausgeführt gedacht ist und dem das Wasser durch Kulisseneinlauf zugeführt wird. Auch hier muß in den Zellen für schnelle Abführung der Luft beim Einlauf des Wassers gesorgt werden, indem man am Zellenboden einen Spalt frei läßt, durch den die Luft entweichen kann.

Man verwendet diese Räder mit Vorteil da, wo das Gefälle für ein oberschlächtiges Rad nicht mehr ausreichend erscheint, und dürfte es für Gefälle von 2,5 bis 4 Meter bei 100—750 Liter Wasser-Zufluß in der Sekunde den besten Effekt geben.

während das Aufschlagwasser mit 3 Bieter Geschwindigkeit im Mittel aus das Rad fließen soll.

Bei Verwendung von Holz werden die Bodenwände der Zellen nach Fig. 520 in sehr spitzem Winkel zum Nadumfangskreis gestellt und zwar so, daß sie sich gegenseitig überdecken unter Berücksichtigung des für die Abführung der Luft nötigen schmalen Spaltes. An das Bodenbrett B schließt sich der schmale Querriegel R an mit zentraler Stellung der Fläche zum Mittelpunkt des Rades, und an diesen Riegel schließt sich die eigentliche Wasserschaufel w an, über welche das Wasser in die Zelle einfließt. Letzteres bildet mit dem äußeren Radumfange einen spitzen Winkel, und die äußeren Kanten dieses Schaufelbrettes die Teilung des Zellenkranzes. Die Stellung der Querriegel R ist so gewählt, daß die Verlängerung der Fläche mit den Kanten des Wasserbrettes der nächstfolgenden Schaufel zusammenfällt.

Bei den Blechschaufeln wählt man den in Fig. 521 dargestellten Querschnitt, der im allgemeinen nach denselben Regeln konstruiert ist, nur gibt

Fig. 522.

dem Wasserblech W eine etwas bombierte (gewölbte) Form; die Lage des

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Bodenbleches fällt mit dem innern Radumfang zusammen, so daß die Schaufel einen etwas größeren Fassungsraum erhält.

Der Kulissenumlauf erhält Schaufeln aus Eisenblech, die in geeigneter Weise an eisernen Seitenteilen im Gestell des Einlaufs befestigt werden. Vor ihnen bewegt sich der Schützen, weshalb die Kulissenschaufeln hinten in einer Ebene liegen müssen. Die Krümmung jeder einzelnen Schaufel muß so beschaffen sein, daß das Wasser mit der nötigen Geschwindigkeit und in der

Richtungslinie der Wasserschaufel der zugehörigen Zelle einfließt. Hierbei soll der unterste Endpunkt im Radmantel der obersten Schaufel zirka 30 cm unter dem Oberwasserspiegel liegen.

Um das vorzeitige Entleeren der Zellen zu verhindern, wird bei diesem Rad ans die Länge des gefüllten Zellenteiles der Randumfang in einen sogenannten Kropf oder Kropfgerinne gelegt, welches sich dem äußeren Radumfange, wie Fig. 522 zeigt, sehr genau anschmiegt und auf seiner Fläche in Zement glatt abgeputzt wird, wenn man es nicht vorzieht, es aus Holz herzustellen, und müssen dann die Bretter gespundet werden. In der Regel macht man bei hölzernen Rädern das Kropfgerinne aus Holz, bei eisernen Nädern aus Mauerwerk mit Zementfugung und -putz.

Die mittelschlächtigen Wasserräder.

Bei diesen Rädern tritt das Aufschlagwasser etwas unter dem Radmittel, wie Fig. 523 zeigt, in den Zellenkranz des Rades ein. Diese Räder sind stets

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Fig. 523.

Schaufelräder und erhalten ebenfalls einen Kropf, damit das in den Zellen angesammelte Wasser durch sein Gewicht wirken und nicht vorzeitig aus-sließen kann. Der Einlauf des Wassers wird durch Kulissen geregelt.

Je geringer das Gefälle ist, um so größer ist in der Regel die Wasser-inenge, welche zur Verfügung steht, und muß man auf diesen Umstand bei der Konstruktion dieser - und der rückenschlächtigen Räder Rücksicht nehmen.

Eine Verbesserung des Nutzeffektes dieser Räder sucht man durch eine besondere Gestaltung des Einlaufschützens zu erzielen, indem man ihn.

wie Fig. 522 zeigt, als Kulisseneinlauf gestaltet. Die feststehenden oder regulierbaren Kulissen geben alsdann dem Wasser eine Richtung, so daß es die Schaufeln unter dem günstigsten Einfallwinkel füllt.

In Fig. 523 ist ein ähnlich konstruiertes Rad dargestellt und zwar mit Überfalleinlauf, bei welchem der vorbeschriebene Zweck durch eine veränderliche Stellung des Einlausventils bewirkt werden kann.

11

Ein mittelschlächtkges Rad von besonderer Konstruktion ist das in Fig. 524 dargestellte Rad, welches einen sehr hohen Nutzeffekt ergibt. Während bei allen bisher beschriebenen Rädern die Begrenzung des Schaufelinhaltes nach den Seiten hin an dem Rade selbst liegt, sind hier die Schaufeln an den Seiten offen und die Begrenzung wird durch das Gerinne gebildet. Wie Fig. 524 zeigt, ist es infolgedessen möglich, das Oberwasser bis an das Rad selbst herangehen zu lassen, so daß hier keine Wasserverschwendung durch unnützen Wasserfall eintritt und auch das ganze Gewicht des zufließenden Wassers zur vollen Geltung und Ausnutzung gelangen kann. Die einzelnen Zellen sind sehr tief, so daß der Eintritt des Wassers gar nicht von vorn erfolgen kann, sondern nur von der Seite her. Kraftverluste entstehen bei dieser Konstruktion nur durch Undichtigkeiten im Gerinne,

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außerdem urch den Widerstand, den die Zellen bei der Dre ung des Rades im Wasser finden.

Fig. 524.

Die Umfangsgeschwindigkeit der mittelschlächtigen Räder entspricht der

Einlaufsgeschwindigkeit des Wassers, und nimmt man letztere 1 */₂ bis 2 mal so groß als die erstere. Man läßt die Räder mit ¹/₂ Füllungsgrad arbeiten und muß das bei Bestimmung des Schaufelquerschnittes int Auge behalten.

Außer den vorstehend mitgeteilten Rädern gehören zu diesen Kategorien auch das Sagebien- und Zuppinger-Wasserrad.

Ersteres erhält stets einen Überfalleinlauf und ist für kleine Gefälle gut geeignet; seine Haupteigentümlichkeit ist ein sehr breiter Kranz, also eine große Tiefe der Schaufeln, die sich nach hinten zu stark verengen und ansteigen. Die Einlaufgeschwindigkeit des Wassers ist gering, und laufen infolgedessen die Räder sehr langsam, wodurch wiederum eine starke Übersetzung nötig wird, die mit Kraftverlusten verbunden ist und die Anlage verteuert.

Das Zuppinger Rad ist dem vorgenannten sehr ähnlich. Es hat einen noch breiteren Schaufelkrsnz, und ist die Schaufelform so gewählt, daß das Wasser mit größerer Geschwindigkeit eintreten kann, so daß diese Räder auch schneller laufen, und geben sie für kleine Gefälle einen nicht ungünstigen Effekt, der mit 60 —65°/₀ angegeben wird.

5.

Die unterschlächtigen Wasserräder.

Bei diesen Rädern wirkt das Wasser nur durch seine Stoßkraft und trifft den Schaufelkranz in seinen unteren Partien. Dementsprechend haben wir es hier mit reinen Schaufelrädern zu tun, die meist in einem ziemlich flach gehaltenen Kropfgerinne sich bewegen.

Bei dem in Fig. 525 dargestellten unterschlächtigen Rad, welches fast schon an die Konstruktion des mittelschlächtigen Rades heranreicht, hat man

noch mit Gefälle zu rechnen und kann dieses doppelt ausnutzen, indem außer mit der Stoßkraft des freien, ohne Kulissen einströmenden Wassers auch noch mit dem Wassergewicht auf die Länge des Kopfgerinnes zu rechnen ist, und geben diese Räder infolgedessen einen guten Effekt.

Kann man aber nicht mit einem Gefälle rechnen und bleibt man nur auf die Stoßkraft des Wassers angewiesen, so muß man auf ein längeres Kropfgerinne, wie Fig. 525 zeigt, verzichten und kann nur durch ein einfaches Horizontalgerinne die lebendige Kraft des fließenden Wassers ausnutzen. Bei dem in Fig. 526 dargestellten Rade kann eine Vermehrung der Schaufeln ihrer Zahl nach den Nutzeffekt des Rades nicht steigern, dagegen ist dies wohl durch eine geeignete Krümmung der Schaufel zu erzielen, durch welche ein Abgleiten des Wassers beim Einfließen in die Schaufeln verhindert wird.

Bei starkem Wassergefälle und flachem Grund, wie man ihn in Flüssen oft findet, wird das in Fig. 527 gezeichnete Rad gut arbeiten.

Die Abnahme der Arbeit erfolgt beim unterschlächtigen Rade in der Regel durch ein auf der Radwelle aufgekeiltes Rad, weil bei der großen Umfangsgeschwindigkeit eine Abnahme der Kraft durch Getriebe von einem am Umfange angeordneten Zahnkranz nicht zweckmäßig ist.

Bei den in Fig. 524 und 525 dargestellten Rädern erfolgt die Kraftübertragung durch einen Zahnkranz mit Jnnenverzahnung und entsprechend abgeordnetem Getriebe in der Voraussetzung, daß diese Räder mit einer mittleren, nicht zu starken Tourenzahl laufen. —

Die Schaufelzahl der unterschlächtigen Räder variiert bei einem Durchmesser des Rades von 4—8 m zwischen 28 und 48 Schaufeln.

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Fig. 525.

bezeichnet. Es fällt von den übrigen Rädern auf durch seine eigenartige Schaufelgestaltung, die einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad garantiert.

Die Schaufeln dieses Rades sind nämlich so gebogen, daß das Wasser in der Krümmungsrichtung der Schaufel einströmt, an ihr in die Höhe steigt und dann wieder zurückfällt. Auf diese Weise wird ein harter Stoß des

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Fig. 626.

Wassers beim Einlauf vollständig vermieden und koinmt nur die lebendige Kraft des Wassers zur widerstandslosen Wirkung.

Auch diese Räder werden meist nur ganz aus Eisen gebaut und laufen in einem kurzen Kropfgerinne, welches hinter der Mittelachse des Rades, nach

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Fig. 528.

Fig- 627.

dem Unterwasser zu steil abfällt, um eine Rückstauung des Unterwassers auf das im Gang befindliche Rad zu verhüten.

Der in der Fig. 528 ebenfalls mit dargestellte Spannschützen lauft unten in eine schnabelartige Krümmung aus und wird in ganz bestimmter Richtung und Stellung gegen das Rad bewegt. Er gibt dem Aufschlagtvasser int Verein mit dem ebenfalls eigenartig gewölbten Vorgerinne die für den stoßfreien Eintritt in die Schaufeln nötige Richtung. Man kann bei diesen Rädern, je nach dem Gefälle, mit einem Wirkungsgrad von 60—70 °/₀ rechnen.

6.

Die peltoiwtber.

Ein Mittelding zwischen Wasserrad und Wasserturbine bilden die aus Amerika auch bei uns eingeführten Peltonräder, bezw. Pelton-motoren, und verdanken wir die nachstehend mitgeteilten Angaben und Abbildungen der Maschinen- und Armaturenfabrik vorm. H. Breuer & Co. in Höchst a. M., welche diese Motoren in Deutschland eingeführt und zu hoher Vollkommenheit ausgebildet hat. Charakteristisch an der Konstruktion des Pelton-motors ist zunächst der kreisrunde oder viereckige Querschnitt des das Rad treibenden Wasserstrahles, sowie die doppelt gekrümmte Form der Schaufeln, die dem Wasserstrahl eine scharfe Schneide entgegenstellen und durch sie den Strahl nach zwei Seiten hin zerteilen. Durch die Schaufelform wird auch hier eilt harter Stoß des eintretenden Wassers vollständig vermieden und der Ausflußwinkel nahezu parallel der Einströmung gemacht, wodurch ein guter Nutzeffekt erzielt wird.

Der Peltonmotor kann unter Umständen schon bei 10 m Druck geeignet erscheinen, sicher aber bei einem Druck von 18 bis 20 m, und je größer die Druckhöhe gewählt werden kann, um so günstiger gestalten sich die Verhältnisse für seine Anwendung und natürlich auch der Nutzeffekt. Die obere

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Fig. 629.

Grenze des zulässigen Druckes bestimmt sich durch die zulässige Geschwindigkeit, mit der sich das Rad noch ohne Gefahr bewegen kann. Es sind Peltonräder mit 500 m Druckhöhe und darüber in ungestörtem Betriebe.

Wenn der auf eine Radschaufel treffende Wasserstrahl die ihm innewohnende Kraft mit möglichst geringem Verlust an die Radschaufel abgeben soll, so muß er erstens ohne Stoß eintreten und zweitens während seiner Bewegung längs der Schaufel seine Richtung möglichst umkehren und am Ende mit einer Geschwindigkeit, die gleich Null ist, die Schaufel verlassen. Diese auch für Aktionsturbinen geltende Regel bedingt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Radschaufeln theoretisch halb so groß ist, als die Eintritts-geschmindigkeit des Wassers.

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Bezeichnet man letztere mit v, erstere mit C, so soll theoretisch C— t>

sein; in Wirklichkeit wählt man auf Grund von Ermittelungen über den Nutzeffekt bei dem Pelton-Mvtor C — 0,46 X v. Die Eintrittsgeschwindigkeit v

ist theoretisch v = j/^2 X g X h, wenn h die Höhe der Wassersäule in Metern

bezeichnet. In Wirklichkeit wird die Ausflußgeschwindigkeit des Wassers durch die Kontraktion in dem Austrittsmundstück (Düse) etwas geringer, und man kann für den Peltonmotor annehmen

v= 0,95

xfAxgxii.

Gegeben ist in jedem Falle die Druckhöhe h, welche zum Betriebe des Motors zur Verfügung steht, also auch die Austrittsgeschwindigkeit v und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Peltonrades 6. Man kann nun entweder einen bestimmten Raddurchmesser D zugrunde legen und nach diesem die Tourenzahl r des Rades bestimmen, oder man kann eine bestimmte Tourenzahl annehmen und danach den Raddurchmesser berechnen.

Als Raddurchmesser gilt dann in der Regel der doppelte Abstand der Wasserstrahlachse von der Motorachse. Die Beziehung zwischen diesen Größen

ist einfach n

Es bleibt dann noch zu bestimmen die Lichtweite der

Düse d, resp. der Querschnitt des Wasserstrahles. Derselbe ergibt sich bei bekannter Wassermenge Q (in Kubikmeter per Sekunde) durch die Gleichung

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d = ]Z(in Meter) = 1,13

Nach der Stärke des Wasserstrahles richtet sich dann die Größe der Schaufeln. Fig. 530 und 532 zeigen den Peltonmotor in Ansicht und Schnitten.

Die eigentümliche Form der Radschaufeln läßt es als zweckmäßig erscheinen, .die Schaufeln getrennt vom Radkörper und zwar in Phosphorbronze herzu-stellen und mit dem in Gußeisen, Stahl oder Bronze für sich auszuführenden

40

Nadkörper in geeigneter Weise zu verbinden. Bei großen Motoren werden die Schaufeln mit Schrauben auf den Radkörper befestigt, bei kleinen Rädern dagegen besteht der Radkörper aus zwei Teilen, zwischen welchen die Schaufeln mit ankerartigen Ansätzen eingelegt und festgeklemmt werden. Die Radwelle wird aus Stahl gemacht und in Lagern von besonderer Konstruktion mit selbsttätiger Ringschmierung gelagert, die Lager befinden sich in dem aus Gußeisen hergestellten, das Rad umgebenden Gehäuse; die Räder werden sorgfältig ausbalanziert, so daß der Schwerpunkt genau mit dem Achsenmittelpunkt zusammenfällt.

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jjig. 530.

Das Strahlrohr mit dem Mundstück (Düse) für den Austritt des Wassers ist ein Konstruktions-Element von besonderer Bedeutung. Der Wasserstrahl soll möglichst geschlossen ohne Divergenz aus der Düse treten und in dieser möglichst wenig Reibung haben; die Düse wird deshalb ganz kurz gemacht und geht dann mit starkem Konus in den Rohrquerschnitt über. Dies ermöglicht zugleich das Einlegen einer Regulierspindel, welche sich mit einer feinen Spitze in die Düse einschieben läßt, wodurch der Wasserquerschnitt verringert werden

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F'g. 531.

kann. Die Spindel hat in ihrer Verlängerung ein Gewinde und wird mittelst eines Handrades von außen nach Belieben eingestellt, dem jeweiligen Arbeits-bedürfuisse entsprechend; sie dient zugleich als Abschlußventil, wenn sie ganz eingeschraubt wird. Diese Regulierung kann auch für besondere Zwecke selbsttätig gemacht werden mittelst eines selbsttätigen Regulators.

Bei größeren Düsen wird die Düse auch mit quadratischer Öffnung mit einer beweglichen Zunge ausgeführt, namentlich in Verbindung mit selbsttätigen Regulatoren.

Die Ausstellung des Peltonrades ist sehr einfach und erfordert keinerlei schwierige Wasserbauten, wie andere Wasserräder. Auch bei großen Anlagen genügt meist ein einfaches Fundament mit einer Ablaufrinne für das abgehende Wasser. Die kleinen Motoren können so wie sie die Fabrik liefert an Qrt und Stelle auf dem Fundament befestigt und an die Wasserleitung angeschlossen werden.

Das Anwendungsgebiet für den Peltonmotor ist sehr groß, denn man kann diesen Motor schon für die kleinsten Wassermengen und Leistungen von

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8'ifl- 682.

V20 Pferdestärke an nutzbar machen, während er auch für Leistungen von 288 Pferdestärken bereits mit Erfolg ausgeführt worden ist. Aber selbst diese Leistung bedeutet noch nicht die Grenze der höchsten Leistungsfähigkeit, weil man durch Anwendung von 2 oder 3 Düsen an demselben Motor seine Leistung verdoppeln und verdreifachen kann. Eine solche Anordnung mit'mehr Düsen zeigt uns Fig. 532.

Die einfachste Anwendungsart des Peltonmotors ist die direkte Kuppelung einer schnellaufenden Maschine, Dynamomaschine, Ventilator, Zentrifugalpumpe, Kreissäge usw. In diesem Falle wird die betreffende Maschine mit dem Motor auf eine gemeinschaftliche Fundamentplatte aus Gußeisen montiert und die beiden Wellen durch eine Kuppelung verbunden. Will man eine Arbeitsmaschine mit geringerer Tourenzahl mit einem schnellaufenden Motor betreiben, so kann ein einfacher Riemenbetrieb (bei kleinen Motoren auch

Schnurbetrieb) angeordnet werden. — Für noch langsamer laufende Arbeitsmaschinen, z. B. Pumpen, empfehlen sich die Motoren mit Friktions- oder Zahnrädervorgelege, bei denen eine starke Reduktion oer Tourenzahl 1:10 bis 1:20 bewerkstelligt werden kann.

Mit gutem Erfolg werden die Peltonmotoren auch in Bergwerks-Betrieben angewendet, wo man durch die Wasserhaltungs-Maschinen große

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Fig. 533.

Wassermengen unter sehr hohem Drucke zur Verfügung hat. Man wendet hier den Peltonmotor zum Betriebe von Dynamomaschinen, Ventilatoren, Pumpen und zur Streckenförderung an.

Der Peltonmotor läßt sich sehr gut selbsttätig regulieren, indem man einen Zentrifugalregulator entweder direkt oder indirekt durch hydraulischen Druck auf die Regulierspindel der Einströmungsdüse, bei quadratischem Querschnitt der Düse auf die bewegliche Zunge einwirken läßt, wodurch der Aus-

strömungsquerschnitt entsprechend dem jeweiligen Kraftbedarf größer oder kleiner gestaltet wird.

Für eine Regulierung einfacher Art, bei der es auf große Genauigkeit nicht so sehr ankommt, kann der Regulator auf der horizontalen Vorgelegewelle angebracht und durch Gelenke mit der Düsenspindel verbunden werden, welch letztere mit stark steigendem Gewinde versehen bei x/₄ Drehung ganz öffnet oder abschließt.

Bei größeren Ansprüchen auf Genauigkeit der Regulierung wird die in unserer Fig. 533 dargestellte Einrichtung getroffen. Ein Tollesches Federpendel ist auf dem Motorgehäuse montiert und verstellt durch die Bewegung der Hülse die beiden Regulierspindeln in den Düsen, ebenfalls direkt; bei größeren Motoren geschieht die Verstellung durch hydraulische Kolben, und wirkt dann der Regulator nur auf die Steuerung des Servomotors.

Eine ebenso eigenartige, wie zweckentsprechende Anwendung findet der Peltonmotor zur selbsttätigen Wasserförderung nach hochliegenden Ortschaften durch das in Fig. 534 dargestellte

Prltonrad-Pumpwerk.

Das Peltonrad-Pumpwerk ist die Verbindung eines Peltonmotors mit einer, gewöhnlich aber zwei miteinander arbeitenden Pumpen, welch letztere, da es sich meist um große Förderhöhen handelt, als Plungerpumpen ausgebildet werden. Die Pumpen können horizontal gelagert oder vertikal gestellt werden. Letztere Ausführungsart eignet sich bei nicht zu großen Verhältnissen insofern besser, als das Pumpwerk einen möglichst kleinen Raum beansprucht, in der Fabrik fertig zusammenmontiert und so nach seinem Bestimmungsort gebracht werden kann, so daß die Aufstellung am Ort der Verwendung schnell und leicht erfolgen kann.

.Zwischen zwei Lagerböcken, welche die Pumpenwelle mit der Antriebkurbel tragen, sitzt der Peltonmotor, dessen stets verhältnismäßig große Tourenzahl mittels eines Präzisions-Zahnräderpaares mit starker Übersetzung auf die Pumpenwelle übertragen wird.

Wie schon gesagt, eignet sich diese Maschine besonders zur Wasserversorgung hochliegender Ortschaften, wenn unterhalb derselben sich eine stärkere Quelle findet, bei welcher ein mehr oder weniger beträchtliches Gefälle gewonnen werden kann; je größer das Gefälle ist, desto vorteilhafter die Wasserförderung.

Das Pumpwerk kann ununterbrochen Tag und Nacht in Betrieb stehen und erfordert keine ständige Beaufsichtigung.

Bei derartigen Pumpwerken sind wesentlich zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem nämlich das zu fördernde Wasser dem Betriebswasser entnommen werden soll oder nicht. Der erstere Fall liegt für die Wafferförderung wesentlich günstiger, weil man dabei den Pumpen das zu fördernde Wasser mit dem Druck des Betriebsgefälles zuführen kann, so daß die Pumpen auf eine um

so viel geringere Druckhöhe zu arbeiten haben. Die folgenden Rechnungen sollen dieses Verhältnis klar machen. Es bezeichne:

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Mg. 534

Q die zum Betrieb des Pumpwerks verfügbare Wassermenge,

H das Betriebsgefälle, q die zu fördernde Wassermenge, h die Förderhöhe,

rj den Gesamt-Nutzeffekt von Motor und Pumpwerk, so bestehen folgende Beziehungen:

a) Im Falle, daß das zu fördernde Wasser nicht dem Betriebswasser entnommen werden soll:

qh = rjQ H.

In der Regel ist gegeben Q, H und h; man findet dann die zu fördernde Wassermenge durch:

QH

b) Im Falle, daß das zu fördernde Wasser dem Betriebswasser entnommen werden kann, wird dasselbe direkt aus dem Zuleitungs-rohr zum Motor den Pumpen mit dem Druck H zugeführt, so daß die Säugventile mit dem Druck H von unten belastet sind und dieser Druck bei dem Aufgang des Kolbens Arbeit an der Kurbel verrichtet; die effektive Förderhöhe beträgt dann für die Pumpen nur h—H; dagegen wird jetzt nicht mehr die ganze verfügbare Wassermenge Q dem Motor als treibende Kraft zugeführt, sondern nur die Wassermenge Q—q, und es ist dann zu setzen: q (h-H) = n (Q-q) H,

woraus folgt:

q=^Qh-

- (1-12) h

Beispiel: Eine Quelle, welcher ein Gefälle H = 40 m abgewonnen werden kann, besitzt eine Wasscrmenge von Q — 220 Min.-1; es soll ein Teil dieses Wassers auf eine Höhe h — 102 m über dem Standort des Pumpwerks gefördert werden. Wie groß ist die Wassermenge, welche gefördert werden kann? Unter Annahme eines Gesamt-Nutzeffekts von 52,5 °/₀ (75°/₀ für Motor und 70 °/₀ für das Pumpwerk) ergibt sich:

= 55,6 Min.-1.

q = 0,525 220

40

102 — 0,475 X 40 Wenn dagegen das zu fördernde Wasser nicht dem Betriebswasser entnommen werden soll, oder wenn man die ganze Wassermenge Q zuerst auf den Motor führen und dann den betreffenden Teil von den Pumpen ansaugen lassen wollte, so könnte nur eine Wassermenge gefördert werden von:

220 .40

= 45,3 Min.-I,

«7^-h

102

0,525

also ca. 20 °/₀ weniger als im ersten Falle.

Es ist zu bemerken, daß die Größen h und II immer den effektiven Wasserdruck darstellen, der unter Berücksichtigung des Reibnngsverlustes in den Rohrleitungen zu ermitteln ist. Bei H müssen also die Reibungswiderstände vom wirklichen Gefälle in Abzug gebracht, bei h dagegen zur absoluten Steighöhe hinzugerechnet werden.

Nicht selten kommt es vor, daß die zur Verfügung stehende Wassermenge der Quelle, des Baches rc. veränderlich ist. In diesem Falle wählt man zweckmäßigerweise einen Peltonmotor mit zwei oder drei Einströmungen, die zusammen oder einzeln in Funktion treten können. Die erste Einströmungsdüse ist dann für die Minimalwassermenge zu berechnen, die anderen für den eventuellen stärkeren Wasserzufluß. Da die Tourenzahl des Motors, welche nur von dem Wasserdruck abhängig ist, unter allen Verhältnissen die gleiche bleiben muß, so ist die der größeren Betriebswassermenge entsprechend größere

Leistung der Pumpen durch eine größere Hubhöhe der Kolben zu bewerkstelligen; es werden also in diesem Falle die Pumpenkurbeln mit verstellbarem Hub eingerichtet, und es kann dadurch die Pumpenleistung immer der jeweils zur Verfügung stehenden Betriebskraft angepaßt werden, ein Vorzug, der unter allen Wasserhebemaschinen nur dem Peltonrad-Pumpwerk eigen ist.

7.

Oer hydraulische Widder.

Viele rechnen den Widder zu den Pumpen. Ich halte es aber für richtiger, ihn den Wasserkraftmotoren einzureihen, weil in ihm die Stoßkraft des Wassers auch motorisch wirkt und Arbeit verrichtet. Er trägt also unverkennbar das Gepräge des Motors an sich und gehört mit Fug und Recht zu den Wasserkraftmotoren.

Seine Erfindung wird Montgolfier zugeschrieben, der auch als Erfinder des Luftballons (Montgolfiere) bekannt geworden ist.

In dem Abschnitt über den Luftdruck (Seite 148) haben wir bereits den hydraulischen Widder erwähnt und an einem schematisch gezeichneten Bild seine Wirkungsweise erläutert, die auf dem Wasser stoß beruht, weshalb man die Maschine auch als Stoßheber bezeichnet.

In Fig. 106 (Seite 148) ist ein Widder in Verbindung mit einer Quelle und Hochbehälter schematisch dargestellt, und bezeichnet A den Quellwasserbehälter,

B den Hochbehälter, in den das Wasser durch den Widder gedrückt wird, die Treibrohrleitung von der Quelle zum Widder,

8 das sogenannte Stoßventil,

T das Steigventil,

W den Windkessel,

R die Steig- oder Druckleitung, h das Treibgefälle, hj die Druckhöhe.

Denken wir uns zunächst, daß die Leitungen des Widders vollständig wasserleer sind und das Wasser aus der Quelle A durch die Leitung Rx in den Widder fließt, so wird sich zunächst durch den Wasserdruck von unten das Stoßventil S schließen und das Steigventil T öffnen, so daß Wasser in den Windkessel W eintritt, wobei sich die im Windkessel W befindliche Luft verdichtet. Das Wasser steigt in der Druckleitung R bis zur Höhe h des Quellwasserspiegels nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren, worauf alsdann Stillstand eintritt.

Stößt man nun mit der Hand das Ventil 8 herunter, so strömt durch dasselbe Wasser aus, die Wassersäule im Treibrohr Rx kommt in Bewegung und nimmt das Ventil wieder mit in die Höhe bis zum Abschluß; infolgedessen entsteht ein Wasserstoß, der jedoch bei dem Steigventil T, so lange

hinter diesem Ventil noch kein höherer Druck vorhanden ist, sozusagen expandieren kann.

Durch das Eintreten von Wasser in den Windkessel wird aber die Luft in demselben weiter komprimiert und die Wassersäule im Steigrohr R entsprechend in die Höhe getrieben.

Nachdem man das Herabstoßen des Ventils mit der Hand öfters wiederholt hat, wird der Wasserdruck im Inneren des Windkessels so stark, daß sich das Ventil T nicht mehr so leicht öffnet; erst jetzt kommt die Reaktion des Wasserstoßes zur Wirkung, indem nach dem Anprall gegen das Stoßventil eine Rückwärtsbewegung des Wassers während eines Augenblickes einen negativen Druck (Vakuum) unter dem Stoßventil erzeugt; hierdurch wird das Ventil sofort herabgezogen, und der selbsttätige Gang des Widders stellt sich ein. Das Ventil fällt von selbst herab, die infolgedessen erzeugte Wasserströmung schließt es wieder.

Der Wasserstoß befördert etwas Wasser in den Windkessel resp. in die Steigleitung, gleichzeitig Reaktion und Herabfallen des Ventils.

Unter geeigneten und günstigen Verhältnissen ist der hydraulische Widder die beste Wasserhebemaschine in bezug auf den Nutzeffekt; 70°/, und darüber ist nicht selten. Dies erklärt sich aus der großen Einfachheit der Maschine, deren einzige beweglichen Teile keinerlei Reibungen unterliegen.

Der hydraulische Widder eignet sich j aber nicht für alle Verhältnisse, seine Betriebswassermenge erreicht ihr praktisches Maximum schon bei etwa 200 Minutenliter, und da man in der Regel ungefähr den zehnten Teil des Treibwassers in die Höhe fördert, so liefert der größte Widder E§| etwa 20 Minutenliter — 28,8 Kubikmeter CS

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täglich.

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Fig. 535.

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In Fig. 535 ist ein hydraulischer Widder, wie solche die Maschinen- und Armaturenfabrik vorm. H. Breuer KCo. in Höchst a. M. zur Ausführung bringt, dargestellt. In der Mitte sehen wir den großen Windkessel, in dessen unterem Teil das Steigventil sitzt. Links sieht das Stoßventil, rechts den Anschluß für die Treibleitung. Der auf den Windkessel gezeichnete Stopfen dient bei Entleerung des Windkessels zum Eintritt der Luft.

Man kann auch 2, 3 oder 4 Widder nebeneinander aufstellen und sie unter Zwischenschaltung eines Sammelwindkessels in ein gemeinschaftliches Steigrohr arbeiten lassen.

Eine Beschränkung in der Anwendung der Widder liegt auch darin, daß das Verhältnis des Treibgefälles zur Förderhöhe von großem Einfluß auf die gute Wirkung des Widders und an bestimmte Grenzen gebunden ist. Ein guter Nutzeffekt ist zu erwarten bei einem Verhältnis des Treibgefälles zur Steighöhe von 1:3 bis 1 : 7. Wird das Verhältnis kleiner, so nimmt der Nutzeffekt mehr und mehr ab. Auch in bezug auf das Treibgefälle sind Schranken gesetzt. Das geringste Gefälle ist ca. 1 m, das größte praktisch empfehlenswerte ca.-15 m. Bei größeren Gefällen und dementsprechend größerer Steighöhe werden die Stöße des Ventils S so stark, daß sie, abgesehen von dem starken Geräusch, auch eine schnelle Abnutzung der Ventile zur Folge haben.

Das Verhältnis der von dem Widder geförderten Wassermenge zu der von dem Widder verbrauchten Wassermenge ist selbstverständlich abhängig von dem Verhältnis des Betriebsgefälles zur verlangten Förderhöhe. Zur letzteren ist bei längeren Leitungen auch die auf Überwindung der Reibungswiderstände in der Leitung zu verwendende Druckhöhe hinzuzurechnen. Bezeichnet man mit H die Gefällhöhe, h die Steighöhe,

Q die vom Widder verbrauchte Wassermenge, q die vom Widder geförderte Waffermenge, y den Nutzeffekt des Widders, so bestehen folgende Beziehungen zwischen diesen Größen:

qXh = yXQXH oder q-yX^-

das heißt: wenn z. B. h = 7 H ist und y — 70"/, q — • J₍₎ X Q

Man hat den hydraulischen Widder mit gutem Erfolg zur Wasserförderung auf Entfernungen von über 1000 Meter und für Steighöhen bis zu 100 Metern angewendet.

Zur Beurteilung, ob in einem gegebenen Falle die Anwendung eines Widders zweckmäßig sein kann, und um zu ermessen, welche Größenverhältnisse demselben zu geben sind, ist es notwendig zu wissen:

a)    Welche Wassermenge (in der Minute) liefert die verfügbare Quelle, Teich usw.?

b)    Wieviel freies Gefälle ist vorhanden oder kann durch Aufstauen oder Abgraben gewonnen werden?

c)    Auf welche absolute Höhe und auf welche Entfernung soll das Wasser gefördert werden?

d)    Welche Waffermenge soll innerhalb 24 Stunden im Minimum gefördert werden?

Bei der Aufstellung eines Widders sind folgende wesentliche Momente in Betracht zu ziehen:

Der Widder muß so aufgestellt werden, daß er vor Frost und Beschädigung

bewahrt ist. Er soll in gemauertem Schacht oder wenigstens in einer gedeckten Grube stehen, aus welcher das verlorene Wasser abfließen kann, und die Rohre sollen frostfrei unter der Erde liegen.

Die Treib- und Steigleitungen müssen, so verlegt werden, daß Luftsäcke in denselben nicht vorkommen; sollten sich dieselben bei längeren Steigleitungen nicht gut vermeiden lassen, so müssen wenigstens an solchen Stellen Luftventile angebracht werden.

Soll das Wasser auf große Entfernung, etwa über 300 Meter weit, getrieben werden, so empfiehlt es sich, ein weiteres Steigrohr als in der Tabelle angegeben, anzuwenden.

Um den Gang des hydraulischen Widders abzustellen, hat man nur nötig, das Sperrventil eine Zeitlang in gehobenem Zustande zu erhalten.

Ist die Luft im Windkessel nach längerem Gange des Widders von dem Wasser verzehrt, der Windkessel ganz mit Wasser gefüllt, so wird der Widder nicht mehr funktionieren. Das Wasser muß aus dem Windkessel entfernt und letzterer wieder mit Luft gefüllt werden. Um dies bequem tun zu können, ist es zweckmäßig, den Widder an der Zuleitung, da wo das Treibrohr anschließt, und an dem Abfluß, da wo das Steigrohr anschließt, mit Hähnen zu versehen, sowie einen Entwässerungshahn an dem Windkessel anzubringen. Indem man die beiden erstgenannten Hähne schließt, ist man imstande, durch die Hähne am Windkessel diesen zu entwässern und mit Luft frisch zu füllen.

Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Widder sind für mittlere Verhältnisse berechnet, für Gefälle von 1,5 bis 3 m und etwa fünf- bis siebenfache Steighöhen.

Dimensionen und Gewichte der hydraulischen Widder.

Größen-Nummer

Trelbwassermenge , Siter P. Min. Durchm. des Treibrohres in mm Durchm. des Steigrohres in mm Ganze Höhe des Widders in mm Inhalt des Windkessels . in Ltr. Gewicht des Widders . .in kg

3—7

19

300

2,5

10

6—15

11—26 22—53 45—94

80—130

120—200

25

13

350

3,5

16

30

16

400

6,0

23

50

65

80

80

19

25

30

40

600

730

870

1040

10

20

45

95

42

70

125

207

8.

rvasserhebenraschine System „Löh".

Wie schon die Abbildung 536 erkennen läßt, besteht die Maschine aus einem mit einer besonderen Einrichtung versehenen hydraulischen Widder. Dieselbe soll dazu dienen, die bei dem gewöhnlichen Widder unvermeidlichen Betriebsstörungen infolge mangelnder Luft im Windkessel oder zu starker Abnahme der zufließenden Betriebswassermenge möglichst zu vermeiden.

Zu diesem Zweck ist das Stoßventil nicht wie bei dem gewöhnlichen Widder hinter, sondern vor den Windkessel gelegt, mit dem Erfolg, daß das Ventil bei entleertem Quellenreservoir in der Abschlußstellung stehen bleibt, so daß sich die Treibrohrleitung nicht entleert.

Bei den größeren Maschinen macht das Verbleiben des Ventils in der Schlußstellung öfter Schwierigkeiten, weshalb bei ihnen eine künstliche, aber immer selbsttätige Abstellung des Ventils durch einen Schwimmer im Quellenbehälter vorgesehen werden muß. Das Stoßventil des Widders wird zu diesem Zwecke mit einer Abstellvorrichtung versehen, welche durch einen Drahtzug mit einem Schwimmer im Quellenbehälter in Verbindung gebracht wird.

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In der Rohrleitung unter dem Windkessel ist ein selbsttätiges Luftventil angebracht, durch welches bei jedem Wasserrückstoß etwas Luft von außen angesaugt und direkt dem Windkessel zugeführt wird. Ferner hebt ein durch ein Überlaufrohr aus dem Quellenbehälter in Betrieb zu setzendes kleines Wasserrad nach mehrmaliger Umdrehung mittels Daumen einen über dem Stoßventil an elastischer Feder befestigten Hammer, der beim Herabfallen einen kurzen Schlag auf das Stoßventil ausübt; hierdurch fällt das Ventil herab und der Widder ist wieder in Gang gesetzt.

Infolge dieser Einrichtung ist diese Maschine unabhängig von dem momentanen Wasserzufluß; wenn das Quellenreservoir leer gelaufen ist, bleibt die Maschine stehen, bis sich dasselbe wieder angefüllt hat, dann erfolgt die Wiedcrinbetriebsetzung selbsttätig durch den Überlauf.

Durch die selbsttätige Luftzuführung ist die Entleerung des Windkessels gar nicht mehr oder doch weniger oft nötig.

Im übrigen gelten bezüglich der Treibgefälle, Steighöhen und Wasser-mengen für diese Maschinen die gleichen Beschränkungen wie für die Widder im allgemeinen.

Aus Fig. 537 ist die Aufstellung der Maschine ersichtlich, sowie der Anschluß der verschiedenen Leitungen von der Quelle zur Maschine und von der Maschine zur Verbrauchsstelle.

Für die Aufstellung dieser Maschine und der Widder gelten folgende Regeln:

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1. Der Widder ist auf festes Stein- oder Holzfundament in horizontaler Lage aufzusetzen und zu befestigen; die Spindel des Stoßventils muß dabei genau vertikal eingestellt werden.

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NM

vA

MM

WM

ii

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F-g. 537.

Soll die Maschine auch im Winter betrieben werden, so muß der Ausstellungsraum derart beschaffen sein, daß eine Sicherung gegen Frost möglich ist; für ungehinderten Wasserabfluß von der Maschine nach dem Unterwasser (Bach, Kanal usw.) ist zu sorgen.

2. Die Treibrohrleitung erhält im allgemeinen eine Länge von 5 bis 15 m, im ungefähren Verhältnis zur Förderhöhe von 10 bis 50 m, bei noch größerer Förderhöhe ist auch die Treibrohrleitung etwas länger zu machen.

Die aus dem Quellenreservoir heraustretende Treibrohrleitung muß eine kleine Strecke horizontal gelegt werden und muß bei den Wasserhebemaschinen unbedingt horizontal in das Reservoir einmünden; dies ist nötig, damit bei entleertem Reservoir das Stoßventil oben und die Treibrohrleitung gefüllt bleibt. Die Treibrohrleitung soll alsdann in möglichst gerader Linie, jedenfalls ohne kurze Bogen, ohne Luft- und Wassersäcke nach dem Widder geführt werden.

3. Die Steigrohrleitung ist ebenfalls in möglichst gleichmäßiger Steigung ohne Luft- und Wassersäcke nach dem Hochreservoir zu führen; bei sehr langen Leitungen kann der lichte Durchmesser der Leitung etwas größer genommen werden als in der Tabelle angegeben, in jedem Fall hat man die Reibungswiderstände in der Leitung als Vermehrung der Steighöhe zu berücksichtigen. Die Steigrohrleitung muß ununterbrochen das Wasser bis zum Ausfluß in

das Hochreservoir führen; Anzapfungen unterwegs und Abzweigungen dürfen nicht angelegt werden.

Die Widder und Wasserhebemaschinen System Löh haben in der Regel die Bestimmung, einen Teil des ihnen zufließenden Wassers auf eine größere Höhe zu fördern, es ist aber auch möglich, dieselben für getrennte Wasserförderung einzurichten, d. h. sie mit Bach- oder Flußwasser zu treiben und Quellwasser fördern zu lassen, wenn letzteres in solcher Höhe gewonnen werden kann, daß es dem Widder frei zufließt; ansaugen kann der Widder mcht.

Die getrennte Wasserförderung erfordert die Einschaltung eines durch eine Membrane in zwei Teile getrennten Raumes in Verbindung mit dem Windkessel.

B. Die Turbinen.

Das Hauptmerkmal der mit Wasser betriebenen Turbinen ist das mit eigenartigen Schaufeln ausgestattete, horizontal oder vertikal laufende Laufrad, welches seine Beaufschlagung durch ein feststehendes, ebenfalls mit Schaufeln ausgestattetes Leitrad erhält. Das Wasser fließt mithin bei den Turbinen im ununterbrochenen Strom durch die beiden Räder, so daß meist das volle Rad an der Arbeit teilnimmt, während bei den Wasserrädern nur ein geringer Teil des Radumfanges und bei den besten noch nicht einmal die Hälfte der vorhandenen Schaufeln zur Arbeitsleistung herangezogen wird.

Schon aus dieser Gegenüberstellung geht ohne weiteres hervor, daß die Ausnutzung der Wasserkraft durch die Turbinen viel vorteilhafter sein muß, als wie dies bei dem Wasserrad der Fall ist. Ausnahnien von dieser Regel bilden die Hydrovolve und das Peltonrad, die allerdings beide mehr der Turbine als dem Wasserrad zuzurechnen sind.

Da sie aber beide vertikal laufen und nicht zwangläufig ihre Beaufschlagung im Sinne der eigentlichen Turbine erhalten, haben wir sie zu den Wasserrädern gerechnet.

Wie die anderen Gebiete des Maschinenbaues, so hat auch der Turbinenbau im Verlauf der letzten zehn Jahre eine weitere Entwickelung erfahren, doch beschränken sich die ihn betreibenden Fabriken nur auf einige wenige Spezialtypen, die sich in der Praxis ant besten bewährt haben und einen Minimalnutzeffekt von 65 °/₀ ergeben.

Wenn man vor die Notwendigkeit der Ausnutzung einer Wasserkraft gestellt ist, so fragt es sich zunächst stets, welchen Motor man zu wählen hat.

Wie nun bei der Wahl des Wasserrades zunächst die örtlichen Verhältnisse und namentlich das Gefälle des auszunutzenden Wasserlaufcs maßgebend ist, so hat man bei den Turbinen größere Chancen, weil sie sich den örtlichen Verhältnissen viel besser anpassen lassen. Freilich machen sie meist umfangreiche Wasserbauten und andere Vorrichtungen nötig, die ihre Anlage etwas teurer gestalten als die der Wasserräder, aber dafür geben sie auch einen weit günstigeren Arbeitseffekt, und die erhöhte Krafterzeugung gestattet auch einen umfangreicheren und somit rentableren Betrieb, so daß diese Mehrkosten für die Anlage sich sehr bald amortisieren.

Der Durchschnittsnutzeffekt der Wasserräder ist nicht höher als 30—60-/, anzuschlagen, und nur sehr große oberschlächtige Räder mit günstigem Gefälle geben in seltenen Fällen 70°/, Nutzeffekt, während, wie schon gesagt, die Ausnutzung der rohen Wasserkraft durch die Turbine im Mittel mit 70°/, zu veranschlagen ist.

Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wasserräder ist im Durchschnitt nicht groß, und sind deshalb bei ihnen meist Zwischenvorgelcge nötig, die erst die für den Betrieb nötige schnelle Gangart der Transmission vermitteln. Turbinen laufen bei denselben Gefälleverhältnissen bedeutend schneller, so daß in der Regel ein direkter Antrieb auf die Transmission stattfinden kann und die mit Einschaltung von Zwischenvorgelegen stets verbundenen Kraftverluste vermieden werden. Rechnet man hinzu noch die Effektverlnste, welche durch das hohe Eigengewicht der Wasserräder bezw. die Zapfenreibung der Radachse verursacht werden, so kommt man zu der Überzeugung, daß auch in dieser Hinsicht die Turbine mit ihrer wesentlich kleineren und leichteren Bausori» größere Vorteile bietet.

Der an sich schon geringe Effekt der Wasserräder wird beim Eintritt von Stauwasser, welches im Frühjahr und Herbst fast regelmäßig eintritt, sehr stark geschwächt. Auch bei schlecht konstruierten Turbinen ist das wohl der Fall, aber durch entsprechende Konstruktion des Leit- und Laufrades lassen sich die Einwirkungen des Stauwassers sehr wohl verringern und auf ein Minimum reduzieren.

Da man die Turbinen ganz aus Eisen baut, so liegt die Befürchtung nahe, daß sie durch Rost stark zu leiden haben und sich schnell abnutzen. Dies ist aber nicht der Fall. Rostbildung setzt immer voraus, daß die Lust einen ungehinderten Einfluß auf das feuchte Eisenwerk gewinnt. Dies ist nun wohl bei den Wasserrädern der Fall, die sich in freier Luft bewegen und deshalb der Verwitterung auch bei oft erneutem Anstrich sehr stark unterliegen. Die Turbinen laufen aber vollständig unter Wasser und sind dem Einfluß der Luft viel weniger ausgesetzt wie die Räder. Bei verständiger Instandhaltung des Anstriches und der Lager machen sich Reparaturen nur selten nötig. Alles in allem ist mithin die Turbine in den meisten Fällen auch da auszunutzen, wo man bisher Wasserräder betrieben hat, und nur, wenn das Gefälle kleiner als 1 m und die Wassermenge kleiner als 50 1 pro Sekunde ist, kann von der Anlage einer Turbine abgeraten werden. Dasselbe ist der Fall, wenn die örtlichen Verhältnisse die Anlage eines oberschlächtigen Wasserrades gestatten.

Die Turbine ist hervorgegangen aus dem in Fig. 538 abgebildeten Segnerschen Wasserrad, welches aus einem senkrecht stehenden hohlen Zylinder B mit zwei seitlichen, an ihren Enden geschlossenen Rohrabzweigen D und E besteht. In den beiden Abzweigen ist seitlich (und einander entgegengesetzt)

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je 1 rundes Loch vorgesehen, aus dem das aus der Rinne F in den Zylinder B laufende Wasser unten ausströmt und den mit seiner Welle in A und C drehbar gelagerten Zylinder B in Umdrehung versetzt. Wie die eingezeichneten

Pfeile erkennen lassen, erfolgt die Umdrehung entgegengesetzt der Richtung, in welcher die Wasserstrahlen aussließen. Diese Drehung des Zylinders wird dadurch hervorgerufen, daß dem Wasserdruck im Innern des Rohres an der der Öffnung entgegengesetzten Rohrwand der ausgleichende Widerstand fehlt.

Dieses Prinzip wird beim Bau der Turbine nicht festgehalten, sondern man hält an dem Prinzip der Leitschaufeln fest und der aus ihnen zusammengesetzten Schaufelkränze. Es befinden sich nämlich in jeder Turbine zwei Schaufelräder, ein feststehendes, das Leitrad, und eins, das durch die Kraft des einströmenden Wassers um seine Achse in Um-

gig. 538.

drehung versetzt wird — das Laufrad.

Gewöhnlich ist die Einrichtung so getroffen, daß das Leitrad sich über dem Laufrad befindet, in dem das Wasser von oben nach unten strömt. Die Schaufeln des Leitrades, auch Leitschaufeln genannt, geben dem von oben einfließenden Wasser eine andere Richtung. Sie zwingen das Wasser, nicht direkt von oben nach unten durchzufließcn, sondern seine Richtung so zu verändern, daß es glatt und unter bester Ausnutzung der ihm innewohnenden Kraft in die Schaufeln des Laufrades eintritt. Hiernach würde man annehmen müssen, daß die Schaufeln im Laufrad eine solche Stellung erhalten, daß das einströmende Wasser sie so trifft, daß durch den Stoß das Laufrad in Umdrehung versetzt wird, also so wie in Fig. 539 gezeichnet. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß man mit so konstrnierten Turbinen nur einen geringen Nutzeffekt erreichen kann, und zwar aus dem Grunde, weil der Stoß des Wassers auf die Schaufeln eine Kraftverschwendung mit sich bringt, welche sehr erheblich ist. Infolgedessen hat man gelernt, den Turbinenschaufeln Formen zu geben, welche ein absolut stoßfreies Wirken des Wassers gestatten. Die richtige Konstruktion dieser Schaufelformen ist die Hanplkunst beim Bau von Turbinen, besonders weil für die verschiedenen in Betracht

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kommenden Verhältnisse, größeres oder kleineres Gefälle, wechselnde Wassermengen, verschiedene Geschwindigkeit usw. ganz veränderte Formen, als für den beabsichtigten Zweck Passend, sich ergeben. Drei solcher verschiedenen Schaufelkonstruktionen stellt die Fig. 540 vor.

Unter dem effektiven Wirkungsgrade oder dem Nutzeffekt einer Turbine versteht man die von der Turbine wirklich abgegebene Kraft, während unter hydraulischem Wirkungsgrad diejenige Kraft verstanden wird, welche das durch die Turbine fließende Wasser an das Rad selbst abgibt, also ohne Berücksichtigung des Wasserverlustes durch den Spalt zwischen Leit- und Laufrad und desjenigen Kraftverlustes, welcher durch die Reibung der Turbinenwette im Lager oder Wasser entsteht; beides natürlich im Verhältnis zu dem theoretischen Effekt, welcher nach dem Wasserquantum pro Sekunde und dem Gefälle berechnet wird. Der hydraulische Nutzeffekt einer guten Turbine schwankt zwischen 80 und 90 °/₀ des theoretischen Effekts, während der effektive Wirkungsgrad 70 bis 80 % beträgt.

Wenn man die Turbine von verschiedenen Gesichtspunkten aus beurteilt, so kommt man zu verschiedenen Benennungen, aber stets zu 2 Hauptklassen.

Geht man von der Wirkung des Wassers in den Nädern aus, so unterscheidet man:

1.    Druck- oder Aktionsturbinen, bei denen das Wasser lediglich die ihm eigene lebendige Kraft in Arbeit umsetzt;

2.    Überdruck- oder Reaktionsturbinen, bei denen auch noch der Rückstoß des Wassers nutzbar gemacht wird, der beim Durchfließen der Schaufeln entsteht.

Legt man die Beaufschlagung der Einteilung zugrunde, so unterscheidet man:

1.    A ch s i a l t u r b i n e u, bei denen das Wasser die Schaufeln in der Richtung der Turbinenachse durchströmt;

2.    Radialturbinen, denen das Wasser so zugeführt wird, daß es die Schaufel radial, also von außen nach innen oder umgekehrt, durchfließen muß.

Man kann auch noch die Größe der Beaufschlagung zum Ausgangspunkt einer Einteilung der Turbinen machen und hat dann zu unterscheiden:

1.    Vollturbinen, bei denen alle Schaufeln des Laufrades gleichzeitig beaufschlagt werden;

2.    Partialt urbinen, bei denen die Beaufschlagung der Laufradschaufeln nur teilweise an einer oder zwei sich gegenüberliegenden Stellen des Laufrades erfolgt.

Endlich ist auch noch die Gefällhöhe für die Unterscheidung der Turbinen maßgebend, und hat man hiernach zu unterscheiden:

1.    Niederdruckturbinen für Gefälle, die kleiner als 4 m sind, und

2.    Hochdruckturbinen für Gefälle über 4 m.

Halten wir die erstgenannte Einteilung zwischen Aktions- und Reaktionsturbinen vorläuftg fest und geben wir nachstehend eine Dar-

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Die Aktionsturbine hat vor der Reaktionsturbine den Vorzug, daß sie immer einen gleich guten Nutzeffekt gibt, gleichviel, ob sie mit viel oder wenig Wasser benutzt wird.

stellung der Gesichtspunkte, die bei der Konstruktion der Turbinen maßgebend sind.

Die Reaktionsturbine wieder hat vor der Aktionsturbine den Vorzug, daß sie einen gleich guten Nutzeffekt gibt, wenn der untere Wasserspiegel auch seinen Stand wechselt, weil sie beliebig tief in das untere Wasser eingetaucht werden kann. Die Wirkungsweise von Aktions- und Reaktionsturbine unterscheidet sich durch folgendes:

Das Wasser, welches die Schaufeln des Leitrades verläßt, hat ebenso wie das aus einem Wasserleitungsrohr ausströmende Wasser eine gewisse Geschwindigkeit, welche genau abhängig ist von dem Druck, unter welchem das Wasser steht, bevor es die Öffnung verläßt. Diese Ausslußgeschwindigkeit ist natürlich bei einem größeren Druck größer und bei einem geringeren Druck kleiner. Und dieser Ausflußgeschwindigkeit entspricht natürlich auch die Größe der Kraft, welche ein bestimmtes Quantum Wasser hervorbringen kann. Nun ist wohl zu beachten, daß die Ausflußgeschwindigkeit auch von dem Druck beeinflußt wird, welcher in dem Raume herrscht, in welchen das Wasser ausfließt, daß sie z. B. eine ganz andere Größe repräsentieren würde, wenn sie anstatt in die Luft in eine Flüssigkeit eintreten würde. Ja, sie wird schon erheblich verändert, wenn sie anstatt in Luft in einen luftverdünnten Raum oder in Dampf eintritt. Hiernach stellt sich also die Auslrittsgeschwindigkeit dar als eine Folge der Druckdifferenz, welche zwischen zwei Räumen herrscht, die durch die Ausflußöffnung verbunden werden. Je größer der Druck vor der Öffnung ist, um so höher wird die Ausflußgeschwindigkeit, und je niedriger der Druck in dem Raum hinter der Ausflußmündung ist, um so größer wird ebenfalls die Ausflußgeschwindigkeit.

Bei den Turbinen entspricht natürlich der Druck vor der Ausflußmündung, also innerhalb des Leitrades, genau der Gefällhöhe des Wassers. Ist also die senkrechte Höhe von dem oberen Wasserspiegel bis zu der unteren Fläche des Leitschaufelkranzes 1 m, so ist der Wasserdruck an der Stelle, wo das Wasser auelritt, 1 m Wassersäule oder 100 g per qcm. Der Druck in dem Raum, in welchen das Wasser nach Passieren der Leitschaufeln eintritt, ist aber bei der Aktionsturbine Null, und es entsteht daher an dieser Stelle die größtmögliche Geschwindigkeit, welche überhaupt unter den Verhältnissen entstehen kann. Das austretende Wasser wirkt nun gegen die Schaufeln des Laufrades in derselben Weise, wie etwa der Hammer auf den Kopf des Nagels wirkt. Es treibt die Schaufeln voran, und zwar umsomehr, je größer das Gewicht, also die Menge des Wassers, und je größer seine Geschwindigkeit ist.

Bei den Reaktionsturbinen liegen die Verhältnisse anders. Die Form der Schaufeln des Lauffades ist hier so gewählt, und auch die übrigen Einrichtungen sind so getroffen, daß nicht die volle Austrittsgeschwindigkeit für

das Wasser erzielt wird. Der Druck innerhalb des Leitrades ist allerdings derselbe wie bei der Aktionsturbine, der Druck nach Passieren der Ausflußöffnung ist aber nicht gleich Null, sondern das Wasser bleibt auch nach Passieren der Austrittsmündung unter einem gewissen Druck, der verschieden hoch sein kann. Das Wasser wirkt also an dieser Stelle nur zum Teil in derselben Weise, wie bei der Aktionsturbine; zum Teil kann die Wirkung erst bei dem Austritt des Wassers aus dem Laufrade erfolgen. Hier wirkt es dann genau in derselben Weise wie bei dem Segnerschen Wasserrad und wirkt auch infolgedessen gleich gut bezw. noch besser, wenn der Ausfluß in das Abflußwasser hineintaucht.

Je nach den verschiedenen Umständen werden Turbinen mit höherer oder geringerer Reaktion konstruiert. Ist die Druckdifferenz oberhalb und unterhalb der Ausflußmündung des Leitrades nur klein, so daß also der größte Teil der Kraft erst durch die Reaktion, wie bei dem Segnerschen Wasserrade, bewirkt werden muß, so hat man eine Turbine mit hoher Reaktion. Ist indessen der Druck oberhalb der Ausmündung des Leitschaufelkranzes nur wenig höher als Null, so ist die Konstruktion einer reinen Aktionsturbine mehr ähnlich, und es ist nur geringe Reaktion vorhanden. Die Hauptwirkung geschieht durch die Kraft des Wassers, welche die Geschwindigkeit als direkte Ursache hat. Man nennt diese Art der Reaktionsturbine „Grenzturbine".

Es liegt in der Natur dieser beiden verschiedenen Prinzipien, daß für dieselben die Stelle, an welcher das Wasser von dem Leitrad in das Laufrad übergeht, verschieden konstruiert werden muß. Bei der Reaktionsturbine soll innerhalb der Schaufeln des Laufrades ein Wasserdruck von bestimmter Höhe vorhanden bleiben, und demzufolge muß das Rad dicht an dem Leitrade liegen, weil durch jede Undichtigkeit Wasser entweichen und dadurch der Druck verringert werden würde, was einem Kraftverlust gleichkäme. Bei der Aktionsturbine fällt dieser Umstand fort. Es soll unterhalb der Ausflußmünduug des Leitrades kein Druck mehr herrschen, die Schaufeln des Laufrades sind so konstruiert, daß alles ausströmende Wasser ungehindert nach unten abfließen kann und demzufolge ist es nicht nötig, für dichten Abschluß an dieser Stelle zu sorgen. Es ist sogar notwendig, für Undichtigkeit und für Verbindung der einzelnen Schaufeln mit der atmosphärischen Luft Sorge zu tragen und zwar aus folgendem Grunde:

Jeder austretende Wasserstrahl, welcher durch Luft geführt wird, reißt benachbarte Luft mit sich fort, was man z. B. beobachten kann, wenn man neben einen Wasserstrahl ein brennendes Streichholz hält. Diese Wirkung des Wasserstrahles ist ziemlich energisch, und man nutzt sie aus in dem sogenannten Wasserstrahlgebläse, indem man einen Wasserstrahl durch die Achse eines weiteren Rohres leitet und dadurch in dem übrigen Teile des Rohres einen Luftzug hervorbringt, so daß das Rohr genau wie eine Pumpe wirkt. Schließt man das Rohr an dem oberen Teil, in welchen der Wasserstrahl eingeführt wird, dicht an das Wasserrohr an, so wird in dem oberen Teile des Rohres

41*

ein luftverdünnter Raum entstehen müssen, in welchem die Wirkung der Wasserstrahlpumpe nicht aufhört, sondern fortdauernd eine weitere Verdünnung der Luft bewirkt. Genau dasselbe würde bei einer Aktionsturbine eintreten, wenn die beiden Kränze wie bei der Reaktionsturbine dicht aufeinander schließen würden. Es würde ein luftverdünnter Raum an dieser Stelle entstehen, und dieser würde saugend auf das durch das Laufrad hindurchgehende Wasser wirken und daher der beabsichtigten Wirkung entgegengesetzt sein. Das einfache Mittel, um diesen ungünstigen Umstand aufzuheben, besteht in der sogenannten Ventilation der Aktionsturbine, in der Verbindung des oberen Teiles des Laufrades mit der atmosphärischen Luft, so daß fortwährend eine geringe Menge Luft von dem durch den drehenden Schaufelkranz hindurchgehenden Wasser mitgerissen werden kann, ohne daß irgendwie ein luftverdünnter Raum entsteht.

Aus diesem Unterschied zwischen Aktions- und Reaktionsturbine ergibt sich leicht, weshalb die Reaktionsturbine sich nicht für stark wechselnden Wasserzufluß eignet, und weshalb die Aktionsturbine für wechselnden Unterwasserstand nicht geeignet ist. Die reine Aktionsturbine muß immer etwas über dem Unterwasserstand bleiben und darf nicht in das Unterwasser eintauchen, da ja sonst die Drehung des Laufrades behindert werden würde. Bei der Reaktionsturbine ist aber das Eintauchen nicht schädlich, weil bei derselben ja innerhalb des Laufrades noch Wasserdruck herrscht und das in dem Laufrad selbst Kraft ausübende Wasser sich sozusagen gegen das untere Wasser stützt. Die Reaktionsturbine muß andererseits beim Zusammentreffen von Leitrad und Lausrad vollständig mit Wasser gefüllt sein, weil sonst die Aufrechterhaltung des Druckes innerhalb des Laufrads nicht möglich sein würde. Deswegen ist eine Teilung der Turbine in verschiedene Abteilungen, von denen bei schwachem Wasserzufluß einige nicht benutzt werden, bei der Reaktionsturbine nicht möglich, wohl aber bei der Aktionsturbine, da hier der Zutritt von Luft an der Stelle, >vo Leitrad und Laufrad zusammentreffen, wie wir gesehen haben, nicht nur nicht schädlich, sondern sogar unentbehrlich ist.

Solche Turbinen, welche man für größeren oder kleineren Wasserzufluß gebrauchen kann, indem man sie zum Teil von dem Wasserzufluß abschließt, nennt man Partialturbinen. Sie werden dann nicht in ihrem ganzen Umfang benutzt (beaufschlagt), sondern nur in einem Teil des Umfangs, und zwar je nach den vorhandenen Regulierungseinrichtungen zu */₄, V₂, ¹/₄ usw.

Wo stark wechselnder Wasserzufluß ist und gleichzeitig der Unterwasserstand nicht konstant bleibt, baut man Reaktionsturbinen mit ganz geringer Reaktion, sogenannte Grenzturbinen. Dies ist fast eine reine Aktionsturbine und hat in dem Laufrad also fast gar keinen Wasserdruck mehr. Dieser geringe Wasserdruck genügt dann aber, damit die Turbine selbst auch im Unterwasser gehen kann, wenn dessen Höhe nicht besonders groß wird. Allein, falls diese Turbine nur partial beaufschlagt wird, so kann sie natürlich nicht mit dem vollen Nutzeffekt arbeiten, da der Teil des Druckes, welcher durch Reaktion

arbeiten soll, nur verhältnismäßig ungünstig wirken kann. Je tiefer also eine Turbine zu Zeiten in das Unterwasser eintauchen muß, und je geringer der Wasserdruck (das Gefälle) selbst ist, umsomehr wird die Turbine sich dem reinen Reaktionsprinzip nähern müssen, und diese Umstände sind es auch, welche die große Verschiedenheit in dem Grade der Rsaktion, welche für die einzelnen Turbinenausführungen angewendet werden müssen, bestimmen.

Die Anordnung des Leitrades zum Laufrad kann in verschiedener Weise ausgeführt werden, und je nach den örtlichen Umständen werden sie auch verschieden gebaut. Steht das Laufrad unterhalb des Leitrades, so ist die Richtung des Wassers der der Achse der Turbine parallel, und man nennt sie Achsialturbine, mit Beaufschlagung von oben nach unten. Es ist aber auch die umgekehrte Beaufschlagung, von unten nach oben (z. B. bei per Jonval-Turbine), möglich. Liegt Leitrad und Laufrad nicht übereinander, sondern nebeneinander, so daß das eine einen Ring um das andere bildet, so liegt die Richtung des Wassers Parallel zu derjenigen des Halbmessers (Radius), und man nennt sie daher Radialturbinen. Auch hier kann die Beaufschlagung entweder von innen nach außen (Fourneyron-Turbine) oder von außen nach innen (Francis-und Lejeune-Turbine) erfolgen.

Man kann auch die Reaktionsturbinen einem wechselnden Wasserstand anpassen und zwar, indem man anstatt zwei oder drei Turbinen, welche je nach Bedarf in Bewegung gesetzt werden können, eine einzige konstruiert, welche aus drei konzentrischen Teilen besteht, so daß um die erste die zweite und dritte ringförmige Turbinen darstellen. Natürlicherweise sind diese Ringe fest miteinander verbunden, so daß diese Konstruktion erheblich einfacher ist, alS wenn man drei einzelne Turbinen bauen würde.

Im allgemeinen arbeiten Reaktionsturbinen günstiger als Aklionsturbinen, weil sie die volle Gefällhöhe ausnutzen können, was Aktionsturbinen nicht können, da sie immer ein wenig oberhalb des Unterwasserspiegels stehen müssen. Bei geringem Gefälle spielt der Unterschied natürlich eine größere Rolle als bei Gefällen von größter Höhe.

Von Spezialkonstruktionen ist noch die Doppelkranzturbine zu erwähnen, bei welcher der äußere Kranz mit Reaktions-, der innere Kranz mit Aktionswirkung arbeitet. Diese Konstruktion ermöglicht eine volle Ausnutzung der Wasserkraft sowohl bei Eintauchen des Laufrades in das Unterwasser, als auch bei wechselndem Wasserzufluß, da beim Aktionskranz ohne Verlust an Nutzeffekt jede partielle Beaufschlagung mittels mechanischer Reguliervorichtungen angewendet werden kann.

Nachdem wir in vorstehendem die allgemeinen Gesichtspunkte und Konstruktionseigentümlichkeiten der Turbinen mitgeteilt haben, lassen wir nachstehend die Besprechung einiger markanter moderner Turbinentypen folgen:

Aktronsturbinen.

Diese Turbinen kommen bei sehr kleiner Wassermenge und hohem Gefälle oder bei sehr schwankenden Wasserverhältnissen zur Anwendung.

Die Druckturbinen werden im allgemeinen hart über dem Unterwasser-fRiegel aufgestellt und ergießen ihr Wasser direkt aus dem Laufrad in den Untergraben.

Falls Rückstau zu befürchten ist, was zwar bei hohen Gefällen selten eintritt, oder wenn lokale Verhältnisse ein Höherstellen der Turbine bedinge»,

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Fig. 641.

so konstruiert man die Druckturbinen entweder in kleinem Reaktionsgrad (Grenzturbinen), so daß solche unbeschadet in das Unterwasser tauchen können, oder man läßt die Druckturbinen mit ^Sauggefälle arbeiten. Die Anwendung eines Saugrohres und Druckreglers gestattet in diesem Falle, die Drucktnrbinen bis zu 5 m über dem Unterwasserspiegel aufzustellen.

Bei der Druckturbine tritt das Wasser mit einer dem ganzen wirksamen Gefälle entsprechenden Geschwindigkeit aus dem Laufrade aus, und diese

Geschwindigkeit wird gezwungen, durch Ablenkung auf den gekrümmten Laufradschaufeln ihr Kraftvermögen abzugeben, und erzielt man für sehr veränderliche Wassermengen nahezu gleichbleibende Wirkungsgrade.

In Fig. 541 ist eine radiale Druckturbine System „Schwammkrug" dargestellt, wie sie die Maschinenfabrik „Germania" vorm.I. S. Schwalbe & Sohn in Chemnitz zur Ausführung bringt.

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Fig. 542.

Die Abbildung zeigt die Turbine mit abgenommenem Gehäuse, um das Laufrad besser zeigen zu können. Sie dient für Gefälle von 10 — 200 m, ist mit liegender Welle ausgeführt und wird hart über dem Unterwasser aufgestellt. Sie ist für teilweise Beaufschlagung, also als Partialturbine, konstruiert. Die Regulierung ist leicht beweglich, und läßt sich die Turbine auf einfache Weise mit einem selbsttätigen Geschwindigkeitsregulator in Verbindung setzen. Diese Turbine ist für kleine Wassermengen und hohe Gefälle stets ein billiger

und seinem Zweck entsprechender Motor. Das in der Abbildung dargestellte Modell leistet bei 41,5 m Nettogefälle 216 Pferdestärken effektiv bei 160 Umdrehungen in der Mimte.

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Die Achsial-Drucktnrbinen baut die vorgenannte Firma nach System Girard, wie sie in Fig. 542 und 543 dargestellt ist.

Aus Fig. 542 ist die Anwendung dieser Turbine sehr wohl zu erkennen. Sie ist mit stehender Welle im Blechgehäuse und mit seitlichem Zulauf ausgeführt für Gefälle von 4 bis 30 m. Sie kann sowohl als Vollturbine oder auch nur mit teilweiser Beaufschlagung arbeiten, und wird dies durch die Schieberregulierung möglich, wie sie aus der Figur ersichtlich ist.

Auch die in Fig. 543 dargestellte Achsial-Druckturbine hat eine stehende Welle. Sie steht im offenen Schacht mittelst Säulen frei auf dem Fundament und kann durch die vorgesehene Stehschieberregulierung teilweise und voll beaufschlagt werden. Die Turbinenwelle ist, wie bei Fig. 542, hohl und mit Oberwasserzapfen, System Fontain, versehen. Mit Vorteil kommt die Turbine für Gefälle von 1,5 —4 m zur Ausführung.

Bei schwankendem Wasserzufluß und Gefällen von 0,5—3 m kommt die in Fig. 544 abgebildete Kombinationsturbine zur Anwendung und liefert alsdann gute Resultate.

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Fig. 544.

Sie wird zwei- und dreikränzig ausgeführt, wobei dann der äußere Kranz als Überdruckturbine, der innere als Druckturbine wirkt. Die Aufstellung erfolgt in einem offenen, massiven Wasserkasten mit Sauggefälle, so daß die Lauf- und Leiträder gut zugänglich bleiben.

Diese Turbinen besitzen ferner eine gute Regulierfähigkeit und hohe Umdrehungszahlen. Beispielsweise leistet eine solche Turbine bei 2,5 m Gefälle und 33 Umdrehungen in der Minute 200 effektive Pferdestärken.

Auch die in Fig. 545—547 dargestellte Peltonturbine der Maschinen-nnd Armaturenfabrik vorm. H. Breuer & Co. in Höchst a. M. ist als Druckturbine zu betrachten.

Sie dient zur direkten Kuppelung mit einem Wechselstrom-Dynamo, und sind in einem Maschinenhause drei gleiche Maschinensätze vereinigt und an einer gemeinsamen Rohrleitung von 375 mm l. W. angeschlossen. Konstruiert ist die Turbine für ein Gefälle von 147 m. Die Leistung beträgt 240 P. 8. bei 600 Umdrehungen in der Minute. Das Laufrad hat einen Strahlkreisdurchmesser von 747 mm und ist mit 15 Peltonschaufeln ausgerüstet, welche von einer Düse mit quadratischem Austrittsquerschnitt von 3136 qmm beaufschlagt werden. Die Düse (Fig. 647) ist eine dreiteilige Stahlgußdüse, deren Mundstück mit Rotguß ausgefüttert ist. Mittels einer segmentartigen Blende kann der Düsenquerschnitt bis auf Null reduziert werden. Diese Art der Regulierung bewahrt dem Strahl in jeder Düsenössnung seine gerade und geschlossene Form und erfordert außerdem eine sehr kleine Regulierarbeit.

Der Geschwindigkeits-Druckregulator arbeitet mit Öldruck von normal 8 Atm., der durch eine Kapselpumpe von dem Apparat selbst erzeugt wird und wechselweise, durch ein Steuerventil gesteuert, auf der einen oder anderen Kolbenseite des Servomotors zur Wirkung kommt. Man versteht unter Servomotor einen kleinen Motor, welcher die Regulierung des Hiupt-motors bewirkt, dem letzteren also Dienstleistungen verrichtet.

Charakteristisch ist, daß der Druck nur dann entsteht, sobald eine Änderung des Beharrungszustandes der Turbine ein Eingreifen des Regulators erforderlich macht. Der höchsterforderliche Arbeitsdruck zur Bewegung des Regulier-organs der Turbine wird einmalig eingestellt, und ein Sicherheitsventil sorgt dann dafür, daß die eingestellte Pressung nicht überschritten wird. Jede Bruchgefahr für das Gestänge oder Düse, welche bei der Schließbeweguna durch das möglicherweise Eindringen eines Fremdkörpers in das Regulierorgan der Turbine auftreten kann, ist dadurch auf die einfachste Weise beseitigt.

Mittels eines Handgriffes kann die automatische Regulierung ausgeschalter und zur Handregulierung am hinteren Kapselrad übergegangen werden.

Zur Parallelschaltung ist die Rückführung am Regulatorgestänge veränderlich ausgeführt. Die Verschiebung bezw. Einstellung auf die erforderliche Tourenzahl geschieht durch Drehen an einem kleinem Handrade.

Die Regulierarbeit des Regulators wird durch ein Schwungrad unterstützt. Die Schlußzeit des Regulators von voll auf bis ganz zu beträgt normal 2 Sek. Die kurze Schlußzeit des Regulators und der Umstand, daß drei Apparate an einer Rohrleitung angeschlossen sind, macht die Anwendung eines Druckregulators erforderlich. Der Druckregulator hat bekanntlich den Zweck, die Druckstöße zu verhindern, welche in der Turbiuenzuleitung durch das schnelle Schließen des Regulators entstehen. Man erreicht dies durch das zwang- und gegenläufige Öffnen eines Freilaufes, welcher einen gleich großen Querschnitt wie das Regulierorgan der Turbine hat. Das Freilauforgan des

Druckregulators besteht hier aus einem durch Druckwasser belasteten Differentialkolben mit Ventilsitz. Das Druckwasser wird durch ein kleines Filter gereinigt und durch ein einfaches Nadelventil gesteuert. Die Schließbeweounq des

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Nadelventils wird durch eine Spiralfeder hervorgebracht, welche in einem Ölkatarakt so gelagert ist, daß jede gewünschte Schlußzeit bequem einzuhalten ist. Hierdurch ist es möglich, den Schluß des Freilaufs so auszuprobieren.

daß jede Drucksteigerung vermieden wird. Der Druckregulator ist durch ein besonderes Absperrventil jederzeit von der Turbinenleitung abzuschalten.

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Reaktionsturbinen.

Die beste Turbine dieser Art ist die nach ihrem Erbauer Francis

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Francisturbine,

die man für kleine nnd mittlere Gefälle bis zu 50 m radial und von außen beaufschlagt zur Ausführung bringt.

Für höhere Gefälle verwendet man die schon mitgeteilte Schwamm-krug- und Peltonturbine. Wir folgen bei der Darstellung dieser Turbine den Mitteilungen, die uns die Maschinenfabrik Germania vorm. I. S. Schwalbe & Sohn in Chemnitz über die von ihr ausgeführten Francisturbinen zukommen ließ, und stellen die Abbildungen, Modelle und ausgeführte Anlagen dieser Firma dar.

Wie mannigfach sich die Ausführung und Aufstellung der Francisturbine gestaltet, zeigen die folgenden Abbildungen, die schematisch den Leitapparat, das Laufrad und das anschließende Saugrohr darstellen. —

Das Wasser fließt bei allen Anordnungen zur Welle der Turbine in radialer Richtung durch den Leitapparat Lt in das Laufrad L f und, nachdem es hier seine Kraft abgegeben hat, durch das Saugrohr 8 in den Untergraben, wobei das Wasser sich immer als kompakte, geschlossene Masse durch Leitapparat, Laufrad und Saugrohr bewegt.

Die Turbine arbeitet mit Überdruck, d. h. beim Eintritt in das Laufrad bewegt nur ein Teil des Gefälles die Wassermenge vorwärts, der noch bleibende Teil preßt das Wasser, das seine relative Geschwindigkeit allmählich steigert, durch die Kanäle des Laufrades.

Um hohe Nutzeffekte der Turbinen zu erreichen, wird sowohl besondere Sorgfalt auf die konstruktive Ausbildung der Schaufelung verwendet, als auch auf peinlich genaue Ausführung geachtet.

Der Leitapparat ist zum Einstellen auf verschiedene Wassermengen und Umdrehungszahlen, sowie auch zum Schließen der Turbine mit leicht drehbaren Schaufeln (System Professor Fink) versehen, auf deren Festigkeit gegen Ab-brechen besonders Rücksicht genommen wird.

Das Laufrad bildet man je nach Lage der Verhältnisse nach einer der dargestellten Formen aus, und zwar bei hohen Gefällen nach Fig. 548, bei mittleren nach Fig. 549, bei kleinen Gefällen nach Fig. 550 und 551.

Die Laufradkränze sind aus Gußeisen, die Schaufeln der Laufrüder aber aus Stahlblech hergestellt. Die Fabrikationsweise ist derart, daß alle Turbinen gleicher Größe auch in bezug auf Schaufelwinkel, Teilung und Zellenquerschnitt genau gleich ausfallen müssen.

Das Saugrohr dient dazu, die Aufstellung der Turbine in beliebiger Höhe bis 6—7 m über dem Unterwasserspiegel zu ermöglichen, ganz wie es die lokalen Verhältnisse erfordern. Die Anordnung von Saugrohr und Überdruckschaufelungen bringt es mit sich, daß trotz dieses Höherstellens der Turbine das ganze Gefälle voll ausgenutzt wird.

Die Radkanäle sind stets vollständig mit Wasser gefüllt und der schädliche Einfluß des Rückstaues wird dadurch aufgehoben. Die Saugrohre werden entweder in Blech oder Beton ausgeführt. Das Blechrohr führt das Wasser gewöhnlich senkrecht abwärts dem Untergraben zu, der hier einen richtig bemessenen Querschnitt haben muß, damit das Wasser aus dem Rohre ungehindert austreten kann. Wenn Platzmangel unter der Turbine vorhanden oder wenn große Wassermengen mit wenig Verlust abgeführt werden sollen, wird das Betonsaugrohr angewandt, das durch geschmeidige allmähliche Krümmung das Wasser in der Richtung des Untergrabens abführt.

Bei mittleren und hohen Gefällen kommt der mit relativ kleinen Uin-gangszahlen arbeitende „Langsamläufer" in Anwendung (Fig. 554).

Für mittlere Gefälle und normale Tourenzahlen wird die Normalserie (Fig. 555) verwendet.

Für mittlere und kleine Gefälle mit höheren Umgangszahlen ist die Serie „Schnelläufer" zu nehmen (Fig. 556).

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Laufrad für hohes Gefälle. Fig. 548.

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Doppelkranzturbine Fig. 551

Laufrad für kleine Gefälle (amerikanische Form). Fig. 550.

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Doppelturbine. Fig. 553.

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Eine Erhöhung der Umlaufszahlen erzielt man dadurch, daß man auf wagerechter oder senkrechtstehender Welle 2 oder 4 Turbinen setzt mit ent-

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Fig. 555.

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Fig. 556.

sprechend kleinerem Durchmesser, wie dies in bcm Schema Fig. 552 für die Zwillingsturbine und in Fig. 553 für die Doppelturbine dargestellt ist.

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In allen diesen Fällen bleibt die günstige Größe der Umfangsgeschwindigkeit bestehen; die Turbine kann sich ihres kleinen Durchmessers wegen schneller drehen und liefert günstige Übersetzungsverhältnisse.

Die Zwillings- und Doppelturbinen wendet man auch dann an, wenn der Wasserzufluß sehr veränderlich ist. Fig. 553 zeigt eine Ausführungsform für wagrcchte Wetten mit doppelkränzigem Laufrad, angewendet für große oder veränderliche Wassermengen.

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Man ordnet die Francisturbinen im offenen Schacht und im Gehäuse an. Erstere stehen mit ihrem sichtbaren Leitapparat in einem Wasserkasten, der in Mauerwerk, seltener in Holzbau ausgeführt ist. Sie geben eine verhältnismäßig billigere Konstruktion wie die Gehäuseturbinen. Die Turbine

int offenen Schacht wird im allgemeinen für Gefälle boit 0,8 bis 12 m ausgeführt und nach Bedarf mit Handregulierung oder Turbinenregulator ausgestattet.

Eine Franeistnrbine der Normalserie zeigt Fig. 557, zwei Schnelläufer desselben Systems Fig. 558, wie sie mit stehender Welle für Einbau in offenen Schacht ausgeführt werden.

Die Welle wird entweder massiv aus Stahl in Ningspnrlagerung laufend

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oder als hohle Gußwelle mit Oberwasserzapfen ausgeführt, und erhält die Neguliervorrichtung eine oder zwei Regulierstangeu.

Anlagen mit Turbinen im offenen Schacht sind in Fig. 559 und 500

dargestellt.

Die Ausführung Fig. 559 wird für Gefälle von 0,8—5 m gewählt und fällt auf durch das in Beton ausgeführte Saugrohr, in welches der Turbinenschacht übergeht. Diese Turbine gibt bei 3,4 m Nettogefälle und 33 Umdrehungen in der Minute 210 P. S. effektiv.

Bei der in Fig. 560 dargestellten Etagenturbine sind zwei Turbinen übereinander in einem Schacht angeordnet, und ergeben sich die Einzelheiten

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der Anordnung aus dem Bilde. Man wählt diese Anordnung bei großen, fchwaukenden Wassermcngen und für ein Gefälle von 4—10 m.

Eine FranciSturbine in Holzcinbau und mit Blechfaugrohr, wie sie von der Firma A. Wetzig in Wittenberg ausgeführt wird, zeigt Abbildung 561. Die Koustruktionseigentüinlichkeiten ergebe» sich aus dem Bilde.

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Fig. 563.

Die Turbinen mit stehender Welle bedingen stets znin Antrieb der Transmission ein Kegelradvorgelege, welches außer einem störenden Geräusch durch die Zahnrcibung und Übersetzung gewisse Kraftverlnste mit sich bringt. Wo es irgend angeht, wird man deshalb eine Turbine mit liegender Welle stets vorziehen.

Eine solche Turbine mit liegender Welle für offenen Schacht und Leitrad, welches mit Mauerring an die Wand angeschlossen wird, zeigt uns in Fig. 562 ein Modell der Firma A. Wetzig in Wittenberg.

Die Anordnung der Turbine im offenen Schacht mit anschließendem Betonkrümmer ist aus Fig. 563 ersichtlich.

Eine Zwillingsturbine für offenen Schacht derselben Firma zeigt Fig. 564> die keiner weiteren Erklärung bedarf.

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Fig. 564.

Man baut sie für Gefälle von 2,5 bis 12 m und setzt ans die liegende Welle zwei Laufräder, die ihr Wasser in das ihnen gemeinsame Saugrvhr in der Mitte ergießen. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft zur Erreichung hoher Umdrehungszahlen und bei großer Veränderlichkeit in der Wassermenge.

Die Turbine der Antriebsseite hängt in einem Mauerring, die zweite Turbine wird von dem anderen Stutzen des Saugrohres getragen und steht frei im Wasser.

Bei Anordnung im offenen Wasserkasten wählt die Maschinenfabrik „Germania"-Chemnitz die in Fig. 565 gezeigte Ausführung.

Die große Zugänglichkeit der Zwillingsturbine im offenen Wasserkasten und der bequeme Abtrieb nach beiden Seiten einerseits, wie die Vergänglichkeit aller Holzbauten andererseits führte zu dem Versuche, den Turbinenkasten in mit Eisen armiertem Betonbau auszuführen. Bei richtiger Anordnung ist bei kleinster Raumbeanspruchung absolutes Dichthalten der sehr leichten Baukonstruktion erzielt worden.

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Das Bestreben, bei niedrigem Gefälle mit Zwillings:urbinen hohe Umgangszahlen zum Antrieb der Dynamos zu erhalten, hat zur Konstruktion der in Fig. 566 dargestellten Doppel-Zwillingsturbine geführt, bei welcher zwei Zwillingsturbinen im offenen Wasserkasten hintereinander gekuppelt erscheinen. —

Hohe Gefälle und lokale Verhältnisse, sei es Platzmangel oder die Absicht, die Turbine im Maschincnhause neben anderen Maschinen aufzustellen, können die Anwendung einer Turbine im offenen Wasserkasten verbieten; man wendet dann Turbinen int Gehäuse an. Tie Gehäuse, in Gußeisen oder Eisenblech ausgeführt, sind durch ihre schmiegsamen, eleganten Formen eine Zierde des Maschinenhauses, zugleich wird dabei eine bequeme Zugänglichkeit und bessere Wartung erzielt.

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In der Rohrleitung für die Zuführung des Wassers zur Turbine kann eine Drosselklappe oder ein Wasserschieber als Wasserabschluß angebracht werden, und baut man die Francisturbinen im Gehäuse für Gefälle von 4 m aufwärts

Ein Beispiel für diese Anordnung zeigt uns die in Fig. 567 dargestellte Spiralturbine in Blech- oder Gußgehäuse für 7 —50 m Gefälle und Wasscreiutritt von unten. Ihren Namen hat die Turbine nach dem als

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Spirale ausgebildeten gefälligen Gehäuse, durch welches das Wasser dem Lcit-apparat ohne Richtnugswechsel zugeführt wird.

Zum Abschluß des Wassers dient ein Schieber oder eine Drosselklappe; die Regulierung geschieht mit Hand oder durch einen Turbinenregulator.

5.

Turbinen-Regulatoren.

Ist eine Aktioustnrbine als Partialturbiue gebaut, so daß sie einem veränderlichen Wasserzufluß dadurch Rechnung tragen kann, daß eine Anzahl der Zellen des Leitrades für den Zufluß verschlossen werden, so bedarf es einer Reguliervorrichtung, um diese Arbeit auszuführen. Solche Regulierungen gibt es in verschiedener Art. Die einfachste ist diejenige der Abdeckung einzelner Zellen mittels Handdeckel, welche eine, zwei oder mehrere Zellen gleichmäßig verschließen. Die Regulierung solcher Handdeckel ist natürlich umständlich, die Klappenregulierilng in dieser Beziehung schon einfacher. Die Klappen sind auf dem Leitrade mit Scharnieren befestigt und decken ebenfalls eine.

zwei ober mehrere Klappen gleichzeitig ab; sie können mittels Zugstangen einzeln von einem oberen Boden aus gehandhabt iverden.

Die Regulierung des Zuflusses kann auch durch drehbare Klappen erfolgen, und diese Drehklappen können sämtlich durch den Regulierungs-Mechanismus verbunden und für Handbetrieb oder für selbsttätige Regulatorbetriebe eingerichtet sein.

Ferner unterscheidet man für radialen Zufluß:

Stechschieberregulierung mit zwei oder drei an gemeinschaftlicher Zugstange hängenden vertikalen Schiebern, welche mittels Handgriff oder mittels eines Regulierungskranzes mit gebrochener Nute gesenkt werden können;

Flachschieberregulierung für den halben, sowie auch für den ganzen Umfang des Leitrades, die Zellen einzeln nacheinander schließend;

Haubenschieberregulierung, für den halben und ganzen Umfang des Leitrades anwendbar, die Zellen einzeln nacheinander schließend;

Ringschieberregulierung, zylindrisch, für den halben und ganzen Umfang des Leitrades, die Zellen ebenfalls einzeln nacheinander schließend;

Ring- und Flachschieberregulierung, kombiniert für je einen halben Leitradumfang;

Sattelschieberregulierung für den ganzen Leitradnmfang, je zwei Zellen, eine rechts und eine links, gleichzeitig schließend;

außerdem Regulierung durch Roll schützen mit Kautschuk- oder Leder-band, welches sich auf zwei einander gegenüberliegenden Konussen auf- und abwickelt;

ferner eine Regulierung für Hochdrucktnrbinen mit nur einem einzigen in seiner lichten Weite verstellbaren Leitradkanal und zuletzt

Finksche Regulierung durch verstellbare Leitcadschaufeln. Diese wird an der von außen beaufschlagten Radialturbine (System Francis L Lejeune) angewendet, gestattet ein rasches Schließen und Öffnen des gesamten Leitradausfluß-Querschnittes und findet besonders bei Vollturbinen für elektrischen Betrieb Verwendung. Diese Konstruktion ist also keine eigentliche Regulierung, sondern eine Ein- und Ausschaltung. Wenn sie als Regulierung für verschieden starken Wasserzufluß benutzt werden würde, kann sie keinen vollen Nutzeffekt geben, weil die Verstellung der Leitradschanfeln stets mit einer Vergrößerung des Stoßes und dadurch mit einer Kraftvergeudung verbunden sein muß, denn nur bei einer einzigen richtigen Stellung der Leitradschaufeln kann der schädliche Stoß beim Eintritt in das Laufrad vermieden werden.

Fast alle dieser aufgeführten Reguliervorrichtnngen können so ausgeführt werden, daß sie automatisch von einem Regulator, der durch die Rotation der Turbine beeinflußt wird, betätigt werden, so daß also, wenn die Geschwindigkeit der Rotation durch allzu großen Wasserzufluß oder durch geringeren Kraft-bedarf größer als normal wird, einzelne Zellen geschlossen werden und int umgekehrten Fall sich selbsttätig öffnen. Welche der verschiedenen Regulierungen anzuwenden ist, hängt von der Gefällhöhe, der Größe der Wassermenge, der Beschaffenheit des Wassers, sowie von dem erforderlichen Grade der Regulierbarkeit ab.

Die automatischen Regulatoren sind von verschiedener Art, je nach ihrem Zweck, und müssen den besonderen Verhältnissen des Falles entsprechend konstruiert sein. Kommt es hauptsächlich darauf an, bei wechselnder Arbeitsleistung die Geschwindigkeit der Hauptwelle gleichbleiben zu lassen, so wird ein Zentrifugalregulator, ähnlich wie bei einer Dampfmaschine, angewendet. Dieser Regulator kann aber nicht direkt auf die Verminderung oder Vermehrung des Wasserzuflusses in der Turbine einwirken, weil die Betätigung der Klappen oder Schieber viel zu viel Kraft verlangt, sondern es muß ein besonderer Apparat eingeschaltet werden, so daß die eigentliche Arbeit von Maschinenkraft selbst geleistet wird und der Regulator nur die Einschaltung dieses Apparates besorgt. Gewöhnlich ist die Einrichtung so ausgeführt, daß durch das Heben oder Senken der Regulatorkugeln ein Zahnrad in Eingriff mit zwei anderen gebracht wird, und daß infolgedessen die Welle, welche zu den Reguliereinrichtungen der Turbine führt, entweder in links- oder in rechtsseitige Drehung versetzt wird, so daß Klappen geöffnet oder geschlossen werden..

Einen mechanischen Turbinen-Regulator nach System Thomann zeigt Fig. 568, der von der Maschinenfabrik „Germania"-Chemnitz in zwei

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Fig. 568.

Größen für 100—800 Meterkilogramm Regulierarbeit gebaut wird. Diese Regulatoren arbeiten- mit einer vorübergehenden Erhöhung der Geschwindigkeit von 3—4u/₀ bei 50°/₀ Entlastung und bis zu 9"/, bei 90#/o Entlastung.

Der in Fig. 569 dargestellte hydraulische Regulator derselben Firma soll den sich immer mehr steigernden Ansprüchen nach kurzer Schlußzeit und

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Fig. 569.

großer Energie von Seiten der Elektrotechniker, die hierbei sehr oft über das erreichbare Ziel hinausschießen, nachkommen. Man baut den hydraulischen Regulator mit 2 Sekunden Schlußzeit und zwar für kleine Gefälle mit eigner Ölpumpe und Windkessel, für hohe Gefälle mit direktem Druck unter Einschaltung eines Filterapparates.

Sach Register.

529.

57.

189.

316.

536.

Abgestumpfter Kegel 13. Ablaßhahn 545. Abmessungen der Röhren

Abscherfestigkeit 105. Absoluter Heizeffekt 173. Abs orption d.Würmestrahlen 171.

Absperrschieber 559. Absperrventile 549.

Achsen 305.

Achsialturbine 641. Adhäsion 44.

Adjustierte Ketten 478. Äquivalent der Wärmeeinheit 176.

Äther 181.

Affinität 43. Aggregatzustände 45. Akkumulatoren 201. Aktionsturbinen 641. Allgemeine Wissenschaften 4. Ampere 195.

Amperemeter 207. Anemonteter 586. Anhaftekraft 44.

Anion 217.

Anlauffarben des Stahls 159.

Anode 216.

Anreißen 20. Anschweißenden 261. Anti-Kathode der Röhre 247. Anziehungskraft 43, 47. Anziehungskraft der Erde

Arbeit, von der 72. Arbeitsdynamometer 226.

Arbeitseffekt 56. Arbeitsleistung 49. Arbeitsstrom 199. Asphaltröhren 537. Astasierungsmagnet 207. atherman 171.

Atmosphärendruck 126, 140. Atmosphärische Elektrizität

Atome 43.

Atomgruppen 43.

Auftrieb 124.

Aufzugseitz 471. Ausdehnung der Körper 157. Ausdehnungs-Kuppelung 316.

Ausfluß des Wassers aus Gefäßen 127.

Ausflußgeschwindigkeit 133. Ausflußkoeffizient 128. Ausgußleitungen 129. Ausrückvornchtungen 333. Automatische Turbinen-Re-gutatoren 667.

Bariumplatincyanür 246. Barometer 139.

Batterie, galvanische 196. Batterieschaltung 198. Baumwollriemeu 386. Beaufort-Skala 586. Beaufschlagung 641. Befestigungsschrauben 255. Beharrungsvermögen 46. Benn-Knppelung 329. Berechnung der Schwungräder 524.

Berührungselektrizität 190.

Bewässerung mit Windmotor 588.

Bewegung 40.

Bewegung des Wassers 127. Bewegliche Kuppelungen

Bewegungswiderstände 64. Biegsame Metallröhren 528. Biegsame Wellen 305. Biegungsfestigkeit 106. Blaupausen 32.

Bleiröhren 529.

Bleirohr- Verschraubung

Blitz 189.

Bockmühle 582.

Bolzen und Bolzenverbin-dungen 274.

Bolzenzapfen 274. Branlhsche Röhre 2ö2. Bürstenkuppelung 331.

Chemie 43.

Chemische Wirklingen deS elektr. Stromes 215. Crookessche Röhre 241.

Dalton-Gesetz 164. Dampfkesselexplosiouen 163. Dampfkesselnietung 283. Dampfstrahlpumpen 152. Deklination 205. Deklinationsnadel 205. Deprez-Galvanometer 207. diatherman 171.

Dichte 44.

Dichte, elektrische 186. Dichtigkeit der Lust 141.

323.

663.

318.

108.

Dichtigkeitsmaximum 158. Dichtigkeitsnietungen 282. Dichtungsmaterial 542. Differential-Flaschenzug 87. Diffusion 171.

Distanzrollen 267. Dochtschmierung 568. Dohmen-Leblanc-Kuppelung

Doppelhaken 484. Doppclhebel 76. Doppel-Zwilliugsturbine

Drahtachse 67.

Draht-Last seile 469. Drahtseilscheiben 431. Drahtseiltriebe 429. Drahtseiltrommeln 475. Drahtspulen 209. Drehbewegung 41. Drehmoment 118. Drehspiegel 230.

Drehstrom 222. Drehungsfestigkeit 117. Dreieck 9.

Dreiwegehähne 545.

Druck 47.

Druck des Wassers 121. Druckfestigkeit 104. Druckhöhenverlust 136. Druckluft 152.

Druckmesser für Luft und Gase 145.

Druckpumpe 149. Druckturbinen 641, 646. Duplex.Packung für Stopfbüchsen 499. ' Durchdringungen 27. Durchgangshahu 545. Durchgangsventile 549. Dynamik 39.

Dynamometer 48.

Eckventil 549.

Effekt 49.

Einarmiger Hebel 75. Einlausschützen 620. Eisenkern 212.

Elastizität 44.

Elastische Bolzen-Kuppelung

Elastische Kuppelung 317.

Elastizitätsgrenze 44. Elemente 43.

Elemente der geradlinigen Bewegung 464.

Elemente, galvanische 196. Elementarmaschinen 72. Elektrisch betätigte FriktionsKuppelung 331. Elektrische Strahlungen 241. Elektrizitätslehre 180. Elektroden 197, 216. Elektro-Dynamometer 223. Elektrolyse 215. . Elektrolyten 196, 216. Elektromagnet 205. Elektroskop 185.

Elevation 58.

Ellipse 25.

Energie 50.

Entlastete Keil-Verbindung 272.

Entwässerung mit Windmotor 588.

Erhaltung der Kraft 177,576. Etagenturbine 660. Evolventenverzahnung 461. Expansionskraft 44, 140. Extraströme 228.

Exzenter 519.

Exzenterbügel 512. Exzenterstauge 512.

Fadenlinieuverzahnung 460. Faraday 220.

Faser-Lastseile 465. Federrad 441.

Feiugewinde 257.

Feld, elektrisches 185.

Feld, magnetisches 207. Feste Kuppelungen 312. Festigkeit 44.

Festigkeitskoeffizienten 102. Festigkeitslehre 99. Festigkeitsnietungen 282. Fette als Schmiermittel 564. Flachgängiges Gewinde 257. Flachkeile 270. Flachlitzen-Seile 474. Flächenmaße 5.

Flanschen - Rohrverbin-duugcn 534.

Flaschenzüge 80.

Fliegendes Schwungrad 522.

Fliehkraft 59. Fluoreszenzschirm 246. Flüssige Leiter 196. Fokusröhren 248. Förderseile 469. Francisturbine 653. Freitragende Achse 306. Friktionsrollen 68. Führungskeile 272. Führungsschienen der Gleit blöcke 506.

Fundamentalversuch von Volta 191.

Fundamentschranben 263. Funke, elektrischer 228. Funkenmikrometer 238,24!. Funken strecke 231.

Fußlager 350.

Fnßpfund 49.

Fußventil 552.

Gabelzapfen 274, 292 Gallsche Kette 434. Galvani 190. Galvanismus 190. Galvanonieter 205. Galvanoskop 203, 205. Gangspill 86. Gasgewinde 256. Gasometernietung 286. Gay-Lussac-Gesetz 111. Gebläsekolben 490. Gefährlicher Querschnitt

Gefällverlust 136. Gefrierpun' 154. Gegenkurbc 517. Geißler-Röhren 239. Gekreuzte Riemen 414. Gekröpfte Welle 517. Gelenkketten 479. Gemischte Rohrverbindungen 535.

Geometrie, darstellende 22 Geradführungen 501. Geschlossener Pleuelkopf 5! 1 Geschwindigkeit 40. Geschwindigkeitsmesser 42. Gewitter 189. Girard-Turbine 649.

582.

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500.

15.

Glatte Wellen 300. Gleichgewichte 39. Gleichstrom 222.

Gleitende Reibung 65. Gliederketten 476. Graphostatik 52. Grenzturbine 643. Grundriß 21.

Grundriß der Mechanik 38. Grundstoffe/ chemische 43. Gummiriemen 386. Gußeiserne Hohlwellen 303. Gußeiserne- Riemenscheiben 391.

Gußeiserne Röhren 527.

Hähne 543.

Hahnküken 544. Hakenschraube 262. Halbzapfen 292. Halbverschränkte Riemen 414.

Halsringzapfen 296. Halszapfen 291. Handkurbel 514. HandschmiervorrichtlUlgen

571.

Hanf-Lastseile 465. Hanfseiltriebe 417. Hängeböcke 374. Hängelager 343.

Härte 44.

Härten 159.

Haspel 80, 85.

Hebel und Hebelgesetze 75. Hebelpresserr 97. Hebelverbindungeu' 95. Hebemagnet 205.

Heber 147.

Heberleitung 147. Heizeffekte 173.

Hektowatt 196.

Henry 225.

Hertzsche Schwingungen 230. Hildebrandtsche Zahnkuppelung 321.

Hochdruckturbine 641. Hochhnb-Sicherheitsventil 556.

Hochkeil 268.

Hohlkeite 270.

Hohlmaße 5.

Hohlzapfen 289. Holländische Windmühle

Hölzerne Riemenscheiben 491.

Hülsenkuppelung 312. Hydraulischer Widder 147, 632.

Hydraulischer Turbinenregulator 668. Hydromechanik 121. Hydrovolbe 611.

Hyperbel 27.

Hyperbolische Räder 457.

Impedanz 225. Jndifferenzzone 188. Induktion 207, 209. Jnduktiouslinien 208. Jndnktionsströme 209. Jnfluenzelektrizitüt 187. Jnjekteure 152.

Inkonstante Elemente 199. Jnnenverzahnnng 452. Internationales metrisches Gewinde 256.

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Isolatoren 183.

Kabeldrahtseile 469.

Kalte Verbrennung 219. Kalorimeter 174. Kamelhaarriemeu 386. Kammlager 341. Kammzapfen 297. Kapazität der Zellen 201. Kathode 216. Kathodenlicht 244. Kathodenstrahlen 244. Kation 217.

Kegel 13.

Kegeldichtung 536. Kegelflüchen - Reibnngs-kuppeluitg 322. Kegelräder 454.

Keil 88.

Keile 267.

Keilschutzkappe 271. Keilsicherungen 273. Kelchlötung 536.

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Ketten 475.

Kettenhaken 482. Kettennuß 481. Kettenrollen 481.

Ketten schließapparat 440, Kettentriebe 434. Kettentrommeln 481. Kilogrammeter 49. Kilometer 40.

Kilowatt 196.

Kinetische Energie 50. Kirchenglockenlager 370. Klauenkuppelung 320. Knallgasvoltmeter 219. Knickfestigkeit 112. Kniehebelpressen 97. Knoten 40.

Kovrzitivkraft 212.

Kohärer 233.

Kohäsion 43.

Kolben und Kolbenstangen

Kolben ohneLiderungen491. Kolbenstangen 493. Kombinationsstehlager 363. Kombiuationsturbine 649.

Kommunizierende Röhren

Kompensatiouspendel 62. Konlpensationsstopfbüchse

Kompressionsblende 249. Komprimierte Wellen 303. Kondensation 42, 162. Konsol-Häugelager 345. Konsollager 348.

Konstante Elemente 199. Kontaktelektrizität 190. Kontremutter 265. Kopfschrauberr 261. Kordelgewinde 536. Körpermaße 5.

Körper-Gewichtsberechnung

Köttersche Treibkette 435. Kraft 46.

Kraft, elektromotorische 195 Kräfteparallelogramm 52. Kraftlinien, magnetische 205. Krastmaschinenknppelnng 326.

Kraftmoment 107.

Leitrolle 80.

Leitfchaufeln 640. Leitungswiderstaud, elektr.

Lichtäther 181.

Lichtkopien 32.

Lösbare Kuppelungen 319. Lösbare Verbindungselemente 252.

Lose Scheiben 401. Luftdruck 138.

Luftleere 144.

Luftpumpe 152. Luftpumpenkolben 490. Luftwiderstand 70. Lünnemannsche Schmierbüchse 573.

39.

Mechanische Arbeit 49. Mechanische Potenzen 71. Messingsauger 536. Metallstopfbüchse, selbstdich-teude 498.

Meter 4.

Meterkilogramm 49, 577. Metersekunde 41. Mikrometerschraube 94. Mineralöle 564.

Minute 40.

Mittelkraft 51.

Moleküle 43, 181.

254.

Kraftmesser 48.

Krauhaken nt. Drucklagerung 370.

Kranseile 470.

Kreis 10.

Kreisringfläche 10. Kreisseiltrieb 428. Kreuzgelenkkuppelung 319. Kreuzhaspel 86.

Kreuzköpfe 501. Kreuzkopfführuugen 506. Kreuzzapfen 298. Kropfgerinne 620. Krummachse 517.

Kubikmaße 5.

Kugel 14.

Kugelhängelager 363. Kugelkorb 355.

Kugellager 354. Kugelspurlager 365. Kngelveutile 552. Kulisseneinlauf 618. Knpferrohre 538. Kuppelstangen 508. Kuppelungen 312. Kuppelungs - Ansrückvor-richtungen 333.

Kurbeln 513.

Kurbelhaspel 86. Kurbelscheibe 517. Knrbelschleise 513. Knrbelzapfen 513.

Lager, die 336. Lagerbügel 379. Lagermetallkompositionen 351.

Lag erst ühte 373. Lagerträger 379. Längenmaß 4.

Längskeile 270. Längsschnitt 25. Lastketten 475.

Lastseile 465.

Lastseile aus Draht 469. Laufrad 640.

Laufspill 86.

Lebendige Kraft 50. Lederriemen 381. Lecrlanfbüchse 404.

Leiter, elektrische 183. Leitrad 640.

194.

Magnete 203.

Magnetische Kraftlinien 205. Magnetismus 203. Magnetoinduktion 203. Mantelrohr 529. Marine-Pleuelkopf 511. Mariottesches Gesetz 46. Maschinenelemente 250. Maschinenkurbeln 515. Maschiuenuietuug 276. Maschineuschrauben 261. Maße 4.

Maßeinheiten,elektrische 193. Massenschwuugrad 522. Materie 43.

Mauerkasten 372. Maxwellsche Theorie 203, 237.

Mayer, Robert 176. Mechanik, Grundbegriffe der

Molekularanziehung 44. Motoren 574. Muffendichturig 530. Muffenrohre 532. Mühlgerinne 129. Muskelkraft 47.

Nadelschmiergefäße 568. Nasenkeil 271.

Nasse Elemente 199. Naturkräfte 574. Nebenschluß 226.

Negative Elektrizität 182. Neutrale Achse 106. Niederdruckturbinen 641. Nieten 275.

Nietverbindungen 282. Nordlicht 189.

Nordpol 204.

Normalgewiude, deutsches

Nutenkeil 271.

Oberschlüchtiges Wasserrad 607.

Öle 564.

Ötpnmpen 571. Öltropsapparate 569. Offener Pleuelkopf 510. Ohm 194.

Orkan 583.

Oszillationen, elektrische 228. Ozon 189.

Parabel 26, 57, Parallel-Perspektive 34. Parallet-Schaltnug 198. Parallelogramm 8. Partialturbiue 641, 614. Passatwinde 584. Pcltonmotoren 624. Peltonrad-Pumpwerk 629. Pcltontnrbine 650.

Per^del 60.

Perpetuum mobile 576. Perspektive 34.

Pferdegöpet 86.

Pferdekraft 49, 251. Phasen 225.

Phasenfaktor 226.

Phasen ströme 228. Physische Pendel 61.

71.

14.

193.

363.

266.

Pictet 163.

Pintsch-Schmierbüchse 571. Pleuelstangen 508. Pockholzlager 295.

Pol^ magnetischer 205. Polarisation 221. Polarisationsstrom 221. Pole, positive und negative 197.

Ponceletrad 622.

Porosität 44.

Positive Elektrizität 182. Positive Entladung 243. Positives Licht 243. Potentielle Energie 50. Potenzen, die mechanischen

Potenzzüge 82.

Primärrolle 211.

Prinzip der Erhaltung der Kraft 580.

Prisma 11.

Probierhähne 545. Projektionen 19. Pumpenstopfbüchse 500. Pyramide 13.

Pyramide/ abgestumpfte 14. Pyrometer 173. PhrometrischerHeizeffekt173.

Quadrat 8.

Quadrateisen 259. Quadratseile 423. Quecksilbersäule 140. Quellen der Wärme 172. Querhäupter 501.

Querkeil 268.

Querschnitt 25. Querschnitte von gleicher Festigkeit 115. Querschnittsflüchen 31.

Nad an der Welle 85. Radial-Druckturbine 647. Radialturbinen 641/ 647. Rädertriebe 442. Radlinienverzahnung 459. Raum 40.

Raute 8.

Reaktionsturbine 641/ 653. Rechteck 8.

Reduzierventile 553.

Reflexionsvermögen 171. Regelmäßige Vielecke 9. Regulator für den Pelton-motor 628.

Regulierbare Röntgenröhren 248.

Reibräder 461.

Reibung 64.

Reibungskoeffizienten 66. Reibungselektrizität 181. Reibungskupplungen 322. Renoldsche Zahnkette 436. Reservoirnietung 285. Resultierende 51.

Rhomboid 8.

Rhombus 8.

Richtungsrolle 80.

Riemen 380.

Riemen fett 381. Riemenleiter 405. Riemenrücker 402. Riemenscheiben 387. Riementriebe 380, 412. Righi-Radiator 233. Rillenräder 462.

Ring mit Kreisquerschnitt

Ring-Packung/ konische 499. Ringschmierlager 338. Rohhauträder 448.

Röhren 526. Röhren-Elektroden 242. Rohrleitungswiderstände 590.

Rohrpost 152.

Rohrstutzen 540. Rohrverbinduugen 532. Rolle 80.

Rollen für Hanfseile 467. Rollen für Drahtseile 475. Rollende Reibung 68. Rollenlager 351. Rollenverbindungen 81. Rollenzüge 82. Röntgen-Röhren 242. Röntgenstrahlen 246. Rotationsgeschwindigkeit 42. Rückdruck des ausfließenden Wassers 128.

Rückenschlüchtiges Wasserrad

617.

Rückschlagventil 552.

Ruhe 40.

Ruhestrom 199. Ruhmkorff-Apparat 237. Runde Hanfseile 465. Rundeisen 259. Rundgewinde 258. Rundseiltriebe 417.

Saughöhe 151.

Säugpumpe 149. Saxonia-Windmotoren 595, Schackenketten 476. Schalenkuppelung 313. Schaltwerke 525. Schelbenkolben 485. Scheibenkuppelung 314. Scheidungskraft/ elektrische

Schellhammer 276. Schieber 559.

Schief abgeschnittenes Prisma 12.

Schiefe Ebene 59, 88. Schtffswellen - Drucklager

Schlacken 175.

Schlagweite der Funken 241. Schließkopf 276. Schlitzschrauben 262. Schmiedeeiserne Riemenscheiben 400. Schmiedeeiserne Röhren 527.

Schmiergefäße 567. Schmiermittel 561/ 564. Schmieröle 564. Schmierspritze 571. Schmiervorrichtungen 567. Schmelzpfropfen 159. Schmelzpunkte und -Temperaturen 158. Schneckentrieb 457. Schnitte/ die 25.

Schraube 92/ 252. Schraubenkopf 259. Schraubenmutter 258. Schraubenschlüssel 266. Schraubeusicherungen 264. Schraubensorten 260. Schraubenverbindungen

Schraubenzieher 262.

653.

228.

525.

224.

184.

191.

187.

241.

207.

561.

Schrumpfklammern 523. Schrumpfmittel 311. Schubfestigkeit 105. Schützen 610. Schwammkrug-Turbine 647/

Schwerkraft 47. Schwerpunkt 62. Schwindmaße 157. Schwingungen/ elektrische

Schwungräder 519. Schwungrad-Schaltwerke

Sechskanteisen 260. Segerkegel 175. Segmentpackung 498.

Seile 465.

Seilhaken 482.

Seil- und Kettentriebe 417. Seilscheiben 419. Seilsteifigkeit 68. Seitenansicht 21. Seitenkräfte 51.

Sekundäre Elemente 201. Sekundär-Prozeß 217. Sekundärrolle 211.

Sekunde 40.

Sekundenmeterkilogramm 49/ 251.

Sekundenpendel 61. Selbstdichtende Metallstopf-büchse 498.

Selbstdichtende Hähne 548. Selbstpotential 224. Sellers-Gewinde 252.

Sellers-Kuppelung 314. Sellerslager 337. Serienschaltung 198. Servomotor 650. Sicherheitsventile 555. Siedepunkt 154/ 162. Skizzieren 33.

Sohlptatten 370.

Solenoide 209. Sonnenmotor 574. Spannkeilen 476. Spannrollengetriebe 408. Spannschloß 267. Spannschützen 624. Spannung, elektrische 186y

Spannungsdifferenz 193/

Spannrings - Dynamometer 224.

Spannungsreihen/ elektr.

Spannungsreihe/ galvan.

Sparlager 338. Speisebentil 552. Spezifische Gewichte 15. Spezifische Wärme 165. Spektroskop 243. Spitzenwirkung/ elektrische

Splint- Schraubensicherung 265.

Sprengring 311. Sprossenrad 86.

Spurlager 350. Spurzapfen 295.

Stabilit 238.

Stabilität 63. Stahlwindmotoren 599. SLarrschmiere 571.

Statik 39.

Statisches Moment 56/ 107. Staufferbüchsen 571. Stegketten 476. Stehbolzengewinde 261. Stehlager 336. Steinschrauben 263. Stellringe 308. Stellringschraube 262. Stemmen der Niete 277. Stiftschrauben 261. Stirnkurbeln 514. Stirnräder 443. Stirnzapfen 288. Stopfbüchsen 495. Stopfbüchsenhähne 546. Stopfbüchsenpackung 496. Stoßheber 148/ 632. Strahlungen/ elektrische 228/

Strichmanier 32.

Strom, elektrischer 193. Stromstärke 193. Stromunterbrecher 209/

211.

Sturm 583. Stundenkilometer 41.

Stützzapfen 295. Südpol 204.

Tangentialkraft 58. Tauchkolben 492. Technisches Zeichnen 4. Teilbarkeit 44.

Tesla 237.

Teslalicht 240. Tesla-Transformator 238.. Thermo-Elektrizität 213. Thermo-Element 214. Thermometer 154. Thermo-Multiplikator 170. Thomson - Galvanometer

Tierische Fette 564. Torsionsfestigkeit 117. Torsions - Galvanometer 207.

Torsionskeil 271. Totepunktlage 519. Tourenzahl 42. Tovote-Schmierbüchse 572. Trägheit 46. Trägheitsmoment 107. Tragkeil 271.

Tragkraft 104.

Tragkraft der Säulen 113. Tragzapfen 288.

Trapez 9.

Transparente Körper 170. Transportketten 480. Transversalwellen 236. Treibriemen 380. Treibstangen 508.

Tretrad 86.

Triebwerke/ Schmieren der

Trockenelemente 200. Trommeln für Hanftastseile 467.

Turbinen 638. Turbinen-Regulatoren 665.

Überdruck 146. Überdruckturbinen 641. Überfallabfluß 129. Überfalleinlauf 621. Übersetzungs - Verhältnis 412.

Überwurfmuttern 534.

42.

622.

20.

632.

56.

120.

51.

Uhthornsche Kuppelung 321. Umdrehungsgeschwindigkeit

Umdrehungszahl 42. Umkehrung des elektrischen Stromes 229.

Unelastisch 44. Ungleichförmigkeitsgrad 521. Unlösbare Verbindungs-elemeute 275.

Unregelmäßige Vielecke 10. Unsichtbare Strahlen 246. Unterdrück 146. Unterleg-Sprengring 264 Unterlegscheibe 258. Unterschlächtiges Wasserrad

Vakuum 145. Vakuummeter 145.

Ventile 548.

Verbindungselemente 251. Verbindungskeile 267. Verbrennung, kalte u. heiße 219.

Verbrennungsprozeß 172. Verbrennungstemperatur 173.

Verbrennungswärme 173. Verdampfung 161. Verdichtung 46. Verdunstung 161. Verdunstungskälte 163. Verkürzungen 24. Verschlossene Drahtseile 472. Verschobenes Prisma 11. Versenkte Schrauben 262. Vertikal - Galvanoskop 205. Verwandtschaft, chemische

43.

Verzahnungen 459. Vielecke, regelmäßige 9. Vollturbinen 641.

Volt, das 195.

Volta 190.

Vottaische Säule 196. Voltmeter 207. Vorderansicht 21.

Vorzeichnen der Werkstücke

Wabenring 355. Wandkonsole 374. Wanderrolle 407. Wanderung der Ionen 218. Wandstärke/ Berechnung der Röhren 116. Warmaufziehen 311. Wärmedurchlaßfähigkeit 171. Wärmeemission 169. Wärmekapazität 167. Wärmelehre 153. Wärmeleiter 168. Wärmemessungen 173. Wärmequellen 172. Wasserdülnpfe/ gesättigte!66. Wasserdruck 121. Wasserdruck Manonn terl46. Wasserhebemaschine System Löh 635.

Wasserkraftmotoren 603. Wasserräder 607. Wasserschnecke 591. Wasserwage 144.

Watt/ das 195.

Wattloser Strom 226. Wechselperioden 225. Wechselrolle 407. Wechselstrom 222. Wechselventil 549.1 Wehnelt-Unterbrecher 248. Weingeistthermometer 155. Wellen 299.

Wellrad 85.

Weltäther 181. Whitworth-Ge winde 252. Widder, hydraulischer 147,

Widderkopf 484. Widerstände 64.

Widerstand, elektrischer 193. Widerstand des Wassers und der Luft 70. Widerstandshöhe 133. Widerstandsmomeut 108.« Wind 583.

Wind, elektrischer 187. Windkraftmotoren 582. Windmühlen 582. Windpressuug 145. Windturbine 583. Wirikelgeschwindigkeit 42. Winkeltrieb 416. Wirkungen^ elektrische 188. Wirkuugsgröße 49. Wissenschaften/ allgemeine 4. Wurfbewegung 57.

Würfel 11.

Wüsträder 453.

di - Strahlen 246.

Zahnkuppelungen 320. Zahnräder 443. Zahnstangen 452.

Zapfen und Zapfenverbiu.

düngen 288. Zapfenreibung 66, 293. Zapfenverbindungen 297 Zeichnen, technisches 4. Zeichnungen, technische 30. Zeit 40.

Zentralbewegung 58. Zentralschmierapparate 570. Zentrifugalkraft 58. Zentripedalkraft 58. Zellenschalter 202. Zerlegung der Kräfte 54. Zinnröhren 529.

Zugflasche 47.

Zugfestigkeit 104.

Zugkraft 84.

Zugrolle 80.

Zuppinger Wasserrad 621. ZusammengesetzteBewegung

Zusannnengesetzte Festigkeit

Zusammensetzung der Kräfte

Zweiarmige Hebel 76. Zweigleisiger Kreuzkopf 502. Zwillingsturbine 662. Zylinder 12.

Druck von

Beyer & Boehme, Berliu 8. 42, Wnsserthorstraße 50.

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Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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