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Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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Die Praxis

des modernen Maschinenbaues.

Nachdruck verboten. Übrrsetzungsrecht vorbehalte».

Die Praxis des modernen (Maschinenbaues

Gemeinverständliche Darstellung der technischen Grundlagen und Praktiken des Maschinenbaues von

M. Däntzfcbel-Clalrmont

Ingenieur und Chefredakteur der „Lifenzeitung", Berlin unter Mitwirkung von

Professor frank Ktrcbbacb,

Rauptmann a. D. H. Rüdebrandt, Metallurge ©uft. palte, Merkmeister 6. Schön, K. Schulze u. a.

Mit JO zerlegbaren Maschinenmodellen auf 8 Tafeln.

Siebente Auflage.

Kand I

enthaltend fO Konftruftionstafeln in Bunt- und Schwarzdruck, U5 Tabellen und 615 Textabbildungen.

Berlin SW 68

Verlag von C. H. ööeller

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Uorwsrt zu Kan- 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 größerem 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 ein besonderes, ausführliches Kapitel gewidmet, welches den Leser in diese interessante Wissenschaft einführt.

Ist dem 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 nutzbrmgend zu verwerten, und steht ihm in solchen Fällen — aber auch nur in diesen — der Verfasser gern mit seinem Rat zur Seite.

Der selbst schaffende und technisch denkende Maschinenbauer wird immer eher in der Lage sein, seine Existenz zu verbeffern. 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 Verfaffer 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 auf 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 Verfaffer möglich wurde, ein einheitliches Werk zu schaffen, k 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 es ernst mit dem Studium dieses Buches nehmen, ein herzliches

„Glück auf!"

Der Verfaffer.

Berlin, im Dezember 1908.

Vorwort M -ritten Auflage.

Die zweite Auflage der „Praxis des modernen Maschinenbaues" erschien im März dieses Jahres, und schon wieder stehen wir vor der erfreulichen Tatsache, das Werk in dritter Auflage herausbringen zu müssen, weil die zweite Auflage innerhalb der vergangenen 10 Monate abgesetzt wurde. Diese Tatsache beweist am besten, welchen großen Anklang das Werk in den Fachkreisen findet, und sind wir deshalb um so mehr bestrebt, das Werk immer weiter zu vervollkommnen und den Fortschritten der Technik entsprechend zu ergänzen

Wir haben die Gelegenheit benutzt, insofern eine Umgestaltung des Werkes vorzunehmen, als im ersten Band im Anschluß an die Maschinenelemente das große Kapitel der Materialienkunde Aufnahme fand, während im zweiten Band nunmehr die Motoren komplett behandelt werden und im Anschluß an diese die einzelnen Gebiete des Maschinenbaues folgen.

Neu aufgenommen wurden in der dritten Auflage eine Abhandlung über Grisson-Getriebe im Abschnitt „Maschinenelemente". Der Abschnitt „Holzbearbeitungsmaschinen" wurde durch die Beschreibung einer sehr interessanten Universal-Holzbearbeitungsmaschine ergänzt, die auch als zerlegbares Modell in dem Modell-Atlas Aufnahme fand.

Im Abschnitt „Motoren" machte sich eine Ergänzung der Darstellung der Brown-Boveri-Parson-Dampfturbine nötig, die neuerdings wesentliche Verbesserungen erfuhr. Sehr ausführlich wurde das Kapitel über „Flugmaschinen" den neuesten Errungenschaften entsprechend ergänzt und das alte Modell des Farman-Fliegers durch ein neueres Modell des Wright-Doppeldeckers ersetzt.

Aus dieser kurzen Übersicht geht zur Genüge hervor, daß wir unser möglichstes getan haben, das Werk auf der Höhe der Zeit zu erhalten, und dürfen uns der Hoffnung hingeben, daß auch die dritte Auflage den Anklang bei den Fachleuten finden wird, der den ersten beiden Auflagen in so reichem Maße zuteil wurde.

Der Verfasser.

Berlin, im Dezember 1910.

Norimrtjitt sechsten Ansinge.

Die erste Auflage meiner „Praxis des modernen Maschinenbaues" erschien vor 4 Jahren, und die Tatsache, daß das Werk innerhalb dieses kurzen Zeitabschnittes jetzt seine 6. Auflage erlebt, beweist am besten, daß das Werk den Beifall der in der Praxis stehenden Maschinenbauer gefunden hat.

Um den Fortschritten in der Industrie Rechnung zu tragen, sind auch in der neuen Auflage wieder einige Ergänzungen vorgenommen und die zum Teil etwas veralteten Modelle durch neue oder zeitgemäße Konstruktionen ersetzt worden. Dies betrifft in erster Linie den neuerdings stark in Aufnahme gekommenen Steilrohrkessel und die Gleichstrom-Dampfmaschine, welche beide eine wesentliche Vervollkommnung der Ausnutzung der Dampfkraft darstellen und deshalb Aufnahme in dem Werke finden mußten. Das französische Fiatwagenmodell ist durch den deutschen Mercedeswagen ersetzt worden, und von den modernen Explosionsmotoren ist der Dentzer Schiffs-Brons-Motor zur Darstellung als zerlegbares Modell gewählt worden. Dann ist als neu noch das Modell einer Drehstrom-Turbo-Dynamo der Siemens-Schuckertwerke G. m. b. H. hinzugekommen, womit gezeigt wird, wie Maschinenbauer und Elektrotechniker gemeinschaftlich neue Typen schaffen und die Maschinen auf eine hohe Stufe der Leistungsfähigkeit bringen.

Außerdem sind in dem Abschnitt über Lenkballons und Flugzeuge einige Ergänzungen vorgenommen worden, die sich auf das Schütte-Lanz-Luft-schiff und die Wasserflugzeuge beziehen.

Es ist somit alles geschehen, um die neue Auflage dem heutigen Stand der Technik anzupassen, und darf erwartet werden, daß dem Werk auch in seiner neuen Gestaltung die Anerkennung zuteil wird, welche cs bisher im Kreis seiner Leser gefunden hat.

Berlin, im März 1913.

Der Verfasser.

Inhaltsverzeichnis des L Dandes.

Seite

Vorwort. Einleitung

l. Teil. Allgemeine Wissenschaften......

1. 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.

33

2. Kapitel. Grundriß der Mechanik und der Festigkeitslehre.

"Grundbegriffe der Mechanik. Die Materie. Die Aggregatzustände. Trägheit und Kraft. Über 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, Flaschenzüge und Haspel. Die schiefe Ebene und der Keil. Die Schraube. Hebelverbindungen

99

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

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

121

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).

153

3. Kapitel. Wärmelehre..........

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

4. 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.

Seite

II. Teil. Die Maschinenelemente

Gruppe I. Elemente zur Verbindung von Maschinenteilen . . . . 251

250

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

Gruppe II. Zapfen, Wellen und Achsen

288

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

Gruppe III. Die Kuppelungen . .

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

. . 312

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

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

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

Die Riemen. Riemenscheiben. Riemenleiter und Spannrollengetriebe. Die Riementriebe, Stahlband-Kraftantrieb.

336

380

Gruppe VI. Die Seil- und Kettentriebe

422

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

Drahtseiltriebe: Die Drahtseile. Drahtseil-Scheiben.

Kettentriebe.

Gruppe VII. Die Rädertriebe

447

Zahnräder: Die Stirnräder. Kegelräder. Hyperbolische Räder. Die Verzahnungen. Das Grissongetriebe.

Reibräder.

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 494 Die Kolben. Scheibenkolben. Kolben ohne Liderungen. Tauchkolben.

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

474

Gruppe X. Röhren und Rohrverbindungen

536

Röhren. Abmessungen der Rohre.

Rohrverbindungen durch Muffen, Flanschen-Verbindungen.    Gemischte Rohrver

bindungen.

Dichtungsmaterialien.

Gruppe XI. Hähne und Ventile

553

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 Metalle und ihre Verarbeitung . . . 584

584

1. Kapitel. Das Eisen..........

Das Roheisen: Wärmeerzeugung. Brennstoffe. Der Hochofen und sein Betrieb.

Das schmiedbare Eisen: Gewinnung des Schweißeisens. Birnenverfahren. Martinprozeß. Tempern. Zementieren. Raffinieren von Stahl und die Erzeugung des Tiegel «Flußstahles. Die elektrischen Schmelzverfahren.

2. Kapitel. Die Praxis des Formerei- und Gießerei-Betriebes ... 632

Die Modelltischlerei: Holzbearbeitungsmaschinen.

Die Formerei: Herdformerei. Kastenformerei.    Schablonenformerei. Lehm- und

Maffeformerei. Maschinenformerei. Eiserne Gußformen. Weitere Behandlung der Formen.

Der Eisengießereibetrieb: Schacht- oder Kupolofen. Gebläse. Beurteilung des Roheisens im Gießereibetrieb. Fehlgüffe. Gießereikrane. Gießformen. Prüfung der Festigkeit des Roheisens.

Druckwaffer- und Druckluft-Anlagen. Kompressoren. Preßluft-Werkzeuge.

Gußputzerei: Putzen mit Sandstrahlgebläse. Entstaubung. Putzhäuser.

Die Metallgießerei: Bronzen. Nickellegierungen. Lote und Lötungen. Moderne Metall-Schmelztechnik von Gustav Palis, Metallurge.

Metall-Dekorationsverfahren: Beizen und Brennen. Patinieren und Färben von Metallen. Ätzen der Metalle. Emaillieren, Schleifen, Polieren, Dekapieren Moderne Metallveredlung.

Verzeichnis der im I. Kande enthaltenen Berechnungen.

Sette

1.    Berechnung der Flächen............

2.    Berechnung der 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 - Berechnung............

10.    Wellradberechnung..............

11.    Differential-Flaschenzug - Berechnung........

12.    Druckfestigkeitsberechnungen...........

13.    Abscherungsfestigkeitsberechnungen.........

14.    Biegungsfestigkeitsberechnungen..........

15.    Knickfestigkeitsberechnung............

16.    Wandstärke zylind. Röhren...........

17.    Druckfestigkeit einer Welle...........

18.    Wellendurchmeffer berechnen...........

19.    Wellendurchmesser für zusammengesetzte Festigkeit. . . .

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

21.    Wafferquantum bei gegebener Rohrweite und Druckhöhe .

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

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

24.    Atmosphärenberechnung............

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

26.    Volumen gespannten Danipfes berechnen......

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

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

29.    Umrechnung der Wärmegrade Röaumur in Celsius . . .

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

.. Schraubengewichte .........

„ Bolzen.............

Zapfen.............

„ Gabelzapfen . ..........

„ Zapfenreibung..........

, Wellenstärke............

„ Achsen.............

„ Treibriemen...... . . . .

„ Riemenscheiben..........

„ Übersetzungsverhältnisse bei Riementrieben .

Zahnräder............

Zahnräder-Gewichte.......

„ Seiltrommellänge.........

Kolben...........

w Kolbenstangen......

Kuppel- und Pleuelstangen......

„ Schwungräder..........

» Sicherheitsventile .    ......

31.

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Verzeichnis -er tut I. Kunde enthaltenen Tabellen.

1.    Vergleichstabelle für Maße und Gewichte verschiedener Länder

2.    Umrechnungstabelle für englische Zoll in Millimeter . .

3.    Flächenberechnungstabellen...........

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

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........

26.    Eigenschaften gesättigter Wasserdämpfe .    .....

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

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

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

30.    Sauerstoffbedarf div. Brennstoffe beim Verbrennen . • .

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

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

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33.    Galvanische Spannungsreihen .........

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......

45.

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

47.    Reservoirnietungen............

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

49.    Gewichte der Bleche und Platten div. Metalle . . .

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

51.    Tragzapfen- „    ......„ , . .

52.    Gabelzapfen- „    ..........

63. Reibungskoeffizienten für Zapfenreibung . . . . .

54.    Spurzapsen-Belastungsgrößen .........

55.    Bestimmung der Wellendurchmesser.......

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

57.    Abmessungen und Festigkeit komprimierter Wellen . .

58.    Ermittelung der Wellendurchmesser.......

59.    Stellringtabelle.............

60.    Wellenbunde..............

61.    Scheibenkuppelungen-Abmessungen und Gewichte. . . .

62.    Einfache Sellerslager-    „    „    „    .    .    .    .

63.    Geschlossene Stehlager-    „    „    „    .    .    .    .

64.    Offene Stehlager - Abmessung en und Gewichte . .

66. Kammlager-Abmessungen und Gewichte......

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

67.    Geschlossene Hängelager-Abmessungen und Gewichte . .

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

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74.    Kugel-Hängelager-Abmessungen

75.    „ Spurlager-

76.    Abmeffungen u. Gewichte der Sohlplatten für geschlossene Lager

„ offene

77.

78.    Mauerkasten-Abmefsungen 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-Abmeffungen.......

89.    Wand-

90.    Hanf-Transmissionsseile.....

91.    Hanf-Scilscheiben-Gewichte....

92.    Runde Drahtseile.......

93.    Treibketten von Otto Kötter-Barmen

98.    Runde Last-Hanfseile . .

99.    Flache „

100.    Draht-Kranseile

101.    Gußstahl-Aufzugseilc.............

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.    Größenbestlmmung der Ventildurchmesser......

111.    Festigkeitswerte von Gußeisen........ .

112.    Bronzelegierungen nach Verwendungszweck.....

.. Farbe.........

114.    Zinnlegierungen nach Verwendungszweck......

115.    Weichlote nach Karmarsch...........

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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 am 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 zu 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 stehe, 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 d ' "roßen Vielseitigkeit und theoretischen Vollendung der heutigen Maschinenindryirn ' aber nicht mehr möglich, durch die Praxis allein in alle Gebiete einzudringen und dieselben sich zu eigen zu machen. Es nmß 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 eiyes 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, um 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 imstande 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 un-bekannt 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 Arbeitsgang 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 zienllich 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 «ine 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 sein, 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 in 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 «ms!

L Teil.

Allgemeine Wissenschaften.

Erstes Kapitel.

Das technische Zeichnen und Skizzieren.

i.

Dom Mast und vorn 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 Erdquadranten 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 an, z. B. bedeutet:

1,538 m = 1 Meter 538 Millimeter,

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

4,2

„    2 Dezimeter — 20 Zentimeter oder 200 Millimeter.

Richtiger ist es, die Dezimalzahl stets durch angehängte Nullen auf Millimeter abzurunden. Man schreibt also nicht 7,43 m, sondern 7,430 m, oder nicht 4,2 in, 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 Kilometer (km).

Als Normalmaß ist das Meter in allen europäischen Staaten eingeführt mit Ausnahnie 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) = 10 000 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) = 1000 000 Kubikzentimeter (obern).

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 Maße und Gewichte verschiedener Länder.

la. Meter — Fuße.

England Preußen a Däne^

,    „ mark

l' = 12" ₁/=12//

Meter Rußland

Württem

berg

Österreich Schweden Schweiz

Bayern Sachsen

l' = 12" V = 12" 1/==10// 1/ -----12" l'=10" l'=10"

^03 o

'Ö'co'hl'oo>Oo'co'^'c>

O CD

00

O O (N »st tH

05 ist (N (N

!MCOistO(N05COO

030100000003000

ocTcTcr©'d"o'"cro3'"

32,809    31,862

9,711

10

CO 03 CO ist CO 03 00 ^    O CD CO CO lO 00 00

CD    CD T-l CO CO fr- CD

34,263    35,312    34,905    31,635    33,681

10,443    10,763    10,639    9,642    10,266

10,754    11,083    10,955    9,929    10,571

10,647

10

10,279    10,594    10,472    9,491    10,104

1 b. Quadratmeter —

iH O0 (N ^ 03 b-(N CO    ^ CO ^ CO

CD^T-^CO^T-^C3^ t-^

^H<03<OoÖ"oo"o<r<D<00<Or

O    T-t    T-t

117,40

10,906

11/564

10

9,415

9,636

11/730

10,348

10,566

124,69

11,584

12,283

10,622

10

10,234

12,459

10,992

11,222

Quadratfuße.

121/84    100/08

8,214

10

12/174

10/740

10/965

10

8/822

9/007

K* M-    h-L I—. 03

O^cD Oj£> ^OO^CD^O^O^o Q «O ^ Q W

■H —i Q

113/44

10/539

11/175

9/663

9/078

9/311

11/335

10

10,210

lA ist h ö (N ift H ff) Tji (5 H (M O CS r-^CO

n0005G)fl5H050

Kubikfuße.

1 c. Kubikmeter —

100

2,832

3/092

2,486

2/271

2/351

3/159

2/617

2/700

3531/6

109,18

87,800

80,206

83,043

111,55

92,429

95,353

100

3234,6

91/59

100

4022/4

113,90

124,35

80,415

73,460

76,059

102,17

84,655

87,334

100

91,351

94,582

127,05

105,27

108,60

4403/2

124,68

136,13

109,47

103,54

139,08

115,24

118,89

100

4252/8

120/42

131,48

105/73

96/584

100

3166/0

80/65

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

103/16

100

3703/7

104/87

114/50

92/078

84,114

87,090

116,98

96,933

100

2. Meter — Ruten.

England 1 Rute (pole)

— 16V/

Preußen 1 Rute = 12/

Bayern 1 Rute ----- io/

Sachsen 1 Rute = 15 7/

Württemberg 1 Rute = 10'

Österreich Schweden Schweiz 1 Klafter l Famm l Rute == 6/ = 6' = 10'

Rußland 1 Taschen ----- V

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

1/988|    2/655j    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 |    47,5041    30,0001    21,336

2c. 100 Quadratmeter ----- Quadratruten der verschiedenen Länder. 3,9541    7,0501    11,740    |    5/421    1    12/180 1    27,804 |    4/430    1    11,111 |    21,968

2d. 100 Quadratruten der verschiedenen Länder = Quadratmeter. *529,2    |1418/5    | 851,81 | 1844,7    | 821,0    | 359,67 | 225,66 | 900,00 | 455,21

II. Umrechnungstabelle für englisches und metrisches Matz.

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

Zoll

7,6

Vs

7,6

74

7,6

7.

7,8

O «CX^OSC*

to

—    1,587

25,400    26,987

50,799    52,387

76,199    77,786

101.60    103,19

127,00    128,59

152,40    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    4,762

28,574    30,162

53,974    55,561

79,374 80,961

104.77    106,36

130.17    131,76

155.57    157,16

180.97    182,56

206,37    207,96

231.77    233,36

257.17    258,76

282.57    284,16

307.97    309,56

6,350 31,749 67,149 82,549

107.95

133.35    134,94

158,75    160,33

184,15    185,73

209,55    211,13

234.95    236,53

260.35    261,93

285,74    287,33

311,14    312,73

7,937

33,337

58,736

84,136

109,54

9,525    11,112

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

Zoll

7a

7,8

5/

/ 8

7,o

74

716

7,°

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

15,875    17,462    19,050    20,637    22,225    23,812

41,274    42,862    44,449    46,037    47,624    49,212

66,674    68,261    69,849    71,436    73,024    74,611

92,073    93,661    95,248    96,836    98,423    100,01

117.47    119,06    120,65    122,24    123,82    125,41

142.87    144,46    146,05    147,63    149,22    150,81

168.27    169,86    171,45    173,03    174,62    176,21

193.67    195,26    196,85    198,43    200,02    201,61

219,07    220,66    222,25    223,83    225,42    227,01

244.47    246,06    247,65    249,23    250,82    252,41

269.87    271,46    273,05    2.74,63    276,22    277,81

295.27    296,86    298,44    300,03    301,62    303,21

320.67    322,26    323,84    325,43    327,02    328,61

Zoll

7s

V₄

7s

7«

74

7s

rvsrotototo >--4 —    1-41-4

w W H¹ O ® GO <1 05 O¹ £*■ oo

330.19    333,37

355.59    358,77

380.99    384,17

406.39    409,57

431.79    434,97

457.19    460,37

482.59    485,77

507.99    511,17

533.39    536,57

558.79    561,96

584.19    587,36

609.59    612,76

336.54    339,72    342,89    346,07    349,24    352,42

361.94    365,12    368,29    371,47    374,64    377,82

387.34    390,52    393,69    396,87    400,04    403,22

412.74    415,92    419,09    422,27    425,44    428,62

438.14    441,32    444,49    447,67    450,84    454,02

463.54    466,72    469,89    473,07    476,24    479,42

488.94    492,12    495,29    498,47    501,64    504,82

514.34    517,52    520,69    523,87    527,04    530,22

539.74    542,92    546,09    549,27    552,44    555,61

565.14    568,31    571,49    574,66    577,84    581,01

590.54    593,71    596,89    600,06    603,24    606,41

615.94    619,11    622,29    625,46    628,64    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

2,5654

2,8193

3,0733

3,3273

3,5813

3,8353

2,3368

2,5908

2,8447

3,0987

3,3527

3.6067

3,8607

2,3622

2,6162

2,8701

3,1241

3,3781

3,6321

3,8861

2,3876

2,6416

2,8955

3,1495

3,4035

3,6575

3,9115

2,4130

2,6670

2,9209

3,1749

3,4289

3,6829

3,9369

2,4384

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

□ 8 — qcm

6,4514

12,903

19,354

25,805

32,257 | 38,708

45,160

51,611

58,062

Flächenberechnungen.

Benennung der Fläche und Regel zur Berechnung und

Formel

Skizze

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Quadrat.

T

p-

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

Fl = a X a-

WelchenFlächeninhalthat ein Quadrat von 1,325 m Seitenlänge?

Fl —1,325 X 1,325 = 1,756 qm.

Rechteck oder Parallelogramm.

Je zwei sich gegenüber-

liegendeSeitensindgleich- WelchenFlächeninhalthat

ein Rechteck von 2,500 m

laufend und gleich lang; die vier Eckwinkel sind Länge u. 0,720 rn Breite?

Fl --- 2,500 X 0,720 = 1,800 qm.

rechte Winkel. Fläch e—Länge X Breite

Fl = 1 X b.

Rhombus oder Raule.

ru—

Verschobenes Quadrat,    WelchenFlächeninhalthat

hat also gleichlange Sei-    ein Rhombus, dessen Seiten a.    tenlänge gleich 0,20 m

Fläche — Seitenlange a beträgt, während der senk-X dem senkrechten Ab- rechte Abstand h gleich stand h von der gegenüberliegenden Seite.

Fl = a X h.

0,18 m ist?

Fl = 0,20 X 0,18

IHKlli qm.

Rhomboid.

--z-

Verschobenes Rechteck mit WelchenFlächeninhalthat paarweise sich gegenüber- ein Rhomboid von 3,5 m liegendengleichlangenund Länge und 1,8 m senkgleichlaufenden Seiten.

Fläche = Länge 1 X dem senkrechten Abstand b.

Fl — 1 X b.

recht zu 1 gemessener Breite h?

Fl = 3,5 X 1,8 — 6,30 qm.

Benennung der Fläche und Skizze

Regel zur Berechnung und Formel

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Viereck mit zwei parallelen Seiten.

Trapez.

I—

-xv

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?

co

er

CO

2 XV

— 3,45X 1/3—4,49 qm.

Dreieck?

Fläche = Grundlinie c multipliziert mit der halben Höhe h.

eXh

Fl =

Bei einem Dreieck, dessen Grundlinie 0,85 m lang ist und die Höhe h 0,73 m beträgt, ist F1 = 0,85 X 0/73

— 0,310 qm.

Regelmäßige Vielecke.

$>

Alle Seiten, Umfangsund 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 1,52

Fl =

X6

= 1,33X6= 7,9 8 qm

Fl --

^-x»-

Benennung der Fläche und Regel zur Berechnung und

Formel

Skizze

Praktisches Beispiel einer Berechnung

Unregelmäßige Vielecke.

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

Fläche =

A1+A2 + A3 usw.

r|_alXlH.L

Ein unregelmäßigesFünf-eck hat nach beistehender Skizze folg. Abmessungen:

al=20dm;a2 = 10dm;

a3 = 15 dm; hl = 6dm; h2 = 15dm; li3 — 6 dm.

Wie groß ist der Flächeninhalt ?

20.6

Fl =

10 . 15

a2Xh2 . aäXhS

CXI rH

60+75+45= 180 qdm.

Kreis.

jhaüiAAi

Kreisringfläche.

3,14

280

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 = d X n und den Umfang mit U bezeichnet ist der

Durchmesser d = ^.

Fläche =Radiuserstmit sich selbst und dann mit n mulüpliziert.

Fl=r X r X⁷¹—r" •n-

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

F1 = (RXRX") —

asm

6.

u.

ff !!|liii«l!!irti:t•!11111-E.

i.

Zu beachten ist bei der Anlage aller Pumpen, daß d

Wir können das Kapitel der Wärmelehre nicht zum Ab

Namentlich muß die Isolation der Sekundärspule ein

ii. am

wird und somit die Keilverbindung entlastet. Bei d

5f

2.

1.

Dimenstons- und Gewichtstabelle der geschlossenen

Fig- 290.

Die eigentlichen Lagerstühle (Fig. 313) sind für e

w“0,102 TT**

r'-ll

1.

Bei Rädern mit ovalen Slrmen, die aber nur bei kle

2.

t.

kJxM

2.

5.

2.

Mit dieser Maschine lassen sich nicht nur gerade K

Si

Besonders in letzter Zeit hat sie sich auch mehr d

48*

FrZZ

F1 = (RXRX") —

(rXr»).

Wie groß ist bei einein Kreis von 1,85 m Durchmesser der Umfang und der Flächeninhalt? d = 1,85; r = 0,925,

TJ = 1,85X3,1415 = 5,812 in,

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

d = +-r = 88,53 mm

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

= 140 mm,

2*

r = 140 — 45=95 mm,

F1=14,0²X^ —

9,5²X7r =

615,44—283,38 = 332,06 qcm.

Körperberechnung.

Benennung der Körper und Skizze

Berechnungsregel und Formel

Beispiel einer durchgeführten Berechnung

Würfel.

y-

Alle 6 Begrenzungsflächen sind gleich große Quadrate, mithin sind auch alle 12 Seiten und 8 Eckwinkel gleich. Inhalt: = Seitenlänge zweimal mit sich selbst multipliziert, also I = a . a . a = a8 Oberfläche,

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.

.J

n-(x)Xb'

Inhalt der Oberfläche ist gleich dem Produkt aus dem Umfang des Querschnitts X der Höhe -s- dem doppelten Inhalt der Querschnittsfläche. Kubikinhalt —Grundfläche X Höhe-

4seitiges Prisma;

I = a X e X !>•

3 fettiges Prisma;

I = iXhXb.

nseitiges Prima;

Wie groß ist die Oberfläche und der Kubikinhalt eines vierseitigen Prismas von 1,3 in 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) XI,3)4-2X0,8X0,95 =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 k.

0 =

2.a.h₁+2.(a+b).h. Inhalt: Grundfläche multipliziert mit der Höhe h.

I = a . hj . li.

Ein schiefwinkliges Zeitiges Prisma hat folgende Maße: b = 0,6; a=0,7; hj — 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

Berechnungsregel und Formel

Schief abgeschnittenes Prisma.

'i—

Oberfläche — Summe der beiden Grundflächen und des Mantels. Mantel — Summe der Seiten geteilt durch ihre Anzahl, mal dem Umfang. 0=aXc + eXc +

3X(a + c)X^. I = aXcX^.

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

Zylinder.

tA

h

-xt—H

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

, d² • 7t

2 . —£—hd.Tr.h.

Inhalt — Grundfläche mal Höhe,

d² . 7T

o=

.h.

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 = 42 X 54 + 58,7.54 +

2.(42 + 54).

= 0,2268 + 0,317 + 2,064

—    2,608 qm.

1=0,42.0,54.-—

= 0,2438 cbm.

Ein Stück Rundeisen von 4 m Länge und 120 mm Durchmesser hat welche Oberfläche und Inhalt? ₀ 0,12².3,14 4

+- 4.3,14.0,12

—    1,53 qm.

0,12² . 3,14

4

— 0,0452 cbm.

1,28 + 0,87

Schräg abgeschnittener Zylinder.

c+££

h*— A-^

,1

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

0 = F, + F₄ + d . n . hm.

Inhalt — Grundfläche mal mittlere Höhe hm,

d². n

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.

U V*_J

I= 4 Fj ist eine Ellipsenfläche. Sie ist ihrem Inhalte nach

F,=

|X-|X3,u.

. 1,8

= 0,229 . 1,8 — 0,412 cbm.

Benennung der Körper und Skizze

Berechnungsregel und Formel

Beispiel einer durchgeführten Berechnung

Pyramide.

7T

Oberfläche einer Pyramide oder eines Kegels ist gleich dem Produkt aus dem Umfang der Grundfläche Fx und dem halben Abstand der Spitze vom Mittelpunkt der Seitenfläche + Grund-

fläche,

Kegel.

0 = (3a + 2b)X

¥+f-

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

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

1,2

!«—/ci—->1

Inhalt einer Pyramide oder eines Kegels ist gleich dem Produkt aus der Grundfläche und J/s der Höhe desSpitzenabstandes von der Grundfläche. d’.TT ll

4 X 3'

I = 0,8.0,8 . -js-— 0,256 cbm. Desgleichen bei einem Kegel von 0,8 m Durchmesser der Grundfläche und 1,2 in Höhe.

hj d². n

= 0,8.3,14.Ifi 0/8.0/8.3/14

----- 0/201 cbm.

Abgestumpfter Kegel.

IM

Oberfläche — dieHälfte der Summe des Umfanges beider Grundflächen mal der Seitenlänge s plus der Summe der beiden Grundflächen.

₀ , Pg + P v~ 2

+    -j- Fjj.

Kegelinhalt — Radius der großen Grundfläche mit sich selbst multipli-ziert, den Radius der kleinen Grundfläche mit

Wie groß sind Oberfläche und Inhalt eines abgestumpften Kegels mit folgenden Abmessungen: h = 43 cm; d = 21 cm; D = 46 s = 45 „

Benennung der Körper und Skizze

Berechnungsregel und Formel

Beispiel einer durchgefühtten Berechnung

Abgestumpfte Pyramide.

Vx

Kugel.

sich selbst multipliziert, dann beide Radien miteinander multipliziert, alle drei Produkte summiert und mit ¹/₈ der Höhe h des abgestumpften Kegels und n multipliziert.

» d\

+ 2 * 2/ •"*

Oder:

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

. 45

1A)\ P-

21^. Tr . 46* . n "T"    4

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

0,21.0,21 , 0,46.0,21

• 3,U .

--- 0,0881 . 3,14 . X — 0,0396 cbm.

0,43

Oberfläche ist gleich dem vierfachen größten Kreisquerschnitt der Kugel, also 0 = (l² X n.

k-

Icl-

-H

Wie groß ist die Oberfläche und der Kubikinhalt einer Kugel von 0,25 in Durchmesser?. Inhalt ist gleich dem d = 0,25: r = 0,125. Radius 3 mal mit sich selbst, dann mit n —

3,14 und zuletzt mit *1 multipliziert, also I = ⁴/s • n • r³.

0 == 0,25 x 0,25 x 3,14 — 0,196 qm.

I = Vs X 3,14 x 0,125 x 0,125 x 0,125 ----- 0,00816 cbm.

Ring mit Kreisquerschnitt.

__ ! JT_ S*

r—A

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

0 = dX^X2rX^-

Inhalt — Querschnitt derRotationsfläche multipliziert mit dem Umfang des Rotationskreises.

-4— X 2r . n.

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 Ti ¹ ~    4

X 2 X 3,75 X 7*

= 0,2826 X 23,55 — 6,65 cdm.

AuS den Körpermaßen sind nun wieder die Gewichte hergeleitet worden, und gilt als Einheit das Kilogramm, welches das Gewicht von 1 Liter — 1 cMm 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 — 1000 kg.

Im Vergleich mit den alten Gewichten in Zentnern und Pfunden ist 1 Tonne — 20 Zentner; 1 Zentner — 50 kg; 1 kg = 2 Pfund.

Zur Gewichtsberechnung von Körpern bedarf man nun wieder bestimmter Einheitsgewichte, je nach dem Material, aus 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 und 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 in Dicke ist das Gewicht zu bestimmen. Ihr Kubikinhalt in cbdm beträgt Länge X Breite X Dicke — 25 X 13 X 0,53 — 172,25 cbdm. Nach der Tabelle der spezifischen Gewichte wiegt mm 1 cbdm Gußeisen zirka 7,3 kg, mithin wiegt die Platte

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

Tabelle der spezifischen Gewichte.

A. Von feiten Körpern.

Achat.......

Alabaster......

Aluminium, chem. rein „ gehämniert gegossen . Aluminiumbronze. . .

Amalgam......

Anthrazit......

Antimon......

Apatit.......

Argentan......

Arsen.......

Asbest, natürlicher . .

Asbestpappe.....

Asphalt......

2,5—2,8

2,7

•<1 JO CO CO -O 'bi bj "o Od Oi

13,7—14,1 1,4-1,7

6,7

3,16—3,22 8,4—8,7 5,7—5,8 i;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

6,7

2,2—2,5

2,68

1,7—1,8

Brauneisenstein . . .    3,4—3,95

Braunkohle Bronze(79—14»/,Zinn)    7,4 -8,9

1,2-1,5

Deltametall . Diamant. . Dolomit . .

Eis

Eisen, chem. rein. .

.. gegossen. . .

„ geschmiedet. .

„ Draht . . .

Elfenbein.....

Erde, fett und frisch „    „    „ trocken

„ mager „

Feldspat.....

Fett.......

Feuerstein.....

Flußeisen.....

Flußspat.....

Flußstahl.....

Galmei......

Gips, gebrannt . .

,, gegossen. . . Glas......

05 05 lO_ 05^ 00^ »-

ocf co cxT cT t>-'

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

7,85

3,15

7,86

4,3

1,81

0,97

Eiche,

Erle,

Fichte,

Hickory,

Kiefer,

Holzkohle v. Nadelholz „    „ Laubholz

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

0,28—0,44

Glimmer . . . Glockengut . . Gold, gediegen.

„ gegossen.

„ gehämmert Granat. . . . Granit.... Graphit . . . Grobkohle. . . Gummi (roh) .

„ Fabrikate Guttapercha. . Harz ....

2.6— 3,9

2.6— 3,2

8,81

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

Hornblende . . . Kadmium.... Kalk, gebrannt. .

.. gelöscht . . Kalkmörtel, frisch. „ trocken

Kalzium . Kanonengut Kaolin. .

o co oo

40 o CO

2.3— 3,2

1.3- 1,4

1,65

1,51

8,44

2,2

Hölzer:

Ahorn, lufttrocken Akazie,

Birke,

Birnbaum, „ „ Buchsbaum, „    „

Ebenholz,

Kautschuk, roh. . .

Kies, naß.....

„ trocken. . . .

Kieselerde.....

Kieselsäure in Kristaller „ Pulver

0,92—0,96

2,0

1,8

2,7

2,6

2,2

0,53—0,81

0,58—0,85

0,51—0,77

0,61—0,73

0,91—1,16

1,26

Esche.

0,69—0,89

Knochen . . . Kobalt. . . . Kochsalz . . . Kolophonium . Korund . . . Kreide . . . . Kunstsandstein .

1,7-2,0

8,51

2,17

1,07

3,9-4,0

1,8-2,6

2,03

Kupfer, gegossen „ gewalzt „ elektrolyt „ Draht.

Lager-Weißmetall

Lava ....

Leder, trocken .

„ eingefettet

Lehm, frisch. .

„ trocken .

Leim ....

Magnesit. . .

Magnesium . .

Magneterz . .

Magnetkies . .

Malachit . . .

Mangan . . .

Marmor . . .

Mauerwerk . .

8,8

8.9— 9,0

8.9— 8,95

8,8-8,9

7,1

2,8-3,0

O r—I

1,67—2,2

1,52

1,27

3,0

1,74

4,9—5,2 4,5—4,6 3,7-4,1 7,2—8,03

2,72

Roheisen, graues Roteisenstein . Salmiak . . .

Salpeter......

Sand, grober . . . . „ fein und trocken ......feucht.

6,6 —7,3

4.5— 4,9

1.5— 1,6 1,95—2,05

1,4

Mennige . . . Messing, gegossen „    gewalzt

„    gezogen

Neusilber Nickel .

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

Opal . Papier. Paraffin

2,2

0,7—1,15

0,87—0,91

Pech. .

1,07

Phosphor, weißer

1,82

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.....

1,4-1,6 1,9-2,0 2,2—2,5

1,85

2,65—2,70

2,5-3,25

4,0

0,125

2,07

1,96

1,93

4,5

7,86

2,06

10,45

10,5—10,6

2,7

2,5

Ol

roter

2,18

„ kristallis Phosphorbronze . Platin, gegossen .

„ gewalzt . Porphyr .... Porzellan, Berliner

2,34

8,8

21,15

21,3

2,6—2,9

chinesisch

Pottasche. . . . Preßkohle....

Quarz.....

>, Mühlsteine Roheisen, weißes.

Ol Ol 04

CO xsl 03

0,5—0,7 2,5—2,8

1,25

7,6—7,7

Strontium.....

Syenit.......

Talg.......

Talk.......

Ton........

Tonschiefer.....

Topas.......

Torf...... .

Traß, gemahlen . . .

Tuffstein......

Turmalin.....

Wachs.......

Weißmetall.....

0 io lO

oq_ t>- 00^ co^ CO^ O- IO r-T co cxT r-T of co oi“ osf ©“

h-*

2,7

1,8-2,6

2,8

3,52

0,6—0,8

IO k>-

7,1

Wismut, gegossen „ gediegen

Wolfram.... Zement, lose . .

„ erhärtet . Ziegel, gewöhnliche „ Klinker . .

05 05 H

oo oi oo

oo co

2,7—3,0

1.4- 2,2

1.5— 2,3

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

6,86

7,2

7,18

7,3

8,12

1,61.

B. Von flüssigen Körpern.

Äther

Alkohol

Benzin

Benzol

Bier

Eiweiß

Glyzerin

Kienöl

Kochsalzlauge

Milch

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Naphta Palmöl Petroleumäther „ 15 Petroleum Quecksilber Rüböl

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Nachdem wir vorstehend das Nötigste über das Messen und Wiegen, sowie über die Größenbestimmungen von Flächen und Körpern mitgeteilt haben, können wir nun dem Zeichnen und der Ausführung von Zeichnungen unsere Aufmerksamkeit 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 Konstruktionsregeln 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, muß er wissen, wie eine technische Zeichnung zustande kommt, und muß sich vor allen Dingen selbst darin üben, Gegenstände, wie sie ihm in der Praxis in die Hände kommen, aufzuzeichnen.

Wenn es nun 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 Nichtigkeit 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 erläuternd wirkt. Außerdem muß sie aber alle Einzelheiten und Angaben enthalten, die zur Ausführung des Gegenstandes nötig sind.

2.

THc Projektionen.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß nicht nur Laien, sondern auch angehende Maschinenbauer 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 nichk 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 ein, und weil man nun immer das körperliche Bild im Geiste vor Augen hat, fällt 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). Von diesen Raumgrößen sehen wir im körperlichen Bild meist alle drei, in der Planzeichnung aber stets nur zwei. Je nachdem man nun einen Gegenstand von einer bestimmten Seite ansieht, sieht man stets nur zwei seiner Raumgrößen. Da man 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 Mittellinien 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 unsymmetrischen 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- imb 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 Ansichten 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 Aufzeichnung 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, die im rechten Winkel so zueinander aufgestellt sind, daß die Fläche A und B die senkrecht stehende Rück- und Seitenwand der Grundfläche € bilden. Frei in dem von den drei Flächen gebildeten Raume schwebend sehen wir die körperliche Darstellung eines A kleinen Seiger« böckchens, dessen Gestalt jeder sofort aus derDar-stellung richtig erkennt. Will man nun dieses Böckchen flach gezeichnet dar- ' stellen, so werden, bei seiner symmetrischen Form, drei Ansichten (Aufriß, |>l --3=*

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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 znm Ausdruck komnit.

Die drei Augen AIII, BI, CII 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 Seitenwand 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, C 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

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 darstellenden 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. Eiinge einfache Beispiele werden genügen, diesen Vorgang der Projektion zu erklären.

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

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

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,

so hat man sich diese einzuprägen und zu merken:

. Ansicht von rechts steht links neben dem Aufriß,

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2.

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In Fig. 3 ist die perspektivische Ansicht eines Zylinders dargestellt, der analog dem in Fig. 1 dar--r'7^'J-gestellten Lagerböckchen in drei Ansichten — Aufriß, -p3|f Seitenansicht und Grundriß — nach den Regeln der Pro-11 ü ^^jektionslehre aufgezeichnet werden soll. Die Richtungen, in welchen diese 3 Ansichten zu nehmen sind, werden durch die Pfeile I, 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

Fig. 4.

in Aufriß und Seitenansicht als einfaches Rechteck, im Grundriß als Kreis, entsprechend dem Querschnitt des Zylinders. Beide Rechtecke int 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 zusammen, 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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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 ¹/₄ 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 ¹/₄ Kreise, durch welche die Hilfslinien aus dem Grund-riß 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 Begrenzungslinie 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 bekommen, 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, erhält 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 Teilanfichten 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 Grundrißebene X X 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

dem Sechseck links im 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 Schnitte.

Die Schnittzeichnungen spielen im 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 nur 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 Zylinder eine Ellipse, deren Hälfte gleich an die Schnittlinie konstruiert ist. Sie ist in folgender Weise gefunden worden:

Man zeichnet zunächst auf die Bild- x ebene XX den Aufriß des schräg durch- , schnittenen Zylinders, der mit seiner recht- l\ V \ Vrßsfy~-winkligen Grundfläche auf X X 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 Grundrißumfang 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 im Grundriß, mit den gleichen Ziffern 1—12, und konstruiert an den höchsten Schnittpunkt 6 im Aufriß einen */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 Hilsskreis (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.

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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 Schnittfläche die Form einer Ellipse. Legt man aber. wie in Fig. 7 dargestellt, einen Schnitt gleichlaufend zu seiner Konizität AB oder BC, |L so bildet die Schnittfläche in ihrer gebogenen Umfangslinie eine Parabel. Dieselbe wird durch Projektion in folgender Weise gefunden:

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Fig. 7.

~ 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 seiner Höhe nach in acht Teile zerlegen. Von den Teilpunkten an der Konizitätslinie A D 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 Parabelfläche, 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:

Es werden von den Teilpunkten 1—9 der Schnittfläche DE und senkrecht zu ihr Hilfslinien gezogen und in genügend weitem Abstand gleichlaufend p DE die Mittellinie R8 für die zu konstruierende Parabelfläche, welche die neun gezogenen Hilfslinien senkrecht durchschneidet. Nun haben wir durch 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 Bildebene X X, 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 Rohrkreuzung 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

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 _ i_ gebogene Kurve erscheint, die man ganz :    genau konstruieren kann, wenn man den

X— Umfang des runden Stutzens in acht ! bis zwölf gleiche Teile teilt, in Aufriß Zs _ und Grundriß die entsprechenden Hilfs-gy kreise und Hilfslinien in die Seiten--    6usicht zieht, wie wir das in früheren

____Bll |lll^w‘,Xf Beispielen gezeigt haben, und bietet auch

diese Aufgabe Gelegenheit, das bisher Gelernte durch eigene Kraft auszuführen.

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

den Ansichten der Projektionen nicht als Kurven, sondern als gerade Linien, wie das Beispiel Fig. 9 zeigt. Hier ist ein gewöhnlicher schmiedeeiserner Kreuznippel dargestellt, wie er bei ■ 'llj* schmiedeeisernen Rohrleitungen Hei* XJllil nerer Durchmesser vielfach gebraucht |^||i wird. Wir haben ihn mit Absicht über Eck auf die Bildebene XX ge-TXzsv stellt aufgezeichnet, weil man in dieser

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Stellung in der Seitenansicht ebenfalls die Durchdringungslinie zu sehen bekommt.

Fig. 9.

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 an 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 bk, äs, von denen aber die eine länger ist als die andere, während bei rechtwinkliger Kreuzung gleichweiter Rohre lFig. 9) beide Durchdringungslinien gleich lang find. 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 erhält man dann den richtigen Zuschnitt für dasselbe. Wir wollen als Beispiel für diese Arbeit den Mantel des Stutzens B in Fig. 10    |

abwickeln, der im aufgerollten Zustande die in Fig. 11 gezeichnete Figur bildet. Mau erhält    v; \ '■ X* |j|j .

dieselbe in folgender Weise:

Die Länge aa des Stutzenbleches erhält man, indem man den Durchmesser des Stutzens    j

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Wert n — 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 oben 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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Fig. 11.

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Bleches zuzugeben, desgleichen an der Ausschnittkante ein Streifen für den zu bördelnden Flansch, mit welchem 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 jedem, 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 Richtigkeit zu prüfen. Es nruß dann die erhaltene Summe das Hauptmaß ergeben. — Ich will nicht behaupten, daß es oft vorkonimt, 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 Meter-uiaß 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 tun: 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 allein ist die Richtschnur und nach ihm wird gearbeitet.

Modelle für Gußstücke müssen bekanntlich nach Schwindmaß (siehe unter Gießerei) gearbeitet 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 bearbeiteten 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 auffallend ein, die Teilmaße kleiner und so, daß ihre Gesamtheit mit dem Hauptmaß 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 Werkzeichnungen in natürlicher Größe darstellt, so ist dies bei ganz großen Teilen, wie Fundamentrahmen, Zylindern, Gestellen usw. oft nicht gut möglich, und muß dann die Zeichnung in einem bestimmten handlichen Größenverhältnisse dargestellt werden. Dementsprechend zeichnet man große Maschinenteile und Zusammenstellungszeichnungen für die Montage einer Maschine in ¹/₅ oder Vio der natürlichen Größe und sagt dann, die Zeichnung ist in einem Maßstab von 1 : 5 oder 1 : 10 dargestellt. In diesen verkleinerten Darstellungen von Zusammenstellungen einer Maschine werden die Teilmaße der Maschinenteile in der Regel nicht eingeschrieben, sondern nur die Baumaße, soweit sie zur Montage nötig sind. Man soll sich überhaupt bei der Anfertigung der Zeichnungen stets nur 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 darauf schreibt: „die rot bezeichneten Flächen sind für Bearbeitung um 3 mm zu verstärken."

Das Maß der Verstärkung richtet sich natürlich ganz nach dem betreffenden 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 häusigsten vorkommenden Materialien zu ersehen sind. Dieselben werden, soweit sie nicht aus reinen Farben direkt zu erhalten sind, aus zwei Farben gemischt nach folgender Aufstellnng:

Material

Farbe

Mischung

Gußeisen

Schmiedeeisen

Stahl

Kupfer

Rotguß

Messing

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

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 übergegangen, nicht mehr die bunten 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 tonnen.

Diese Blaupausen werden durch Lichtdruck sehr einfach hergestellt, indem, man die Pauszeichnung in einem Rahmen auf präpariertes Papier legt und dem Sonnenlicht aussetzt. Man erhält dann ein Negativbild der Pauszeichnung, aus 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 Materialtafel 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

Blei

Mauerwerk

Holz

Leder

Wasser

Stein

rein

verdünnt Schwarz Zinnober

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

Materialien=Tafel.

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Thüringer Kunstanstalt G. in. b. H., Gera-Unterm haus.

Tafel I.

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 Büchsenflansches 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 bkaucht 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.

Wie wir schon sagten, kann man die Skizzen auf verschiedene Art zeichnen; entweder nach Art der Projektionsmethode, wie vorstehend beschrieben, oder nach dem 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 auf Skizzen mit angewiesen ist, zur Aneignung zu empfehlen.

Das Zeichnen nach den Regeln der sogenannten Parallel-Perspektive ist nicht schwer zu erlernen, und sollen 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 tonet.' je eine diesen 3 Raumgrößen entspricht. In Fig. 12 sind diese drei Achsen oder Richtungen angegeben, nach denen die Simen der Zeichnung verlaufen müssen und zwischen welche sich die zu zeichnende Figur gruppiert. Für die Höhendimensionen 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 -s- 45 — 135". Alle drei 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 dem Auge immer verkürzt erscheint. Mithin müssen die Kanten, welche im Bild die Tiefe des Körpers wiedergeben, verkürzt erscheinen. Beim Zeichnen nach der Natur — also nach Augenmaß — kann man dieses Maß mit den Augen abschätzen, 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.

Fig- 13.

Verfahren wir nun im vorliegenden Falle nach dieser Regel und tragen a e == ¹/₃ a b 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 feinem zugehörigen Mittel-achsenkreuz in der betreffenden Ranmebene entwirft, in welche der Kreis oder das Vieleck gezeichnet werden soll.

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

ts-f

Fig. 14.

Wir gehen wieder von dem Achsenkreuz X, Y, Z aus und zeichnen zunächst in die Ebene XOY einen regelrechten Kreis 1, 2, 3, 4 mit feinem 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 ae und bd des Hilfsquadrates und die \ ihnen gleichgerichtete Mittelachse bis herab ans die Achse OY und ziehen von den drei Endpunkten gleichlaufend zu der Achse 0Z Hilfslinien in die Ebene ZOY. Die Achse 1—3 in der Ebene ZOY ziehen wir in beliebiger Entfernnng gleichlaufend zu 0 Y und tragen von ihr aus 1a — 1e — 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 ab de aus der Aufrißebene XOY.

3*

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.

-*-A\

Beim Sechseck, dessen Form im Maschinenbau auch sehr oft wiederkehrt, 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 dabei im Auge behalten, denn die Richtung der Hilfslinien muß immer diesen drei Achsrichtungen entsprechen. — Wir f\ 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

Al.

el-7’

Fig- 15.

gh 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 d a' d 1' = 1' a' == d 1 = */g 1 a ab. Dann ziehen wir gleichlaufend zu d c durch die Punkte 1' und a' die Mittel-bezw. Hilfslinien e' f' und a' b', welche beide die von d, 6, h, 5, c ausgezogenen schrägen Hilfslinien schneiden. Verbinden wir nun die Punkte 1' mit 6' 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. —

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 gewöhnt, denn von ihnen U- hat man beim Entwurf einer jeden perspektivischen Skizze :f auszugehen.

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

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 ---t- •    - Mutter zu bilden. Von den 4 Eckpunkten des Hilfs

w-

vierecks 1 2 3 4 zieht man h nun nach unten, der Höhe der 1    Mutter entsprechend (gleich-

e“

"    laufend zu Achse- X siehe

Fi«. 17.

Fig. 12) der Hilfslinien 3—5,

4—6, 2—7, 1—8 und ver-

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 findet, 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 größerem 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 Mitte 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 Bedingnngen 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 ansführt, 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 Kraftwirknng 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 zn 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-wegnngsändernng. 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 kann 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 seiner 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 Naumbegriffes 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, ite 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 kann die Bewegung auch noch beschleunigt oder verzögert sein, je nachdem 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 beispielsweise 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 m 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 di? Bestimmung des Geschwindigkeitswertes ist die Metersekunde, also der in der Sekunde zurückgelegte Weg in Metern, oder Stundenkilometer, also die in der Stunde zurückgelegte Wegstrecke in Kilometern.

Körper, di< sich um einen Punkt — gewöhnlich ihren Mittelpunkt — drehen, kühren eine Drehbewegung aus, sie rotieren und haben dementsprechend eine Umdrehungs- oder Rotationsgeschwindigkeit, die am Umfang des sich drehenden Körpers gemessen und 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 und 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 Messe« der Geschwindigkeit geschieht in der Praxis meist durch Beobachtung, indem man die zurückgelegte Wegstrecke mißt und die Zeit genau 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.....

ff

1,25 m 4,00 „ 7,00 „ 10,00 „ 20,00 „

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

ff ff

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 Räffel ffnden, 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 unk» grenzte 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 im 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 findet man, daß sie dieser Formveränderung 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, denn 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 betn Wasser und allen anderen Flüssigkeiten eigenen Adhäsionskraft.

Diese Erscheinung beruht nicht auf der Einwirkung des Luftdrucks, weil sie auch im 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 zweier 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.

3.

Oie Aggregatsuftände.

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 bestintmte 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 usw.) 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° 6 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 scho, 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 im Zustand der Sättigung stets einer bestimmten Temperatur entspricht. So ist z. B. die Spannung des Wasserdampfes bei 100° C gleich 1 Atmosphäre, bei 160° C 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 Mariotteschen Gesetz*) proportional der Verminderung ihres Volumens, und verhalten sich ungesättigte Dämpfe bis zu ihrem Sättigungspunkt wie Gase. Umgekehrt kann man aber auch sagen, daß Gase Dämpfe sind, die inbezug auf ihre Dichte noch sehr weit von km Sättigungspunkt entfernt find. Es besteht 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 im 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.

Befindet sich ein Körper im 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. Besindet 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 besindet 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 Motoren 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.

Nehmen wir an, eine Kraft sei mit 70 kg bezeichnet, so versteht man 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 Fortbewegung entgegenstellen, und um so größer muß dann auch die Kraft sein, welche nötig wird, um die Last fortzubewegen.

Wird eine Last auf schiefer Ebene bewegt, so ist die für die Aufwärtsbewegung 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 Schien/mgleisen 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 und in der gleichen Zeit erfordert. Will man derselben Masse die doppelte oder

XX

,-s

Fig. 18.

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

Wörde 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.

- Kaun 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 Pferde- ' stärken 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 vixr-fache 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, Schwungrad-explosionen und Hochwasserkatastrophen, wobei diese lebendige Kraft meist ungeheuere Verheerungen zur Folge hat.

Bezeichnen wir nun mit G 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.v.v

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 m, also ist

v ist aber —

3,14.5 . 50

60

P.S =

— 36 626 kgm — 488,3 HP.

4200.13,08²

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 entgegengesetzterRichtung.

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.

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.

Fig. 19.

Wenn aber beide Kräfte gleichzeitig auf A ein- #/ _ 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 den Größen A B und A C konstruiert. Man zieht also durch B eine Parallele zu A6 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.

man

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

AD = y AB² +AC² =

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 sie bei Angriff der Kräfte auch durch Rechnung finden, behält aber auch hier am besten die graphische Methode bei.

3-Eg. y80-80 + 120.

120 =

Fig- 20.

y20800 — 144 kg.

"'TV

j \

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 P₄ und P₂ durch das /

Parallelogramm Abcd die aus ihnen re-

/ V'

X''

Fig- 21.

Fig. 22.

alsdann in gleicher Weise ans den Kräften

sultierende Mittelkraft R P₈ und P₄ die aus ihnen resultierende R₂ mit dem Parallelogramm Aefg und hierauf aus den beiden resultierenden R₄ 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 R, der beiden Kräfte Px und P₈, dann aus R₈ und Pg die Resultierende R₈, aus R₈ und P₄ die Resultierende Rs, aus R₃ 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, P» größer als P,, so muß naturgemäß der Angriffspunkt der Resultierenden

hu,

hu

■VPs

hH

'rR

tu

Fig. 24.

Ng. 23.

R mehr in der Nähe von B, dem Angriffspunkt der größeren Kraft, zu suchen sein. Es müssen sich beide Kräfte das Gleichgewicht halten und muß deshalb P₁XAC = PSXCB 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 P₄ = 60 kg und P₈ = 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 A B = 140 cm.

Es verhält sich 60 : 150 = 6 : 15 = 2 : 5. Mithin AB: BC (umgekehrt wie die Kräfte) — 5:2 ober AB = */₇ von AB und OB — ²/, von

AB, also AC = ——= 100 cm; CB

Machen wir die Probe auf die Richtigkeit unserer Rechnung, so ist P,xAC=P₂xCB, also 60 x 100 = 150 x 40, gleich

6000

2 . 140

— 40 cm.

6000

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 R₄ zwischen Pa und P in gleicher Weise den Angriffspunkt S für R₂ zwischen P₃ und P₄ und endlich für die Hauptresultierende R den 2j Angriffspunkt T zwischen Rt und R.₂. Wie man nun aus zwei an einem Punkt angreifenden Kräften eineMittel-kraft sinden 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 AB Fig. 26 /kJB wirkt in der Richtung AG 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 AG = 1500 mm abträgt und durch C Parallele zu Px und P2 zieht, so daß man das Kräfteviereck ADCE erhält, und geben dann die in Millimetern gemessenen Seiten AD = Pj und AE = P₂ die Größe der beiden gesuchten Kräfte in Kilogramm an. Da aber das Kräfteviereck ein rechtwinkliges ist, so kann man die beiden

dann

I Tz

rjY,    ³

Jl-VooKc.

Fig. 26.

Fig- 25.

Ti

Kräfte auch durch Rechnung leicht bestimmen, wenn man den B A F kennt, den der Sparren mit der Oberfläche der Mauer bildet. Ist derselbe =45® oder ¹/₂ Rechter, so wird das Kräfteviereck A D C E ein Quadrat und P, = 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.    )r=

XTx

-tv.

<?

J.

it

Soll der Last Q das Gleichgewicht 1 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 Seiteukräfte umgekehrt Verhalten, wie die bekannten Abstände a und b, so ist:

7-

TCL

Fig. 27.

T X Q unb P

= t.q.

Ist nun Q = 250 kg; a = 75; b = 40 cm, so ist b = 115 cm und

40

?l = Il5 X 250 = 0,347 •250 = 86,75 75

P₂ = ^ 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 Seitenkräfle 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 Pt und P₂ wirkt. Hier hält die Kraft Q die beiden Seitenkräfte Pt 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 Px 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 P, und P₂ verhindert, eine Bewegung des Stabes AB zu bewirken.

TV

£//////////////'

Fig. 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 = PsxCB 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 Richtungslinien 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

" OJ . " _ ---

Fig- 29.

pv PSr P4 sind bestrebt, 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 P, X AC-f P, X AB = P$ X AD + P₄ X AE 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.

Zusaininengesehte 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:

kl.

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 drittel: 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

¥V

ersten Sekunde bis 4,90 m zweiten    „    von A bis p — 4 X 4,9 — 19,6 m

dritten    „    „ A „ q = 9 X 4,9 = 44,1 m.

Ug. 30.

Nach dem Parallelogramm der Kräfte kann man nun, wie Fig. 30 zeigt, die Flugbahn des Körpers konstruieren, indem man aus den Teilgrößen a, b, c usw. auf A B und o, p, q auf A C die entsprechenden Parallelogramme konstruiert. In den Schnittpunkten der Parallelen erhält man alsdann je einen Punkt D, E, F bis G 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.

Ein in A befindlicher Körper soll sich in Zentralbewegung befinden, d. h. er wird von einer Kraft P beständig nach dem Zentralpunkt 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 \j^ 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 0 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 45⁰ am größten sein; in Wirklichkeit ist dies aber bei einem Elevationswinkel von 35—37 ⁰ der Fall.

Zentralbewegung 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 um einen Mittelpunkt (Zentrum) bieten uns die Himmelskörper, welche alle Zentralbewegungen ausführen. Die Entstehung dieser Bewegungsart hat mau sich nach Fig. 31 wie folgt zu denken:

-c

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 Ae, also tangential, d. h. rechtwinkligzu cC, 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 c C 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 ki 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 6 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 entfliehen 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 G ist und die Geschwindigkeit v, während die Größe des Krümmungshalbmessers mit r bezeichnet wird, so ist die Zentrifugalkraft

— Zentrifugalkraft.

6 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 wichtige 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.

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:

:G

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

4a

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

Fig. 32.

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 AC, 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 : r u. Bezeichnet man nun AC, die Länge der schiefen Ebene, mit 1 und BC, ihre Neigungshöhe, mit h, so verhält sich

rs : ru = h : 1 und es ist die Kraft

P = QrXp

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.

Wäre beispielsweise die Neigung 1:1, also die Ebene ganz senkrecht, dann ist P = '/, 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 = ¹/₂ 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.

\

\x

—-Fig. 33.

Um den festen Punkt 0 schwingt ein Pendel OP. Wird es in die Lage OP gebracht und dann sich selbst überlassen, so fällt es, seiner Schwere folgend, in der senkrechten Richtung PT, 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 A Schwingung erhielt, über den Punkt 8 hinaus T nach der anderen Seite fort. Wenn keine Bewegungshemmnisse entgegenstanden, würde es in die Lage 0 Q 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 — 00 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 muß 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 m. 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

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

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.

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 beflndet 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.

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, C aus zur Mitte der ihnen gegenüberliegenden Seite zieht. Es ist also ^ .y AF = FC; CE = EB; BD = DA.

Fig. 34.

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

Man zerlegt erst nach Fig. 35a das Viereck ABDC in zwei Dreiecke ABC und CBD und bestimmt deren beide Schwerpunkte S₄ und S.₂ in bekannter Weise. Dann zerlegt man nach Fig. 35 b das Viereck nochmals in die beiden Dreiecke ABD und ABC und bestimmt wieder deren Schwerpunkte

J,

j?

>/C

Fig. 35 a.

Ng. 35 b.

Fig. 35 c.

Sg und S₄. Verbindet man nun in beiden Figuren S₄ mit S₂ und 8, 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. V. 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 Schwerpunkts-lage 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 Festigkeitswerte zu beziehen sind.

Bei allen prismatischen Körpern und beim Zylinder liegt der Schwerpunkt, wie schon gesagt, 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 9Jütte, 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 Bewegunzswiderstände.

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 häufigsten 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 Unisteuerungskulisse 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 sinden 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.

Ci

Die Reibung zwischen zwei Körpern ist um so größer, je rauher ihre Reibungsslächen 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 auseinander 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 daß 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 bestimmt 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 —

V;

TB

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 P₁₍ welches über die Rolle gelegt ist. Der Druck, welchen hier der Zapfen auf seine Lager ausübt, ist dann Q = P -|- und die Differenz zwischen P und Plf also P₁ — 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 P des Zapfens ist, so wird

Fig. 36.

R X r (P₁ — P) X a oder R — (Pt — P) X ~-

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 große- 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 Draht ach se erzielt, die wir unter dem Abschnitt Maschinenelemente noch eingehender besprechen werden.

Die Reibungskoefsizienten 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

Zustand

der

der

Reibungskoeffizient

der

Fasern

Oberflächen Ruhe I 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

4=

=tf

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 §ei'e 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

0,16

0,19

0,13

0,65

0,65

0,11

0,62

0,62

0,44

0,54

0,71

0,43

0,55

0,61

0,43

0,79

0,47

0,80

0,28

0,38

0,62

0,12

0,15

0,31

0,18

0,44

0,21

0,16

0,20

0,49

0,22

0,19

0,26

0,08

0,62

0,48

0,16

0,34

0,25

0,19

0,38

0,33

0,29

0,27

0,52

0,56

0,36

0,56

0,36

0,15

0,23

Der Reibungskoeffizient für Stahlzapfen in Bronzelagern beträgt bei guter Schmierung und sauberem Einschleisen 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 "/,. Zunehmender Flächendruck 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 dann 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 cm.

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 verwandelu.

Wenn nian 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 Krastailstrengung 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 Zapfenflüche 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.

b) 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

6»

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, ß z. B. Q, etwas zu, so würde die Rolle R infolge der Reibung, welche das Seil auf der Nolle erzeugt, sich in ihrem Zapfen zu drehen beginnen.

Fig- 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 Nolle 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 betn Seil eine senk-    —.

Jt

rechte Stellung zu geben. Ist nun das eine Seilende s durch ein Gewicht P belastet, das senkrecht nach unten 0r-A|-i^t 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 8 0 verhindert, sich genau lotrecht an der Rolle anzulegen, so daß es nicht die senkrechte Lage einnehmen kann.

TV

Fig. 38.

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

P X AT = Q X A0 ist.

Bei neuen Seilen nimmt man den Abstand 08 gleich ’/a des Seildurchmessers d; bei schon gebrauchten Seilen nur 0,33 bis 0,2 d.

Ist ferner der Halbmesser der Rolle — r, so würde

col Pu

QX (r+ 1 für

neue Seile und

r+f-

p==r+333d

X Q für gebrauchte Seile.

c) widerstand der Luft und des Wassers.

Wenn man die flache Hand senkrecht in das Wasser tancht 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 Bewegung 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 findet, 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 auf 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 int 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 Flugproblem 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 Luft 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 aus diesem Gebiet rechnen dürfen.

Da sich Luft und Wasser ziemlich gleich in ihreiu 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 va

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, int Wasser unter denselben Verhältnissen 52 kg.

Beispiel: Eine Fläche von 2,5 qm bewegt sich tritt 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

n 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 Potenzen.

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 fortzuschieben. 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 ansreicht.

Wenn wir heute eine Buchdruckschnellpresse, eine Papier- oder Spinnmaschine betrachten, so findet 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 mnß 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. —

Von der Arbeit.

Aus dem vorstehenden Fundamentalsatz wissen wir, daß die Maschine nur Arbeit leisten sann, 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 Sx 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 = Sx : S;

es stehen also die Kräfte im umgekehrten Verhältnis wie ihre Wege. Mil 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 dem 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 -s- 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, lnithin 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 Dampfhanlmer zu berechnen, der bei 800 kg Bärgewicht 120 Schläge in der Minute ausführt, bei 48 cm Hub 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

----1,38 PS.

768

-==-■ = 10,24 PS.

75

Kraft

Arbeit

in

Kilogramm

Geschwtndig- Leistung pro Sekunde in Meterkilogramm

keit in Metersekunden

Mensch

Pferd

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

o ist o o co ist

ist ^

CO

1—1 CO

(M H O ist O

cT r-T cT cT cT r-T o"

io

^ Ol

_o _G0 CO _CO «<I

"bi "o "o o bi bi "o

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 einet bewegten Masse, mit G in Kilogramm deren Gewicht, so ist die lebendige Arbeit A

a M . v² G v² G X v2 A = MX r-X 2=9ürx2 mt«'

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

G V² — v² 4000    14²— 8²    4000    132    .

"    — 9,81 X 2    — 9,81 X 2 — ^ 1,11 mkSf

die in 4 Sekunden abgegeben wurden. In 1 Sekunde mithin

26911    ^nr7 „E ,    .    6727,75    ™

—— 6727,75 mkg oder —^— — 89,70 PS.

to.

Die ksebel 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 Hebelstützpunktes. 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

Y6t

<--CI

die Kräfte wirken. Bei dem ungleicharmigen Hebel (Fig. 40II und 40III) sind die beiden Hebelarme ungleich und greift , die Kraft P, welche den —Widerstand tz überwinden soll, in der Regel an dem längeren Hebelarm an. Zum Unterschied von dem einarmigen Hebel ist der Fs zweiarmige dahin zu

_> charakterisieren, daß bei

!_j ihm die Kräfte auf ver-)J schiedenen 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,

Fig. 39.

iP

TQ

xx

CI

<x

et

jS

I.

M.

Fig. 40.

also AS = SB und P = Q.

Bei dem ungleicharmigen Doppelhebel tritt nur dann Gleichgewicht ein, wenn auf beiden Seiten des Stützpunktes 8 die Produkte aus den Längen des Hebelarms und der an ihnen wirkenden Kräfte gleich sind. Es müßte also in Fig. 40II 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 Hanptkrästen P und Q auch noch Zwischenkräfte P, und Qa 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

PXAG + P₁XBC = Q₁XCD + QXCE wird.

P X BS = Q X SC 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 Kraftrichtuugslinien von dem Stutzpunkte an beiden Hebelarmen gegenseitig gleich sind."

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

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

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 mau erst die richtigen Größen für das statische Moment konstruieren. Es wirken nämlich die Kräfte P und Q daun nicht an dem Hebelarm A 8 und D 8, sondern an der rechtwinkligen Projektion BS 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

C 2>

ip

iP,

Öt

Fig. 41.

''A

<a

Fig. 42.

„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 sehon 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

PXa + b = QXa und P = Q X

12 + 65

Die Werte des Beispiels in die Formel eingesetzt, erhält man ¹²    = 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 in ist, wirkt in Q eine Last von 5000 kg, die durch ein Gegengewicht P im Gleichgewicht gehalten werden soll; wie schwer nulß dann das Gegengewicht P sein?

Der Doppelhebel ist im Gleichgewicht, wenn

b.

Q X a = P X b ist; es ist also P

Die Werte eingesetzt, erhält man

= 1714 kg.

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 ß Hebel nicht in einer Linie liegen, sondern Winkel zusammen bilden, die rechte, spitze . oder stumpfe sein können. Zur Bestimmung der statischen Momente für die Winkelhebel hat man deshalb stets mit der senkrechten Projektion des Drehpunktes auf der Kraftrichtungslinie zu rechnen. Dementsprechend würde der Winkelhebel in Fig. 43 mit den an ihnen wirkenden Kräften P und Q im Gleichgewicht sein, wenn nicht

5000 X 1,2

3,5

ret ra

Fig- 43^

P X A S = Q X B 8 ist, sondern wenn P X SC = Q X 8D und es verhält sich alsdann P : Q = SD : SC (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 schassen 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

Fig. 44.

5 desselben — ß und greift dasselbe im Hebel-" schwerpunkt 8 an, so ist das statische Moment &'<- für das Eigengewicht des Hebels — ßxSC; mithin ist der Hebel mit den an ihm wirkenden Kräften im Gleichgewicht, wenn

PX AC + GXSC = 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 e — 0,8 in lang ist?

Nach der Formel zu Fig. 44 ist

QXb = Pxa+Gxc, also Q —

Die Werte des Beispiels eingesetzt ist

120 X 2,8 + 24 X 0,8

TP

Fig- 45.

P X a + G X c

fl v

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 in aufgehangen ist?

Zunächst ist die Länge c zu bestimmen. Sie ist gleich a + 1,3

<X

ra

Fig- 46.

a + b

c=~t--b' =

2,2 + 1,3

so ist c =

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

— 1,3 = 1,75 — 1,3 = 0,45 m,

P + Px ist nun = Q + G = 130 + 10 = 140 kg, mithin würde sein P, = 140 — P = (Q + G) — P oder

PX1 — 140 X b + 10 X (b + c). Die Werte eingesetzt, erhält man P x 3,5 = 140 X 1,3 + 10 X (1,3 + 0,45) oder p ₌ 140 X 1,3 + 10 X (1,3 + 0,45) ₌ 182 + 17,5

3,5

3,5

= 57 kg

und P, = 140 — P = 140 — 57 = 88 kg.

3. An einem Winkelhebel AGB (Fig. 47) greift bei A an dem Hebel AG und rechtwinklig zu ihm eine Kraft P an, welche die in B angreifende Last Q — 250 kg heben soll. Der Hebelarm C 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 P X Ä~C = G X CD + Q X CB;

Werte eingesetzt ist

Cf

JB

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

V Ist

cty

150,857 kg.

4. Es soll zu dem im Beispiel 3 dargestellten Winkelhebel der Zapfendruck berechnet werden, der auf dem Stutzzapfen des Drehpunktes C lastet.

2,1

2,1

Fig. 47.

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

P — 150,86 kg, als Horizontalkraft,

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

R^G + Q^ + P² oder R = j/"(G-f Q)²-f P².

Die Werte eingesetzt erhält man

R = j/292² + 150,86² = j/"108022,7396 = 328,6 kg.

Yd

'ra

Fig. 48.

u.

Rolle, Flaschenzüge unb lsaspel.

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.

Fig- 49.

Z/ZZZ/y/Z

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 6 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 im Gleichgewicht sein sollen. Da aber auch noch die Zapfenreibung und Seilsteisigkeit 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 XT⁴ nur die 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 r ß Reibung bei Triebwerken.

Die lose Nolle, auch Zugrolle genannt, ist nicht fest an einen Ort gebunden. Sie dreht sich um ihren Mittelpunkt und verändert ihren Ort mit der Last, die an ihr hängt (Fig. 50), TQ 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 s'₀J Hälfte der Last hängt also an dem BefestigungsPunkt 0 des Seilendes s, die andere Hälfte, die an dem Ende r ziehende r

Kraft P = ohne Berücksichtigung der noch vorhandenen

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

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 OB, P an dem Hebelarm AB, mithin ist

P XIß = Q X CB. unt» ba CB = V, AB ist, so ist PX2CB=QXCB unb

P = QC^B; 0 B hebt sich gegen CB, mithin bleibt ^ CB

2'

P —

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 im 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 V» bis Vio der Last, bei den Rollenverbindungen aber */, Q und mitunter auch mehr.

Die Roll er» Verbindungen.

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 Verbindunaen zwei Arten zu unterscheiden: Rollenzüge und Flaschenzüge.

a) Die Rollen- oder Potenzzüge.

J)

/C

vYy

In Fig. 52 ist ein aus einer festen Rolle D und drei losen Rollen A, B, C kombinierter Nollenzug 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. Datz — 8 P aber die Spannung in a die Last für die zweite

Die

^ lose Rolle B darstellt, so beträgt die Last für B — ^ und mithin die Spannung im Seilstück b —

vv

Last für Rolle C beträgt dann — und die Spannung

in c wieder die Hälfte von also Das ist die

Fig. 52.

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

P = oder Q = 8 P.

O

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

1.    Rolle A — Last = | Q = |

2.    Rolle B-ßaft = lx^Q = ! =

Q₌Q 8 2S

3.    KoOe C-2aft = |x|x|Q =

Q.₌ Q 16 2⁴

4.    Rolle--Last =4xix^rX^Q =

Es wächst mithin der Neilner des Bruches bei Vermehrung um eine lose Rolle stets nochnrals um eine Potenz, und ergibt sich hieraus für die Formel des Rollenzuges die Regel:

„Der Nenner von ^ besteht stets in der sovielten Potenz, als lpse Rollen im Nollenzug vorhanden sind."

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

P = £ mb Q = 2« X P.

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

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

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

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 3⁸=, 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,

bei n losen Rollen lauten diese Formeln

P^Aund Q = 3“XP.

DA-

soj

soj

soj

soj

'i

ZL

US

iS-j

[9

Am

Mg. 53.

he

[B

öj

WW

8tfl. 54.

J\B

o)

?■

fl'

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.

' 12=157’

Fig. 55.

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

6*

deshalb heute nicht mehr oder 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.

yy

b) Die Flaschenzüge.

yy

1    Bei dieser Art Rollenverbindungen sind tP

\-j> 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 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 Zugflasche 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 Q    a hieraus resultierend die Anzahl der

6    6    Rollen in gleicher oder ungleicher

76-6? Fig. 56.

(TI»

Zahl.

14

ta-jrj

Mg- 57.

yy

yy

(O

ö)

TdUöP

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 an dem freien Seilende mit der Kraft P, so nimmt das Seil in allen Stücken eine der Kraft P ent- s sprechende Spannung an, wenn man r die Bewegungswiderstände, die sonst / noch vorhanden sind, nicht in Betrach- fp 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 2X3 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

Q = 2 X 3- X P = 6 P unb P =

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

(o

(ö

ZCXJL-ZTX

VX7

Fig. 59.

Ö)

"7

' O I_ö)

HX

_Q__Q

2X3    6’

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 Zugflasche 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 = 5 P = (2 X 2 + 1) P ist, oder wenn wir für die Zahl der Rollen in der Zugflasche den Wert n in die Formel einsetzen

Q = (2 X n + 1) X P unb P =

2 X n ~t~ l'

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.

la Üb

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-oti    undSprossenrad gehört zu dieser

i*    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 Laufbewegungen 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 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 Laufspill 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

I    - X zweiarmigen Hebels.

/    Die Kräfte P und Q wirken an dem durch den Mittel-

/    Punkt 6 gelegten Hebel AGB mit dem Hebelarm AC für Q;

B C für P. Für den Gleichgewichtszustand ist also PX ^ 0 ?    = Q X AC und setzten wir für A6 — r und CB = 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."

Fig. 62.

TGl

Fig. 63.

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

IxeXQ.

d) Der Differential-Flaschenzug (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 »y» 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 6. 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 B und r die Halbmesser der beiden Rollen A und B, so erhält man für den Gleichgewichtszustand der Kräfte die Formel

!/.

i ’a

i.'

(I

(o) II

af

PXR+fXr=

col«0

Fig. 64.

und hieraus für

R—r

X Q unt) Q = X P-

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 von 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 Rolle mit */₂ zu multiplizieren, also ist

p = V* X V* X V* X V* X Q unt> Q = 16 P mithin

Q = 16 X ⁴⁰ = 640 kg.

Arbeit wird hierbei nicht gewonnen, denn die geleistete Arbeit — Kraft mal Weg oder 40 kg X 2,5 m = 100 mkg ist zum Heben der Last von 640 kg verbraucht worden, mithin ist 100 mkg — 640 X X Meter und der

100

— 0,156 m.

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

640

Weg der Last X —

Q = 2 X 3 P und P = ß, 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 x/ Q rr ..

R X 2' oIf° ^

2 R Xp 2 X 150 X 20    6000

R —r

150 — 110

40 = 150 k§-

12.

Oie schiefe Ebene und der Aeil.

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 C die Höhe und A B die Basis der schiefen Ebene.

Es wird zunächst zu untersuchen sein, unter welchen Bedingungen sich eine auf der schiefen Ebene ruhende Last int Gleichgewicht erhält, je js 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 Augenschein 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 dem Körper ausgeübten senkrechten Druck auf die schiefe Ebene darstellt. Es ist dann

BC

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

HD

|XQ-

Tg

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

t\

Wird nun die Kraft P₁ 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

Ta

Fig. 67.

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

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

Aus dem Kräfteviereck Orst erhalten wir nun für die Resultierende

P, und P

Os

P, : P = 0 s : 0 r mb Pt = X p-

ü r

Da nun aber nach betn Lehrsatz der rechtwinkligen Dreiecke die Winkel der Dreiecke 0 auch einander c

und AGB gleich sind, so sind die beiden ch. Man kann deshalb für 0 s und 0 r c ÄTC

uno A B einsetzen, so daß — == X P wird, und setzt man hierin wieder

A B

& 'S'

AG

BC

P — =0 X Qf so erhält man:

_AC BC

1 — ÄB x ÄC x v-

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

Pi=yXyXQ = yXQ,

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 gleich

gerichtet 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 = AB : ÄC;

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

}x Q.

Unter Berücksichtigung des Reibungskoeffizienten f und des Steigungsverhältnisses y der schiefen Ebene ist, wenn P gleichlaufend zur Ebene A C wirkt:

Zugkraft aufwärts P₁ = fXyXQ + yXQ abwärts P = f X y X Q ~'• y X Q-

1. GL

Je m

i rp

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 ,r    IeJ-.jA XX-A Ausführung und Wirkung gelangt.

a!Z- JlXig \y    Der Keil ist in seiner ursprünglichen

Form, wie ihn Fig. 68 zeigt, ein dreiseitiges Prisma. Führt man durch ihn

C/

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,

D C 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 auf die Keilseiten oder in horizontaler Richtung senkrecht zur Keilhöhe auf ihn einwirken.

±2_2

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, im 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 ur 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 ACB ähnlich, weil die Seiten der ersteren einzeln senkrecht auf den Seiten des letzteren stehen und bilden sie infolgedessen gleiche Winkel. Demnach hat man iss = A ß : AC und ist mithin auch P : Q = AB : AC, woraus sich ergibt:

p = f=XQ«nb9 = Hxr.

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

In Fig. 70 ist der zweite Fall angenommen, in dem die Kräfte Q senkrecht zur Keilhöhe DC auf die Seitenflächen einwirken. Auf Grund der voran-    V 4? j

gegangenen Betrachtung kann man nun sagen, es muß \b"’u t£_&i eine auf jede Seite des Keiles und zwar in senk-rechter Richtung einwirkende Kraft vorhanden sein, von

Q — = X P- um mit P selbst in das Gleichgewicht A B

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

Wenn man Q —    ’n zwei rechtwinklige Seitenkräfte p und Qt

zerlegt, wovon Qx = 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 ÄÜ

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

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

Q = = XQr

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

AB

rcXQ>

Setzt man in diese Formel den für Q gefundenen Wert ein, so ist p — A-5 v A 0 yn —    ■y' Q

P : Q, = 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.

*5.

Die 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, bd in Fig. 71).

Denkt man sich nun einen Zylindermantel mit einer auf ihm verzeichneten Schraubenlinie aufgewickelt, so sieht

XV

Fig. 71.

Ftg. 72.

man, daß der Schraubengang eine schiefe Ebene AGB (Fig. 72) darstellt, deren Länge AG bei einer Höhe BC 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    1

"HS.

Umdrehung der Spindel der Widerstand auf einem a 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 AC = R, so ist der Weg der Kraft, also der Umfang des Kreises vom Halbmesser R,

P = 2 R X Tr-

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 = 2R7rXQ = h- Hieraus erhält man

2 R X ⁷¹

Q = XXR

X Q und

für P —

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 Schraubenschiff 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.

Aus 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 Verbindungsmittel, 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)ye r-RX(2XrX^-fXh)X^

Man nimmt für den Reibungskoeffizienten bei metallenen Schrauben t — 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 Kerndurchmesser 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/g bis a/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.

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- ß kommendenfalls bei Hebelverbindungen, bie man zu konstruieren hat, Verwendung zu sinden.

EM

rt

So zeigt uns Fig. 74 die Kombination eines zweiarmigen Hebels AB n mit einem einarmigen DE, die in den Punkten C und E gelenkig unter-

stützt sind. Im Punkte 0 greift an den einarmigen Hebel D B 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

Mg. 75.

T'r

Fig- 76.

ihm muß Gleichgewicht 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 = P₁X®C ist und der Hebel ED dann, wenn PjXDE — Q X OE ist.

Multipliziert man nun diese beiden Gleichungen miteinander, so ist PXACXPiXDE = P.XBCXQXOE,

P₁ ist aber gleich und hebt sich infolgedessen auf beiden Seiten, so daß man erhält PX ACXDE = BCXQXOE unb e§ verhält sich

bcxoe

P:Q=zzBC=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.

acxde

XQ.

Ti

V////////.

T JO

W//////A

TP

Wenn nun P in A abwärts wirkt, so wirkt in B eine Kraft Pt aufwärts. Bei C hingegen 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 X AR = P, X RB ,    BC PjXBS =P₂xSC

..    .. CD „ P₂ X CT = Q X TD.

Werden nun diese drei Gleichungen wieder miteinander multipliziert, so ist P X AR X Pi X BS X Px X CT = Px X RB X P₂ X SC X Q X TD, wird nun auf beiden Seiten mit P* und P₂ dividiert, so ist

PXARxBSxCT = QxRBxSCXTD und RBXSCXTD ' arxbsxctAS!'

Es ergibt sich aus diesen beiden Beispielen die für Hebelverbindungen geltende Regel:

„Das Produkt aus 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 Kraft mit den abwechselnd aufeinanderfolgenden 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 Hebelverbindung (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

qXtdxcsxbr.

<c

jE>

Für den Gleichgewichtszustand ist alsdann:

und

PXARXBSX CT = QXTDXcsXBß

TD X SC X BB

arxbsxct 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 Durchbiegungs- und Streckvermögen des menschlichen Knies nachgebildet und kommt an den nach ihm benannten Kniehebelpressen mit Vorteil zur Anwendung. In Fig. 78 ist eine schematische

Darstellung dieses Hebels gegeben. Er besteht aus den einfachen Hebeln A B und BC, die in B beide miteinander gelenkig verbunden sind, 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 Platte 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 C B 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 Verlängerungslinie des Hebelarmes AB, so ist für den Gleichgewichtszustand des Systems:

P X CE = Q X DC unb e8 verhält sich P : Q tüte D C : C E.

Wenn man nun die Hebel AB und BC nach und nach immer mehr in eine gerade Linie zu bringen, also zu strecken sucht, 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 = SRuIItCE

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.

mmmm

A-

Nehmen wir bei dem in Fig. 79 skizzierten Fall an, daß die Kraft P int 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.

F\a

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 CB A streckt und der geraden Linie nähert, denn es müssen alsdann die Kraftlinien D E und E F mit den Hebellinien BD und BF zusammenfallen.

tö

Bei den im Buchbindereibetrieb Verwendung findenden Vergolde- und Prägepressen findet der Kniehebel sehr wirkungsvolle Verwendung. Mitunter sind auch

Zwei Kniehebel in der in Fig. 80 skizzierten Weise verbunden, Und können mit dieser Verbindung Drucke bis über 100 000 kg ausgeübt werden.

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 allen 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."

Da wir im Verlauf der weiteren Abhandlungen die Nutzanwendungen dieser mechanischen Elemente noch in reicher Zahl kennen lernen, so können

ct

•>r

A,

T0 Fig- 80.

Hat man aber nur durch irgendeine Verbindung mechanischer Elemente die'Bewegung zu vergrößern, wie das z. B. bei der Veränderung des Umsetzungsverhältnisses von der langsam gehenden Transmissionswelle auf eine schnell laufende Arbeitsmaschiiie 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 an Kraft, aber nie an Arbeit, an mechanischer Leistung gewinnen kann.

Festigkeitslehre.

ge-

Von den Praktikern glauben viele es gleichsam im Gefühl zu haben, wie stark man die einzelnen Abmessungen einer Konstruktion und ihrer Teile zu nehmen hat. Wenn man auch zugeben kann, daß langjährige praktische Erfahrung ein gewisses richtiges Gefühl für die Abmessung der Stärkenverhältnisse verleiht, so muß man es doch als grenzenlosen Leichtsinn bezeichnen, wenn ein Konstrukteur nach Gutdünken und ohne rechnerische Prüfung seine Stärkenverhältnisse wählt. Wenn man freilich mit den Regeln der Festigkeitslehre nicht auf gutem Fuße steht, dann bleibt oft schließlich nichts weiter übrig, als nach Gutdünken drauflos zu konstruieren, aber man kann sich auf diese Weise einmal einige Jahre Gefängnis verdienen, wenn infolge einer leichtsinnigen Konstruktion ein Unglücksfall eintritt und Menschenleben dabei opfert werden. —

Die Festigkeitslehre ist der Prüfstein für die Kunst des Ingenieurs und

7*

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 habeu will, der muß sich vor allen Dingen mit den Untersuchungen vertraut machen, die man anzustellen hat, um die Stärkenverhältnisse 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 Festigkeitslehre, 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 Widerstandsfähigkeit ist es, was wir unter Festigkeit verstehen, und diese ist, je nach der Art, wie die Kräfte auf den Körper wirken, sehr verschieden.

Die Hauptbeanspruchringen, denen die Konstruktionsteile 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 Verbindungselemente 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 Enden 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 anzunehmen, 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 sind 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, werden wir für jede Festigkeitsart noch untersuchen.

Man bedient sich nun in der Festigkeitslehre gewisser Fachansdrücke, 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 notig ihren Sinn zu erklären.

Die Wirkung, welche Kräfte auf einen Körper ausüben, wird auf seinen Querschnitt bezogen, den man seinem Flächeninhalt nach bestimmt, und legt man als Flächeneinheit den Quadratzentimeter (qcm) zugrunde. Auf die Flächeneinheit wird auch der auf die Ouerschnittssläche wirkende Druck oder die in ihr auftretende Spannung bezogen und bestimmt.

Man nennt den auf die Flächeneinheit wirkenden Druck Flücheudruck; 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 Formveränderung 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 Bruchmodul ist. Die Bruchkraft ist also in gewissen Fällen auch die zum Zerreißen, Zerknicken, Zerbrechen, Abscheren usw. eines Körpers nötige Kraft. Aus der Bruchkraft und Belastung, bezw. dem 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 sein, 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, wenn dieselbe die Grenze der theoretischen Tragkraft, die höher liegt, nicht übersteigt.

Reuleaux stellte als Regel auf, daß im Maschiuenbau eine zweifache Tragsicherheit den auf einen Maschinenteil einwirkenden Kräften gegenüber passend erscheint. — Man wird aber hier und da von diesem Maß nach oben oder unten abweichen müssen, doch , soll man einen Maschinenteil nie über die für ihn ermittelte theoretische Tragkraft hinaus belasten.

Die Lestigkeitskoeffirienten.

Zähigkeit des Materials — ^ oder ^ •

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:

Für Kupferdraht beträgt z. B. laut der Tabelle K — mithin ist seine Zähigkeit

42 und T — 12;

>-3\ W

42

— = 3,5.

* iS'

l«P L    *L T-s Ä 03

Material

Ausdehnung an der Elastizitätsgrenze

Druck

*L

0/0007

0/0008

0/0014

0,0015

0/00126

0,00025

Zug

<5

0,0007

0,0008

0,0014

0,0022

0/00075

0,00137

0,00055

0,00126

0,00027

0/001

0,00076

0/00135

0/00024

0/0021

0/00067

0/0026

0,00233

0/00176

0/00213

der Elastizitäts- und Festigfeitssoeffizienten verschiedener Materialien.

||

fl

8»

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Kilogramm pro qmm**)

Ruhende Bruchbelastung

Zulässige Beanspruchung

Schub

Ei

Sti

CO

20000 8000 20000:8000

215008600

215008600

21500 8600 10000 4000 9500 3800 7000 2800

11100 4400 11100 4400 12100 — 6400 2400

9870

9500 3562 500 187/5 700 262/5 4000 1500 6750 2531

985

1170    80

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*) Nach Bach, Maschinenelemente. — **) Außer denen in den beiden letzten Kolumnen bezeichnen die Zahlen,

vorzüglichem Guß können diese Werte bis zu Vs erhöht werden. — «) Wenn das Höherlegen der Elastizitätsgrenze »ulässig, können die Belastungen um etwa Vi wachsen.

2.

Zug- und Druckfestigkeit.

Wirkt 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.

In Fig. 81 sucht die Kraft P den an einem Ende befestigten Stab zu verlängern — auszudehnen. Man hat nun durch Versuche gefunden, daß die Zugfestigkeit eines Körpers nur von seinem Querschnitt abhängig ist und daß, je größer der Flächeninhalt des Querschnittes ist, desto größer auch seine Zugbelastung sein kann.

Angenommen es ist q der Querschnitt eines prismatischen Stabes und 8 die in ihm durch die Kraft P erzeugte Spannung, so ist seine Tragkraft bei der Spannung 8, ohne Rücksicht aus Fig. 81. sein eigenes Gewicht:

Tragkraft — Spannung X Querschnitt oder

P = S X q.

Für den Querschnitt ergibt sich hieraus die Formel:

Querschnitt —

oder

Tragkraft Spannung

q 8

und wenn der Stab runden Querschnitt hat, so ist sein Durchmesser

Beispiel: 1. Eine schmiedeeiserne Zugstange hat einen Zug von 5000 kg auszuhalten und soll die zulässige Spannung 5 kg nicht überschreiten, welchen Durchmesser muß die Zugstange erhalten?

Der Querschnitt ist q = ™ mithin ist

⁵⁽f = 1000 qmm oder nach der Formel für den Durchmesser berechnet ist,

1274 = 85,7 mm.

Dieser Durchmesser entspricht einem Flächeninhalt 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 = 7950 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 größer die Querschnitts-fläche q des Körpers und je kleiner die Druckkraft P ist.

P = S X q unb q =

Bezeichnet man nun mit 8 die zulässige Beanspruchung des Materials auf Druck, so ist:

wir haben also hier dieselben Formeln, welche auch für die Zugbeanspruchung gelten.

Sobald nun Beanspruchung auf Zug oder Druck eintritt, so erleidet der Körper eine Formveränderung. Sie zeigt sich bei Zug in einer Verlängerung, bei Druck in einer Verkürzung. Auch diese muß berücksichtigt werden, und sinden wir sie aus dem Produkt der Spannung 8 und der Länge des Stabes I, geteilt durch den Elastizitätsmodul E. Bezeichnen wir nun diese Verlängerung oder Verkürzung ihrer Größe nach X (Lambda — ein griechischer Buchstabe), so ist:

Beispiel: 3. Nehmen wir an, die in Beispiel 1 auf Seite 104 berechnete Stange sei bei der Montage 12 m lang gewesen, so beträgt ihre Verlängerung bei voller Belastung:

5 X 12000

20000

— 3 mm.

Hierbei ist der Wert für E — 20000 aus der vorstehenden Tabelle über die Festigkeitskoeffizienten (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 q 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.

3.

Schub- und Abscherungs-Festigkeit.

Wenn eine Kraft in der Ebene des Körper-Querschnittes wirkt, so wird derselbe auf Schub- oder Abscherfestigkeit 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 Pfeilrichtung wirkende Kraft P statt und zwar in

Wir nehmen nun für den Querschnitt des Niets wieder den Wert q

dem Querschnitt, welcher mit der Berührungsebene E der beiden Bleche übereinstimmt.

und für die in dem beanspruchten Körper herrschende Spannung den Wert 8, so hat man für die Tragkraft, wie vorher für die Zug- und Druckfestigkeit, wieder

p = s X q.

Fig. 82.

Die Elastizitätsgrenze wird erreicht wenn 8 = ⁴/₅ des kleineren der beiden Tragmodul des Materials wird, also für Schmiedeeisen T = T- = 15 ist

8 —    und für Gußeisen

mit T kleiner als T, — 7,5 ist

s = ^Äi = 6.

0

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 P (Querschnitt) und hieraus der

Querschnitt P =

Derselbe Wert P — 8 Xll findet auch dann Anwendung bei der Berechnung, wenn es sich um ein Abschneiden, Ausstößen, Durchlochen usw. handelt, 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.

Man 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 r—| 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 am 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);

I 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

Aus dieser Formel erhält man das statische Moment sämtlicher Faserspannungen, bezogen auf 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)(l 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 sxi

i Xa

Hierin bezeichnet 1 die Entfernung des gefährlichen Querschnittes vom Angriffspunkt der Kraft P als Hebelarm.

In den nachstehenden Tabellen sind die am häusigsten vorkommenden Belastungsarten für Biegungsfestigkeit 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 Mitte eine Einzellast P angreift.

8.    Fall: Derselbe Stab, wie in Fall 7, ist auf 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 Biegungsmoment, in der dritten die Formel für das Widerstandsmoment.

Art der Belastung

Äußeres Biegungsmoment

Widerstandsmoment

1.

PX1

w=PXl

K

FT

2.

2a.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

I*™!

T r? TT T »I T T T

Art der Belastung

M<Nj

^Ki

Mni

Mn

^|n

7-

■n

TFt

-4r

7.

->1

Ft

Mn»

ff

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Hn

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= ^ Ni

Mn

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NI

CH--

Äußeres Biegungs-Moment

Widerstandsmoment

PiXi

(p + t)>

PiXi

PX1

PiXi

12

3PX1

16

PiXi

w PiXi

w_P + PiXi

p

W = Xjl_

w-^Xi

8K

w-^<i

12 K

3PX1

16K

w-^XJ

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 einigerQuerschnittsformen.

Tabelle von einigen Werten J und W =

bh⁸

li

36

W = V„b h⁸

bh³

bh⁸

12

Jf- e —A

b⁴

b*

12

~scl-*1

— d⁴ = — r4 64    4

= 0,0491 d⁴

= 0,7854 r⁸

— d⁸ = — r8 32    4

= 0,0982 ds

----- 0,7854 r⁸

A(bh⁸-b₁h₁»-b₁h₃⁸j ^_ 1 (bh⁸—b₁h₁⁸ — b₂h₄⁸)

"Jv

W = -6

■?Ti'

U&.-*

J ⁼ 64 (D¹    d*)

n D⁴ — d⁴

32

(R⁴ — r⁴)

^(h»-V);W =

b h⁸ — h,"

bh⁸-j- bjhj

bh⁸-f

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12

; W = _

'    6h

> z> }<—

ds) = b⁸ (h — d) J

12I1? d‘+b(h

0,5891 h⁴ + (h⁸ — d⁸)b + (h — d) b⁸

6h

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Wmk i-

i<~3—K— 3-^i

^(bh⁸-^⁸)

1 (bh⁸— b₁h₁*)

K—3 —>1

y-2^

T»

ll

w=

ijbh'-b.h,*

4bhbjhj (h—hj)® bhs —bjh,⁸

5.

Knickfestigkeit.

Wenn ein prismatischer Stab auf Knick- oder Strebefestigkeit in Anspruch genommen wird, so hat man darunter eine Beanspruchung zu verstehen, die bestrebt ist, den Stab in der Richtung seiner Längsachse zusammenzudrücken. Es setzt sich diese Art der Beanspruchung gewissermaßen aus Druck- und Biegungswirkungen, die zu gleicher Zeit auftreten, zusammen, und muß sie daraufhin auch untersucht werden.

Wir bezeichnen nun bei den Säulen und Stützen, die stets auf Knickfestigkeit in Anspruch genommen werden, mit

F die Querschnittsfläche in qcm.

L oder 1 die freie Länge der Säule für L in m; für I in cm ausgedrückt.

T ist das kleinste Trägheitsmoment des Querschnittes, bezogen auf cm (siehe Tabelle Seite 103).

E ist die zulässige Druckbelastung des Materiales in Kilogramm pro Quadratzentimeter und ist zu nehmen mit

E = 750 für Gußeisen.

E — 75 für Holz.

P = FX

'    1 -f- an

n —    * und a für Gußeisen — 0,002

für Holz = 0,000 25.

Die Tragkraft einer Säule in bezug auf ihre Knickfestigkeit ist nun in Kilogrammen

= F X Ka und ist hierin

Findet man nun hierbei, daß für sehr schlanke, gußeiserne Säulen der Wert a X n größer als 3 ist, so nimmt man K = 375 und int Nenner für 1 -f- an alsdann an — 1.

Die zulässige Belastung Ko in Kilogramm pro Quadratzentimeter für Gußeisen und Holz beträgt nach Stühlen:

l:b

6    8    10    20    30    40    50    00    70    80

90    10

Q Querschnitt; voll int Durchmesser — b

I Gußeisen

II

III Holz

CD co (M H g

CD xh °

OS cs ^ CO c- Jg io co ¹⁰

330

219

31

00 CO . CS CO ^

i—I rH rH CS CD H

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OS xH CO W ^

O CO OS

N H

CO

voll □ oder |J Querschnitt mit der kleinsten Seite = b

1 Gußeisen

II

in

25 § g

CD xt ¹⁰

IO CO ^ CS CD CO 03 ⁰⁰

^ ⁰⁰ 03 IO IO 03 H ^

133

89

11

lO o ^ l> IO OS

cs co xji CO t>-

CD 00 H CM H ^

O CO N 03 1—1 co"

CO H O

rH rH cd*

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 I: 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:

LP

'rnrnm

MM

jj

iwm>.

mm

MM

Stabendes ist frei, Beide Stabenden B fest eingespannt, 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.

Zur Berechnung der Tragkraft P dienen folgende Formeln:

Beide Stabenden sind fest eingespannt.

E.I

7T².E.I

4 . 8 . I²

S.l²

S.l²

S.l»

Tragkraft und Gewicht runder gußeiserner Säulen bei öfacher Sicherheit.

wenn sie unten und oben mit der ihrem Querschnitt entsprechenden Ringfläche aufliegen.

mßerer

Wand-

dicke

Meter

gewicht

CM

L->

CJ»

x'

Länge der Säule in m

3/5 II 4,0    4,5 I 5,0 I 5,5 T 6,0 I 7,0

mm mm

kg

Tragkraft in Tonnen

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18

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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

- = 7p— macht.

ai    Ai

In dieser Formel ist a der größte Faserabstand auf der Zug-, a± der auf der Druckseite. T ist der Zugtragmodul und 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 find aber die Querschnitte am günstigsten, wenn at = 2 a wird, weil dann Tt = 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 und bei denen b und b, eilt beliebiges Verhältnis zueinander haben können (Fig. 84—86).

12 Z

-83-jJ

4-!

■12 3

X._._

__x

1-

' TT

-Wk-

ro"'

HS

->

9 Im

r-

.1.

Fig. 84.

'b'JMzm- -

T K-33-.1 Fig. 85.

____4L

Fig. 86.

Die Linie XY ist die neutrale Achse, auf welche die Widerstandsund Trägheitsmomente bezogen werden.

Wird bei diesen Querschnitten bt — b so ist

für Fig. 84. Fig. 85. Fig. 86.

das Trägheitsmoment der Querschnittsmodul Z = -L der Flächeninhalt

Greift eine biegende Kraft einen gußeisernen Träger abwechselnd in entgegengesetzter Richtung an, so ist auch für Gußeisen ein zweiachsig-

I = 278 b²; 440 b⁴; 992 b⁴;

34,8 b³;    55 b³; 102,4 b*;

F =    19 b²;    25 b²; 40,8 b².

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. Abflußröhren, 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 durchfließen. 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 Druckarten 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 auf die Mitteilung der diesbezüglichen Formeln beschränken, weil bereit Entwicklung böhere mathematische Kenntnisse voraussetzt.

In den folgenden Formeln bezeichnet R den äußeren und r den inneren Durchmesser des Rohres (in cm), K und K, 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

jsK¹ + 0£XP f * K¹ — 1,3 x p T

inneren Druck.

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 6 gilt die Formel ö = 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:

R -----

rV 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

<r = RX(p':'K).

8.

Torsions- oder Drehungsfeftigkeit.

Ti

Der in Fig. 87 skizzierte, an einem Ende fest eingespannte Stab wird an seinem anderen freien Ende durch eine Kraft P in Richtung der eingezeichneten Pfeile in Anspruch genommen, die bestrebt ist den Stab zu verdrehen. Er |||||||j| wird also auf Torsions- oder Drehungs-sestigkeit beansprucht, und zwar gilt dies zu- I \ j nächst für die geometrische Achse des Stabes, die in seinem Mittelpunkt liegt, sobald der f*™™

Fig. 87.

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 den Stab auf Verdrehung beanspruchende Kraft in kg;

R den Hebelarm, an dem die Kraft P wirkt, in m: 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 t,

für quadratische Querschnitte bei

PXr = 0,293 X a² X *

und für ringförmige Querschnitte

D⁴ — d⁴

P X r ⁼ 0,25 X ^ X ~ D~~'

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 fünfund sechsfacher Sicherheit zu rechnen. Wellen und Zapfen,. die besonders starken Stößen ausgesetzt sind, oder bei denen durch auf ihnen sitzende schwingende Massen die Inanspruchnahme auf Verdrehung ganz besonders zu befürchten steht, ist mit sieben- und achtfacher Sicherheit zu rechnen. Letzteres ist namentlich bei Schwungradwellen und Transmissionswellen der Fall, aus denen schwere Schwungräder, Riemen- und Seilscheiben montiert sind.

Wenn man nun in die Rechnung noch die entsprechenden Werte einführt, mtb 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

j/sxPXR=7,8 X |Asxn7^

und bei fünffacher Sicherheit, also bei 8 — 5,

= 13,3 X N:n.

d = 0,87

d = 1,5

y^pxR

Für Gußstahl-Wellen genügt die 0,8fache Stärke des für Schmiedeeisen nach dieser Formel ausgerechneten Wertes. Wenn man also;’für eine Schmiedeeisen-Welle z. B. d = 60 mm berechnet hat, so wird diese Welle aus Gußstahl mit 60 X 0,8 — 48 mm Durchmesser genügen.

Man kann nun den Wert P X R auch als das Drehmoment (Md) bezeichnen und in die Rechnung einführen, und ist dann für kreisförmigen Querschnitt

Md = ^Xd⁸Xtd,

für ringförmigen Querschnitt

,, , n x/ D⁴ — d⁴

M4 ~ 16 X D

X‘4

Hierin ist td die zulässige Spannung für ruhende Belastung in kg pro qcm für Drehung, und beträgt

für Schweißeisen — 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, deren 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 = 7 5 X N sekmkg, und die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe

msek,

60

T_²XRX7rXn

während die an ihrem Umfange wirkende Kraft

P = ⁷⁵ kg beträgt.

N

Hieraus bestimmt sich nun das Drehmoment mit Md = 716,2 X~, und die bekannten Werte hierin eingesetzt, ist

Md = 716,2 X

150

150

716,2 mkg — 71620 cmkg.

Für kreisförmigen Querschnitt ist nun

Md = j^XdsXtd — 71620 cmkg,

und hieraus

3041,2 = 14,5 cm.

2s71620 X16    \s 71620 X 16 »f

d—V TrXtd ~ * 3,1415 X 120 _ F

Der Wert td = 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

TT x/D⁴-d4 16A D

Wählt man für das Verhältnis der beiden Ringdurchmesser d: Di = 0,6, so ist d — 0,6 D, und es wird

Md — 71620 = ~X 10

— ⁷¹ v 16 A

= ^ x D³ x (1 - 0,1296) X 120 und

Xtd.

D⁴ — 0,6⁴ D⁴

Xtd

D⁴ X (1 — Q>6⁴)

Xtd

-V

3494 — 15,2 cm und

71620 X 16 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, bereit 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

PX^ cmkg = d mm —

279

516

881

1418

2156

3158

4476

6166

30

35

40

45

50

55

60

65

TT

0,1158

P)<(Rcmkg = d mm —

8294

0,1526

10929

0,1975

14145

0,2517

18027

0,3164

22661

0,3928

28132

0,4822

34535

0,5862

41984

70

75

80

85

90

95

100

105

PXRcmkg = d mm    —

0,7061

50571

0,8435

60411

1,0000

71620

1,1774

84325

1,3774

98640

1,6018 1,8526 114721132683

2,1318

152679

110

115

120

125

130

135

140

145

P)x(Rcmkg — d mm —

2,4414 2,7836 3,1605 174853199361226355

4,0278

288470

5,0625

362580

6,2847

450110

7,7160

552620

9,4789

671710

150

155

160

170

180

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?

N 40

^ ist f = lag = 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.

Zusaiirinengesetzte Festigkeit.

Es kommt im Maschinenbau nicht selten vor, daß auf einen Teil ein oder mehrere Kräfte so einwirken, daß gleichzeitig verschiedene Beanspruchungs-

arten 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 M d = P X r = 150 X 20 = 3000 cmkg.

Fig. 88.

Der Biegungsdruck, den die Welle auszuhalten hat, kann mit 3 P angenommen werden, wozu noch das Gewicht der Scheibe G — 120 kg kommt.

Es ist dann das Biegungsmoment Mb = (3P + G) X b = (450 + 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

W = |Xd^0,lX d*.

Ist nun für Schmiedeeisen K — 600 kg qcm, so wird

M = W X K = 0,1 X d⁸ X ⁶⁰⁰ = 34 093 mkg und

*-V

34 093

= 83 mm.

0,1 X 600

Da aber 83 mm eine ungangbare Eisenstärke ist, rundet man nach oben auf 85 mm Durchmesser ab.

Hydromechanik und Pneumatik.

i.

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 int Wässer 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, 6 bewegliche

Op

-Gr-

Fig- 89.

Kolben angeordnet, die sich leicht in den Stutzen hin und her bewegen lassen, dabei aber dicht % schließen. Wird nun 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 Stutzen 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 im 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 auf den Kolben A ausgeübt wird. Wäre

I    der Querschnitt der Kolben B und C

fl    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 den empfangenen Druck nach allen Richtungen hin gleichmäßig fortzupflanzen, durch einen kleineren Kolben auf einen viel größeren und die zwischen ihnen vorhandenen Wassermassen einen um sovielmal größeren Druck auszuüben, als die Querschnittsfläche des großen Kolbens größer ist als die des kleinen Kolbens. In Fig. 90 hat der Kolben A eine achtmal größere Querschnittsfläche 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.

■M1P

.IBS

I >*l

-*=

Fig. 90.

Diese eigenartige Erscheinung, daß sich der Druck im Wasser gleichmäßig nach allen Richtungen hin fortpflanzt, findet darin ihre Erklärung, daß die

Flüssigkeitsteilchen nur in einem losen Zusammenhang miteinander stehen. Infolge ihrer leichten Verschiebbarkeit muß sich jeder auf das Wasser im Gefäß ausgeübte Druck allen Wänden des Gefäßes in gleicher Stärke mitteilen.

-JL

Fig- 91.

Um nun die Druckverhältnisse des Wassers in Gefäßen näher kennen zu lernen, betrachten wir zunächst ein mit Wasser gefülltes Gefäß (Fig. 91),. dessen Wände parallel zueinander verlaufen, das also quadratischen, rechteckigen»oder kreisrunden Querschnitt -^^»iiiiiiih ■ 'ii!iiip2; 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 auf, 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 es hat wieder den Druck der beiden über ihr liegenden Schichten aufzunehmen uff., so daß sich der stärkste Druck auf den Boden des Gefäßes konzentriert.

Will man nun feststellen, welchen 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 ihm stehenden senkrechten Wassersäule es de zu tragen, während der Druck bet„a Wassermassen aec und bfd durch den Gegen-druck der Wassersäule es cd aufgehoben wird Hr in den Begrenzungslinien ec und fd.    1

Im umgekehrten Verhältnis, Fig. 93, ist das Gefäß nach unten konisch erweitert. Die Grundfläche c d ist also wesentlich größer als die Oberfläche ab und hat hier der Boden einen Druck einer Wassersäule auszuhalten von der Größe 's- * eedf. Die Wassersäule abgh drückt die un-    I

terste Schicht c d, wie der große Kolben in Fig. 90.    IM

Der in gh ausgeübte Druck wiederholt sich in J|--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.

UM

~uC\

Fig. 92.

ms

7>

X---

~Mä--^

Fig. 93.

Dre 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.

Würde z. B. ein Reservoir 2,5 m lang, 1,8 m breit und 1,6 m hoch sein, so faßt es 2,5 X X — 7,2 cbm Wasser im Gewicht von 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 Brettstück, 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 es 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 = V X s kg.

Diese Auftriebskraft A wirkt also dem Körper entgegen. Ist nun das Produkt aus V X s größer als das Gewicht G des Körpers, dann schwimmt der Körper auf dem Wasser. Ist V X s gleich G, 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 G, 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 Seitenwand lastenden Seitendruck betrachten und machen wir ad — de,    /-—

Fig. 94.

so stellt ed den Seitendruck int 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:

und da ab — od

I von A ab c ==

ab X cb

ab²

Betrachtet man nun unter den gleichen Voraussetzungen an 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 Wandstäche 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

AEXAD

<?

k⁵-

Fig- 95-

Seitendruck —

X AB

und da AE = AD ist, so ist der

A D²

Seitendruck — AB X —g—•

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 Seitendrucks vereinigt, liegt in */, der Höhe vom Boden abstehend, und nennt man diesen Punkt den Druck-mittelpunkt. 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 bett unteren Partien zu verstärken.

Druckhöhe — 4—1,6 — 2,4 m.

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

Wenn nun der auf 1 qm lastende Druck mit 1000 kg in Rechnung gebracht wird, so ist der auf 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 un^ dann das neue Volumen V¹

V¹ = Y —

20 000 X V-

Beispiel: Ein zylindrischer Kessel von 1500 mm Durchmesser bei 6000 mm Länge und mithin einem Inhalt von 10 602 I. Der Kessel ist auf 6 atm konzessioniert und soll auf 11 atm Wasserdruck geprüft, also abgedrückt werden, und sind mithin

10 602 X

— 5,83 1 Wasser mehr

11

20 000

als 10 602 1 in den Kessel zu bringen. Durch die Drucksteigerung von Rull auf 11 atm dehnen sich aber auch die Kesselbleche aus, und der Kessel erfährt eine räumliche Vergrößerung. Wenn nun der Kesselinhalt beim gewöhnlichen Luftdruck V — 10 602 1 ist, dann ist die Raumvergrößerung 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 + 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 Gleichgewichtswasserspiegel) stets ein und dasselbe Niveau."

Die Anwendung des Wasserdruckes bei den hydraulischen Pressen, Hebezeugen, 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, welcher für die Konstruktion der Wasserräder und Turbinen von Bedeutung ist.

2.

Die Bewegung des Wassers.

a) Der Ausfluß des Wassers aus Gefäßen.

Wenn Wasser einem Gefäß entfließt, so treten hierbei manche Erscheinungen auf, die im 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.

Befindet 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 = FXv

Da nun aber die Geschwindigkeit des ausfließenden Wassers umso größer ist, je höher das Wasser int Gefäß steht, nach der Formel

V = i/rix7xh,

wäre g die Fallbeschleunigung = 9,81 m und h die Höhe des Wasserstandes (gemessen bis in die Mitte der Ausflußöffnung), so wäre ohne jede sonstige Einwirkung die ausfließende Wassermenge pro Sekunde

M = FX f/2XgXh-

In Wirklichkeit beträgt aber die Ausflußmenge nur ®/₁₀ der theoretischen, also

M = 0,6 X F j/Txixh.

hl

Es sind mithin Widerstände vorhanden, die es bewirken, daß weniger Wasser ausfließt, als theoretisch ausfließen müßte. Dieser Widerstand ist in e der Kontraktion oder Zusammenziehung zu suchen, welche der Strahl an der Ausflußöffnung erfährt und lv die eine Folgeerscheinung des seitlichen Zuströmens und Zusammendrängens des Wassers an der Ausflußöffnung IpX ist, wie Fig. 96 zeigt.

XV    Durch Versuche und Beobachtungen ist festgestellt

Fig- 96.

worden daß die Zusammenziehung des Strahles ungefähr gleich der halben Mündungsweite ist, in einer gewissen Entfernung von der Ausflußöffnung. Bei gewöhnlicher Druckhöhe 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 Mündungsweite sind, so daß bei sehr kleinen Werten dieser beiden Größen der Ausflußkoeffizient bis über 0,7 steigen kann, während er bei sehr großen Abmessungen für die Druckhöhe und den Mündungsquerschnitt auf 0,58 heruntergeht.

o,6 X X g X '

Aus der Formel M = 0,6 X F X j/~2 X g X h findet man noch die Ausflußöffnung F —

die Druckhöhe h =

M²

0,62² X F² X 2 g

Rückdruck des ausflieszenden 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 = wirkende Druck P gleich sein der Fläche mal der Höhe h, also P = f X h- Dieser Druck wird durch die

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Werkstatt =Zeichnung (farbig)

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Thüringer Kunstanstalt G. in. b. H., Gera-Untermhaus.

Tafel II.

gegenüberliegende gleichgroße Fläche cd aufgehoben, weil der Druck auf sie in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Würde man nun bei cd eine Aus-

flußösfnung genau der Fläche f entsprechend schaffen, so ^---p

=B

-a

strömt das Wasser unter dem Druck der Wassersäule h aus, der auf cd lastende Druck P fällt also aus, während der auf a b lastende Seitendruck bestehen bleibt, so daß die Gefäßwände einem einseitigen Drucke ausgesetzt sind, der eine dem ausströmenden Wasser entgegengesetzte Richtung hat.

Fig. 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 = K2xgXh und ist hieraus

v²

2 g'

Setzen wir diese Werte in die Formel für R ein, dann ist

R = 2xfXh = 2xfX^- = fX-

2g    g

Es ist von Bedeutung, das Auftreten des Rückdruckes, 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 auffängt 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 __ tTi Überfall-Abfluß (Fig. 98), den ein rechtwinkliger Ausschnitt aus einer dünnen Wand an ihrer oberen flPj—~

Kante bildet.

Fig. 98.

Bei dem Überfällen (AC) ist die Höhe der Ausflußöffnung 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 Ausflußkoeffizient 0,413, wenn an drei Seiten Kontraktion stattfindet. Sind

M = 0,42XFX^ 2XgXk

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:    _

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 8, höher als die Oberkante des Überfalls B, und hat

St

Fig. 99.

man sich in diesem Falle die Durch-| flnßöffnung als aus zwei Teilen be-— stehend zu denken. Der obere Teil ■r^-~ A C bildet einen vollständigen Überfall, dessen Punkt man durch Rückverlängerung des Unterwasserspiegels S4 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 BC dagegen ist als Ausflußöffnung von der Breite des Überfalles zu betrachten, die sich in der Wand AB 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 Bächen zu finden sind, wo man dem 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

s = lXt

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

Wir haben bisher angenommen, daß das Wasser vermöge seiner eigenen Schwere ansströmt, daß also seine Oberfläche keinen Drnck erhält, als nur den der auf ihr lastenden Luftsäule. Der Luftdruck steht aber auch dem aus-fließenden Wasser in gleicher Stärke entgegen unb 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.

Na. loo.

Drückt der Kolben nur durch sein Eigengewicht, und hat er den Querschnitt des Gefäßes, so vertritt sei» 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 Ansflußöffnung befindet.

Beispiele: 1. Ein Wasserbehälter mit ständigem Wasserzusluß und konstant bleibender Druckhöhe läßt aus einem Loch von 100 mm Durchmesser Wasser entströmen, und liegt das Mittel der kreisrunden Ausflußöffnung 600 mm unter dem Wasserspiegel; wieviel Wasser fließt in einer Stnnde ab?

Die in einer Sekunde abfließende Wassermenge beträgt

"ist-- ₄

M — 0,6 X X V 2 X g X h d² X n _ 1,0 X 1,0 X 3,14

— 0,785 qdm — 0,00785 qm;

h ist — 0,6 m; g = 9,81 m, mithin

M — 0,6 X 0,00785 X V 2 X 9,81 X~P = 0,00471 X V 11,772 — 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 Wasserzusluß, und liegt die Ausflußöffnung 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 F X /2XgXh und

= 0,0086 qm.

_ __0,005__ _    0,005

~~ 0,946 X V 2 X 9,81 X 2 ~ 0,946 X 6,18 Hieraus berechnet sich der Durchmesser der Ausflußöffnung

= 0,104 m = 104 mm.

, _ 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 XFX ^2X100^

= 0,42 X b X h X V2 X g X h und ist dann

die Breite b =

0,42XhX^2XgXh

= 1,49 m.

h__ 0,700    __0,700

b = 0,42 X 0,4 X V 2 X 9,81 X 0,4 _ 0,470

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

Die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Wasser in künstlichen und 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 m. In Fig. 101 ist für die Wasserspiegelstrecke BC das Gefälle gleich dem vertikalen Abstand AB

BL

Fig. 101.

der beiden Punkte C und B, die im Wasser-üs?*- spiegel liegen. Bezeichnet man das Gefälle AB M mit H und mit v die Geschwindigkeit des fließenden Wassers, so ist

v = 1^2XgXH.

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 h die Widerstandshöhe ist. Man versteht

V²

unter ihr den Teil des Gefälles, welcher bei der Überwindung der Widerstände verloren geht.

Ist nun die wirkliche Geschwindigkeit

v = V'2 XsX H - li, so ist die

Widerstandshöhe h = H —

2Xg*

Mit der Länge der Leitung und der Größe des vom Wasser berührten Umfanges des Gerinnes wächst die Größe des Neibungswiderstandes, 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 Durchfluß-

widerstand 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 werben, zu messen.

Die Widerstandshöhe berechnet sich dann aus der Formel

aXLXpXl!

gXF •

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 gefundenen gleich, so ist

aXLXPXv* h g X F

Hieraus gewinnt man die Formel für die Geschwindigkeit mit

v²

2g⁻

2 X g X H X F 2X»XLXp + F‘ Den Wert a setzt man im Mittel mit 0,0034 in die Formel ein und erhält dann die Ausflußgeschwindigkeit des Wassers aus den Röhren, wenn, wie aus Fig. 102 zu ersehen ist, die Druckhöhe H bis zur Mitte der Ausflußöffnung gemessen wird.

Es ist dann

m- io3.

2 X g X H X F

2 X 0,0034 X L X P + F

j/gXHXd

und für kreisrunde Röhren

v = 8,57

* L + 36 d '

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

— ^ d X v> demnach ist

M = 6,7Xd'x/^wr

und derselbe Wert für lange Leitungen M =

6,7 X d² X t/gX^Xd-

Für das Leitungsgefälle H erhält man hieraus die Formel

_ MäXL

45 X g X d⁵

und für den Durchmesser der Leitungsröhren im Lichten

a = j/

M²Xl 45 X g X

Abbiegungen sind in Leitungen nicht zu vermeiden. 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

M = 6,7

In diese Formel sind die Werte einzusetzen mit

g = 9,81; H = 3,0 m; d = 0,07 und L = 45, also ist

6,7 X 0,07« X /°kXä°X0M

= 0,0067 cbm = 6,7 L

= 0,03283

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 + 36d)

45XgXd '

9,81 m, d =

hierin ist einzusetzen M mit ^ — 0,053; L = 80 m, g = 0,1 m. Dann ist

0,033® X (80 + 36 X 0,1) 45X9,81X0,1

0,091

— , ,Tr — 0,0206 m.

4,415

Die Bewegung des Wassers in Flüssen und Kanälen ist meist eine gleichförmige. Ist nun das Gefälle eines Fluß- oder Kanalbettes 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 = a ^ — ^5 Vund hieraus ist

gXF

T 1/SXHXF

~r *XlXp'

Bei Anwendung dieser Formel ist a = 0,0038 zu nehmen, und erhält man die Geschwindigkeit des Wassers in Flüssen und Kanälen mit

|/~SXHXF

= 16,3

T._l/gX HXF

v 0,0038 X^Xp

für die Wassermenge pro Sekunde

M = 16,3XFx/£^^Z,

und für das Gefälle

LXpXM»

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

N = 16,3XFX/^X? "

Es ist hierin zu setzen:

F = 36 X 3,5 = 126 qm; x = 36 -fl 2 X 3,5 = 43 rn; g = 9,81 m; L = 500 m; H = 0,3 m.

Diese Werte eingesetzt, erhält man:

M = 16,3 X 126 ]/ 0'b^O^X126 = 2690 5 cbm ^ro Sekunde.

In der Minute fließen also durch den Fluß

2690,5 X 60 = 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 = 3,14 X r* X>,

wenn v die Geschwindigkeit und der Wert 3,14 X r* 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 Druckhöhe erforderlich, die dann verbraucht wird, um der Wassermenge Q die Geschwindigkeit v zu geben.

Bezeichnet man nun die Druckhöhe mit h", so ist dieselbe

V²

h- = i,5Xö^;

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

Wassermengen und Gefällverluste bei Wasserleitungen.

Gß 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

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<n*©"c<f cT-^TcT i#" cT ©*cT icT ©~ ©** ©“ ©" cT t>* cT ocT ©“ vh cTth i-T

Lichter Rohrdurchmesser in Millimetern

300

250

200

175

150

125

100

80

70

60

50

40

v —

Meter in der Sekunde

OHt»ÖJCOHONOON>öMiO(NO\OHt»stO(»M91 0®^(Nt<*rj((NHN»OHOOriOJCOHNHiö(NH(Nrt (MHtHCÖOhOJNtHCO^OOXOO^OOOCD^NINCOCO HH>OHOJ(Nci5 01QOCO(N^50^0»stCO«OCOOO^HTj(T)*

v v ^    v ^ V^^V'saKtw^v^k.v«. v K V

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ö ja &J3 c?js <yxi Ga &j:i SL SL ö’ii cy2= <SL ci

0,50

0,60

Oi'o

0,80

06'0

1,00

1,10

1,20

1,26

1,60

1,76

oo's

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 -f- 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 beim 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 Laien 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 Luft-erschütterungen 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 Röhren-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 auf 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 */$/ Vs oder l/ntel 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 Expansivkräste ein und derselben Luft- .ober Dampfmenge stehen int 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 Erwärmung 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 = Y X (1 + 0,00367 X 1), bei 2° C = V + 0,00367 X 2 Y---Y X (1-j- 0,00367 X 2) uff., bei n» C = V + 0,00367 XnXv = vX(! + 0,00367 X «)• Haben nun die Luftmengen V' und Y" die Temperaturen V und t",

so ist

Y' = Y X (1 + 0,00367 X ich,

V" = V X (1 + 0,00367 X t"X oder auch, da die Temperaturerhöhung von t' auf t" — t"—t' ist, V" = V X (1 + 0,00367 X st"—ich).

Es verhält sich nun

Y': Y" = Y X (1 + 0,00367 X *') =v X (1 + 0,00367 X t") oder Y':Y"= 1 + 0,00367 X V: 1 + 0,00367 X *" und hieraus

1 + 0,00367 X t"

1 + 0,00367 X t'

V" = Y'X

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' = Y': Y = Y X (1 + 0,00367 X ich : Y und demnach

<P =__d—

1 + 0,00367 X V

XV.

Desgleichen ist auch

d': d" = V" : Y' = 1 + 0,00367 Xt":l + 0,00367 X

und es wird

d" =

d' X (1 + 0,00367 X ich

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

Y'

= VX (1 + 0,00367 XtOX ^r'

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 Y" für die Temperatur t" bei p" Spannung bestimmen, so braucht man nur den der Spannung p für die Temperatur t' entsprechenden Volumenwert

V' = V X (1 + 0,00367 X ich mit -p- zu multiplizieren

und erhält alsdann

V"

= V X (1 + 0,00367 X t") x£,

und es verhält sich

V': V" = (1 + 0,00367 X t') X p": (1 + 0,00367 X t") X p' und d': d" --(1-4 0,00367 X t") X p': (1 + 0,00367 X V) X p".

Aus diesen Gleichungen erhalten wir für

Y X*(l + 0,00367 X t'Q X p'

(1 + 0,00367 X t') X p" d' X (1 + 0,00367 X tQ X p"

(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 Y' = 0,76953 X (1 + 0,00367 X *0 Kubikmeter und

d' = l + 0*OT867Xf

Hat nun die Luft von der Temperatur t‘ eine Spannung p', die nicht gleich der mittleren Spannung von 76 cm Quecksilbersäule ist, so ist

= 0,76953 X(1 + 0,00367 X t') X ^

1,2995    p

1 + 0,00367 Xt' A 0,76'

In dieser Formel ist der Wert für p' ebenfalls in Metern, 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" =

d" =

V'

und für

und

= 0,76953 X (1.+ 0,00367 X *0 X “7^

1,2995    p'

1 + 0,00367 X*'A 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:

und

P" =

_ 945,135 X (1 + 0,00367 X *")

P"

und

0,00106 X P"

1 + 0,00367 X t"‘

Der Wert für p" ist in diesen Formeln in SDMimetem 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 in, demnach ist

V" = 0,76953 X C¹ + 0,00367 X 60) X

d" =

0,76

— 0,310 cbm.

2,28

2. Ein Rezipient von 5 m Länge und 1,5 m Durchmesser soll mit gepreßter Luft gefüllt werden, die bei 3 atm Spannung 20" Wärme hat, wie groß ist ihre Dichte?

Der 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 m _    1,2995    jV_

1 + 0,00367 X*'A 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 -f 0,00367 X t")

V" =

P"

Die Werte eingesetzt, erhält man

945,135 X (1 -f 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 usw.

jr

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 Flüssigkeitssäule geringer ist tFig. 103).

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 II-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), bannt 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.

Ir

Ti

jl

::

/A.

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 gerader 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 ^ chemischen Industrie Verwendung sinden. 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

der Luftverdünnung oder des Vakuums, die man auch als Unterdrück zum Unterschied von Überdruck bezeichnet. Letzterer Ausdruck bezeichnet die Zahl des Atmosphäreudruckes 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 Gasmenge annehmen müssen, daß sie in Bewegung wie die Flüssigkeit

V²

lebendige Kraft oder Arbeit A = M X -77 enthält, die nutzbar gemacht werden kann, wenn die Gasmenge zur Ruhe kommt. Der Druck h, welcher bei der

V²

Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck entsteht, ist gleich p -f-    .

“ §

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 hinten 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 = f2XiX^

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

8    0,00129

Alsdann ist t = /2><iX> = V2 X 9,81 X 0,1395 = 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 nämlicb

139,5 mm — 0,1395 m Luftsäule.

luftverdünnte Räume entstehen, hat die Außenluft immer das Bestreben, sic 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 Anwendungsformen dieses Prinzips. Die bekannteste und älteste ist unstreitig der Heber. Er besteht in seiner einfachsten Form aus einem gebogenen Rohr R (Fig. 105).

Steckt man dessen kurzen Schenkel in ein hochstehendes Gefäß mit Wasser A, und

saugt durch das untere Rohrende mit |-

Fig- 105.

dem Munde die Luft heraus, so tritt unter der Wirkung des auf dem Wasser- -SB spiegel im Gefäß 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 0 aus, bis A entleert ist.

Im technischen Sinne versteht man unter einem Heber eine Rohrleitung, mittels welcher Wasser über kleine Anhöhen gefördert werden kann, wenn deren Saughöhe h den Abstand von 6—9 m nicht überschreitet. Theoretisch müßte auch noch eine Saughöhe von 10 in zu überwinden sein, weil eine Wassersäule von 10,033 m Höhe dem Drucke der atmosphärischen Luft 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 in, und hat man oft schon bei 9 m Saughöhe nicht den gewünschten Erfolg. An dem saugenden Ende der Leitung wird ein Saugkorb mit Rückschlagventil angebracht und 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, und 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

ein Treibrohr Rj 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 Geivicht so bemessen, daß es durch den auf ihm

-R

A,

\Tt

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 Windkesselluft ausgeglichen ist. Gleichzeitig ist aber auch die Wassergeschwindigkeit im Treibrohr R, 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 Stoßvewil 8 muß öfter erneuert werden, weil es sich durch die kräftigen Stöße ziemlich bald an den Dich'ungsslächen stark abnutzt.

Wenn nun q das pro Minute zu hebende Wasserquantum bedeutet, Q die Menge des dein Widder in einer Minute zufließenden Treibwassers in Litern, h den Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel im Reservoir A und dem Sitz des Stoßventils 8 und Ir, 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 Erfahrungswerte E festgestellt, die bei der Berechnung der Widderleistungen mit zu benutzen und aus der folgenden Aufstellung zu ersehen sind.

h, + h

i I A i¹? iV Tir 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 0,3210,27 0,23 0,18 j0,12 X = 10,42j0,26 0,18 0,14 0,11 0,08 0,07 0,06 ();Oö|oz04 0,0310,02,0,015 0,012 0,008|0,005

Beispiel: Ein Bach liefert in 1 Minute 250 Liter Wasser bei 3 m Gefälle und 20 m Förderhöhe; wie groß ist das geförderte Wasserquantum X?

Es ist also h = 3 m und h, — 20 m, mithin ^ ^ ^

»nd E nach der Tabelle — 0,56 und x — 0,07. Nun ist aber x —

23~7,7r0t¥

und q — Qxx = 250 X 0,07. q — 17,5 Liter pro Minute.

Die Länge der Treibleitung L bestimmt sich aus der Formel L —

hi -J- 0,3 X 4¹' fiir unser Beispiel ist also

⁽)s)

L = 20 + 0,3 X y = 20 -f 2,00 = 22 m.

Die Rohrweite D für die Treibleitung findet man aus der Formel

U = 2,0

x./4-*x/

250

- — — 40,4 cm,

60

die Steigleitung

= 17,8 cm.

d = 3,3x/^= 3,3

Die Sang- und Druckpumpe. Die saugende Wirkung des luftvcr-dünnlen Raumes kommt auch bei der Saug- und Druckpumpe zur Anwendung.

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 Säugventil i eingebaut. Der Kolben 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 Brunnen ruhende Luftdruck das Wasser im Saugrohr hoch, das Säugventil i öffnet sich und der Pumpenstiefel füllt sich infolge seiner Luftleere mit Wasser.

72.

[•]

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-i

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js

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Mg. 107.

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 ihm 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 Luftverdünnung 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 Dampfstrahlpnnipen oder Jn-jektcure. Ihre Einrichtung ist, wie wir noch sehen werden, eine wesentlich andere. Hier wird die Luftverdünnung und (siehe unter Armaturen) durch sie die Sangwirkung 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 Schranbenspindel und Kurbel verstellbar gemacht. Durch die Querschnittsverkleinerung 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 Brückenbanten, 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 Flugtechnik, 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 Wärmeerscheinnngen gewissen wellenförmigen Bewegungen der kleinsten Körperteilchen (Atome) §u, und Newton teilte diese Ansicht insofern, als er für glühende Stoffe, die in der Gluthitze außer der Wärme auch noch Licht ausstrahlen, denselben Grund 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, Wärme 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 u. a. angesprochen werden müssen.

Die Wärme teilt sich von einem Körper dem 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 Flammen übergeht. Man hat also gleichzeitig mit den Lichtstrahlen die Wärmestrahlen 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 seinen: Prinzip auf der Eigenschaft der Körper, sich durch Erhöhung ihrer Temperatur auszudehnen und bei der Abnahme derselben sich zusammenzuziehen. Diese Eigenschaft ist dem Quecksilber in hohen: 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 Rsaumur (sprich Reomür); bei wissenschaftlichen und technischen Untersuchungen wird immer nach der lOO teiligen Skala von Celsius gerechnet, und alle Angaben von Wärmegraden, die in unseren Ausführungen vorkommen, sind nach dieser Skala berechnet.

2. „

>. 100 ..

3. „

Der Siedepunkt liegt nach Reaumur bei 80 bei Celsius bei 100° und bei Fahrenheit bei 212 °, der Gefrierpunkt bei Maumur und Celsius bei 0 °, bei Fahrenheit bei + 32 °. Der Nullpunkt liegt also bei letzterer Skala 32 o unter dem Gefrierpunkt. Für uns hat die Fahrenheitsche Skala keine Bedeutung; sie ist in England und Amerika allgemein im Gebrauch.

Die Grade über dem Nullpunkt bezeichnet man als Wärmegrade, die unter dem Nullpunkt als Kältegrade, bezw. mit + (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

—= 25⁰ 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 der Wärmegrade nach Reaumur, Celsius und Fahrenheit.

—    22 — 20 — 18 — 16

—    14

—    12 — 10

—    10 - 7,5

2    — 2,5

+ 2    + 2,5

+ 4    +5

— 0,5 + 5 + 9,5 + 14 + 13,5 + 23 + 27,5 + 32 + 36,5 + 41

+++++++++++++++++++

00 Ol

WOC03)^MOC005^HOQ005|iWO

+++++++++++++++++++

iß

b by ly ly ly by by by cy

+++++++++++++++++++

xß    iß    iß    iß^ iß_ iß^ iß^ iß^ iß^ »ß^

+++++++++++++++++++

OOOOStfr-bSOOOCt^tOOOOO^UlOOOO^

+++++++++++++++++++

Ot£>eOtOS0OOOOGOOO~l«^l~3.<lCiOOaClOtO' O o* t>3 O O’ O Qx O -O O' __t>S O U'

'ox 'b*    "o* ly "b*    'b* by by

+ 131 + 135,5 + 140 + 144,5 + 149 + 153,5 + 158 + 162,5 + 167 + 171,5 + 176 + 180,5 + 185 + 189,5 + 194 + 198/ + 203 + 207,f + 212

Zur Messung der niederen Temperaturen dient außer dem Quecksilberthermometer 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 ben. 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, dehnl 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 Längeuwert 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 Wärmezunayme von

0° auf 100° C.

Blei

— 0,002848 = */

= 0,001820 = »/.„ ..

8 >1

der Länge

Bronze

Eichenholz — 0,00 0 7 46 — ¹/₁₃₄₀ „ Eisendraht = 0,001440 = '/

Glas

694

Kupfer Messing Platin Silber

Gold

1161

G82

930

- 0,001719 = V».,

= 0,001868 = ’/₅₃₆ „ = 0,000884 = */.

= 0,001909 = -/ Stabeisen = 0,001235 = */'

Stahl

1131

524

812

=* 0,001240 --    '/

Tannenholz — 0,000352 — ¹j == 0,003108 = '/ = 0,002175 = ¹I

807

2841

Zink Zinn

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 Glas = 0,000024.

322

400

Bei Gasen und Flüssigkeiten läßt sich die Ausdehnung direkt durch den Versuch bestimmen. Sie ist bei Flüssigkeiten von bereit Temperatur abhängig und nur bei Quecksilber immer gleichmäßig gleich I/Boe der Länge; bei Gasen beträgt sie ¹/i7S 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 Zusammenziehnng 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.

Schwindmatze der gegossenen Metalle.

Metall

Zu-

säumten»

ziehung

1 m

im Schwind-maß ist gleich

Metall

Zu-

sammen-

ziehung

im Schwindmaß 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 besindet, 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 Temperaturdifferenzen bei höheren Temperaturen größer ist. Besonders merkwürdig ist das Verhalten des Wassers bei Temperaturschwankungen. Es verhält sich

Blei

Bronze

Feinkorn eisen

Glockenmetall

Gußeisen

Kanonengut

«2

V«

*/72

'/

Oft

V« 6

Vm

1,0092 m 1,0063 „ 1,0072 „ 1,0065 „ 1,0096 „ 1,0134 ..

«5

7 72

V 64

280

112

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 Zusammenziehung nimmt zu bis zu einer . Temperatur des Wassers von -j- 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° C ungefähr s/₈ des ursprünglichen Volumens (Rauminhaltes), und ist diese Eigenschaft festgelegt in dem Gay-Lussacschen Gesetz.

Viele feste Körper gehen bei der Erwärmung aus dem festen in den flüssigen Zustand über, sie schmelzen. Die Temperaturgrenze, bei welcher der Übergang aus dem festen in den flüssigen Zustand stattfindet, 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

Eis

Kadmium

Kalium

Kiesel

Kieselsäure

Kobalt

Kochsalz

Kupfer

320

58—63

1200

2000

1500

2000

1050

Stoff

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Stofs

Schmelzpunkt in Graden Celsius

Magnesium Mangan Natrium Nickel Phosphor Platin

Schmiedeeisen Schwefel

Der Schmelzpunkt von Legierungen liegt nieist tiefer als die Schmelzpunkte der Metalle, aus denen sich die Legierung 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 dem 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 Schnellst 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 Kcsseldampfes schmelzen. Diese Pfropfen werden in Alarmapparate an 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 Alarmpfeife 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:

500—750

1400

90-96

1450

44

1775-2500

1600

108

Schwefelblei

Silber

Stahl

Talg

Wachs

Wismut

Zink

Zinn

190

1000

1400-1300

40

68

246—270

360—415

210—240

Tabelle der Anlauffarben des Stahles.

Metallegierung

Temperatur

Anlauffarbe des Stables

2 Teile Blei, 1 Teil Zinn „    4    Teile    „

„    1    Teil

„    2    Teile    „

reines Blei

strohgelb

dunkelgelb

purpurrot

violett

dunkelblau

225° C 237° „

250» ..

262« „

330» „

Will man nun kleine Stahl- oder Eisenteile in einer der fünf Farben anlaufen lassen, so stellt man sich ein schmelzslüssiges 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 färbende» 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.

525» C. 700« „ 850» „ 950» „ 1100° „ 1300» „ 1500» „

Im Dunkeln rotglühend Dunkelrot......

Kirschrot......

Hellrotglut.....

Gelbglut......

Weißglut......

Blendendweißglut. . .

Schmelzpunkte leicht schmelzender Legierungen.

Grade C

Gewichtsteile

Zinn

Blei

Wismut

Cadmium

79

96

124

145

155

lO QQ H r—I r—I r—I

00

Gewichtsteile

Zinn und 0 Blei

Schmelzpunkt Grade 6 330

rH rH

(Kl t—I

00 rH

IO rH

t-H <M

i—I CO

t-H CD

rH O

189 169 171 180 186 191 194 211 227 250 259 267 270

230

Wir haben gesehen, daß das geschmolzene Metall bei einer ganz bestimmten 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 bent festen in den dauernd flüssigen Zustand übergeführt werden.

Alan 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 bent 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 int 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 Wärme 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 toix 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

li

in der nachstehenden Tabelle einige Siedepunkte angegeben, bei einem Barometer stände 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

Stoff

Siedepunkt

in

Graden C.

Graden C.

Alkohol

Äther

Benzol

Chlor

Chloroform

Cyan

Kohlensäure

Phosphor

+ 78 -(- 35 + 81

—    40

+ ⁶¹

—    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 bestimmen, 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 Dampf 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 flndet 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 flndet auch sehr bald eine innige Berührung zwischen ihr und den 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 int 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 spezistschen 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 Verdlmstung ebenfalls Wärme verbraucht, welche der Flüssigkeit und der Luft entzogen wird. Deshalb findet bei schneller Verdunstung eine Temperaturerniedriguug 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 itach, 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.

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

n*

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 Wasscrdunst 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 Wasserdunstcs 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 den 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 Atmosphärendrucke gleichkommt.

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Siedepunkte des Wassers bei verschiedenen Spannungen für Temperaturen unter 100° C zu ersehen:

Temperatur Grade C

Spannung

mm

Temperatur Grade C

Spannung

mm

Temperatur Grade C

Spannung

mm

— 30

0,4

+ 15

12,7

+ 60

— 25

0,6

20

17,4

65

— 20

—    15

—    10

0,9

1,4

2,1

3,1

4,5

25

30

35

40

45

23,6

31,6

41,8

54,9

71,4

70

75

80

85

90

+ 5 + 10

6,5

9.2

50

55

92,0

117,5

95

100

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

Atm.

Temperatur Grade C

Spannung

Atm.

Temperatur Grade C

Spannung

Atm.

Temperatur Grade C

1,00

1,25

100,0

106,4

3,5

4,0

1,50

111,7

4,5

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

3,00

116.4

120,6

124.4

127.8

131.8

133.9

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 annähernd. Wenn z. B. 1 Liter Wasser von 0° mit 1 Liter Wasser von 60° gemischt wird, so hat das Gemisch eine Wärme von 35° C, also mehr als das Mittel; und die Wassermenge von 1 Liter mit 60® C hat genügt, um den Liter von 0° auf 35® zu erwärmen.

Beim Vermischen von Flüssigkeiten verschiedener Art sinkt die Temperatur des Gemisches unter den mittleren Wert herab. Wen» 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® C abgeben müssen, um das Wasser von 0° auf 24° 0 zu erwärmen. Umgekehrt würde aber nur 0,4 der Wärmemenge nötig sein, um die gleiche Menge Terpentin von 0 ® Temperatur auf 24⁰ C zu erwärmen. Es sind also mit-

Tabelle über die Eigenschaften gesättigter Wasserdänchfe (nach Fliegner).

Dampfspannung p

Verdampfungswärme — r

.T2-".r>r>r 2-,⁰,⁰,.⁰..⁰    kg pro a crn

o* os to h* ooawo o* ^ Os to «-*

Tempe-

ratur

Flüsflg-

keits-

mm

Queck

silbersäule

(Grade

Celsius)

wärme (Kalor. pro 1 kg)

Innere    Äußere

latente    latente

Wärme    Wärme

(Kalor.pro (Kalor.pro 1 kg) 1 kg)

Differenz der spez. Volumina v. Dampf (s) u. Wassers) pro kg in cbm u = s — <r

Dichte y ----Gewicht eines Kubikmeter Dampf in kg

ist

tO

oo «T o of

vO iO    tst^    lO

oo'hhn of CO CO*" ^ ist

▼H    V—*    tH tH vH    V—<

73,55

147,10

220,65

294,20

367,76

441,31

514,86

588,41

661,96

735,51

809,06

882,61

956,16

1029.7

1103.3

1176.8

1250.4

1323.9

1397.5 1471,0

1838.8

2206.5

2574.3 2942,0

3309.8

3677.6

4045.3 4413,0

4780.8

5148.6

5516.3

5884.1

6251.8

6619.6

6987.4

7355.1

7722.9

8090.6

8458.4

8826.1

9193.9

9561.6

9929.4 10297,1 11032,7

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

1,0341

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

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

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 mau also die Temperatur von p kg Wasser von 0° auf 1° 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 Wärinemenge entzogen werden, um seine Temperatur um 1 ⁰ 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" 0 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

Äther

Alkohol

Aluminiuin

Antimon

Atm. Luft

Blei

Chlor

Eis

Eisen

Gold

Jod

Kobalt

Kohlensäure

Kupfer

Magnesillm

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

Wasserdaiypf

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 der 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 Fort-pffanzung 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 werde«, 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 Apparate, in denen Flüssigkeiten verdampft oder gekocht werden sollen, aus möglichst dünnem Metallblcch herstellen, welches von den Feuergasen bestrichen wird 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 Leitungsfähigkeit 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 Niedersckilag

aus diesen Mineralien, welcher oft sehr fest am Blech haftet 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 Verdampfungseffekt zu erzielen. Man sagt dann, der Kessel muß forziert werden, aber, wie sich aus dem Gesagten von selbst ergibt, ist dies technisch ein unverzeihlicher Fehler, denn die erste Pflicht des Konstrukteurs ist, am Rohmaterial zu sparen und zwar vor allen Dingen dann, wenn eine unnütze Verschwendung eines Rohmaterialcs — 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 auf den Außenflächen das Wärmeleilungsvermögen 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 Mctallstab 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 Wärmestrahlungsempsindung 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 Fortpflauzung 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-thermischeu Säule (siehe Elektrotechnik) und einem Galvanometer, dessen Drahtenden mit den Polen der Säule verbunden sind. Um die Wärmestrahlen vollständig aufnehmen zu können, sind zwei Gegenflächen der thermo-elektrischen Säule, in denen sich die Lötstellen befinden, mit Ruß geschwärzt. Die Wärme-strahlen 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 Wärmestrahlungs-vermögen ist sehr ungleich und hängt stets von der Beschaffenheit der Körper-flächen 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 Wärmeausstrahlungs-vermögen, 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 findet 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 einein 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 Neslexionsvermögen wächst mit der Abnahme der Wärmeaufnahmefähigkeit der Körper. Die Summe.ber absorbierten und reflektierten Wärmestrahlen muß der Gesamtheit der auftreffenden Strahlen gleich sein, wenn der Körper für Wärmestrahlen 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 Wärinestrahlen die Linse durchdrängen und sie ebenfalls im Brennpunkte mit sammelte.

Undurchsichtige Körper, welche die Licht- uud Wärmestrahlen nicht durchlassen, also zurückwerfen, nicht absorbieren, nennt man atherman, zum Unterschied von denen, die sich den Würmestrahlen 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 Regen 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 aus, während die Atmosphäre, welche 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 Lust direkt über dem flachen Erdboden im Tal und Flachland heiß und drückend erscheint, während 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 Lusigürtel, 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 ge-wissenr 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

Wasserstoffgas Sumpfgas . ,

die Verbrennung als Wärme frei wird, zu neuer Arbeit im Dienste der fortgeschrittenen 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 Stoffe die in der Aufstellung angegebenen Wärmeeinheiten frei:

38808 Wärmeeinheiten 13108 7 678 6850

5747    „    .

2431 2307 3054 5150

Kohle . . . ,

Alkohol . . .

Phosphor . ,

Kohlenoxydgas Schwefel. .

Wassergas .

Leuchtgas . .

Aus dem absoluten Heizeffekt oder der Berbrennungswärme 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 cv c₂, cs die Gewichtsmeugen der entstandenen Verbrennungsprodukte, einschließlich solcher, welche an dem chemischen Vorgang der Verbrennung unbeteiligt sind, mit Wv W₂, VV₃ . . . die spezifischen Wärmen der Verbrennungsprodukte, mit Ej 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 mau für die Eudtemperatur die Formel:

,    E₂_

² WJXc₁+VV₂Xc₂ + W₃Xc₃...

+ tr

Bei gewissen Vorgängen, z. B. bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff zu Kohlensäure, wird Et — 0. Verbrennt aber z. B. Wasserstoff für sich allein oder in Verbindung mit gasförmigem Wasser, so behält letzteres einen gewissen Energieinhalt, die sogenannte Verdainpfungswärme zurück, welche ebenfalls nicht außer Betracht gelassen werden darf.

Die Wärmemessung bei metallurgischen Prozessen erfolgt mittels Pyro-meter. Metall- und Graphit-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 aus 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 ganzen 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 bestimmen. Dieselben werden im Chem. Laboratoriuiu der Tonindustrie zu Berlin hergestellt und haben die Gestalt einer abgestumpften dreiseitigen Pyramide von 60 mm Höhe. An der Art der Form-veränderung des Kegels erkennt man die Höhe der erreichten Temperatur, und aus der nachfolgenden Tabelle sind die Nummern der Segerkegel und ihre Abstufung in Graden C zu ersehen, bei welcher der Kegel schmilzt.

Nr. der Seger-Kegel

Temperatur ca. Grade C

Nr. der Seger-Kegel

Temperatur 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

02

1110

20

1530

Es kann aber auch vorkommen, daß man eine hohe Temperatur messen möchte und hat nicht gleich ein Pyrometer oder einen passenden Segerkegel zur Hand. Alsdann hilft man sich in folgender Weise:

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 ge--schmolzen.

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 Nietall, welche höchste Temperatur in dem Fuchs während 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 höher, aber niedriger als die Schmelztemperatur des Zinks, welches unverändert geblieben ist. Im Mittel würde dann die gemessene Temperatur betragen, da Blei bei 326°, Zink aber bei 412° C schmilzt:

Mitteltemperatur

= 369° C.

326 + 412

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

450    W.-E.

400—450    ..

Ofen...................

Leichtflüssige Hochofenschlacke desgleichen......

Mangan-und Eisensilikate aus dem Martinofen brauchen

410—415

zum Schmelzen.........'......

Bi- und Trisilikatschlacke beim Kupferschmelzen schmilzt

bei

405—410

355

Mehrbasische Bisilikatschlacke braucht zum Schmelzen

enthält aber beim Austritt aus dem Ofen..... 380—400

Eisenfrisch- und Bleiofenschlacke bedarf zum Schmelzen

320—330

275—300

mit über 30°/o Si 0₉.....

ohne Fe 0 und unter 30°/, Si 0,

Freiberger Bleischlacke aus Pilzschen Ofen braucht

295    W.-E.

Schmelzwärme................

336

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

283

Kalksteine beim Brennen zum Austreiben der Kohlensäure Ziegel brauchen zum Brennen...........

Wir können das Kapitel der Wärmelehre nicht zum Abschluß bringe», ohne des Mannes zu gedenken, der als Begründer der mechanischen Wärmetheorie anzusehen ist und dem sein Forschen zum Wöhle und Segen aller Kulturvölker mit schnödem Undank, Mißgunst und Neid seitens einer Gelehrtenkaste 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 seinen: Ruhmesschild dadurch auszuwetzen, daß er der endlich auch von ihm als richtig erkannten Mayerscheu 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 Venenblutes auf die Gesetze brachte, mit beiten 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 Ausnahme des Sauerstoffes aus der eingeatmeten Luft gereinigt (desoxydiert) und hierdurch wieder zu Arterienblut 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 Klimate», 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 = X A oder A = 424 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 dem Arbeitsverbrauch entsprechende Menge Wärme erzeugt. Umgekehrt 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 Arbeitsquelle. 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 % 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 -er Pyrometergrade nach Wedgewood, der Thermometergrade nach Celsius und der Glühfarben des Eisens.

Pyrometergrade nach Wedgewood

Thermometergrade | nach Celsius

Glühfarben des Eisens

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 Lust bezw. Sauerstoff — (0) bei Verbrennung

verschiedener Brennstoffe.

1 kg erfordert 1 cbm erfordert

cbm

Luft 0 Luft 0 Luft 0 Luft 0

kg

kg

cbm

Kohlenstoff. . Kohlenoxyd . Wasserstoff. . Methan CH₄ . Äthylen C,H₄

CO O 00 O) o oo^ ^ c^ i—T o" icT ccT cvT

3,09

12,38

18,56

co I

co

CD

C— IO

co

cT xtT

OD    M    ,    p    ,

O    O    Öl

o    o    o

Tabelle über die absoluten (I) und -yrometrischen Heizeffekte 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

6860

2400

Holz (mit 20 °/₀ Wasser) .

„ (bei 120° getrocknet) Holzkohle.......

2750

3600

7750

1900

2500

2100

Steinkohle

6600

2590

7700

2680

3600

2190

Braunkohle...........

Methan (zu Kohlensäure und Wassergas)

Acetylen (......

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

Viertes Kapitel.

Die Elektrhilätslehre.

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, unv voch 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

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 Sonnen-wärme 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 Wärme-strahlen 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.

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 mutmaßlich auf eine Bewegung des Äthers zurückzuführen ist, welcher den Weltenraum und alle in ihm vorhandenen Körper und Wesen erfüllt und durchdringt.

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 Elektrizitätslehre selbst übergehen.

Reibungs-Llektrisität.

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 tverden 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 (+) 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 man 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 im 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 Siegellackstange 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 nicht 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 abgeflossen, also nicht m:hr 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 im Reibzeug nachweisbar angesammelt. Dieser Vorgang läßt sich bei jeder Elektrizitätserzeugung nachweisen, und aus 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 auch bei den Magneten, und 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 auch 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 auch 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 empfänglich 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 Oberfläche 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 im 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 dadurch 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 Elektrizsiätsarten scheiden, indem im reibenden und geriebenen Stoff 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

Flanell

Elfenbein

Federkiele

Bergkristall

Flintglas

Baumwolle

Leinewand

Weiße Seide

Holz

Lack

Metalle

Kautschuk

Siegellack

Schwefel

Guttapercha

Elektrisches Papier

Kollodium

Die reinen Metalle 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 Leitungs-vernlögen 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 desElektroskops(Fig. 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 luftdicht 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 Wiukel-ausschlags 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 im 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 einbringt 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-Elektroskop, 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 Überschuß 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 Elektrizitätsarten 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 Influenz-elektrizität 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 man 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 influenzierenden Leiters.

Größere Mengen Reibungselektrizität erzeugt man mit Elektrisiermaschinen und zwar schon seit sehr 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 im 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.

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 lind 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.

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

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.

i 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 inagnetischen Erdpole am stärksten lind 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 Jnfluenzwirkung anzusehen.

2.

Berührungselektrhität oder Galvanismus.

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."

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« stop 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 aufgestellt 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.

Zink

Zinkoxyd

Blei

Zinn

Spannungsreihe. + (Positiv).

T* Ist

— (negativ).

Aus dieserSpanmmgsreihe ersieht man nun z.B., daß dieElektrizitätserregnng zwischen Zink und Zinn nur halb so groß ist, wie zwischen Zink und Quecksilber. Zink — 0, Zinn = 55... 0 —(— 55 =

Zink = 0, Quecksilber ----- 110; 0 + 110 =

I—* Ol

= 2 X 55.

Hingegen ist die Erregung zwischen Zink und Kohle doppelt so groß als zwischen Zink und Kupfer.

0 + 200 = 200 = 2 X 100 0 + 100 = 100.

Eisen . . Stahl . . Aluminium

75

88

89

Messing

92

Nickel

95

Wismut . . Kupfer. . Antimon . , Silber . . , Quecksilber Schwefeleisen Gold. . . Koks. . . , Platin . . , Kohle . . Graphit . , Braunstein

97

100

106

109

110

112

115

122

123

200

203

220

Zink = 0, Kohle = 200 Zink — 0, Kupfer — 100

Bringt man Kohle und Quecksilber zusammen in Berührung, so beträgt die zwischen ihnen vorhandene Spannungsdifferenz:

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 findet 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 betn 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 befindlichen Punkte. Auch ist sie gleichbedeutend 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 fließende 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 Fälle 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 sargen, 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

13

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 Gesamtwiderstand 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 grundlegenden Forschungen auf diesem Gebiete verdankt, hat man den elektrischen Maßeinheiten die Namen dieser Männer gegeben.

So heißt nach dem Physiker Ohm die Einheit des Widerstandes —

das Ohm.

dem Fließen des elektrischen Stromes eintritt. Hieraus geht schon hervor, wie wichtig es ist, den 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 Leitungsquerschnittes. Hieraus geht der Lehrsatz hervor:

„Der Leitungswiderstand ist abhängig von der Größe des Querschnittes und der Länge des Leitungsdrahtes."

Die nachstehend aufgeführten Metalle haben bei-0° C und bezogen auf Quecksilber die beigeschriebene Leitungsfähigkeit:

Kupfer . ,

Aluminium Eisen. . .

Blei . . .

Neusilber .

Quecksilber.

Hiernach hat also Kupfer eine 57 mal größere Leitungsfähigkeit als Quecksilber. Die Temperatureinheit von 0° ist deshalb angegeben, weil sich bei Temperaturveränderungen 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 genau 1 qmm.

Einheit der elektromotorischen Kraft — das Volt.

Nach dem berühmten Forscher Ampere nennt man die Einheit der Stromstärke — das Ampere.

Es bedeutet 1 Ampere diejenige Stromstärke, welche bei gleichmäßigem Durchgänge durch eine wässrige Lösung von Silbernitrat mit einem bestimmten Silbergehalte eine bestimmte Menge Silber ausscheidet.

Auch der bereits genannte Physiker Volta hat seinen 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 oder Volt.    -

Für das Ohmsche Gesetz gilt die Formel:

Kraft

E

Widerstand'

^ oder Intensität —

in Worten ausgedrückt heißt das:

Man sindet die Stromstärke, indem man die elektromotorische Kraft durch den Widerstand dividiert.

Durch Umkehrung der Formel sindet man die für die elektromotorische

Kraft:

E = I X W, das heißt:

Die elektromotorische Kraft ist gleich dem Produkt aus der Intensität und dem Widerstande. Dagegen ist der Widerstand:

W = 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).

Die Einheit der elektrischen Arbeit ist das Joule. Man nennt diese Einheit aber auch

Sekunden-Volt-Ampere und Volt-Coulomb.

Es ist aber

1 Joule — 1 Volt X 1 Ampere X 1 Sekunde

13*

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 — Hektowattstunde,

„    — Kilowattstunde.

.. 1000 „

— 1 normale PS,

Da man aber im Maschinenbau allgemein gewöhnt ist, die Arbeitsleistung in Pferdestärken anzugeben, so müssen wir auch wissen, in welchem 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.

e) 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 Drahtanschlüssen 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 - Stroms nicht wahrzunehmen. Nach ihren beiden Enden! hin wächst > ihre elektrische

Spannung und erreicht in den beiden Endplalten 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 Stwom-schluß 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 Metalle 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.

Zn

Die Erregung der Elektrizität in einem Element erfolgt durch einen sich darin abspielenden chemischen Prozeß, und ist die 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 Elekirizität 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 wir 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. lila 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

J-

fl

'V

Ay

Kt«, in.

des ersten Elementes den — Pol und die Kupferplatte des letzten Elementes den 4" Pol der Batterie bildet.

Bei der in Fig. 111 a veranschaulichten Parallel- oder Nebeneinander-fchaltung 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 Spannungsdisferenz 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 benutzten „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

20(1

eignen sich hierfür besonders die Zink-Kupfer-Elemente in Verbindung mit Kupfervitriollösung als Elektrolyt. Zu den viel benutzten Element-systemen 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 Leclanche, 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 Übelstand 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 kommoden Akkumulatoren sind nun ebenfalls „Kraftsammler", und wird in ihnen elektrische Energie aufgespeichert, um dann als Strom zur Arbeitsleistung nach Bedaxf. wieder abgegeben zu 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 und 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. Den 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 die Leitung ein Galvanoskop ein, so findet man, daß der Entladestrom dem Ladestrom entgegengesetzt gerichtet ist.

Man erklärt sich die Entstehung des Entladestromes durch das Nück-gängigwerden des während der Dauer des Formierens oder Ladens stattgehabten chemischen Prozesses. Das während des Formierens auf der positiven Platte sich bildende Bleisuperoxyd 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 finden 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 Löte« mit reinem Blei vor der arsenfreien Wasserstoffflamme.

Die Zahl der Zellen für eine Batterie richtet sich nach betn 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 ⁹/₁₀ 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 tverden, 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 Krait.

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 N 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 sreihängend 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 freihängenden 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 sind. 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 Stabmagnet 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 Air-sammlung in den beiden Polenden.

Niinmt 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 Anwendung 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 Strom 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.

b) 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 elektromagnetischen Galvanoskop und Galvanometer.

Ein sehr einfaches, aber wirksames Galvanoskop zeigt Fig. 112. Der Apparat besteht aus einer Holzplatte, aus 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 s» gelagert, daß sie sich innerhalb

des Bügels frei drehen kann. Auf dem 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.

Fig. 112.

Wird nun dieser kleine Apparat in einem galva-nischen Stromkreis eingeschaltet, so dreht sich bei Durchgang des Stromes durch den Bügel K die Nadel aus diesem heraus, ivenn man den Apparat erst so aufgestellt hat, daß die Nadel gleichlaufend-und genau in der Mitte des Kupferbügels 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 größer die Zahl der Windungen ist, in denen der Strom um die Nadel geführt wird, und je näher er bei ihr vorüberfließt, 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 Erdmagnetismus in doppelter Weise und zwar zunächst dadurch, daß oberhalb der Nadel ein verschiebbarer

Magnetstab angebracht wird. Das Nordende dieses Stabes zeigt nach Norden 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 Wirkungen 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 & Halske 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 Llpparat 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 & Halske sind nach dem Prinzip von Deprez gebaut. Bei ihm ist zwischen den Polen eines kräftigen Hufeisenmagneten eine Drahtspule angeordnet. Diese nimmt, während ein Strom hindurchfließt, Pole an, auf 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 nennt 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.

V/;V

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 fort«

, setzen. Diese inneren, dem Auge unsichtbaren Kraftlinien bezeichnet man als Jnduk.tions,linien. :    ,    ;

Es bildet also jede Kraftlinie eine in sich geschlossene Kurve, die sich im Außenraum der Umgebung des Mgneten vow,,KM§l ^pach, dew.-Mpol.

im Jnnenraum 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 Kraftlinien 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.

Fig. 115.

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 elektrische» 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 de- Drahte- am dichtesten sind, und verlaufen dieselben nach

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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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Ftg- 116.

Fig. 117.

von magnetischen Kraftlinien durchsetztes Feld, deren Verlauf in Fig. 117 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 Spiralhohlraumes mit der Mittelachse 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 und bewegt ihn darin, so daß die Kraftlinien int 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 int magnetischen Feld ebenfalls magnetisch, und wird in ihm somit elektromotorische

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Kraft geweckt (induziert). Schließt man die beiden Enden des Leiters Lt durch zwei senkrechte Eisenstäbe, deren Enden durch Drähte mit einem Galvanometer G verbunden sind, an, so erhält man einen in der eingezeichneten Pfeilrichtung zirkulierenden Strom, dessen Stärke der Ausschlag der Galvanometernadel an der Skala sichtbar macht.

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Diese Art elektrischer Ströme bezeichnet man als Jnduktionsströme, weil sie durch magnetische Wirkung geweckt werden. Hierbei verhält sich jedes Stück des Leiters Lx während seiner Bewegung im magnetischen Feld wie ein galvanisches Element.

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 Jnduktionswirkung.

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, und 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

14*

Wenn man nämlich in den Jnnenraum 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 aus 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 muß 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-Llektrüität.

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 und legt den einfachen Apparat so auf ein umgestülptes Wasserglas, daß die Magnetnadel in ihrer Ruhelage in der Längsachse bzw. parallel zu den Längsseiten des Wismut- und Kupferstreifens liegt.

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 erwärmte 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 Spannungsreihe 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-Elemen t 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 mi.t 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 Nolle 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 In-strumente, 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 Wirkungserscheinungen zu vermitteln, einzuleiten und zu fördern. Gerade diese elektrischen Wirkungserscheinungen sind für industrielle und gewerbliche Zwecke von größter Bedeutung und verdienen deshalb eingehend« 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 stattflnden. 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 Kupfervitriollösung 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 aus 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 Platinplatien 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.

Weiter ist bei diesen Vorgängen die Tatsache auffallend, daß die durch die Elektrolyse frei werdenden Stoffe stets nur an den Elektroden ausscheiden, während in dem Elektrolyten, also der Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden, von diesen chemischen Zersetzungserscheinungen nichts wahrzunehmen ist. Wenn aber, wie die Chemie behauptet, auf dem ganzen Wege des Stromes durch die Flüssigkeit hindurch die Ausscheidung stattfände, so müßte sie auch an jeder Stelle des Stromverlaufes zwischen den Elektroden zu bemerken sein. Da dies aber nicht der Fall ist, so müssen wir nach einer Erklärung für diese auffallende Erscheinung suchen und finden sie in der von verschiedenen Physikern darüber aufgestellten Theorie. Es ist dies die Theorie über die Wanderung der Jonen.

Wie schon gesagt, versteht man unter den Jonen die Bestandteile, in welche der Strom die Elektrolyten zerlegt. Nach dieser Theorie besteht jedes Stoffteilchen des Elektrolyten aus zwei Bestandteilen, die entgegengesetzt elektrisch geladen sind und sich infolgedessen anziehen, d. h. sie sind in Wirklichkeit unelektrisch, weil im Falle der Vereinigung beide Elektrizitätsarten ineinander aufgehen. Es ist hierbei das Metall als positiv, der Bestandteil als negativ elektrisch angenommen. Werden nun die den Elektrolyten bildenden Salze in Wasser gelöst, so erfahren die Bestandteile der Salze eine äußerst feine Verteilung. Tritt nun der Strom hinzu, so vollziehen sich in der Flüssigkeit unausgesetzt Spaltungen und Vereinigungen der Bestandteile in der Weise, daß der Hauptteil der Atome getrennt ist.

Die in die Flüssigkeit eingehangenen Elektroden haben nun, wie wir wissen, entgegengesetzte Elektrizität, indem die eine negativ, die andere positiv elektrisch ist. Es ist ohne weiteres erklärlich, daß diese Elektroden anziehende und abstoßende Wirkungen aus die Jonen äußern, welche die im Elektrolyt vorhandenen Atome enthalten. Dementsprechend zieht die negative Elektrode das positive Metall an, während der negative Restbestandteil des Atoms an die positive Elektrode geht und ihrer Anziehung folgt. Es können somit die Ausscheidungen nur an den Elektroden stattfinden, weil sie durch das Prinzip der Anziehung und Abstoßung bedingt sind.

Der elektrolytische Prozeß in der Flüssigkeit vollzieht sich also in der Weise, daß die Metalljonen an die Kathode herangehen, an sie ihre positive Elektrizität abgeben und, hierdurch unelektrisch geworden, sich auf die Kathode als festes Metall niederschlagen. An der Anode findet mit den negativ geladenen Jonen derselbe Vorgang statt, natürlich im entgegengesetzt elektrischen Sinne. Bestehen sie aus festen Bestandteilen, so schlagen sie sich auf die Anode als fester Niederschlag nieder; bestehen sie aus einer Gasart, so steigen sie als Luftblasen an der Anode auf und haften selbst in dieser Gestalt oft so dicht auf der Anodenfläche, daß man sie von Zeit zu Zeit entfernen muß, weil der Ueberzug die Wirksamkeit der Anode vermindert.

Durch diese Vorgänge tritt mit der Zeit eine große Veränderung in der Zusammensetzung des Elektrolyten ein, der dadurch Rechnung getragen werden muß, daß man durch Nachfüllen von Salzen die Lösung auf ihrer ursprünglichen Stärke erhält.

Die Chemie hat den Beweis dafür erbracht, daß sich alle Stoffe aus ganz bestimmten Gewichtsverhältniffen, aus Einzelstoffen oder Elementen zusammensetzen, und nennt man eine solche Vereinigung von Grundelementen zu einem anderen Stoffe eine chemische Verbindung. So ist z. B. Wasser eine chemische Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff. Aufgabe der Chemie ist es, die Stoffe in ihre Grundstoffe zu zerlegen und deren Gewichtsverhältnisse in dem untersuchten Stoffe zu bestimmen.

Bei der elektrolytischen Zersetzung treten nun die ausgeschiedenen Bestandteile gerade in dem Gewichtsverhältnis auf, in welchem sie in dem Elektrolyten vorhanden sind.

Die Stärke der Ausscheidung ist abhängig von der Stromstärke und von der Zeit seiner Einwirkung auf den Elektrolyten. Diese Tatsache ist durch einen Versuch nachweisbar, zu dem man einen aus drei Bunsen-elementen gebildeten Stromkreis benutzt, in den man ein Gefäß mit zwei Platin-Elektroden einschaltet, die in angesäuertem Wasser hängen, und ist ferner ein Milliamperemeter in den Stromkreis als Meßapparat mit eingeschaltet. Fließt nun ein elektrischer Strom durch diesen Kreis, so scheiden sich an den beiden Platin-Elektroden Sauerstoff und Wasserstoff aus und beide Gasarten entweichen aus dem gasdicht geschlossenen Gefäß durch Glasröhren in einen mit Wasser gefüllten, graduierten Zylinder. Derselbe steht umgekehrt in einer pneumatischen Wanne, so daß sich das an den Elektroden abgeschiedene Gas in dem Zylinder sammelt, indem es das Wasser aus ihm verdrängt. Durch die Graduierung des Zylinders nach ccm ist im Verein mit der meßbaren Stromstärke festzustellen, wieviel Gas bei einer bestimmten Stromstärke ausgeschieden wird. Da das ausgeschiedene Gas Knallgas ist, so nennt man den Apparat Knallgas-Voltmeter und benutzt ihn zur Messung der Stromstärken in elektrischen Bädern.

In gleicher Weise lassen sich aber mit anderen Apparaten auch die Mengen anderer Stoffe nachweisen, die an den Elektroden ausgeschieden werden, und aus ihrer Menge Schlüsse auf die zu der Ausscheidung nötigen Stromstärke ziehen.

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 findet 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 im 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 aufgestellt, 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 elektromotorische 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 werden kann.

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 man 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 bereit 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 (Wasserstoff). 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 int 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 betn 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 im ständigen Wechsel. Dieser vollzieht sich aber so schnell, daß

— 223

7z

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    —'h

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Fig. 120.

beide Male aber im entgegengesetzten Sinne, entsprechend dem Richtungs-Wechsel im Verlauf des Stromes.

Man kann also für den Wert der Stromstärke des Wechselstromes nicht daS Maximum, entsprechend der Höhe b h = d hx annehmen, sondern nur den mittleren Wert

b.h _ dh, 2 ~ 2 ’

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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 TfjE auf dem Grundbrett ste-

hender Nahmen GH mit [ Draht umwickelt, dessen Enden in die Klemm-

Fig- 121

schrauben K und K₁ führen und von ihnen aus einen elektrischen Strom er» halten. Im Hohlraum des Rahmens G H ist nun ein zweiter um zwei Zapfen in seiner Mitte leicht drehbarer Rahmen G, angeordnet, der ebenfalls mit Draht in einer Lage umwickelt ist. Auch in diese Drähte, bereit Enden durch eine besondere Vorrichtüng 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-

Während mit diesem Apparat nur schwache Wechselströme gemessen werden können, fcbieut 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.

ström« gegeben, und kann man aus ihr direkt die Stromstärke in Ampere bestimmen.

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 ¹lt, '/„ 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 Wechselperioden 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 resultierenden 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 Phasendifferenz zwischen ihnen. Die Stärke des Zweigstromes 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.

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Ftg. 122.

Man könnte nun, nach dem vorstehend Gesagten zu dem Schluß kommen, daß infolge der Phasendifferenzen das Wesen der Wechselströme schwer zu verstehen ist und daß man in der Praxis bei ihnen mit besonderen Schwierigkeiten zu ^ rechnen hat. Das ist aber in Wirklichkeit nicht der Fall, denn gerade die Phasendifferenzen verschiedener Wechselströme bringen eine Wirkung von großer praktischer Bedeutung hervor, wie sich an Hand der Figuren 122 und 123 ergiebt. Es führen in Fig. 122 die beiden Drähte a und b zu einem Ring aus weichem Eisen R, und zwar so, daß ihre Enden jeweils an zwei sich gegenüberliegenden Stellen r und o um den Ring geführt werden. Schickt

man mm durch die beiden Drähte a und b Wechselströme mit verschiedenen Phasen, so bewirkt der Phasenunterschied, daß in dem einen Draht im gleichen Moment die höchste Stromstärke vorhanden ist, während der Strom im andern Draht an Stärke auf den Nullpunkt gesunken ist. Das kommt in den Figuren durch die stark und schwach gezeichneten Drähte zum Ausdruck. Während also der Strom bei r und r¹ seine größte Stärke

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Fig. 123 I—VI.

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erreicht, ist er bei o und o¹ gleich Nuü. Durch die Einwirkung des Stromes wird nun der Eisenring bei r und r¹ magnetisch, sodaß sein Nord- bzw. Südpol an den mit N und S bezeichneten Stellen zu suchen ist. Würde man in den Ring eine Magnetnadel ausstellen, die in den Figuren durch einen Pfeil angedeutet ist, so zeigt sie mit ihrer Stellung die Lage der beiden Pole dadurch an, daß der Spitze gegenüber der Südpol und dem anderen Ende gegenüber der Nordpol liegt, weil die ungleichnamigen Magnetpole anziehend aufeinander wirken und infolgedessen der Südpol des Ringes das Nordpolende der Magnetnadel anzieht.

Gehen nun die beiden Drähte a und b von sich drehenden und ström erzeugenden Rollenpaaren aus, dann entsteht an dem Eisenring R nicht zu gleicher Zeit und abwechselnd ein Maximum und Minimum des Stromes, so daß sich die Pole des Ringes verschieben, wie das in Fig. 123 dargestellt ist. Dieses Schema wurde zuerst von Direktor Dr. ing. Doliv o — Dobrowolsky 1891 in der Nummer 11 der Elektrotechnischen Zeitschrift veröffentlicht, und geben wir es hier mit Erlaubnis des Herrn Verfassers wieder.

In der Abbildung 123 ist der Strom an den beiden Punkten o und o1 stark, in r und r¹ schwach, und nimmt dann die Magnetnadel die eingezeichnete Stellung des Pfeiles an. Wenn nun die den Strom erzeugenden Rollen ihre Stellung um 45° in ihrer Drehungsrichtung verändern, wie die Stellung II zeigt, so ist der Strom in o, o¹ und r, r¹ gleich stark, mithin verschieben sich auch die Pole auf dem Ring R um 45°, und die Magnetnadel macht die Verschiebung im gleichen Sinne mit. In Fig. III ist der Strom in o und o¹ auf den Nullpunkt gesunken, inithin liegen jetzt die Ringpole in    o    und    o¹, und die Magnetnadel stellt sich auf sie ein.    In

Stellung IV    ist    der    Strom in beiden    Drähten wieder gleich stark, und    die

Pole wandern    auf    dem Ring um    eine Achteldrehung (45°) weiter.    In

Stellung V    ist    wieder in o und o¹    Strommaximum, in r, r¹ die Null

stellung erreicht und so weiter.

Es wird also die Magnetnadel im Innern des Ringes durch den Polwechsel auf dem Ringe R in Drehung versetzt, und diese Drehung hält so lange an, als Strom durch die Drähte fließt, die den Ring in o und o¹, r und r¹ magnetisch beinflussen.

Nehmen wir nun an, es tritt an die Stelle der Magnetnadel im Ring R ein unmagnetisches Stück Eisen, so wird dasselbe durch Induktion ebenfalls magnetisch und muß sich drehen. Es setzt sich mithin der Wechselstrom direkt in Drehungen um, durch die Arbeit geleistet werden saun. Durch diesen Vorgang erklärt sich das den Induktiv nsmotoren zugrundeliegende Prinzip der Umsetzung des elektrischen Stromes in Arbeit. Man nennt diese zusammenwirkenden Wechselströme Mehrphasenströme, und je nach der Zahl der Rollenpaare, die sie erzeugen, spricht man bei zwei Rollenpaaren und 90° Phasenunterschied von Zweiphasenströmen, bei drei Rollenpaaren und 60° Phasenunterschied von Dreiphasen- oder Drehstrom.

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 Ofache 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 Funkenentladung auf, und ihre Schwingungsperioden 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 Borgang 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. Die Entladung der Flasche geht nun 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 int 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 Entladestromcs 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 Schwingungsperiode. Sehr schön lassen sich die Oszillationen des elektrischen Entladungsfunkens bei der Leydener Flasche mit dem Drehspiegel beobachten. Dieser bildet den Hauptteil eines optischen Apparates und kann in sehr schnelle Umdrehungen um seine Achse versetzt werden. Wird der Spiegel, während er sich dreht, um einen gewissen Winkel verstellt, so wird der in den Spiegel fallende Widerschein des elektrischen Funkens zu einem Lichtband auseinandergezogen, in dem helle mit dunklen Lichtstreifen abwechseln. Die dunklen Streifen sind auf den Richtungswechsel im Entladestrom zurückzuführen. Diese Beobachtung hat der Physiker Feddersen zuerst gemacht und mit Hilfe des Drehspiegels auch die Länge der Perioden der elektrischen Schwingungen bestimmt, wobei er für die Zeitdauer einer Oszillation den Wert von ca. einer Millionstelsekunde feststellte.

Wie pflanzen sich nun die elektrischen Schwingungen fort? — Nehmen wir, als Beispiel aus der Natur, einen beliebigen Ton, der durch Anblasen einer Pfeife entsteht. Der Ton ist das Resultat der in dem Pfeifenrohr durch das Anblasen in Schwingungen versetzten Luftsäule, die durch Reibung an den Wänden des Rohres den pfeifenden Ton erzeugt. Ist die Pfeife weit und lang, so sind auch die beim Anblasen erzeugten Schwingungen größer und länger und der Ton dunkel und tief. Ist dagegen das Pfeifenrohr eng und kurz, so entsteht ein hoher, scharfer Ton infolge der kurzen tlnd schnell aufeinander folgenden Lnftschwingungen in der Pfeife. Es ist also die Höhe des Tones in erster Linie von der bewegten Luftmenge abhängig.

Sehen wir nun 31t, wie sich die Luft bei dem Durchgang elektrischer Entladungen verhält, so finden wir, daß die Luft beim Uebergang eines Funkens von einem Leiter zu dem andern zwischen den beiden Leitern ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Da aber die Luft ein schlechter Leiter für Elektrizität ist, so bietet sie dem Durchgang des Funkens einen gewissen Widerstand, der um so geringer ist, je kleiner die bewegte Luftmenge zwischen den beiden Leitern ist. Die Schwingungen, in welche hierbei die Luft versetzt wird, sind in ihren Perioden um so kürzer, je geringer der Widerstand ist, den die Luft dem Durchgang des Funkens entgegenstellt. Die Länge der Schwingungsdauer ist dabei aber auch noch abhängig von der Form des Leiters, und bei geringer Kapazität der Leiter sind auch die Perioden der zwischen ihnen stattfindenden Entladungs-Oszillationen kurz.

Der Physiker H. H e r z hat sich um die Erforschung der elektrischen Schwingungen besonders verdient gemacht, und nach ihm führen sie die Bezeichnung Herzsche Schwingungen. Er bediente sich dabei des

in Fig. 124 abgebildeten Apparates. Derselbe besteht in der Hauptsache aus dem Jnduktorium R und den beiden plattenförmigen Metalleitern L und L¹.

Die beiden Leiter L und L¹ sind an den sich zugekehrten Längsseiten in der Mitte mit je einem geraden Metallstab versehen, der an seinem Ende eine Metallkugel s bzw. 1 trägt. Von s und t gehen Spiraldrähte nach den beiden sekundären Polen des Jnduktoriums, welches zur Ladung der Leiter L und L¹ mit Elektrizität dient.

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Fig. 124.

Springen nun zwischen den Kugeln 8 und t der beiden Leiter L und L¹ Funken über, so erzeugen dieselben oszillatorische Schwingungen von geringer Größe, weil die Kapazität der geraden Leiter r, s, t, u und auch das Selbstpotential sehr

klein ist. Durch die Leiter L und L¹ wird die Kapazität der Leiter vergrößert, und wird mithin auch die Länge der elektrischen Schwingungen bei Entladungen zwischen s und t größer.

Setzt man das Jnduktorium R in Betrieb, so wird durch den Sekundärstrom der Leiter L, r, s positiv, der Leiter t, u, L¹ negativ elektrisch. Ein Spannungsausgleich durch Funkenbildung zwischen den Kugeln s und t tritt ein, sobald auf einer der Kugeln ein Elektrizitäts-Maximum vorhanden ist, und erfolgt dieser Ausgleich wieder oszillierend in Perioden von ca. dem hundertmillionsten Teil einer Sekunde. Dieser unendlich kleine Zeitintervall ist schwer begreiflich, und der Laie wird kaum verstehen können, wie es möglich ist, einen Zeitintervall von dieser Feinheit zu messen, in dem der Richtungswechsel der elektrischen Entladungen erfolgt.

Die oszillierende Bewegung bleibt nämlich nicht nur auf die Funkenstrecke s, t beschränkt, sondern sie teilt sich auch den beiden Leitern mit und geht von ihnen aus auf die Umgebung des Apparates über, nur ist dann nicht die Luft der Träger der Schwingungen, sondern die Aetherteilchen, welche nicht nur die Luft, sondern überhaupt alle Körper durchdringen und anfüllen. Die Schwingungen pflanzen sich also vermöge des Aethers von der Ursprungsstelle aus nach allen Seiten im Raume hin fort, und zwar in gleicher Weise, wie z. B. das Licht, bzw. die Lichtwellen in einem dunklen Raume beim Anzünden einer Kerze sich von der Flamme aus nach allen Seiten hin fortpflanzt. Beim Entzünden des Lichtes kommt der die Flamme umgebende Aether dadurch in Wellenbewegung, daß das Licht eine ganz bestimmte Zeit zur

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 stattsindet, 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 E, berührt, bezw. eingeschlossen werden. Von

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den Elektroden führen Leitungsdrähte L und Lt 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 Zusammen

schweißen der benachbarten Metallspänchen erfolgt. Hierdurch wird der Kontakt des Metallpulvers sofort ein guter, und der erst so enorme Widerstand sinkt auf wenige Ohm herab. Während vorher das galvanische Element nicht imstande 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 man 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 nö^ig, 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 Kugeloberflächen 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 Ebonitkasten 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 Zehntausendmillionstel 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 Weltenraum wirken und schaffen, ehernen und einheitlichen Gesetzen folgen, die in ihrem Wesen noch unerforschlich für uns geblieben sind? Aber gerade in dieser 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 Lichtwellen. 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, find 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 konstruieren:

„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 Jnduktionswirkungen 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 Funkenstrecke 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 zu lenken, daß sie

auf den Kohärer geworfen werden, der alsbald in Tätigkeit tritt, sowie ihn Me 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. Ls 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 Brenn-Punkt 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 auf 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

gleiche 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 Bewegungen, 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, aufgestellt, 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.

Werden große Leydener Flaschen durch eine starke Elektrizitätsquelle geladen und alsdann unter Funkenbildung zur Entladung gebracht, so erhält man einen Funken, von dem elektrische Schwingungen ausgehen, deren Zahl bis zu einer Million in der Sekunde anzunehmen ist. Tesla läßt nun diese mit großer Geschwindigkeit wechselnden Ströme durch eine Primärspule gehen, die einen sehr geringen Widerstand und sehr kleines Selbstpotential hat. Alsdann entstehen in der Induktionsspule Wechselströme von sehr großer Schwingungszahl oder Frequenz und hoher Stromstärke. Diese Primärspule ist in einer Sekundärspule untergebracht, die aus sehr vielen Windungen eines sehr dünnen, aber sorgfältigst isolierten Drahtes besteht. In dieser Sekundärspule werden nun Jnduktionsströme geweckt, die eine sehr hohe Spannung und Schwingungszahl ausweisen.

Tesla verwendete zu seinen Versuchen einen Apparat, bei dem ein Ruhmkorffscher Apparat zur Erzeugung der Elektrizität diente, mit dem 4 Leydener Flaschen von besonderer Größe geladen wurden. Hierbei war der innere Belag der Leydener Flaschen mit den Polen der Sekundärspule des Ruhmkorffschen Jnduktoriums verbunden. Der äußere Belag der Leydener Flaschen, welcher mit der auf der inneren Belegung vorhandenen entgegengesetzten Elektrizität geladen ist, wurde durch eine Funkenstrecke und Primärspule miteinander verbunden, die einer Sekundärspule gegenüberstand, und an den Polen der letzteren traten alsdann die schon bezeichneten hohen Spannungen mit großer Schwingungszahl auf. Diese letztgenannten Spulen bilden den nach ihrem Erfinder benannten Teslaschen Transformator. Als Fnnkenstrecke wird dabei in der Regel ein Funkenmikrometer benutzt, das folgende Konstruktion zeigt:

Zwei mit Klemmschrauben versehene Metallkugeln sind zur Isolierung auf Glasträgern befestigt, von denen der eine auf einem Stativ sitzt, welches gut gegen die Erdableitung isoliert ist. Der andere Glasfuß sitzt in einer Art Support, der ebenfalls von einem Stativ getragen wird und mittels einer Schraubenspindel in dem Supportschlitten verstellt werden kann. Mit Hilfe dieser Vorrichtung hat man es ganz in der Hand, die Funkenstrecke so weit einzustellen, bis zwischen den Entladungskugeln regelmäßig Funken überspringen. Wenn der Apparat richtig funktionieren soll, ist es unbedingt nötig, die beiden Transformatorspulen besonders sorgfältig zu isolieren und nicht nur die Primärspule gegen die Sekundärspule, sondern namentlich auch die Drahtwindungen der Sektindärspule unter sich und gegen einander.

2fl

Ftg. 127.

Dies geschieht durch Um-klcidung mit Stabilit einerseits: andererseits dadurch, daß man die ganze Spule in einem mit Oel gefüllten Gefäß unterbringt, welches vor dem Füllen mit Oel durch Auspumpen möglichst luftleer gemacht worden ist.

Die wunderbaren Lichterscheinungen, welche durch die Oszillationen hervorgerufen werden, lassen sich durch Worte schwer beschreiben. Eine markante Erscheinung entsteht, wenn man an einem Pol 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 Kupferstreisens 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 >ogar 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 Zimmerwände 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 wirken können. Die sehr schnell aufeinanderfolgenden Oszillationen hingegen, wie wir sie bei den Hertzschen und Teslaschen 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 einbringen, 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 Luftäther, 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 elektrischeu Bewegungen, während 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, Nicht-metalle 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 kann, 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 Verhalten 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 „

10,0 .,

15,0    „

20,0 „

Spannungsdifferenz in Volt:

Es ist also schon eine Spannungsdifferenz von 2900 Volt 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 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.

v.

Fig. 128.

Will man nun durch ein verdünntes Gas, welches in einer luftleer gemachten Glasröhre eingeschlossen ist, eine elektrische Entladung leiten, so ist es nötig, an den beiden zugeschmolzenen Enden der Röhre je einen Metalldraht mit einzuschmelzen, so daß sich die beiden Drahtenden gegenüberstehen. Diese beiden Drähte bezeichnet man als die Elektroden der Röhre, von denen die eine wieder die Anode, die andere die Kathode bildet. In den Geißlerschen Röhren werden die Elektroden, wie oben beschrieben, durch Drahtenden gebildet. Bei den Röntgen-Röhren ist auf das Drahtende eine hohlspiegelartig geformte Metallplatte aufgesetzt, die auch hohlspiegelartig wirkt, nämlich die Strahlen sammelnd oder zerstreuend, je nachdem es der Zweck der Röhre erfordert.

Um Versuche mit verdünnten Gasen anstellen zu können, gibt es Glasröhren zu kaufen, die an beiden Seiten zu einem engen Aus- und Einlaßstutzen zusammengezogen und durch eingeschliffene Glashähnchen abschließbar sind. In die Wand des eigentlichen Gasraumes der Röhre ist an jedem Ende, also in der Nähe der beiden Hähnchen je ein Draht als Elektrode so eingeschmolzen, daß sein Ende bis zur Mitte des Gasraumes in diesen hineinragt. Verbindet man nun das eine Rohrende mit einer Luftpumpe und öffnet den Hahn auf der Anschlußseite, während der andere Hahn geschlossen bleibt, so kann man mittels der Luftpumpe das Glasrohr luftleer machen (evakuieren). Verbindet man nun noch die beiden Elektroden mit den beiden Polen einer Influenzmaschine oder mit der sekundären

Solange die Luftpuinpe noch nicht in Tätigkeit getreten ist, bleibt die Röhre mit Luft normaler Spannung von 1 atm gefüllt, und zeigt sich beim Durchgang des elektrischen Stromes in der Röhre nicht die geringste Erscheinung, weil die Luft dem Durchgang des Stromes einen zu großen Widerstand entgegenstellt und somit einen Ausgleich zwischen den beiden Elektroden verhindert. Beginnt man nun mit der Luftpumpe zu arbeiten und die Luft aus dem Glasrohr herauszupumpen, so tritt nach und nach eine Verdünnung der Luft in der Röhre ein. Sobald sich der Druck in der Röhre verringert hat, sieht man von beiden Elektroden ein schwaches bläuliches Licht ausstrahlen, das bei weiterer Verdünnung der Luft durch fortgesetzte Betätigung der Luftpumpe immer intensiver wird, sich immer weiter von einer Elektrode zur andern hin erstreckt und sich endlich zu einem hellviolett leuchtende,: Lichtband durch die ganze Röhre zwischen den Elektroden ausbreitet. Wird die Verdünnung der Luft in der Röhre soweit gesteigert, daß der Druck in ihr bis auf 1 cm sinkt, so füllt das Licht die ganze Röhre aus, und man kann deutlich eine Schichtung des Lichtes wahrnehmen, die sich durch helle und dunkle Streifen deutlich markiert, welche sich durch die Lichtsäule hinziehen.

Spule eines kräftigen Jnduktoriums, so kann man mit den Versuchen beginnen.

In neuerer Zeit finden in dem sogenannten Mooreschen Licht die Geißlerschen Röhren zu Effektbeleuchtung und bei der elektrischen Photographie Verwendung. So ist z. B. im Warenhaus A. Wertheim-Berlin eine solche Alllage im photographischen Kunstatelier zu sehen, bei der an der Decke und an einer Seitenwaild ein Netz solcher Röhren aufgestellt ist, in denen mit Strom von 20000 Volt Spannung ein intensiv weißes Licht erzeugt wird, welches Tageslicht beim Photographieren vollständig ersetzt. Diese Röhren sind natürlich ebenfalls hochgradig evakuiert und liefern wie die Geißlerschen Röhren den Beweis dafür, daß mit der Verminderung des Lichtwiderstandes (Luftdruckes) die Leitungsfähigkeit der Luftsäule zunimmt. Dabei ist es ganz gleichgültig, ob die Röhre geradlinig oder in den kompliziertesten Windungen verläuft. Die Entladung folgt präzise allen Krümmungen der Röhren von einer Elektrode zur anderen.

Mit der vorstehend beschriebenen Röhre kann man auch Versuche über das Verhalten anderer Gase beim Durchgang einer elektrischen Entladung anstellen, indem man erst das Rohr durch einen Hahn evakuiert und dann durch den zweiten mit dem zu untersuchenden Gas füllt. Es ändert sich dann die Farbe des Lichtes während der Dauer der Entladung, und mit Hilfe des Spektroskopes kann man dann aus dem Flammenbild die Natur der Gase feststellen.

Die leuchtende Entladung geht nur von der positiven Elektrode aus, aber nicht ganz bis an die negative heran. Man nennt dieses helle, violette Licht im luftverdünnten Raume positives Licht oder positive Entladung.

Mit weiter fortgesetzter Verdünnung der Lnft in der Röhre geht die Schönheit des Lichtes immer weiter zurück, und es bildet sich zwischen der negativen Elektrode (Kathode) und dem positiven Licht ein dunkler Raum, der mit wachsender Verdünnung zunimmt und endlich die Röhre ganz ausfüllt bis auf einen kleinen unscheinbaren positiven Lichtrest an der Anode.

Hittorf hat in diesem Zustand der Röhren zuerst beobachtet, daß von der Kathode unsichtbare Strahlen ausgehen, welche das Glas der Röhren an den Stellen, wo es von den Strahlen getroffen wird, aufleuchten (phosphoreszieren) läßt, und zwar grün oder blau, je nach der Art des Glases, aus dem die Röhre besteht. Dies sind die sogenannten Kathodenstrahlen. William Crookes, ein englischer Physiker, hat die Versuche Hittorfs fortgesetzt, und die mit den Crookesschen Röhren angestellten Versuche geben uns über das Wesen dieser Kathodenstrahlen interessanten Aufschluß. Sie sind zuerst 1879 in einer Broschüre von Dr. Gretschel*) veröffentlicht worden und sollen hier mit Genehmigung des Verlegers kurz erwähnt werden.

Die Kathodenstrahlen haben zunächst die Eigentümlichkeit, daß sie stets senkrecht -zur Kathode von dieser selbst ausstrahlen, gleichviel, welche Stellung die Anode zur Kathode einnimmt, sie strahlen in dieser Richtung, unbeeinflußt von der Anode, in den dunklen Raum hinaus. Diesen Beweis hat Crookes mit der in Fig. 127 dargestellten Versuchsanordnung erbracht. Er ging von der Annahme aus, daß man die Kathodcnstrahlen in einem Brennpunkte müsse sammeln können, wenn sie stets senkrecht zur Kathode, also parallel unter sich ausgestrahlt werden. Dementsprechend bildete er nach Fig. 127 die Kathode als Blech in Hohlspiegelform aus und fand, daß gegenüber der Anode an der Glaswand ein leuchtender runder Fleck erschien, der auf die Wirkung der Kathode zurückzuführen ist. Die von ihr ursprünglich parallel und senkrecht ausgehenden Strahlen stellen sich natürlich auch senkrecht zu der nach einem Kreis gebogenen Spiegelfläche ein und müssen sich infolgedessen in einem Brennpunkt sammeln, werden aber hinter demselben unter dem gleichen Einfallwinkel wieder zerstreut und treffen somit das Glas als runder Widerschein der runden aber dunkelbleibenden Hohlspiegelkathode.

EL

Fig. 129.

Auch die in Fig. 128 dargestellte Crookessche Röhre dient zum Beweis dafür, daß sich die Kathodenstrahlen geradlinig ausbreiten und wie die Lichtstrahlen Schatten werfen. Zu diesem Zweck

*) .Die strahlende Materie* von William Trooker. deutsch von Dr. Gretschel, Verlag von I. A. Barth-Leipzig. Die Schrift sei zur Anschaffung empfohlen.

Besonders geheimnisvoll erscheint aber die Eigenschaft der Kathodenstrahlen, daß in ihnen alle nicht mctal-lischenKörper zu leuchten beginnen, wenn man sie so in der Röhre anordnet, daß sie unbedingt von den Strahlen getroffen werden müssen. Je nach dem Material der von den Strahlen getroffenen Körper leuchten diese in bestimmten Farben auf, die sich nach dem Material richten. Lichtempfindliche Platten werden von den Kathodenstrahlen geschwärzt.

brachte Crookes in das von der Kathode ausgehende Strahlenbündel ein aus undurchsichtigem Stoff geschnittenes Kreuz. Dieses Kreuz wirft, sobald Strahlen von der Kathode ausgehen, einen Schatten in Kreuzform auf die Glashülle, und ist derselbe von einem Hellen Schein des phosphoreszierenden Glases an seinem Umfange umgeben.

Daß den Kathodenstrahlen auch mechanische Kräfte innewohnen, bewies Crookes mit der in Fig. 129 dargestellten Versuchsanordnung. Hier ist in der Röhre auf einem leichten Gestell aus Glas ein Flügelrädchen so gelagert, daß es auf den Längsleisten des Gestells mit seiner Achse aufliegend, frei hin und her laufen kann. Sobald nun von der Kathode Strahlen ausgehen und die Flügel des Rädchens treffen, beginnt sich das Rädchen zu drehen und seine Stellung in der Richtung nach der Anode zu zu verändern.

Wird die Kathode nach Fig. 130 in der Mitte der Röhre angeordnet und die Anode an zwei Stellen an die Enden der Röhre verlegt, so zeigt es sich, daß sich der dunkle Raum, der von der negativen Elektrode ausgeht, nach beiden Seilen hin gleichmäßig verbreitet.

Fig. 130.

Daß die Kathodenstrahlen auch Wärme entwickeln, geht daraus hervor, daß das Glas der Röhren unter ihrer intensiven Bestrahlung so weich wird, daß es dem äußeren Luftdruck nachgibt und nach innen durchbricht.

Eine weitere Eigentümlichkeit der Kathodenstrahlen besteht darin, daß sie sich durch einen Magneten ablenken lassen. Diesen Versuch kann man sehr leicht machen, indem man unter der Röhre mit einem starken Hufeisenmagneten hin und her streicht, während in der Röhre die Kathode Strahlen aussendet. Es folgen dann die Strahlen sofort dem Magneten, der sie aus 'ihrer geraden Richtung ablenkt.

Bis Ende des 19. Jahrhunderts hat man die Kathodenstrahlen nur als interessante wissenschaftlich wertvolle Erscheinung betrachtet. Ihre

Wirkung blieb anscheinend nur auf den Jnnenraum des luftleeren Glases beschränkt, und es hatte den Anschein, als ob die ganze Energie der Kathodenstrahlen bei Erregung der starken Wärmeentwicklung und Leuchten der Glashülle aufgebraucht würde. Es ist wohl beobachtet worden, daß die Kathodenstrahlen dünne Aluminiumblättchen durchdringen und durch Einsetzen derselben in die Glashülle die Kathodenstrahlen nach außen leiten, es wurde durch diesen Versuch von Hertz aber nur dargetan, daß Kathodenstrahlen im luftverdünnten Raum entstehen und in dichter Luft weiterverbreitet werden können.

Wie so oft der Zufall der beste Gehilfe des Forschers ist, machte auch der Physiker Röntgen 1896 ganz zufällig beim Experimentieren mit Kathodenstrahlen die wichtige Entdeckung, daß von der leuchtenden Stelle der Kathodenröhre Strahlen ausgehen, die photographische Platten im Sinne der Tageslichtstrahlen zersetzend beeinflussen lind leuchtfähige Körper zum Leuchten anregen. Welch ungeheuren wissenschaftlichen und praktischen Wert diese Entdeckung Röntgens im Verlauf der letzten 16 Jahre für die leidende Menschheit genommen hat, braucht kaum noch erwähnt zu werden, denn wir alle wissen, daß die Röntgenstrahlen heute das wichtigste und untrüglichste Mittel sind, um die Organe des menschlichen und tierischen Körpers zu durchlelichten und krankhafte Veränderungcil festzustellen.

Wenn man eine Crookessche Röhre so umhüllt, daß sich die Wirklingen des in der Röhre sichtbaren Lichtes auf eine Stelle der Röhre konzentrieren, und bringt in die Nähe der leuchtenden Glasstelle einen mit Baryum-platincyanür bestrichenen Kartonschirm, so leuchtet er in einem hellgrünen Lichte auf. Setzt man in gleicher Weise eine lichtempfindliche photographische Platte den Strahlen aus und entwickelt sie dann in der Dunkelkammer, so schwärzt sie sich an den von den Strahlen getroffenen Stellen.

Diese Tatsache beweist, daß von den leuchtenden Stellen der Crookesschen Röhre eine andere Sorte Strahlen ausgehen, die unsichtbar sind und mit den Kathodenstrahlen durch den Magneten abgelenkt werden können. Infolge ihrer Unsichtbarkeit hat man sie zuerst X-Strahlen genannt, geläufiger und richtiger ist aber wohl die Bezeichnung nach ihrem Entdecker als Röntgenstrahlen.

Während nun die Kathodenstrahlen die Eigenschaft haben, nur in ganz geringem Maße sehr weiche und dünne Körper zu durchdringen, gehen die Röntgenstrahlen mit einer auffallenden Energie durch nichtmetallische Körper leicht hindurch, und je leichter das Gefüge des Körpers ist, um so leichter gehen die Strahlen hindurch und ergeben auf photographischen Platten sehr interessante Bilder.

Bringt man beispielsweise zwischen den vorgenannten Fluorszenzschirm und die leuchtende Kathodenröhre einen Teil des menschlichen KörperrumpfeK, so erscheint auf dem Schirme ein Schattenbild des beleuchteten Körperteils, indem sich die Knochen als dunkle Schattenkonturen schwach hervorheben.

aber auch die Jnnenorgane des Körpers sind in den verschiedensten Schattenabstufungen, entsprechend ihrer Dichte, genau zu erkennen. Man kann auf diese Weise sogar beobachten, wie der Magen arbeitet, wenn er mit der Verdauung der aufgenommenen Speisen beschäftigt ist. Kleider und die weichen Teile der Außenmuskulatur erscheinen nur als leichte, zarte Schatten, und nur die festen mineralischen Stoffe setzen dem Durchgang der Strahlen einen gewissen Widerstand entgegen, der bei den Metallen und Schwergesteinen am größten ist. Ausnahmen bilden von den Metallen das Aluminium, die Kohle und andere weniger feste Gesteine. Den stärksten Widerstand setzt dem Durchgang der Röntgenstrahlen das Blei entgegen, denn dünne Platten aus Gold, Silber, Kupfer, Eisen etc. bilden für den Durchgang der Röntgenstrahlen auch nur ein schwaches Hindernis. Allgemein kann man annehmen, daß die Durchlaßfähigkeit der Körper für Röntgenstrahlen von ihrer Dichte abhängt und dementsprechend hat man bei Experimenten mit Röntgenstrahlen auch die Stoffe zu wählen.

Haben nun die Röntgenstrahlen mehr Eigenschaften mit dem Tageslicht und elektrischen Lichtstrahlen gemein, so weichen sie doch auch in manchen Punkten sehr von ihnen ab. Erstere gehen z. B. nur durch durchsichtige Stoffe, letztere auch durch undurchsichtige. Sie lassen sich auch nicht regelmäßig zurückwerfen wie die Lichtstrahlen, sondern können nur wenig zerstreut zurückgeworfen werden. Desgleichen ist es auch nicht möglich, die Röntgenstrahlen zu brechen, d. h. durch ein Prisma wie die Lichtstrahlen aus ihrer geraden Richtung abzulenken.

Die Photographie und Durchleuchtung des menschlichen Körpers mit Röntgenstrahlen hat int Laufe der letzten Jahre umfassende Ausgestaltung erfahren, und sind zu ihrer Durchführung eine ganze Zahl Spezialapparate und Röntgenröhren konstruiert worden, die sich den Spezialzwecken besonders anpassen. Dies ist schon deshalb nötig, weil von der Stellung der Elektroden die günstigste Bestrahlungsmöglichkeit der zu untersuchenden Objekte abhängt.

Bei den vielen Versuchen, die mit Röntgenstrahlen angestellt worden sind, hat sich ergeben, daß jeder Körper, der durch Kathodenstrahlen getroffen wird, unsichtbare, also Röntgenstrahlen wieder ausschickt. Man bezeichnet nun die Stelle der Glashülle, welche von den Strahlen der Kathode getroffen werden, im Gegensatz zu letzterer als die Antikathode der Röhre, und von ihr gehen die Röntgenstrahlen aus.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß man nur dann scharfe Röntgenbilder erhält, wenn die Röntgenstrahlen möglichst von einem Punkte der Röhre und nicht von einer größeren durch Kathodenstrahlen getroffenen Röhrenfläche ausgehen. Das erzielt man durch die schon früher beschriebene, hohlspiegelförmig gestaltete Kathode, welche die von ihr ausgehenden Strahlen im Brennpunkt des Hohlspiegels sammelt, also in

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 Luft, welche doch anfangs in der luftdicht verschmolzenen Röhre war, hingekommen ist. — Es wird nun angenommen, daß beim Durchgang des Stromes durch die Röhre sich Gasteilchen 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 am 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 Funkenindnktor, 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 Halske A.-G., Berlin wurden bei Betrieb mit Wehnelt-Unterbrecher Funken bis zu 1 in Länge erzielt.

Mit Hilfe der intensiv wirkenden im Brennpunkte gesammelten Röntgenstrahlen, 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, d. 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 Röntgenphotographie 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 sein»: allgemein eingeführten Kompressionsblende ein Hilfsmittel geschaffen, mit dem es möglich 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 liegen, 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. am

Die Maschinen-Glementr.

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 dem 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 Ersatzelemente 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

— 261

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 feststehende Normalien über Röhren, Schrauben 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 Lagerbohrungen, 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 Hauptgruppen von Maschinenteilen oder Elementen zu unterscheiden und beginnen unsere Besprechung mit

Gruppe I.

Elemente )ur 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 Verbindungselement 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 Verbindungselemente.

1.

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 Drehbanksupporten, als Preßspindel an den Schraubenpressen, 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 im 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 Durchmesser, den Kerndurchmesser da des Gewindegrundes und den eigentlichen Bolzendurchmesser d des äußeren Umfanges. Wir haben nun verschiedene Gewindesysteme, die im Maschinenbau eingeführt sind, das von Whitworth und das von Seller. 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 Reuleaux) 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, d ihren Kerndurchmesser, t die Gangtiefe des Gewindes, s die Ganghöhe und Steigung und n die Zahl der auf 1" engl. Schaftlänge geschnittenen Gänge. Ist nun P die in der Richtung der Schraubenachse wirkende Zugkraft, so ist:

*    1 OO    _

t = 0,64 Xs; dj = d — 1,28 X s = d--= 0,67 X VP

1 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°.

TT

fr

-5-TdFTP

>r /£-

TI

Fig- 181.

—>i    |<—

—>1 £

Mg- 132.

Bei dem Sellerschen Gewindesystem beträgt der Spitzwinkcl, 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

d1 = d —

und f —

0,125

Tabelle über Sellers-Gewinde.

D in mm = in engl. Zoll

D in mm = in engl. Zoll n

6,35 = 7« 7,94 = 7,. 9,53 = 7,

11,11 = 7» 12,70 = 7, 14,29 = 7»

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= 7, 19,05= 7, 22,23= 7, 25,40 = 1 28,57 ----17, 31,75= 17.

11 0,5069" 10 0,6201" 9 0,7307" 8 0,8376" 7 0,9394" 7 1,0644"

0,0114"

0,0125"

0,0139"

0,0156"

0,0179"

0,0179"

Ü1(^WIN3H0000^05Ü1^W

Nummer der Schrauben

Ült^^^WWWtODOtO 005000050000505005050

3 Durchm. der glatten Bolzen

—*•    l—¹    1—^    I—I—^    I—¹

<1    05    ©» M 05    M M

CO K) GO ^ co

OO fr. oo" to oo

Sc»

^^^WWCOtNDDOlNjH -<] ^ t-L CO    ^ t-L CG    Ol JN3    CO    _Ox    CO _CO

"o "ox "oo 1—¹    "co "oo "05 "co    1—¹    "co    -O "üx

Äußerer Durchmesser des Gewindes d

40,4

37,9

34,8

32,7

29,5

27,1

23,9

21,3

18,6

15,8

12,9

10,0

7,5

mm

Kerndurchmesser d.

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

SS

t—¹ i—¹ I—¹

^ÜIÜ1Ö505*<I^OOCDOHMÖ5

Zahl der Gänge auf 1 Zoll engl.

OOWDOKJDOWrOHHHH

g des sechs- oder 3 viereckigen Kopfes

Ol^^^WWWWWtOMHH

005000050500500005050

der Mutter

COCOWWtOWDOMH O5COHOOO^H0<IÜllO O<l

I der Contremutter

WtOtOMCOtOHM OOOOJU^tOOOOOS^WOOOOJ

I im ganzen

to to to to H H

ÜiWMOODOi^WMOOO^IÜl

³ im Konus

des versenkten Kopfes

Schraubenbolzen

m*

oo^i<ia505üicn^wo:coN)H

W^WO5KÜ1O^0OJOOM-O

3 Schlüsselweite u. Seite B des viereckigen Kopfes

^^^wwcowwmhhh ^ l co o\ cg pi ^lo _co _05 co _co "co "ux "05 ">-* "co "oo "cd "ox 1—¹ "co "•<! "oo

g Seite des Sechseckes für 3 den Kopf oder die Mutter

OOOCOCOOO^I*<l0505ÖXOi£»

| Splintdurchmesser

OJWWMDOWMMmpm

durch die Mutter I vom Rande des letzteren

j—1|—1|—1(—i

OlOiW^WMtOOOCOOOOOO

3 Vor d. Mutter Vom 3 Ende des Bolzens

®Me

ffZZ.

o v

<rv <§v

^^WCOtOtOtOP

00tf^4^0500rf^

COWK)DOb)HHH OOCOQOGOCO—J~-JCO

lllll

WWWCOtOtOMM

05050050000500

mm mm mm

SS 11-

vQ *^r- o> <— cl>

S £ S «£>

» gS

iS « <eS

«•Ö £ SS-

IS | IS

<8 K

uagtmlpj

-llNS

005 05Ü1ÜX^^^WCJMWM 00^005M00^005M05C005

mm

OO 05 DO M H H O O CO 00 <1 05 üx

Kopfes

Durchmesser

Höhe

Glatte

Bolzen

0505a50lCT^^^WWWt0H

Q0^005MQ0^005M05K)05

100

92

86

80

74

68

62

56

50

44

36

28

22

(D(00000*a^000x0i|^^co

WMh-O©0D*3«C3XWMMO

I für gedrehte Bolzen ^

3 für Schrauben- ^ muttern

g Höhe der Unterlag-__scheibe

B Höbe des SplintrtngeS

Unterlagscheiben

Normalabmefsungen für Schrauben und glatte Bolzen (Withworthgewiude), nach den Normalien der Preußische«

Staatsbahnen.

Durchmesser

der

Schraube

oo

mm

s auf einen engl.Zoll ₀ f s

ö auf den Durchm.

6,35

20

7,94

18

9,52

16

Whitworthsche Schraubentabelle.

Kern

durch

messer

ff* englische Zoll

ff*

Zulässige Belastung

kg

Höhe der Mutter Drchm. deS Bolzens in mm abgerundet H = d dt + 1,28 s

Schlüsselweite, Seite deS quadratischen oder Drckm. deS runden oder sechseckigen KopfeS. Dk = D5 + l,4d Drchm. d. Kreises, der um das Muttersechseck beschrieben ist

_Di 1,155 D_

Höhe des Kopfes. Hk 0,7 d

Drchm. der Unterlegscheibe

_ü 1,3 D_

Dicke der Unterlegscheibe _u 0/1 D_

Gew. von 100 mm Bolzenlünge 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

Ga

11,11

12,70

15,87

19,05

22,22

25,40

28,57

31,75

34,92

38,10

41,27

44,45

47,62

50,82

57,15

63,50

69,85

76,20

14

12

11

10

4'/.

3V,

37.

9⁶/₈ 2,38 60,45 8030 10 y₈ 2/63 66,80 9820

fr- OO

15

16

19

22

24

27

33

38

42

45

50

54

60

64

68

72

76

85

94

103

112

17/5

18,5

22

25,5

28

to t- oo o>

58

22

62.5    24

69.5    27

74

29

78,5

32

83

34

88

36

97,5

109

119

130

40

45

49

54

20    1/5 0/030 0/008 0,010 0,004

21    1,5 0,039 0,012 0,014 0,004 25 2 0/061 29 2 0,088 32 2,5 0,103 35 3 0,156 43 4 0,244 50 4 0,323 55 4 0,413 58 4 0,514 65 5 0,625 70 5 0,748 78 6 0,931 84 6 1,077 88 7 1/237 93 7 1,407 1,371 1,678 0,364 98 8 1,589

110 9 2,054 121 9 2/502 134 10 2,993 4,075 145 12 3,621 5,325

0,020 0,024 0/007 0,030 0,039 0/010 0,040 0/050 0,015 0,062 0,078 0,022 0,118 0/147 0/044 0,180 0,224 0,06 0,247 0,309 0/07 0/315 0,396 0/081 0,428 0,539 0,124 0,544 0,738 0,148 0,756 0,947 0,222 0,956 1,160 0,258 1/151 1,341 0,328

1,617 1,987 2/301 2,893 3,100 3,896 5,025 7,667

o co

0,460

0,666

0,825

1,099

1,323

Bei der Berechnung der Schrauben nimmt man die Beanspruchung aut Abscheeren Pr. qmm Zugfestigkeit — 38 kg. Dehnung 18 °/₀ bei Beanspruchung auf 25 bis 40 mm Dehnung Pr. qmm Zugfestigkeit — 36 kg; Dehnung 15°/₀

Zulässige Belastung.

Zuläss. Bel. ... kg Bolzenstärke . . . mm

Zuläss. Bel. ... kg Bolzenstärke . . . mm

48 81 118 164 215 375 545 750 1000 1250 1600 6,3 7,9 9,5 11/1 12/7 15,9 19,1 22,2 25,4 28,6 31,8

2350 2750 3150 3600 4150 5290 6750 8050 9800 38,1 41/3 44,5 47,6 50,81 57,1 63,5 69,8 76,2

1900

34,9

11600

82,5

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

P =

dt» X n

X kz.

Beispiel: Es ist die Stärke einer Schraube zu berechnen, welche einei Zugkraft von 4100 kg Widerstand zu leisten hat.

— 6,82 qcm — 30 mm Durchmesser.

In diesem Falle wird kg — 600 kg Pr. qcm eingesetzt, und erhält man für den Bolzenquerschnitt

ä,    4100

4 kz 600

Nach der Schraubentabelle 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 — 1*/₈" 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 V» höher, also ⁴/s p-

Tabelle für internationales metrisches Gewinde.

mm

mm

.    Schlüssel-

Q‘ weite

mm

mm

mm

mm

di

mm

Schlüssel-

weite

mm

10

11

12

14

16

18

20

22

24

27

30

to m

oonanammt-oomm in_ o o m

7—I r—I r—I i—i r—l Cx] GX1 (M GNl (M CO CO CO

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

12

13

15

16

18

19

21

23

26

29

32

35

38

42

46

00<l<l050501ülül^^^wc00:

OO5tOCO^OO5WOOÜltO0O5O3

3,5

4,0

4,0

4,5

4,5

5,0

5,0

5,5

5,5

6,0

6,0

6,5

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

Gasgewindctabelle nach Whitworth.

Lichter

Nr. Nohrdurchmesser engl. Zoll

mm

Äußerer

Gewindedurchmesser engl, Zoll

Gewinde- Zahl der i m Rohr Gänge

Tiefe

mm

mm

wiegt 1 engl.Zoll kg

pro

h ca ca co co

V»

V.

3,175

6,350

9,525

12,700

15,875

45/

161

17/

Im

ii/

/ 84 46/

M 44/ ist a

9,922

13,493

16,668

20,637

23,018

CO CO CO N lO 00v (» H

cT cT cT i-T

t~* l—⁴ I—‘ 1x3 CO CO 00

Gasgewindetabelle nach Whitworth (Fortsetzung).

Lichter

Nr. Rohrdurchmesser engl. Zoll

mm

Äußerer

Gewindedurchmesser engl. Zoll

mm

Gewinde- 8aW der i m Rohr Gänge pro

lengl.Zoll kg

Tiefe

wiegt

mm

1,7

26,194    1,17

29,369

33,337    1, 7

41,275

47,625

53,181

59,531

69,056

76,199

81,755

88,898    „

100,805

14

101,600    4,8/g,    114,290

Während wir im Maschinenbau eine allgemein gültige Normallehre für Ge. winde noch nicht haben, ist eine solche für Schraubengewinde der Feinmechanik vorhanden und zwar für Gewinde bis zu 5,5 mm Durchmesser nach folgender Tabelle.

32

32

82

82

32

32

(M (M CO CO CO

82

82

82

32

Normal-Tabelle für Feingewinde.

Äußerer

Gewinde- Ganghöhe durchmesser d — mm

mm

Kern-

durchmesser d, — mm

2,1

11

2,5

3,5

4,3

5,0

6,0

7,1

8,2

9,0

10,0

13,0

15,0

Äußerer

Gewinde- Ganghöhe durchmesser d — mm

mm

Kerndurchmesser d, — mm

Ox Ox

0,3

0,35

0,4

2,3

0,4

2,6

CO Vl "V V-t "cc "cc 'cd

Cn Qi

3,5

4,5

5,5

0,5

0,6

0,7

0,75

0,8

0,9

2,25

2,6

2,95

3,375

3,8

4,15

0,45    1, 25

Das flachgängige Gewinde wird nicht wie die scharfgängigen mit dem Schneidzeug, sondern auf der Drehbank geschnitten, und geben wir die Anleitung 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 d, — 0,8 d genommen wird.

17

Ganz dieselben Abmessungen gelten auch für das in Fig. 134 skizzierte Rundgewinde, 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»

—>t — yCl - k—    j*— -W—-y\

Ti

Ji

9.

SS'

h >,

,i____i.

Fig. 135.

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 dlf sowie die Länge des Gewindes 1 durch punktierte Linien, wie Fig. 136 zeigt, darf dann aber nicht den Bolzen schraffieren, weil sonst die Linien leicht unkenntlich werden.

Schraubenmutter, Kopf und Unterlegscheibe.

Für die richtige Formgebung dieser Teile der Schraube sind ebenfalls bestimmte Formeln aufgestellt, nach denen die Normalmaße bestimmt sind.

Die Wandstärke der Mutter ist abhängig \    von der Gangtiefe t und

J ..    Steigung s des Gewindes,

Jf    und wird für den Durch-

i    messerv (des dem Mutter-

J    sechseck eingezeichneten

>    Berührungskreises) emp

fohlen, ihn D — 1,45 d + 5 mm zu nehmen (Fig. 137). Muttern, die unbearbeitet bleiben, nimmt man etwas stärker. Man bezeichnet dieses Maß auch als Schlüsselweite.

Unterlegscheiben werden da angewendet, wo eine unebene Fläche als Grundlage für die Mutter dienen würde; ihr Durchmesser Dn ist Dn = d -f- 10 s ober ⁴/g D zu nehmen, n = »/. s.

Fig. 133.

Fig- 134.

Fig- 136.

D--

ihre Dicke

,,    I

---- —

—>(71 fr- -Ci-Vl

Fig. 137.

Der Schraubenkopf wird bei groben Verbindungsschrauben vielfach quadratisch oder länglich viereckig gestaltet, obgleich es richtiger ist, auch ihm 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

Rundeisen

Stärke

Quadrateisen

rojpquntß

Stärke

Quadrateisen

Rundeisen

Stärke

Quadrateisen

uajiaqunjß

t£>c00000«<l-305 05ü'0'

10

107,

11

117a

12

127,

13

1372

147,

14

15

15V,

16

0,195

0,235

0,281

0,330

0,382

0,440

0,500

0,562

0,632

0,705

0,780

0,860

0,944

1,033

1,124

1,220

1,318

1,423

1,529

1,640

1,755

1,875

2,000

167,

177,

17

18

187,

19

197,

20

207,

21

217,

22

227,

23

237,

24

2,12

2,25

2,39

2,53

2,67

2,82

2,97

3,12

3,28

3,44

3,61

3,78

3,95

4,13

6,31

4,49

4,68

4,88

5,27

5,69

6,12

6,56

7,02

7,50

7,99

8,49

9,02

9,56

10,11

10,68

11,26

11,86

12,48

13,11

13,76

14,42

15.10 15,80 16,51

17.23

17.97 18,73 19,50 20,29 21,09 21,91 22,75 23,60 24,46 25,34

26.24 27,15

28.10 29,02

29.98

41,70

44.26 46,90 49,62 52,42 55,29

97¹/,    74,15    58,24

61.26 64,36 67,54 70,79 74,12

22,80    130    131,82    103,53

23,55    135    142,16    111,65

14    152,88    120,07

14    164,00    128,80

150    175,50    137,84

155    187,40    147,18

160    199,68    156,83

165    212,36    166,78

0    225,42    177,04

5    238,88    187,61

252,72 198,48 266,96 209,66 0    281,58    221,15

195    296,60    232,94

200    312,00    245,04

205    327,80    257,45

210    343,98    270,16

215    360,56    283,17

220    377,52    296,50

225    394,88    310,13

230    412,62    324,07

235    430,76    338,31

240    449,28    352,86

245    468,20    367,71

250    487,50    382,90

255    507,20    398,34

260    527,28    414,12

265    547,76    430,20

270    568,62    446,59

275    589,88    463,28

280    611,52    480,28

85    633,56    497,58

90    655,98    515,20

95    678,80    533,12

00    702,00    551,35

310    749,58    588,42

320    798,72    627,00

330    849,42    666,79

40    901,68    707,82

50    955,50    750,07

360 1010,88 793,54

t- CO 00 05

<N <M <N CO

CO CO

O Ist

Gewichtstabelle über Sechskanteisen.

1 Meter wiegt Kilogramm:

D ----- innerer Durchmesser des Querschnitts (Schlüsselweite).

D Gew. D Gew.

D Gew. D

Gew. D Gew. D

Gew.

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

32

34

36

38

90    54,637

95    60,876

67,453 74,367

22,691 24,283

25,929    100

27,629    105

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

160

165

170

175

180

185

190

195

O lO

210

215

162,061

172,686

183,648

194,947

206,583

218,557

230,868

243,517

256,502

269,825

283,486

297,483

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 + Kopfhöhe -s- 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

mm

= 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

1 Schraube 420,3 mm ----- 2,21 x 0,420 = 0,93 kg.

Die Schraubensorten.

Die große Familie der im Maschinenbau zur 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 Stehbolzen 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 Maschinenschraube (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. Znm besseren Anzug legt man unter den Kopf eine Unterlegscheibe, wie Fig. 139 zeigt.

% II

■C

so.

Fig. 140.

Fig. 138.

Fig. 139.

Stiftschrauben oder 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 halbkuglige Kopf 140b, der der senkte 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.

F-g. Hl.

Zur Befestigung von Konstruktionsteilen an Trägern aus Eisen dient die Hakenschraube, Fig. 1.41, 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

ibSM

K-J?

Fig- 142.

f—Jß    H

Mg. 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 gewöhnlich 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 mehr 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 ipaa werden, und nimmt man in hartem Stein die Löcher ■ j ||jj nicht tiefer wie 100 bis 120 mm. In weichem Sand-stein kann man sie auf 200 mm Tiefe einstemmen, in I uu    Ziegelmauerwerk 3—400 mm. Nach dem Einsetzen der

genau senkrecht zur Befestigungs-

IS2-

Schrauben in die Löcher gießt man diese mit Zement, flüssigem Schwefel, Blei oder Gips aus und hat darauf zu achten,

17

ebene zu stehen kommen.    i||

Der konische Ansatz bei Schraube Fig. 148 a hat M vierkantigen Querschnitt, und werden die Kanten mit dem Schrotmeißel zu Widerhaken aufgehauen, damit , ein Lockern der Schraube durch Stöße nicht eintritt    |    l

und müssen deshalb nicht nur besonders sorgfältig befestigt sein, sondern 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 Fundamentschablone, welche genaue Marken für der 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 Fundamentschrauben später eingesetzt werden.

Die Fundamentschraube 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 ¹/₄, 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 festhalten.

El

PSßlli

SSI

<x

Ftg. 149 a.

FIg. 149 b.

Etwas umständlicher und mühsamer ist die Befestigung mit Keil Fig. 149 b. Hier erhält der Schraubenschaft am unteren Ende nur eine 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 Schaftendes hat und sich beim Anziehen der Mutter mit seinem Rücken gegen die Unterlagsplatte legt, die eine Nute von der Breite des Keilrückens erhält, in die sich der Keil fest einlegt.

Schraubensicherungen 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 Unterlag-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 ondere nach unten gerichtet ist. Beim Anziehen der Mutter drückt sich die -ine 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 nich: geschieht und deshalb eine Lockerung der Schraubenmuttern doch eintritt.

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 als der normalen Mutter gab. Jetzt nimmt man aber gewöhnlich 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.

Die Schraubensicherung 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 <^-Draht gebogener Splint nach dem Anziehen der Mutter gesteckt wird, dessen Enden, die aus der Mutter 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 aus den Abbildungen deutlich zu erkennen ist.

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Fig. 161.

Fig. 152.

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Eine andere Art der Sicherung 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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Fig. 156.

jedem Ende ein für eine bestimmte Schraubensorte passendes Muttermaul, und sind seine Konstruktionsabmessungen 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 Schraubenverbindungen sind sehr mannigfacher Art, und erübrigt es sich, hierfür Beispiele anzuführen, weil sich die Arten der Verbindungen aus den 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 Nohrverbindungen in Abbildungen dargestellt.

Eine viel angewendete Art der Schraubenverbindung ist die mit Schlitz-schrauben, wie wir sie beim Aufspannen der Arbeitsstücke auf die Tische der Werkzeugmaschinen verwenden, während zur Verbindung zweier Maschinenteile, die in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden müssen, Steh-bolzen dienen, bei denen auf dem Schaft zwei Bunde aufgeschweißt sind, welche mit ihrer äußeren Flächenentfernung genau dem 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 Distanzrollen gesichert. Es sind dies einfach Abschnitte von schmiedeeisernen Röhren, die etwas weiter als der Durchmesser der Verbindungsschraube 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 Keilverbiudringen.

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 Verbindungsmiltel um keilförmig zugerichtete Schmiedeeisen- und Stahlstücken, und zwar kann der Keil einseitigen oder zweiseitigen Anzug erhalten.

Man versteht unter Anzug die Schrägung bezw. das Neiguugsverhältnis zur Geraden. Je kleiner der Anzug des Keiles ist, um so größer ist seine Wirkung und die durch ihn erzeugte Reibung auf 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 Konstruktion zu berücksichtigen und auf den 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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Ftg. 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 zwischen 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 Dampfkolben immer mit Demontage des Zylinderdeckels und Kreuzkopfes verbunden ist.

Diese Keile werden auf Biegung beansprucht, und macht man 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 Höhe 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. 163.

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 Kreuzkopf

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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Ng. 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 = und b = 0,23 d. Keilverbindungen, die unter Umständen schnell gelöst werden

Fig. 164.

liegende Wand des Keilloches preßt.

müssen, gibt man einen zweiseitigen Keil K mit Zwei Beilagen oder Unterlegkeilen und Bs (Fig.164). 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 finden wir sie an den Pleuel- und Kuppelstangen der Lokomotiven und Dampfmaschinen oft benutzt. Wie Fig. 164 zeigt, erhalten die Beilagen Bx und B, 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-

b) 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. 165 a) ist die untere Fläche beg 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 Auflage 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 größeren Durchmessern Nutenkeile. Maschinenteile, die starke Stöße empfangen, befestigt man immer mit Nutenkeil und nimmt nicht selten zwei, die dann unter 90 ⁰ 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 slf und wird beim

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Torsionskeil: s = 4 -f- rjp; sx = 4 -J- -5p

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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 167.

Fig. 168.

treibt dann einen kantigen Dorn zwischen Nase und Nabe und zieht so den Keil aus seinem Sitz heraus.

Da aber die Nase des Keiles an Rotationskörpern schon oft zu Unglücksfällen Veranlassung gegeben hat, 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

Hohlkett

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Nutenkeil

Höhe Breite Höhe Breite Höhe

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Entlastete Keilverbindungen kommen ebenfalls vor und zwar am meisten

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Fig. 169.

bei langenPumpengestängen. 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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Tafel IV-

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 Stiftschräubchen, 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)

die Zugschrauben an dem Keil K, bei der anderen an der einen Beilage B angebracht ist (Fig. 174).

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Fig. 174.

Fig. 173.

Man 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.

Bolden und Bohenverbindungen.

Bolzen werden als Berbindungsglied 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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b„ =

In diesen beiden Formeln bezeichnen 1 und d die Werte der Länge und Stärke gleichwertiger Stirnzapfen, doch empfiehlt es sich bei stark beanspruchten

Bolzen, d, etwas größer als ^ zu nehmen, und vergrößert man dann auch 1,.

Ist aber dieses Maß gegeben, so nimmt man

d₈ = (0,63 X Vty X d.

D, den Durchmesser des Bolzenkopfes und der Unterlegscheibe, nimmt man ==5 + 1,4 d. Den Wert e nimmt man = 3 + 0,07 d.

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Fig. 175a.

Fig. 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/s 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 Kreuzkopfbolzen; in den meisten Fällen genügt aber ein Splint mit Unterlegscheibe.

B. Unlösbare verbindungseleinente.

a) Nieten.

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 Setzkopf (Fig. 176). Der Schaft B des Nietes, dessen aus den Blechen vor-stehendes Ende den Schließkopf C bildet, muß 1,3—1,7 d lang sein, damit beim Schließen des Nietes auch ein gesunder Schließkopf sich bildet.

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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.

Ug. 176.

Der Kolonnenführer 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.

Fig- 177.

Die Maschinennietung füllt dagegen auch versetzte Nietlöcher voll aus und ist deshalb auch in dieser Hinsicht vorzuziehen.

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Eine gute Nietung erfordert aber ferner noch ein dem Nieten vorausgehendes gutes Ausrichten der Blechnaht und Überlappungen. Namentlich an den Wechseln, also an den Eckverbänden 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.

Fig- 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 sollen. — Das Stemmen der Niete gibt der Nietverbindung erst die vollendete Dichtigkeit. Man 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 Einstemmen 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 Nostschicht 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 verstemmt. Gefäße mit dünneren Blechstärken, wie Reservoire, Gasometer usw., werden in den Überlappungen durch Einlagen aue Leinwand oder Papier, die man beiderseitig mit Mennige bestreicht und mit einnietet, gedichtet.

Die Abmessungen der Niete ergeben sich aus den in Fig. 179a—d eingeschriebenen Werten.

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 Einziehen des Nietes in die Nietung angeschlagen wird, so daß er dann die in Fig. 179b 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.

dift/cL

Asb

in

17

ttttt

x"

Es ist also die

Nietbolzenlänge — Blechstärken + 1,3 — 1,7 d.

Die in Fig. 17.9 c gezeichnete Nietform mit dem kegelförmigen Schließkopf ist bei uns nicht mehr in Gebrau'ch, 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 drückt 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,

325

300

280

260

240

220

200

ii 20—30    „    „

Bei Maschinenuietungen, 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. 181 a einen vollen, 181 b einen halbversenkten. 181 c einen ganz versenkten Nietkopf.

Man nimmt bei diesen Nietköpfen:

D = 1,5 d R = d

H = 0,5 d r — 0,5 d b = 0,125 d.

Ul

/C

Nach den Normen des Verbandes deutscher Eisenhüttenleute und Erlaß vom 25. November 1891 gelten für Niete folgende Festigkeitsvorschriften:

Schweißeisen

Uußetsen

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

71

110

143

185

254

32

28

43

73

114

148

191

262

34

29

45

76

118

153

197

270

36

30

46

79

122

158

203

278

38

32

48

81

126

162

209

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

355

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.

Faßniete

Blechniete

Nr.

Sächsische

Mannheimer

Wiener

Mannheimer

Wiener

kg

kg

kg

kg

kg

4,0

3,0

2,0

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

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

9,330

11,000

13.500 16,830 18,700

20.500

20

21

22

23

24

lOlOOlOlOlOOlOOOlOOlOOlOlOlOlOlOOOlOOOiOO ,    | ^OiOOO(MOOCs)GOO0CO0COCD000HlOlOHOCOCOO

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rH rH r—I C<1

OOOOTOOIOOOOOIOOOOOOOOO

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

lllll

Die Nietmaschinen arbeiten mit Preßwasser oder Preßluft und haben bei 100 atm hydraulischem Arbeitsdruck und 500 mm Ausladung eine Leistlings--fähigkeit von 200—300 Nieten in der Stunde.

Beim Antrieb mit Preßluft, 450 mm Ausladung und 4—8 atm Arbeitsdruck kann man ebenfalls mit einer Leistung von 2—300 Nieten in der Stunde rechnen.

b) Die Nietenverbindungen.

Es ist zwischen Festigkeits- und Dichtigkeitsnietungen zu unter

scheiden.

Festigkeitsnietungen dienen in erster Linie Festigkeitsverbindungen, bei denen die Dichtigkeit nicht in Frage kommt, und finden sie bei den Eisenkonstruktionen 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, Schiffsrümpfen 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.

vi

Ng. 182.

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. angewendet. Es ist selbstverständlich, daß das Niet nie die Festigkeit des un-durchlochten Bleches vollständig ersetzen kann, aber wenn die Verhältnisse entsprechend gewählt werden, kann auch die Festigkeit der Nietung

zb

Bf

SS

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.

23

mini

'tu

TMA T~

Fig. 184.

'Als eine in der Praxis brauchbare Randbreite, welche dem Nietkops genügenden Raum gibt, sind nach Reuleaux folgende Werte zu benutzen:

b = 1,5 d oder ^ — 1,6 X ^

worin b die Randbreite, d den Durchmesser des Nietbolzens und 6 die Blechdicke 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

PW

Ifc—Js— 3 cl

Fig. 185.

Fig- 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 Nietfelder 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 Mete ein, als dies bei Kraftnietungen und den gleichen Blechstärken 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 Dampfkesselbau 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 einfacher N ietung: Nietdurchmesser — d = 4 -(- 1,5 d (d — Blechdicke)

a = 10 —|- 2 n b — 1,5 d.

Nietteilung Randbreite

Die Figuren 186—188 zeigen einige Beispiele für Dampfkesselnietungen.

Bei der Doppelnietung (Fig. 187) ist die Nietentfernung a = 10 -}- 2d, dagegen bei Fig. 188 a 2 — 20    3 d. Die in

Fig- 187.

Figur 186 mitgeteilte Laschennietung wird auch bei Dampfkesseln einfach und doppelt ausgeführt.

er®

Allgemein ist nach folgenden Angaben bei Nietungen zu verfahren:

Fig- 188.

Wenn nach Fig. 189 und 190 a die Nietentfernung für einreihige, A

5f

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 mm zu nehmen. Bei der Blechstärke e kann d, der Nietdurchmesser, bis zu einem Maximalstärke von 26 mm gewählt werden mit

d = /50Xe- 47

Bei Reservoiren für Wasser-, Windleitungen usw. nimmt man a = 3 d X 7, für genietete Gasleitungsröhren a = 3,5 d -j- 7.

Gegenstand der Arbeit

mm

mm

mm

mm

mm

Kesselmäntel und Flammenröhren

Siede- und Dampfröhren

Gasometer ......

Gasröhren für Hochöfen usw. Schornsteine, Rundnähte . .

52—56 75—80 55—58 75—85 60—62 80—92 64—65 85—100 46—48 28—30

50

65

65

65

70

Längsnähte . Wasserkasten, Windleitungen Wasserkasten, Windleitungen

80

45

55

COOXCOOOIOÜTCRO^I—*GOCR

20

22

24

26

9—12

13—15

16—18

19—20

16

6—8

6-6 V, -

12*/* 5-6

10

3—4

12*/₂ 5-6 16    7—8

16    7—8

12¹/₂    4-6

16

7—8

Weitere Verhältnisse für Reservoir- und Dampfkesselnietungen sind nach den folgenden Tabellen zu entnehmen:

Tabelle für Reservoir-Nietungen.

PL

■e:

1,5 d

Teilung a = 2 d 4-

10 — 15

Überlappung

uajdgy avvxk ooi uoq }(piCH3©

Winkeleisen dazu

OOlWCOMCDOO-l

CM^ CM^ rH p GO^ CD_

CO CM CM CM CM i—i t—i i—i

iO_ ist

O    CM    CO    t>-    O O CO    ^

rH    i—l    r—I    t—I    CM CM CM    CM

OJ^OGO^OOO^

OOOJOO^OO^M

px OO OO    _o _o

"o "o "o "o 'bo GO "oc "qi

45 X 45 X 5 48 X 48 X 6 50 X 50 X 7 60 X 60 X 8 65 X 65 X 9 65 X 65 X 10 70 X 70 X 11 80 X 80 X 12

Je nach der Größe erhalten die Reservoire noch Längsanker und Queranker im Innern.

Dampfkessel-Nietungen.

Blech

stärke

mm

Nietloch

durch

messer

mm

Einfache Nietung

Doppelte Nietung

Abstand Festigkeits-Verhältnis

der Niete

mm

der

Niete Naht

Abstand Festigkeits-, der Niete Verhältnis der

mm

Dreifache Nietung, Festigkeits-der der Verhältnis Niete Naht der Niete

fi

fi

fi

f-ooo:Oi—i(Mco^mt'-G5T-Hcomt>-C5i—i

rH rH 'rH i—l rH rH i—l rH CM CM CM CM CM CO

WWtOWWWtOtOWMDOtOHH‘ h-* H-¹ I—¹■ OO0OOHQW^Ü51OHO0OOHÜ1^

35

37

41

44

46

48

50

52

53

55

57

59

61

63

64

66

66

48

51

57

60

63

66

69

71

74

77

80

82

85

88

90

93

93

OOr-IC<]lOCNlt>-Ttii—lOr-linOCOCOOl^rH

CO    CO    CO    CM^ CM^ rH_    H    i-H_    H    <0_    OO^ GC_ O0_    00_ l>»

rH    t—I    rH    i—l i—l rH    i—I    i—l    i—1    i—I    O O 0>    CD    O¹

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

Goc£OMtow^üiai--icsiOMiooj'j'<ioi0 4-a50oi- 03 Qi MO LO ^ojcc    Qi^a^o^v^ sr^v^^o^Qi    O3^

'8o'oSo'o'o'o§'oo'o'o'oo'S28 » S B £ 55 88fc£8S538£8S88!SSs88BS2£3S$52

3,63

7,25

5,90

7,87

4,45    4,27

1,72

3,45

5,18

6,90

13.80

20.70

27.60 34,50 41,40

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

1,81

5,44

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

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

6,68

8,90

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

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

2,8

5,7

8,6

11,4

22,8

34,2

45,6

57,0

68,4

79,8

91,2

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 und Achsen.

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 auf zweierlei Weise erfolgen, je nachdem die auf 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 Tragznpfei».

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 (j) X VP zu nehmen.

XS

d»/-¹⁵

r 7t

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: 1 X d

und nach dem Einlaufen verringert er sich auf den Wert

;Xp-

po =

2«9

Um bei hohen Umlaufszahlen die Abnutzung möglichst zu verhüten, führ? man an Stelle von p die minütliche Umlaufszahl n und eine konstante Größe a ein. Man erhält dann

"X8

d=f ¹⁶

X^-XKE

Für den Wert a gibt Reuleaux an: bei bronzenen Lagerschalen oder Hülsen und

für einseitige Belastung „ wechselseitige Belastung a = 150.

75;

Hohle Stirnzapfen kommen bei gußeisernen Wellen und Achsen bor, die aber in neuerer Zeit durch solche aus Gußstahl ersetzt werden, weil gußeiserne Wellen und Achsen infolge der ge- M ringeren Tragfähigkeit Z

zu starke Querschnitts- ~ j_

formen erfordern und unverhältnismäßig    ⁷

schwer ihrem Gewicht nach ausfallen.

Bezeichnet man bei einem hohlen Zapfen nach Fig. 192 mit d, den inneren, mit d₂ den äußeren Zapfendurchmesser und mit d den Durchmesser des gleichwertigen vollen Zapfens und mit Y das Höhlungsverhältnis dt: d2 während die Länge 1 des Zapfens dieselbe ist wie die des vollen, so ist

J*£

VI

i:

i.

Fig. 191.

Fig. 192.

6,

d Kl — V⁴'

Das Höhlungsverhältnis V — 0,6 kommt häufiger vor, und ist für dieser Verhältnis der Wert

1: Kl — V⁴ = 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 Höhlungsverhältnir von 0,6 einen äußeren Durchmesser da = 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 Flächendruc! 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.

19

Die Zapfenlänge macht man bei Zapfen mit einseitiger Belastung in: Schmiedeeisen 1 — 1,5 d

bei wechselseitiger Belastung in:

Schmiedeeisen l = d

Nachstehende Tabelle ist für Zapfen, bei denen die Umdrehungszahl n ^ 150 ist, unter Zugrundelegung der vorstehenden Reuleauxschen Formeln berechnet.

Gußeisen 1 = 1,5 d

Gußstahl 1 --- 1,94 d

Gußeisen 1 = d

Gußstahl 1 = 1,3 d.

Tabelle für Stirnzapfen für n > 150.

Einseitige Belastung P

Wechselseitige Belastung P

®l!fenbCS Gußeisen Gußstahl Schnöde- Gußeisen Gußstahl

mm

mm

kg

kg

kg

kg

kg

kg

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

120

130

140

150

160

170

180

190

ß»stO?OCOt-^OOOOOOQOö5050000HN(NW^iOW®Ot-

H rH i—l    t—t    i-H    r—1    i—I    r—I    i—1    i—I    rH rH vH    r—i

494

244

625

625

318

807

720

968

351

900

900

450

1162

1280

1620

2000

2420

2880

3920

11520

13520

15680

18000

20480

23120

25920

28880

32000

613

880

1013

1250

1513

1800

2113

2450

2813

3200

INI

1582

2066

2615

3228

3906

4649

5456

6327

7264

8264

9330

10460

11650

12913

14237

15625

18595

21823

25310

29054

33058

37319

41838

46616

51652

In der vorstehenden Tabelle ist d der Zapfendurchmesser, e die Bund-

höhe, und das Verhältnis der Zapfenlänge ~ ist für die Berechnung und dem

Material entsprechend mit 1 = 1,5 d, 1,94 d, 1,3 d bezw. l = 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

Anlauf-

er Breite

Hohl

kehle

Zulässige Belastung in kg, bei einem Verhältnis e : d

mm mm

mm

mm

1    1,25    1,5

2/5

30

40

<r> ao

675

1200

50

10

1875

60

10

2700

70

10

3675

80

12

5056

6399

169

300

469

675

919

1264

Flächendruck pro qcm in kgl 75 bei der angegebenen Belastung/

Wird ein Tragzapfen zwischen zwei besonders belasteten Teilen einer Welle oder Achse notwendig, so nennt man ihn einen

Halszapfen (Fig. 193). Man hat ihn als einen erweiterten Stirnzapfen 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.

7500 10800 14700 19200 24300 10    30000

48

33

19

12

8,3

19*

1600

1875

2700

3675

4800

6075

7500

9075

10800

12675

14700

16875

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.

im

Fig- 193.

Es gelten für den Gabelzapfen folgende Formeln und Werte:

Einseitige Belastung

Wechselseitige Belastung

Schmiede

eisen

Gußeisen Gußstahl

Schmiede

eisen

Gußeisen G ßstchl

po

für ruhende Zapfen

CD CD

CO CO

CD CD

co co

d ~~ ¹

d=0,16/P 0,65/P 0,36/P 0,46/P 0,65/P 0,36/P

für laufende Zapfen n > 150

0,5

O CD

lo

OI

0,5

1,0

10

i=³

d=0,8/P 1,125/P

CO CO ,0 "ut 'bi

©. 00^ rH 00

CO

3,5

0,7 V P    0,7 V P

1,0 KP

0,6 V P

Beispiel: Es soll ein Gabelzapfen für eine Belastung von 2400 kg -inseitige Belastung berechnet werden. Als Material ist Schmiedeeisen vorgesehen, und soll der Zapfen in der Minute 40 Umdrehungen machen.

Nach der vorhergehenden Aufstellung ist d = 0,8 X VP = 0,8 X V 2400 = 48,9 X 0,8 = 39 mm, also rund 40 mm im Durchmesser; das Verhältnis der Länge zum Durchmesser ist

— = 3, mithin 1 = 3X1 = 120 mm.

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 ü 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, Fla. 194. 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 po = 6 P = 4,7!

Gußeisen

Gußstahl

10 .

2,35

7,85.

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 Zapfenreibung 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*xp,

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 Neibungsflächen, 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

p = 0,035;    0,086;    0,135;    0,236;    0,340;    0,439;    0,500

f = 0,090;    0,087;    0,095;    0,118;    0,171;    0,184;    0,180.

Nach neueren Methoden wird das Reibungsmoment, welches der Drehrichtung des Zapfens entgegenwirkt, wie folgt berechnet:

Reibungsmoment — RXX — P X u X z-

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 — - - —    — n msek und die

mkg.

60

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 kg wiegt und 50 Touren in der

Minute macht. Der Durchmesser der Lagerzapfen beträgt 140 mm, und läuft der gut geschmierte Stahlzapfen in Bronzelagerschalen.

Reibungskoeffizienten für gleitende und Zapsenreibung.

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 Sckimiedeeisen auf Gußeisen

trocken

Wasser

Fett

0,19

0,35

0,18

0,25

Öl

0,19

Ringschmierung

0,07—0,08

0,05

Stahl auf

Fett

trocken

CO

Stahl auf Bronze Stahl auf Weißmetall

Fett

Öl

o    ©    ©    ©

©    h-¹    i—‘    r-1

©    ©    05    Ot

Stahl auf Gußeiseu Stahl auf Weißmetall

0-0-

CM CM

T—I T-H © ©

Schmiedeeisen auf Schmiedeeisen

trocken wenig fett

0,44

0,13

Gußeisen auf Eiche

trockeu

Wasser

Seife oder Fett

0,49

0,65

0,22

0,19

Schmiedeeisen auf Eiche

Wasser

0,65

0,26

Talg

0,11

0,08

Schmiedeeisen auf Pockholz

Fett

Öl

Leder auf Gußeisen

trocken

Wasser

Öl oder Seife

0,28

0,62

0,12

0,56

0,36

0,15

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

und

Nach der vorstehenden Tabelle über Reibungskoeffizienten ist in diesem Falle u = 0,06; n = 50; d = 140; P = 2500

mithin ist x = | X d = 3li X ¹⁴⁰ = 0,63 X 0,14 = 0,088 m

RA=PXuX

²X*X^Xn

2 X 0,088 X 3,14 X 50

2500 X 0,06 X = 2500 X 0,06 X 0,46

fiq

Reibungsarbeit — 69 sekmkg — — — 0,92 PS.

60

60

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 Spur- ffiU'fflii Pfanne 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 d* 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 Spurzapfenberechnung folgende Formeln an:

Schmiedeeisen oder Gußeisen auf Eisen oder Stahl Stahl auf Bronze Bronze    auf Pockholz

0,5 _

1,86/P 0,25

2,62 yP    1,31 Vf

—    p = 1

-    d = 1,31 x Vf

i    P = 1

Ruhende Zapfen | d = 1,31 X Vf

p = 0,5

d = 1,86 X Vf

a = 75

d = 0,15 ypx*¹

Laufende Zapfen n < 150 Laufende Zapfen n > 150

<1

Fig. 195.

1,0

Versuche von Penn hatten gezeigt, daß im Wasser laufende Pockholz-lager-Spurzavfen 4—5 kg Flächendruck gut vertragen.

Spurzapfen-Tabelle nach Reuleaux.

Werte für den Durchmesser d und die Belastung P für ruhende und laufende Zapfen

1,31 fT 1,86 yT"

2,62 yp

1,31 KP

1,86 yT"

2,62 yT

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

11421

13111

14918

16841

18880

21036

23309

25698

28204

30826

33565

36420

39392

42480

45650

49007

52445

5684

6525

7424

8381

2855

3279

3729

4210

295

180

1180 1457 1763 2097 2462 2855 3279 3729 4210 4720 5259 5827 6424 7051

Die Zapfenlänge nimmt man beim Spurzapfen 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 Schmiermaterial erfordern.

Entsprechend den Halszapfen bei den Tragzapfen haben wir auch bei den Stützzapfen Halsringzapfen zu unterscheiden (Fig. 197). Es ist hierbei nach Neuleaux der innere Durchmesser 2r, gleich dem Durchmesser D der zugehörigen Welle oder Achse. Am richtigsten ist es, ihn noch etwas größer zu nehnren und innen eine kleine Öl-Ringnut einzudrehen, sowie Ölrinnen in der Pfanne vorzusehen. Der Wert r₀—r, erhält dieselbe Größe wie beim gleichwertigen Spurzapfen. Die Berechnung der Reibung der Spurzapfen und Halsringzapfen ist nach folgenden Formeln auszuführen:

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

587

725

877

1044

1225

1421

1631

1856

2095

2349

2617

2900

3197

3509

9396

4720

364

440

524

615

714

819

932

1053

1180

1315

1457

1606

1763

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

10469

11600

12780

14036

15341

16704

18125

19604

21141

22736

24389

26100

5259

5827

6424

7051

7706

8391

9105

9848

10620

11421

12252

13111

Wenn der innere Halbmesser der ebenen ringförmigen Sohlfläche ---- r, und der der äußeren — r, ist, so wird bei neuen Zapfen die an dem Umfang tangential wirkende Kraft

Im*

ffXPXi-

und für eingelaufene Zapfen

p=4xpx(i+y,

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 setzen sich aus einer Reihe übereinander angeordneter Halsringzapfen zusammen. Wenn die Ringe in ihren Abmessungen gleich sind, so kann

\M

pg

Jm

-iH

mini

Juni.

IL

si

hihi

—>1 ^[4—

|i

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 ¹/g—¹/₁₀ 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.

Fig. 196

Fig. 197.

Fig. 198.

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 betn Ringzapfen Fig. 200 sind die Flügel eines vierblättrigen Blatt-zapfens 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.

MM

mm

Fig. 200,

Der Kreuzzapfen (Fig. 201) hat gegenüber dem Ringzapfen den großen Lorteil, 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.

ST

dr

Ssr

l:

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 Kraftabgabe (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 Wellenleitung 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

00 O

O Ob

60    70    80    90    100    110 mm    Durchmesser

1,70    1,

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 dem 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 Ausdehnungswerte den Spielraum bestimmen, der einem Wellenstrang für die Ausdehnung durch Erwärmung zu geben ist.

2,00    2,10    2,20    2,30    2,40    2,50 m

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 bann 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 n₁ die Tourenzahl der treibenden Welle in der Minute, mit n₂ die Tourenzahl der getriebenen Welle in der Minute, mit Dt den Durchmesser der treibenden Scheibe und mit 1), den Durchmesser der getriebenen Scheibe, so ist

n, X Di = i>j X Da 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 =

75-60N

2 n 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 */₄ Grad beträgt; demgemäß erhält man mit Rücksicht auf die Verdrehung:

Vw-

r n

d = 23,2 V^PR = 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 p 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

n

0,706 „ 110 „ Wellendurchmesser,

im Mittel also

U0+105_216 = m;5

Dieser Wert deckt sich ziemlich genau mit betn, den wir nach der Formel ausgerechnet haben.

Tabelle zur Bestimmung des Wellendurchmessers.

PR =

0,0039

2,79

0,0072

5,16

0,0123

8,81

0,0198

14,18

0,0301

21,56

0,0441

31,58

0,0625

44,76

0,0861

61,66

30

35

40

45

50

55

60

65

PR =

0,1158

82,94

0,1526

109,29

0,1975

141,45

0,2517

180,27

0,3164

226,61

0,3928

281,32

0,4822

345,35

0,5862

419,84

70

75

80

85

90

95

100

105

PR =

1,8526 2,1318 1326,831526,79

0,7061

505,71

0,8435

604,11

1,0000

716,20

1,1774

843,25

1,3774

986,49

1,6018

1147,21

110

115

120

125

130

135

140

145

2,4414 2,7836 3,1605 4,0278 5,0625 6,2847 7,7160 9,4789 PR= 1748,53 1993,612263,55 2884,7 3625,8 4501,1 5526,2 6717,1 d =

Zur Bestimmung der Wellengewichte bei Kalkulationen dient die folgende Tabelle fertig gedrehter, polierter und gerichteter Wellen.

ii

150

155

160

170

180

190

200

210

Tabelle über Gewichte fertig gedrehter Wellen.

Wellen-

dnrchmesser

mm

Gewicht per Meter

kg

Wellen

durchmesser

mm

Gewicht per Meter

kg

Wellen-

Durchmesser

mm

Gewicht per Meter

kg

30

5,5

90

49,6

150

35

7,5

95

55,3

155

40

9,8

100

61,3

160

45

12,4

105

67,5

165

50

15,3

110

74,1

170

55

18,5

115

81,0

175

60

22,0

120

88,2

180

65

25,9

125

95,7

185

70

30,0

130

75

34,4

135

80

39,2

140

85

44,3

145

103.5

111.6 120,1 128,5

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 Wellendurchmesser ermitteln.

2. Komprimierte Wellen. Dieselben werden aus weichem Martinstahl hergestellt und haben gegenüber den gewöhnlichen glatten Wellen den Vorzug einer großen, bis auf ¹lt0 mm garantierten Genauigkeit ihres Durchmessers und höherer Festigkeit. Dagegen haben sie den Nachteil, daß sie sich beim Zinfräsen der Keilnuten stärker krummziehen als die gewöhnlichen glatten Wellen.

Komprimierte Wellen von Gebr. Reimbold 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 Königl. Polytechnischen Hochschule zu Charlottenburg hatten folgendes Ergebnis:

Tabelle über komprimierte Wellen von Gebr. Reimbold.

Material

Ursprünqlicher Elastizitäts-

D--«. O-->. »"XS⁰“' *“"⁸-Messer schnitt    '

Elasti-

mvdul

Streckgrenze Bruch grenze Belastung Belastung

mm

qmm

kg kg/qmm

kg/qmm

kg kg/qmm kg kg/qmm

Bruchquersch. Mittl.

Durch- . messer mhalt

mm qmm

Fläch.-

150

161

320

320

327

320

20900

21000

21100

21100

20600

20900

20900

21000

16,0 201 16,2 206

Hiernach dürfen komprimierte Wellen einen um ¹/₈ 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.

Pferde-²⁵ stärken

50

60

Zahl der Umdrehungen in der Minute ----- n

70    80    90 100 120 140 160 180 200 225 250 275

300

350

400

45

45

55

55

60

60

65

65

70

65

75

70

30

30

30

60

60

55

60

55

55

50

55

55

55

50

50

50

45

35

40

45

45

35

35

40

40

40

40

75

70

70

70

80

75

70

70

65    60

70    65

60

65

5>

55

55

50

50

50

50

50

45

45

60

60

55

55

55

50

50

50

45

45

55

55

55

50

50

45

50

50

50

80

75

75

70

70

70

65

65

60

60

85

80

75

75

70

70

65

65

60

60

60

55

55

55

50

11

85

80

80

75

75

70

70

65

65

60

60

55

55

55

55

50

50

12

85

85

80

75

75

75

70

65

65

65

60

60

55

55

55

50

50

60

60

60

55

55

55

50

55

50

13

90

14

15

90

85

85

80

85

80

80

75

75

70

70

65

65

80

75

75

70

70

65

65

60

60

60

55

90

85

85

80

80

16

75

75

70

70

65

65

60

60

60

60

55

55

95

90

85

85

80

80

75

70

70

70

65

65

60

60

55

55

60

65

65

65

60

55

55

60

60

55

18

20

95

90

90

85

85

25

100

80

75

75

70

70

95

90

85

85

85

80

75

75

70

70

65

65

65

30

105

100

95

90

90

85

85

80

80

75

70

70

65

65

60

65

60

60

110

105

100

95

95

90

85

85

80

80

75

70

70

70

65

60

60

75

75

75

70

70

65

60

65

65

35

110

105

40

45

120

110

120

115

50

125

115

55

125

120

60

130

125

65

130

125

70

75

135

125

135

130

80

135

130

90

140

135

100

145

140

110

150

140

75

75

75

80

80

85

85

85

85

90

90

95

95

70

70

70

75

75

80

80

80

85

85

85

90

90

90

70

70

75

75

75

80

80

80

85

85

85

90

120

150

145

130

155

150

140

155

150

150

160

155

140 130 130 130 120 120 115 110 110 105 145 140 135 130 125 120 115 115 110 105 145 140 135 135 125 120 120 115 110 110 150 145 140 135 130 125 120 115 115 110

O lO

100

100

100

100

95

90

105

105

95

95

110

105

100

100

95

105

100

100

160

160

155

170

165

160

180

165

160

190

170

160

150 145 150 145 155 150 155 150

O xO

145

150

135 130 125 120 120 115 115 110 105 140 135 130 125 120 120 115 110 110 140 135 130 125 120 120 115 115 110 145 135 130 130 125 125 120 115 110

105

105

110

110

o xO

105

100

100

100

100

OxOO © 5<j xo

170

175

180

165

170

175

160

165

275

185

180

300

190

180

175

325

195

185

350

375

195

180

190

200

© lO

400

205

190

155 150 155 155 160 155 165 160

170 165 170 165 175 170 180 175 180 175

iO ©

140 135 130 125 125 120 115 115 140 135 135 130 125 120 120 115 5 145 140 135 155 150 145 140

160 155 145 140 140 105 160 150 145 140 165 160 155 150 145 170 165 155 150 145 170 170 160 155 150

130 125 120 120 130 130 125 120

135

140

140

O lO

130 130 135 130 135 135 140 135 140 135

125

125

130

110

115

115

120

120

125

125

130

130

105

110

110

115

120

120

120

125

125

105

105

110

110

115

115

120

120

120

Querschnitte beansprucht werden und der Beanspruchung entsprechend zu berechnen sind.

In den folgenden Formeln bezeichnet

d₁ 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

d₁ = 20Xl/"^- und d, = 0,6 X dv

Ftg. 202.

Wenn d der theoretische Durchmesser der Welle ist, so bestimmt sich der Durch- __ messer der gußeisernen Hohlwellein denLager-stellen (dt) und im Scheibensitz (d₄) nach der folgenden Tabelle

(Fig- 202).

Theoretischer

Wellendurchmesser

mm

Lagerstelle dt

Schetvenfitz d,

mm

mm

d+ 60 d + 70

d-j- 80

d+ 90 d+ 95

50—70

75—105

110—115

120—135

140—190

d + 90

d-j- 100

d-j- HO d-|- 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- und 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 Klaffe 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 Hauptklassen: 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

<2.

k-Zi

“V"

KH

/ei_.

■a

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,

D¹ der Durchmesser des Achsenschenkels dicht am Achsenkopf, e¹ der Vorsprung desselben — */e (D—D¹) und a die Länge des Achsenschenkels.

Es ist dann

a — 0,5 X b

0,5X1 '

Die Achsenschenkel werden kegelförmig nach den Enden hin abgeschrägt, ausgehend von der Basis D', und erhält der Scheitel einen Durchmesser von ä 4- 2 e. Den Vorsprung e' nimmt man nicht größer als es die Nut für den Befestigungskeil erfordert, mit dem der Maschinenteil auf dem Achsenkopf befestigt wird.

Freitragende Achsen (Fig. 204). Wenn bei einer freitragenden Achse auf dem freien Achsenschenkel vom Durchmesser d₂ eine Saft Q ruht, so ist

P/Q = (a, -j- a.₂): a, und P, /Q = a,

Die Achse ist in einem Stirnzapfen vom Durchmesser d, und in einem Halszapfen vom Durchmesser D gelagert; ax und a₂ bezeichnen die Längen der Achsenschenkel, 1, und I₂ die Längen der Zapfen an den Enden.

^11

_CX

Fig- 204.    I

Der Durchmesser des Halszapfens ergibt sich aus der Gleichung

•>,xV²-r-

H

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 l für die Belastung Q ermittelt und dann aus diesen Werten nach der Gleichung

berechnet.

dx/Y

Achse mit zwei Tragpunkten (Fig. 205). Diese Achse hat zwei Lasten Qx und Q₂ zu tragen. Die Schaftlänge zwischen den beiden Tragpunkten

<2?

Qa

rM

>!

■<-

Fia. 205.

ist — s; die Längen der Achsenschenkel ax und a₂ und die Dimensionen der beiden Tragzapfen sind in den Durchmessern mit dx bezw. d₂, in der Zapfenlänge mit lx bezw. 1₂ bezeichnet.

Nach Reuleaux erhält man für die Zapfendrucke

_s + ai X

Q,⁻

und für

ai +s + a-t

^2 _ s ai (1 ~l~ Q1/Q2)

Q„ —

woraus sich die Zapfen d₁ und d₂, sowie die Stärken Dt und D₂ berechnen lassen. Die Stärke des Schaftes zwischen den beiden Laststellen findet man für jeden Punkt, der von der Laststelle Qt um die Entfernung x abliegt, aus der Gleichung

oh

hdltO

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.

c) 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 Q " " vorgesehen. Der vierkantige Kopf ist in dem Ring versenkt, weil vorstehende 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.

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.

Fig. 206.

pB*i

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r>1y

rr

ly

Fig. 207.

Die Dimensionen der Stellringe, wie sie die Berlin-Anhalter M.-B.-A.-G. in Dessau ausführt, sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.

Tabelle über Stellringe.

Bohrung

Äußerer Durchmesser D

Breite B

mm

ungeteilt geteilt ungeteilt geteilt

mm

mm

mm

mm

Stellring Stellring Zahl der ungeteilt geteilt Schräm Fig. 206 Fig. 207 Gewicht Gewicht

Bett

kg

kg

30

70

75

35

75

80

40

80

85

45

85

90

50

90

100

55

95

105

60

100

110

65

105

115

70

110

130

75

115

135

80

130

140

85

135

145

90

140

150

95

145

155

100

160

170

105

165

175

HO

170

180

115

175

185

120

180

190

125

185

195

130

200

210

135

205

215

140

210

220

145

215

225

150

220

230

155

225

235

160

240

250

165

245

255

170

175

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180

260

270

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265

275

190

280

280

195

285

285

200

290

290

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2,1

2,2

3,3

3,5

3,6

3,8

3,9

4,1

5,8

6,0

6,2

6,4

6,7

6,9

9,2

9,5

9,8

10,0

10,2

10,5

13,6

13,9

14,2

14,5

14,9

15,2

16,8

17,2

17,6

Bei Lagern mit Ölkammern wird die Lagerstelle nicht durch Stellringe auf der Welle festgelegt, sondern durch Bunde, welche auf die Welle warm aufgezogen oder aufgeschweißt werden, wie aus Fig. 208 und 209 ersichtlich.

Die Ringschmierlager mit beweglichen Schalen (Fig. 208) erhalten zur Unterbringung 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 mindestens in zwei oder besser noch in mehreren Punkten durch Stellringe oder Bunde festgelegt werden, und wird zwischen denselben eine Ausdehnungskuppelung (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:

10mm.

**S -

rPTF<Hfi- ftHri

.4-U—41L.

Fig. 208.

Wellen

durchmesser

mm

30—35

40—45

50—55

60—65

70-80

85—95

100—110

115—130

135—160

165—190

Hp—

4-

rr

itij

Fig. 209.

Tabelle über Wellen-Bunde.

Bunde nach Fig. 208

Bunde nach Fig. 209

Höhe

mm

OO OO© © ©    © rH

rH rH

Breite

Höhe

dl

di

Breite Abrun-b düng

mm

mm

mm

mm

mm

mm

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Schrumpfmittel. Diese gehören eigentlich auch zu den Verbindungsmitteln, 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.

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.

pS

Will man zwei Teile direkt durch Schrumpfmitlel miteinander verbinden, so geschieht es nach der in Fig. 210 und 211 skizzierten Weise. In beiden Fällen handelt es sich darum, zwei Teile a und b fest miteinander zu verbinden,

I]

Fig. 211.

Fig. 210.

HW ohne die Querschnitte zu schwächen, also ohne Durchbohrung die Verbindung herzustellen. Bei dem in Fig. 210 W 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 Eisenplatten, 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 Lokomotiv- und Eisenbahnwagenrädern hingewiesen, die ebenfalls warm aufgezogen werden. Hier dreht man entweder den Radreifen innen schwalbenschwanzförmig aus und gibt dem Umfang des Radsterns das gleiche Profil, oder man legt in eine seitlich in beide Teile eingedrehte Nut einen Sprengring. Beim Erkalten der warm aufgelegten StablbardaL?

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.

1.

Feste Kuppelungen.

a) Die Hülsenluppelung (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 ä -s- 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)-

b) Die Schalentuppe-

lung (Fig. 214 und 215) besteht aus zwei Schalen, die durch

Mutterschrauben zusammenge-    _

zogen werden. Die Schrauben-    WD

köpfe und -Muttern liegen ver- • tieft 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.

&I0- 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 Wellenenden sehr genau in ihrem Durchmesser übereiustimmen.

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!.

j; Tyr";

gffiü©

Fig. 214.

F'a. 215.

c) Die Sellers-Kuppelung (Fig. 216 bis 218), auch Doppelkegeikuppelung genannt, besteht aus einem äußeren Körper, welcher auf seiner inneren Fläcbe zwei abgestumpfte Kegel bildet. In diese inneren kegelförmigen

Flächen passen zwei genau abgedrehte Kegel, welche aufgeschlitzt sind. Diese Kegel haben am äußeren Umfang drei gleich weit voneinander entfernte Nuten, in welche sich die Schrauben legen. Die    Nuten    entsprechen    gleichen    Nuten    im

:,§:    äußeren    Körper,    so daß    die

Fig. 2lo.

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

+-

Fig. 217.

Fig. 218.

Welle geklemmt und so die Verbindung zwischen Welle und Kuppelung hergestellt. Zur Sicherung gegen Verdrehung ist noch eine Feder angebracht. In der Mitte des äußeren Körpers befinden sich zwei gegenüberliegende Schaulöcher, durch welche man 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.

d) 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 aufgeschrumpft 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 Verbindung der Weller, wird jedoch nur dann in vollkommenster Weise erreicht, wenn die Scheiben

1-4-1

EB

l-T- : :Z.

Fig. 219.

derart ineinandergreifen, wie aus der Fig. 219 ersichtlich ist.

eg

Die Scheibenkuppelung mit Zwischenstück Fig. 220 und 221 wendet man da mit Vorteil an, wo ein Teil einer Wellenleilung auf längere Zeit abgekuppelt werden soll, ohne eine teuere Ausrückkuppelung zu verwenden. Das Abkuppeln geschieht durch Herausnahme der Schrauben und des geteilten Zwischenstückes.

Fia. 230.

-4

n-----

Ebt-

EU

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

30-35

40—45

50-55

00—65

70-75

80—85

170

125

60

t»

90-95

100—105

110—115

120—125

130—135

140—145

145

150—155

160—165

170—175

180—185

190—195

200

470 410 160 495 440 170 520 470 175 550 500 175 570 520 195 590 540 200

rH rH rH t—I rH rH rH rH rH rH

CD CD CD CD 00

Oi ^ CO DO M

DO CD DO M DO 00

74

94

103

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158

177

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OO 00 00 o o o

r—i rH rH

210

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-

-4-

tr

r— D

wegliche Kuppelung muß unbedingt bei langen Wellensträngcn dann angewendet werden, wenn die Konstruktionen an den Enden derselben keine 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 Reibungskuppe-lung mit einem zweiten Strange öfter verbunden werden soll. Sollen auch alle nach dem anderen Ende hin gelegenen Teile größere Längsverschiebung gestatten, so erweist sich die Einschaltung einer -D Dehnungskuppelung sehr nützlich. ' 7 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.

m- 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 b.

Fig. 224 a.

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 Wellenlcitungen.

c) Die elastische Bolzenkuppelung (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

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 zwei Hälften b, an deren Umfang Löcher c genau gegenüberliegend eingebohrt

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Fig. 226.

Fig. 227.

Fig. 228 u. 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-Kuppeluug (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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H-v/j

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'—a—i

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 Kuppelungen.

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, dir 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 Kuppclfläche drei vorstehende Klanen (Zähne), die in entsprechende Vertiefungen auf der Gegen«

-sc

Mg. 232.

fläche passen. Die eine Kuppelungshälfte sitzt fest auf dem Wellenende, btt 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 schraubenarti« gewunden.

Damit eine gute und genaue Zentrierung der beiden Wellenender möglich wird, greift das des verschiebbaren Teiles in die nach innen der-längerte und mit einer Büchse aus Rotguß ausgefütterte Nabe des auf den anderen Wellenende festsitzenden Kuppelungsteiles, und müssen beide Wellenenden dicht hinter der Kuppelung gut gelagert werden.

Im allgemeinen kann man die Anwendung dieser Kuppelung nich» empfehlen, weil dabei die Gesamtkraft des einen Wellenendes durch Federkeilt 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. Hildebrandtsche 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. 233 und 234.

Von Wellensträngen, Riemscheiben, Zahnrädern usw. Verwendung. Die Verbindung kann während des Betriebes gelöst, aber nur bei stillgesetzten Wellenleitungen wiederhergestellt werden, wie bei der Klauenkuppelung.

Bei der Hildebrandtschen Zahnkuppelung sitzen die beiden Kuppelungshälften unverrückbar fest auf den zugehörigen Wellenenden; eine Ausrückinuffe 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 Klauenkuppelung, da eine Kraftübertragung durch sich leicht abnutzende Federkeile vermieden ist.

Treiben zwei Kraftmaschinen dieselbe Wellenleitung, so ist oft die Ein-schaltung 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 wirken 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 Gehäuse 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 Reibungskuppelungen.

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. Kegelflächen-Reibungskuppelung. 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 Berührungsflächen 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 Reibungsflächen praktisch eine Steigung zwischen a — 10 bis 15⁰ gegen die Wellenachse. Das Ein- und Ausrücken erfolgt mechanisch durch eine geeignete Hebelanordnung oder mit Handrad und Spindel (siehe unter „Ausrücker"). Die Kraft, welche durch den Reibungswiderstand er- j zeugt wird, ist ganz bedeutend, und i kann dieselbe durch entsprechende Konstruktions - Kombinatio nen allen Kraftverhältnissen angepaßt werden.

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Fig. 236.

2. Reibungs-Kuppelung-Systrm Dohmen-Leblanc 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 auf A festsitzenden Armkreuze Gr verschoben und entweder gegen die innere Ringfläche 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 nachgeben. Sie werden beim Einrücken der Kuppelung über die Mittelebene hinausgeschoben, wodurch Selbstauslösung verhindert ist.

Bei kleinen Geschwindigkeiten ist es ohne wesentlichen Einfluß, ob bis 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 di? Kuppelungshülse 8 stetig umläuft, weil dann im ausgerückten Zustand die Gleitklötze in Ruhe sind und die Fliehkraft derselben, welche sich durch andauernden Druck auf den Ausrückring schädlich äußert, nicht erst durch eine besondere Vorrichtung aufgehoben zu werden braucht.

Die Vorzüge dieser Kuppelung 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 man 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 Reibungsdurchmessers verschwindend und ohne Einfluß auf die Wirkung der Kuppelung, weil 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 im eingerückten als auch im ausgerückten Zustand alle Kräfte innerhalb der Kuppelung im Gleichgewichte sind.

Man führt die Reibungskuppelungen in verschiedenen Anordnungen aus, je nachdem sie zur Verbindung zweier Wellen oder zur zeitweisen Kraftentnahme von einem andauernd laufenden Wellenstrange oder für wechselnden Betrieb

angewendet werden, allen Anordnungen ist darauf Rücksicht zu nehmen, daß alle Teile der Kuppelung sowohl im eingerückten

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Fig. 239 b.

als auch im ausgerückten Zustand im Gleichgewicht verbleiben.

Wir lassen hier noch einige Anordnungsbeispiele dieser Kuppelung folgen und dient die in Fig. 239 bar»

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gestellte Anordnung dazu, einen Wellenstrang nach Erfordernis in oder außer Betrieb zu bringen, wenn sich auf der Welle selbst eine immerwährend laufende Riemscheibe (oder Seilscheibe oder Zahnrad) besindet. Die Riemscheibe wird immer geteilt ausgeführt, so daß die Lauffläche leicht zugänglich ist.

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Die Anordnung Fig. 240 kommt zur Anwendung, wenn der Antrieb wechselt, sei es, daß bei Verwendung zweier Wellen oft ,    jede derselben treibt, oft aber auch

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FltZ£L getrieben wird.

Fig. 240.

Fig. 241 gibt ein Bild von der Anordnung der Kuppelung und zeigt uns ein Zahnrädervorgelege mit Anwendung zweier, durch eine zwangläufig bewegte Ausrück - Vorrichtung gleichzeitig ausgerückter oder abwechselnd eingerückter Dohmen-Leblanc-Kuppelung bei einer Anlage, die für die deutschen Solvaywerke A.-G. in Bernburg ausgeführt wurde.

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Fig- 241.

B. Die Kraftmaschinen-Kuppelung ..Ohnesorge" der vorgenannten Firma zeigen Fig. 242—244.

Auf der Welle a der während der Betriebsdauer ständig laufenden Hauptmaschine ist die Bremsscheibe b aufgekeilt, während die Welle c der jeweilig nach Bedarf einzuschaltenden Zusatzmaschine das Kuppelungsgehäuse d trägt. Itm die Bremsscheibe b ist der zweiteilige, mit Bronzebelag e gefütterte Sperr-

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 Steinbahn n, letztere gleichzeitig durch den Mittelpunkt des Zapfens p gehend) stehen in dem Verhältnis 1 • 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 Differentialhebel liegt darin, daß man die Hebel k und I, infolge der Unabhängigkeit ihrer Abmessungen von dem gewählten Differentialverhältnis, beliebig, je nach-

zäum gelegt, dessen Teile f und g durch die Gelenkbolzen h aneinander geschlossen sind.

Die den selbsttätigen Schluß des Zaumes in einer Drehrichtung gewähr» leistende Differentialhebelanordnung ist hier nun in folgender Weise zusammengesetzt. Die beiden Teile f und g der Sperr» zaumhälften sind gelenkig an radial stehende, um Bolzen i in dem Gehäuse d schwingende Hebel k und 1 angeschlossen, die sich auf beiden Seiten völlig entsprechen.

Fig. 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 Differentialverhältnisses.

Die auf Stangen r an den Hebeln k einstellbaren Schwunggewichte s dienen dazu, die freien Fliehkräfte dieser Hebelanordnung und gleichzeitig die des Sperrzaumes für alle Winkelgeschwindigkeiten auszugleichen. — Um für den Betrieb ein ständiges 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 Knicklage hinaus bewegten Stangen v ein- und ausgerückt werden können. Der Zaum würde sich nun, da ja nur im geschlossenen Zustand die gegenseitige Beeinflussung der Zaumhälften in bezug auf gleichförmige Bewegung vorhanden ist, leicht einseitig anlegen bezw. abheben. Werden aber die Differentialhebel beider Seiten zwangläufig aneinandergeschlossen, wie dies die in den Fig. 243 und 244 mit w und x bezeichneten Parallelkurbelgetriebe es bewerkstelligen, so erfolgt ein völlig gleichseitiges Anfedern sowie Abheben des Zaumes. Gleichzeitig ist damit für die Schwunggewichte s der statische Ausgleich gegeben, der beim Anlassen und Abstellen der Zusatzmaschine ihr Hin- und Herpendeln zwischen ihren Außen- und Jnnenanschlägen 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 Hauptmaschine erfolgen muß. Unter leichtem, durch die federnde Anpressung des Zaumes bedingtem Schleifen eilt das hier der Zusatzmaschine angehörende Kuppelungs-Gehäuse d der Bremsscheibe b nach.

Die Relativgeschwindigkeit nähert sich immer mehr der Null, wobei der Zaum sich in die dem Eingriff entsprechende Lage einstellt.

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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 Zusatzmaschine zurückbleibt.

Die Wirkung der Kuppelung macht sich tatsächlich auch nur durch ein entsprechendes, die erzielte Entlastung kennzeichnendes Steigen des Hauptmaschinenreglers bemerkbar. Das Abstellen der Zusatzmaschine erfolgt vor dem der Hauptmaschine, 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. Ausschaltvorrichtung 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. Die Benn-Kuppelung (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.

Die Benn-Kuppelung zeichnet sich durch sehr einfache und dauerhafte Bauart aus. Die innere Einrichtung besteht nur aus einer geringen Anzahl von Gelenken und Bolzen, die einer Nachstellung nicht bedürfen.

Auf dem einen Wellenende sitzt fest aufgekeilt das Gehäuse G mit dem in der Mitte hohlen und 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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Ng. 246.

geordnet sind. An diese Klötze greifen die beweglichen Hebel rr, deren Endgelenke durch einen dritten Hebel m drehbar mit den beiden von der Ausrückmuffe A getragenen T-förmigen Drehhebeln H verbunden sind. Die Ausrückmuffe A führt sich mit ihrer Außenfläche in der Seitenwandung des Hohldeckels D. Die Drehhebel H treten durch den inneren Hohlraum der

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Muffe aus dieser heraus und werden an ihren äußersten Enden durch zwei Schraubenfedern zusammengehalten.

Mittels des Ein- und Ausrückhebels wird die Muffe A gegen das Gehäuse G 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 Reibungsflächen des Gehäuses G und des Deckels D. Zunächst findet ein Schleifen zwischen den geschmierten Reibungsflächen statt, bis die Massen derart beschleunigt sind, daß das Mitnehmen der auf der zweiten Welle festgekeilten 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.

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5. Die Bürsten-Kuppelung (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 aufzufangen und Überlastungen zu vermeiden.

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Speziell eignen sich diese Kuppelungen zur direkten Verbindung von Dynamomaschinen mit deren Kraftmaschinen.

Die Anordnung Fig. 249 dient zur    ”

Fig. 249.

Verbindung zweier Wellenenden. Die beiden Kuppelungshälften sitzen festgekeilt auf den Wellenenden; ein Ausrücken ist also nicht möglich. Die Kuppelung wird mit Vorteil als Verbindungsglied zwischen Dynamomaschine und 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 auseinander, 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.

6. Elektrisch betätigte Friktions-Kuppelung der B.-A. M.-A.-G. in Dessau (Fig. 250 und 251). Dieselbe besteht in ihrer einfachsten Form aus zwei Teilen, dem Magnelkörper M, fest auf dem einen Wellenende, und betn

Anker A, verschiebbar auf dem 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 im Moment des Stromschlusses Magnetkörper und Ankerring magnetisiert werden, wodurch sich diese Teile mit großer Kraft anziehen, ohne sich jedoch zu berühren. Die einerseits mit dem Magnetkörper, andererseits mit dem Ankerring verbundenen Reibringe

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Schleifkontakte Schleifringe/

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Spiralfeder

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\ Stellring, fest auf der Weite

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tiektriache Leitung Gleichstrom MO - 500 Volt Spannung

Gleichstrom leitung

Schalter

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Kuppelung

Fig. 250 und 251.

aus nichtmagnetischem Material haben den vollen magnetischen Zug aufzunehmen und bewirken durch den erzeugten Reibungswiderstand die Mitnahme des getriebenen Teiles. Bei Unterbrechung 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 Reibungs-

widerstand 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 Ankerscheiben bei Kuppelungen über 50 mm Wellendurchmesser ist der Reibring ohne weiteres zugänglich. Ferner kann die Wicklung durch den zwischen den Wellenenden gegebenen Abstand ohne Ausheben der Transmission ausgewechselt werden.

Der Stromverbrauch der Kuppelung ist gering, er beträgt bei einer Spannung von 220 Volt für die gebräuchlichsten Kuppelungsgrößen nur 0,5—1 Ampere.

7. Reibungs-Kuppelung für kleine Kraftübertragungen. Es ist auch beim Arbeitsmaschinenbetrieb oft von Vorteil, wenn man dieselben schnell und sicher ausrücken lernn, was mit dengewöhnlichenAusrück- /.

Fig. 252.

Vorrichtungen der Vor- ff gelege nicht a tempo der | -Fall ist. Die B.-A. M.- I A.-G. Dessau baut für \ diesen Zweck diese Reibungskuppelungen in einfacher oder doppelter Anordnung. Letztere eignet sich besonders für Vorgelege von Werkzeugmaschinen mit Rechts- und Linksgang.

Der Konstruktion ist ein theoretischer Wellendurchmesser zugrunde gelegt, der sich nach der Formel

d = 232 X VTP X R = 120 X V~ berechnet.

In dieser Formel bedeutet P die am Umfang wirkende Kraft in kg, R den Helbelarm in Metern, N die Zahl der Pferdestärken, die zu übertragen sind und n die Umlaufszahl in der Minute.

rinpxelirng-rlusrück-Vorrichtttngen.

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.

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Fig. 253.

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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

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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 und 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.

Der Unfallverhütung ist in letzter Zeit eine so gesteigerte Aufmerksamkeit zuteil geworden, daß nicht allein von einsichtsvollen Betriebsleitern, sondern auch von vielen Berufsgenossenschaften 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

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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 Ausrückhebel 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 sein bezw. nur so groß, daß Schmiermaterial zwischentreten 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 Bewartung eines Lagers darf weder viel kosten, noch besondere Gewissenhaftigkeit 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 werden diese genügen, um ein Bild der Eigenart dieser Konstruktionen zu geben.

Die Stehlager.

Wie schon die Bezeichnung sagt, stehen diese Lager auf einer festen Unterlage und sind dazu bestimmt, horizontal liegende Wellen zu tragen und ihnen eine sichere, möglichst widerstandslose Unterstützung zu geben.

Das einfachste Element dieser Gattung ist das in Fig. 258 gezeichnete Froschlager. Diese kleinen Lagerböckchen werden aus 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 Krajtäußerungen. Die Schmierung erfolgt durch ein im Scheitel eingebohrtes Schmierloch und aufgesetztes Schmiergefäß für Öl.

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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 eigentlicher Stehlagern allgemein der Fall.

Die einfachsten Stehlager für Triebwerke sind die geschlossenen Stehlager mit Kugelbewegung und gußeisernen Lagerschalen fFig. 259 u. 260). Man nennt sie wohl auch Sellerslager, und sind dieselben mit einem Kugelgelenk

Fig. 258.

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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

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Bohrungen aber vier Kugelflächen. Die Dimensionen der Lager sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.

Dimensionen und Gewichte der einfachen Sellerslager. (Fig. 259 und 260.)

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Länge Breite

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wicht

mm

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mm

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mm

mm

mm

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48

55

75

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13

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13

90

25

166

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50—55

60—65

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82

95

110

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310

350

105

125

140

30

35

40

200

230

260

16

20

23

14

23

38

85—95

100—110

115—130

125

400

165

50

300

26

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140

160

450

516

190

220

50

62

340

396

29

88

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-

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Fig. 262.

läget. 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 Länge

des

der

Lagers Schale

Lager

höhe

Fußplatte

Lagerfußschrauben

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

110

260

310

105

125

30

35

200

230

16

20

18

27

70—80

85—95

330

390

130

150

350

400

140

165

40

50

260

300

23

26

43

67

100—110

115—130

460

520

180

200

450

516

190

220

50

62

O to

^    05

co co

29

32

98

152

Dimensionen und Gewichte der offenen Stehlager. (Fig. 263.)

Bohrung Länge | des der Lagers Schale

Fußplatte

Lagerhöhe Länge Breite Stärke

Lagerfußschrauben

Entfernung

Ge-

Durch-messer wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

40—45

50—55

200

240

160

175

270

315

90

25

150

60

13

15

105

30

175

70

16

22

60—65

70—80

280

330

205

380

125

35

215

85

20

33

240

445

140

40

255

100

23

52

85—95

100—110

390

460

275

310

165

190

50

50

295

115

26

77

340

130

29

115

— b-*

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-richten kann. Die Dimensionen 'fp5~T und Gewichte gibt die obige Ta- [. *    ~

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

MM

mm

Fig. 265.

Fig- 264.

mit Öl gefüllt ist, daß der untere Teil der Schmierringe immer im 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 seinem 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 find, gesichert sein.

Bei den Sparlagern mit beweglichen Schalen nach Sellers 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

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4i

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1<

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

Lager-

Fußplatte

Lagerfußschrauben

Lagers

Schale

Kör

pers

höhe

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

240

95

310

125

35

230

67

16

35

220

276

110

350

140

40

260

72

20

56

85—95

100-110

115—130

255

300

350

315

370

430

125

140

170

400

450

510

165

190

220

50

50

62

300

340

400

90

90

110

23

84

26

29

120

175

135—160

165—190

195—220

410

480

560

500

580

670

200

580

250

72

460

140

32

285

235

680

280

85

550

150

39

455

270

790

320

93

630

170

42

690

Bei Anlagen, für die sich Lager mit Ringschmierung 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.

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Fig. 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 stlterartig 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 int 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.

Bohrung

Länge

des

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

135—160

165—190

195—220

225—240

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W-Q

130

450

170

50

360

90

23

75

150

180

210

280

320

540

190

55

430

100

26

106

650

240

70

530

120

32

190

780

280

85

640

150

39

350

1000

1120

360

110

810

200

45

600

400

120

900

230

61

870

2.

Oie Sängelager.

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 an, wenn keine Säulen vorhanden sind, an denen man auf Konsollagern die Wellen durch die Räume führen kann.

Sie werden im eigent-lichen 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.

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Fig. 269/70.

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Bohrung Länge

des

Lagers Schale

^ Aus-ber ladung

Fußplatte

Befestigungsschrauben

Länge

Breite Stärke

Entfernung

Ge-

f Zahl

Durch-Messer wicht

mm

mm mm

mm

mm mm

mm

mm

mm

kg

40-45    200

SO—55

240

60—65

280

70—80

330

III III i11 III 111 III 111 111 111 III 111 111

380

405

430

455

480

505

430

455

480

505

530

555

580

605

630

470

495

520

545

570

595

630

655

680

530

,555

580

605

695

725

785

535

565

595

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120

125

130

135

125

130

135

140

145

150

155

160

165

140

145

150

155

160

165

170

175

180

170

175

180

185

190

195

200

220

230

210

215

220

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300

320

340

360

380

400

340

360

380

400

420

440

460

480

500

370

390

410

430

450

470

500

520

540

420

440

460

480

505

530

555

580

630

425

450

475

<N <N <N

<N <N <N

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bö bö bö bö bö bö bo bö bö bo bo bö

110

120

100

105

110

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888888 oSS 8 8 § S 8 § SS&    £88    8 8“    8 8 8    388 iS 8 8

Dimenstons- und Gewichtstabelle der geschlossenen Hängelager.

(Fortsetzung.)

Bohrung Länge

Fußplatte

des

Lagers Schale

Aus-

er ladung Länge Breite Stärke Entfernung

Befestigungsschrauben

Ge-

f Zahl

Durch-messer wicht

mm

mm mm mm mm mm mm

mm

mm

kg

500

625

225

30

500

115

23

100

85—95

390

550

655

230

31

525

120

26

105

600

685

235

31

550

125

26

110

650

715

240

32

575

130

26

115

700

745

245

32

600

135

26

121

800

805

255

33

650

145

26

133

400

605

250

32

475

135

29

136

450

635

255

33

500

140

29

141

500

665

260

34

525

145

29

146

550

695

265

34

550

150

29

152

100—110

460

600

725

270

36

575

650

755

275

36

600

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32

32

158

164

700

785

280

37

625

165

32

170

750

815

285

38

650

170

32

177

800

845

290

38

675

175

32

184

Das offene Hängelager Fig. 271, Bauart B.-A. M.-A.-G. Desfau, 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 und Führungslöcher, die das Anbringen

Ftg. 271.

des Riemenausrückers erleichtern, welcher meist durch Hebelübersetzung und Kettenzug von unten betätigt wird.

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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 Kugelflächeu axial verstellbar gelagert.

Bohrung

des

Länge

der

Lagers

Schale

Aus

ladung

Länge

Fußplatte

Befestigungs

schrauben

Breite

Stärke

Ge-

Entfg.

Durchm.

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

30—35

150

250

360

100

20

285

16

33

300

380

105

21

300

20

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

360

20

70

400

480

135

24

380

23

74

60—65

280

400

520

150

25

410

26

98

500

570

160

27

450

29

110

Dimensionen der verstellbaren Spezial-Hängelager. (Fig. 274/75.)

Lager- Ausbohrung ladung

Ge-

Fußplatte

Befestigungsschrauben

häuse-

länge

Länge

Breite Stärke

Entfernung Durch---messer

Ge-

An-

wicht

zahl

mm

mm mm mm

mm mm

mm

mm mm

kg

40—45

380    210    420

150

20

340

90

Vs

30

50—55

380 230    500

470 230    500

180

180

23

23

420    104

420    104

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ist

ist

60—65

460    250    550

190

25

450    104

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72

70—75

475 270 570 510 270 570 540 270 570

200

32

200    32

200

32

460 112 460 112 460 112

Vs

⁷/s

Vs

80—85

510 290    570

540 290    570

220

220

32

32

460    120

460    120

107

118

90—95

540    310    640

240    40

520    132

17s    4

144

100—105

540    330    660

250

40

520    150

1V₄    4

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

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1872

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S«0. 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 Aonssllager.

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

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überaus bequem durchzuführen ist und Wellen mit fest aufgezogenen Kuppelungen und Scheiben Verwendung finden können. Die Konstruktion der Lagerkörper ist dieselbe wie t>ei _r" den offenen Hänge- und Steh- ‘ - P lagern; die Ausbildung des    ^

Wandkonsols ist aus der Figur 276 zu ersehen; einige Ab-Messungen und Gewichte dieser Lager sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.

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Fig. 277 und 278.

Offene Wand-Konsollager. (Fig. 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

205

23

32

400

560

460

215

23

34

450

580

480

225

23

36

300

570

470

220

26

39

60—65

280

350

590

400

610

160

30

490

510

230

240

26

29

41

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

740

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 gestattet 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

Aus-

Befestigungsplatte

Befestigungss chrauben

Lagers

Schale

ladung

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Durch

messer

Ge-

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

40—45

50—55

200

150

430

130

23

350

160

20

17

240

150

490

140

28

390

180

23

24

60—65

70—80

280

330

150

150

550

630

150

160

30

32

450

510

210

26

32

240

26

46

85—95

100—110

390

460

180

700

170

37

570

270

29

72

180

790

180

38

640

300

32

98

In vielen Fällen sieht man aber von der Verwendung der Konsollager ab und ersetzt sie zweckmäßig durch Konsole, auf 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 Lustlager.

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) aufgenommen (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 Gußeisenschalen, die möglichst sicher geführt sein sollen.

Die Stahl-Spurplatten werden gehärtet, und müssen dieselben gegen Drehen im 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 am Lagerkörper aufliegen. Die untere Spurfläche wird oft abgerundet, damit die Spur bei

etwaigen Verschiebungen der Welle oder des Lagers diesen Abweichungen folgen kann (siehe Spurzapfen).

Die Konstruktion des Lagers erklärt sich aus der Abbildung 279, und seine Abmessungen sind in der folgenden Tabelle für verschiedene Wel- r~ lendurchmesfer ange- • geben. Als Bezugs- ! einheit für die Ab-    -

Messungen istder Wert ^ = 10 + 1,15 d zugrunde gelegt.

Bewährte Lagermetall-Kompositionen sind

-Tj n Tlz    >

i ¹ . - f , 1 L

-k><

L,------i

sffli

!BÜ

■y

/?

tu

ii

-*i

sammensetzungen 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    „

m- 279.

5,6    „

„ 11,2 „

1,5    „    „15    „    „    0,5    „

(Tabelle über Dimensionen von Fußlagern siehe Seite 352.)

5.

Die Hotten- unb Angettager.

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 Richtungsläge der Wellen selbsttätig durch die Kugellagerung der Schalen anpassen.

Trotzdem sind aber die Reibungswiderstände in den Lagern und durch sie Kraftverluste nicht zu vermeiden, man 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.

Ol

03

bv

Nr.

110

100

g 8 § g 5 SS Sä Sä Sä §

9 9b L

125

107,75

113,5

102

Q5'96

90,5

84,75

79

9 Z'$L

67,5

QZ/T9

56

50,25

44,5

130

115

105

94

82

70

58

48

d₁ = 10 —J— 11,5 d Abgerundet

di = b = 1

CD

00

Ci

Ci

►t*

(1=0,075

CD

r = nij — 0,15

b0

Ol

b3

w

00

Ol

ES

8 = 0,2

bv

00

bv

Ol

bv

oo

bv

So

Oi

oo

oo

bv

bv

CD

bv

Ol

bv

O0

bv

a — 0,25

oo

CD

03

o>

OO

bv

bv

00

bv

00

Ol

f = w = 0,3

Ol

oo

03

03

bv

CD

bv

i\₁ = q₂ = i = 0,35

Ol

bv

Ol

bv

05

oo

03

03

bv

oo

bv

03

t = 0,4

Oi

00

Ol

bv

bv

oo

Ol

03

bv

bv

oi

bv

bv

= qt = m = 0,45

72 I 90 100 116

63 80    86 104

58 74    80    95

52 66    70    85

45 58    60    74

38 50    53    63

32 40    45    52

26 35 | 35 44

U — 0,55 P = Pi = 0/7 v = 0,75

h = g = c = 0,9

rr-

124 150 155

110 1301140

100 120 125

90 105 115

76    90 100

66    78    85

55 64    70

45    55I 58

x ----- 0,95 6 -----1,15

6i — k — 1,2

t*

rr

rr

162 180 195 202 235 260 275

145 160 175 178 210 230 240

130 145 160 163 190 210 220

118 130 140 146 170 188 198

102 115 125 127 150 164 172

87 100 105 108 125 140 147

72 80    86    90 105 116 123

601 70    721 74    85    96 100

Ii ----- 1,25 8----1,4

y= 1,5

n = 1,55 z = 1,8 0 = 2

Lr = 2,1

rr

st*

CE»

o

305(390

270 345

245 315

220 282

195 246

165 210

135 174

115 144

P ----- 2,35 S, = 3

435

385

470 585

415

350 380

315 340

275 295

235 250

520

475

425

370

315

650

575

525

715

635

'32,9

470 515

410 450

350 385

195 210 260 290 320

160 170 215 240 265

L₂ = 3,35 Q = 3,6 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 auseinander gleitenden Flächen um eine eigene Achse rotieren, so daß sich eine auf der anderen abrollt und rollende Reibung erzeugt. Es müssen mithin an 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 Nollen-und Kugellager.

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 Zapfens einenKranz kleiner Rollen, 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 Wellenumfang, 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 Lagergehäuse ist aber mit manchen Umständlichkeiten der Konstruktion des Lagerkörpers verbunden, und liegt es wohl hieran, daß 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 Schlicßstift festgehalten werden. In die Rollen sind an beiden Enden Nuten eingedreht, in die sich ein gemeinsamer Führnngsring einlegt, der ihre Lage zu dem Zapfen sichert.

DieSchmierung : geschieht mit 01 WWUMM und Graphit.

sa

Fig. 280.

WA

man

mm

Eine eigenartige Lagerung auf Rollen, wie sie bei schwingenden Hebel-zapfen 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

wlmmm

üS

Fig 282.

genau hergestellt sind und gleichmäßige Glasharte erhalten. Auch muß die gegen» |jy fettige Reibung der Rollen aufeinander ■T nach Möglichkeit vermieden oder doch ver-Hl 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 mau 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°/, 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 Führungskäfig 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 Präzistons-Kugellager-Werken der Firma Fichtel & Sachs in Schweinfurt und sind alle bereits in der Praxis erprobt.

Fig. 283. Kugelkorb.

284. Wabenring.

/•rA

d,-»i

—=>-

Fla. 285. Montierter Laufring

6—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 Wellensträngen 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 Laufringsystem 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, Pl =

//

//

//

//

„ Wabenring.

Bezeichnung

Höchstzulässtge stoßfreie Belastung in kg

und

Nr.

Umdrehungen pro Minute

1200

Pl

800

Pl

500

Pl P

200

Pl

20

80

110

120

150

140

180

180

210

26

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

66

280

380

400

550

500

600

580

750

60

400

500

500

700

600

800

700    1000

65

450

600

600

800

700

70

500

650

700

900

800

1000 900    1200

1100    1000    1300

75

550

700

800

1000

900

80

650

750

900

1100

1100

1200    1100 1400

1300 1300 1500

85

90

«O -O O ox

o o

900

1000

1300

1300

1100

1200

1500

1500

1600    1500 1800

1800    1800 2100

95

1000

1250

1400

1800

1800

100

1200

1400

1600

2000

2000

2200 2100 260O 2400 2400 2800

106

1400

110

1600

1600

1800

1800

9200

2300

2200

2700

2600

2700 2800 3300 3200 3200    3800

Fig. 287.

Matz-Tabelle.

Q---Kugelanzahl bei Ausstattung des Kugellagers mit Kugelkorb,

nl -----

//

//

„ Wabenring.

Bezeichnung

und

Nr.

Äußerer

Durch

messer

Ab-

Innerer Breite Durch-    der    rundungs-

messer    Ringe radius

Kugel-

Kugel-Anzahl Durchm.

in

dl

nl engl. Zoll

20

47

20

25

52

25

30

62

30

35

72

35

40

80

40

v*    iC CO    r- GO

vH    iH i—l    rH 1—>

45

85

45

19

50

90

50

20

55

100

55

21

60

110

60

22

65

120

65

23

70

125

70

24

75

130

75

25

80

140

80

26

85

150

85

28

90

160

90

30

kO^ kst^ kst^ kst^ kst^

<N <N <M (M <M (N (M*⁻ C<T ©f ©T ©T CO CO CO

95

170

95

32

100

180

100

34

105

190

105

36

kC3^ kO^ kt^ kO co" co" CO* co'

<3> o <N (N CO -f iO kst CO (O h- t> CO t- b- (0(0    (0(0

rH tH vH vH vH vH vH vH rH vH vH vH vH vH vH vH vH i—

—    H* bö bO bS Kl IO tO H bS bö bO b-*    b- ft

iO (O cO O O H*    ' h- OCO O O O 00 Ci ü» O¹    bO

Ts⁵

gtg. 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

230

400

530

675

30

130

160

180

230

250

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

60

320

400

450

580

660

1200

1500

2000

55

420

520

580

750

850

1500

2000

2506

60

450

550

620

800

900

1600

2200

2800

65

575

720

800

1000

1200

2000

2700

3500

70

600

760

850

1100

1300

2100

2900

3600

76

640

800

900

1200

1400

2200

80

675

850

1000

1300

1500

2300

3000

3200

3800

4000

86

800

1000

1200

1400

1600

90

950

1200

1400

1700

1900

2800

3300

3800

4500

4800

6700

95

1100

100

1200

1400

1500

1600

1700

2000

2200

2300

2400

3800

4000

5200

5500

6500

6900

Nr.

SS § § SS SS SS O s

75

W?

Bö

Mg. 289.

i-5

i-

<-

Matz-Tabelle.

Äußerer Innerer Durch- Durchmesser messer

Innerer

Durch

messer

d3

Höhe

dl

d2

O xß CO <70    CO GO 00 O

CO T*    xß CD CD t- t- 0003

O CO O ©

lO O iO O tO O lC O lO O Ist o 1-1 <N <M CO CO ^    iC3 xß CD CD L-

16

21

26

32

37

42

47

52

57

62

67

72

24

26

33

38

44

49

55

60

65

70

75

80

16

16

16

18

21

21

25

25

28

28

32

32

110

75

77

85

32

ES

m

i

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25

30

35

40

50

50

60

65

70

75

80

85

90

Ab-

run-

dungs-

radius

Kugel-

Anzahl

Kugel-

Durch

messer

engl. Zoll

Ol Ot

10

12

14

16

16

17

16

18

17

18

18

19

74

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Vs

Vs

Via

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V.

80 .    115

80

82

90

35

95

85

125

85

88

97

38

105

90

132

90

93

103

39

110

95

140

95

98

109

41

115

xst^ xO xO_ xst^ tc

20

Vs

21

18

19

18

7,

Vs

V.

u/ia

WM

1111

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.

Höchstzulässtge stoßfrete Belastung in kg

1500

1000

Umdrehungen pro Minute

500    300 I 200    ,    100    |    50    |    10

15

30

40

50

55

65

110

150

190

20

40

50

55

70

80

130

180

230

25

45

55

65

80

90

150

210

270

30

50

65

70

90

100

180

240

310

35

80

100

110

130

150

280

380

480

40

90

110

120

150

175

300

400

520

45

120

145

160

210

230

400

520

680

50

130

160

180

230

270

480

600

800

55

170

210

230

300

340

600

800

1000

60

180

220

250

320

360

640

880

1100

65

230

290

320

400

480

800

1100

1400

70

240

300

340

440

520

840

1200

1500

75

250

320

360

480

560

880

1300

1600

80

270

340

400

520

600

900

1400

1700

85

320

400

480

90

380

480

560

650

1200

1500

1900

560

680

760

1300

1800

95

440

560

640

800

920

1500

100

480

600

680

880

960

1600

2100

2200

105

520

640

720

950

1000

1800

2500

2300

2600

2800

3100

110

560

680

760

1000

1100

1900

115

600

760

850

1100

1200

120

640

800

900

125

680

880

950

130

760

960

140

840

1100

150

1100

1300

1100

1200

1400

1200

1300

1400

1500

1800

1300

1400

1600

1700

2100

2100

2200

2400

2700

2900

3600

2600

2900

3000

3200

3700

4000

4800

3300

3700

3800

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4800

5200

6000

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Mg. 291.

Matz-Tabelle.

9^r. '

Äußerer

Durch

messer

Äußerer Innerer Durch- Durch- Höhe messer messer

Breite

(1

dl

d2

Abruu-    Kugel-

dungs- Kugel-    Durchradius Anzahl    messer

engl. Zoll

G'OG'OG'OG'OG'OO'OG'OGtOG'

43

48

53

62

70

75

85

90

100

105

110

115

125

130

140

145

155

35

40

45

53

62

64

73

78

88

90

100

103

110

115

125

132

140

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

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95

26

26

26

27

32

32

36

36

42

42

48

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48

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6,7

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6,7

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7,9

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8,4

8,4

10

10

10

10

10

12

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16

16

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165

148

100

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17

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18

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155

105

72

110

175

160

110

72

115

180

165

115

76

120

185

170

125

195

175

120

125

80

82

15,25

15,25

14.75

15.75

18

19

18

19

130

210

190

130

86

140

220

200

140

92

5

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19

20

19

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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.

r-a

mm

58

.1

K*o. 293.

Fig. 293 a.

Fig. 293a zeigt ein Kombinations-Stehlager mit 3 Kugelringen und ist für Wellen mit hoher Radial-, aber nur geringer Axialbeanspruchung besonders geeignet.

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Hl

Das in Fig. 294 abgebildete Schiffswellen-Drucklager im Gehäuse ist geeignet, nur rein axiale Drücke nach zwei Richtungen aufzunehmen. Dieses Schiffswellendrucklager steht technisch einwandfrei da, weil es demselben möglich ist, sich in jeder Weise auf das genaueste in seine richtige Lage einzustellen.

Fig- 294.

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Qi

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Das Kugel-Hängelager (Fig. 295) vereinigt in sich die Vorteile des Kugellagers mit der Verstellbarkeit des Lagers in vertikaler Richtung und fommt nach den in der Tabelle angegebenen Dimensionen zur Ausführung.

Matztabelle für Kugel-Hängelager. (Fig. 295.)

Säuge Ankerentfernung

Aus-Boh- ladung runa üon Mitte Lager- in der in der Dnrch-Welle bis schalen Länge Breite messer Decke in

der

Anker-

Fußplatten-

in

in

in

in

in

An-

mm

mm

mm

mm

11

mm

mm

zahl

Stärke an den Ankern in mm

Länge Breite

in

in

mm

mm

dl

hl

12

20

250

75

250

16

20    330

100

20

300

75

300

16

20

380

120

20

350

75

350

16

20    430

120

25

250

75

250

16

20

330

100

25

300

25

350

75

300

16

75

350

16

(M

20    380

20    430

120

120

30

300

30

350

90

300

20

25    390

140

90

350

20

25

440

140

30

400

30

450

90

400

20

90

450

20

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25    490    140

25    610    165

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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 Spurplatte zur Aufnahme des Achsendruckes verzehrten viel Kraft und bedurften aufmerksamer Bedienung.

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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 nur einer Ölfüllung und fast keiner Bedienung.

Über die Abmessungen gibt die folgende Tabelle Aufschluß:

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

Bohrung

mm

40

50

60

70

80

90

100

110

Fußplatten-

Länge Breite

mm

mm

210

250

290

70

85

95

320 105 360 120 390 135

430    150

460    165

Stärke

im

Schrauben-

loch

mm

25

30

35

40

40

45

50

50

Lagerfußschrauben

Durch- Längsmesser    entfernung

Anzahl

mm

mm

Gewicht

eines

Lagersohne

Lagerfuß-

schraube

kg

13

16

19

22

22

25

29

29

165

200

225

250

290

310

340

370

tO bS bS b5 b5 bO bO bO bO

13

16

22

28

36

43

60

80

Daß im Automobilbau die Kugellager eine vielseitige Verwendung finden ist bekannt. Beispiele hierfür sind in Figur 297 bis 299 gegeben. Gerade

Igtpl

II

glg. 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.

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Fig. 298.

Kugellager-Einbau für Wechselräder- und Differentialgetriebe.

Dieselben guten Dienste, welche das Kugellager bei den Transmissions-Lagern 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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308

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Fig. 300. Ausführungs- und Anwcndungsformen von Kugellagern der Firma Fichtel L Sachs in Schweinfurt.

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Fig. 301. Vorgelege mit Kugellagerung.

In bett 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.

Die Außenringe sind gut. aber leicht verschiebbar in die Gehäuse zu

montieren.

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Fig. 302 ünd 303. Kugellager-Einbau für Elektromotore.

Es ist darauf zu sehen, daß die Jnnenringe der Laufringsysteme air den Stirnflächen durch Wellen- oder Achsenbund, Rohre, Riemenscheiben- usw.»

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Fig. 304. Kirchenglockculagerimg.

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Raben und Muttern festgespannt werden. Befinden sich zwei oder mehrere Laufringsysteme auf einer Welle oder Achse, so ist bei einem System der Außenring an den Stirnflächen 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.

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 Sohlplattcn dienen zur Befestigung der Lager auf Fundamenten aus Stein, Holz oder Eisen und sind in ihren Abmessungen (Tabelle) den

Fig. 305.

Kranhaken mit Drucklagerung.

normalen Lagergrößen angepaßt. Eine Sohlplatte für geschlossene Stehlager zeigt Fig. 306. Sie erhält an beiden Seiten angegossene Ölfänger und auf der Auflagefläche für bett Lagerkörper Arbeitsleisten zum glatten Aufpassen des Lagers.

Tabelle -er Sohlplatten für geschlossene Lager. (Fig. 306.)

Bauart der Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig.

Bohrung

Sohlplatte

Fundamentanker

des

Lagers

Länge Breite

Stärke

Entfernung

Ge-

Zahl

Durch-messer 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

85-95

100-110

690 180 760 205

65

80

570

75

90

620

115—130

135-160

850 235 950 270

85    105

720

100

120

800

165—190

195—220

1100    305    115

1200 345    130

135

920

150    1040

170

225—260

265—300

1350 400    150

1500 445    180

175 1160 225 1280

210

240

tO b3 tO    LO CO bÖ b5 toto

CCCO to O CO to OS <N O) IO 1-1 Vst H GO ▼Hr-t rH <M <M CM (M CO CO    rf iO O

10

14

22

30

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195

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390

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Mg. 307.

Fig. 306.

Die Sohlplatten für offene Stehlager (Fig. 307) weichen von denen für geschlossene 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

11

20

18

60—65

70—80

605

135

50

65

315

185

23

28

705

155

55

70

370

215

26

40

85—95

100—110

800

890

180

205

65

80

430

250

29

55

75

90

480

270

32

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

■Mi

Fig. 308.

leicht verunreinigt werden taun, geht es nicht an, einfach das Lager auf eine Sohlplatte montiert in die Maucröffnung zu stellen, sondern es muß ein besonderer Manerkasten (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

r-i

—l!

-a

W'

-L-4=

i'

S-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.)

Bauart B.-A. M.-A.-G. Dessau.

Bohrung

des

Größte

Höhe

Grundplatte

Lagers

Länge

Breite

Stärke

Innere

Weite

Ge-

wicht

mm

. mm

mm

mm

mm

mm

kg

25

245

330

60

35

200

10

30—35

40—45 50—55

CO—05 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.

or

C3

s~-

1#

->w

-*w*-glB. 310.

r-b—>

fl j | rt i ft

’TS-

r' 1

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-> P A baut werden.

Mg. 317.

-a

-H

2=d—r-

EJ

r-

sz

L__,

^z£y

___JL.

if

Tabelle über Hängeböcke. (Fig. 311.)

Bauart der B-A. M.-A.-G. Dessau.

Bohrung

des

Lagers

•1

Aus

ladung

des

Hänge

bocks

Fußplatte

Befestigungsschrauben

Länge Breite Stärke

Entfernung

Ge-

Durch-messer wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

800

1090

260

940

90

50—55

900

1165

260

1015

140

23

95

1000

1240

260

1090

100

800

1225

280

1050

110

HO—65

900

1300

280

1125

160

26

117

1000

1375

280

1200

124

800

1300

300

1100

140

70—80

900

1375

300

1175

180

29

150

1000

1450

300

1250

160

800

1375

320

1150

180

«5—95

900

1450

320

1000

1525

340

1225

1300

200

32

192

205

800

1450

340

1200

230

100—110

900

1525

1000

1600

iO t- t» CO CO

1275

220

32

245

1350

260

800

1525.

410

115—130

900

1600

410

1000

1675

410

1250

1325

1400

290

240

35

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

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

Zoll

kg

400

840

700

58

450

880

220

40

740

120

⁸A

61

60—55

500

920

780

64

650

960

820

67

600

1000

220

40

860

120

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 M.-Ges. G. Luther, Braunschweig.

Fußplatte

Befestigungsschrauben

Länge

Breite

Stärke

Entfernung

Stärke

Ge

wicht

mm

mm

mm

mm

mm

Zoll

kg

940

980

45

790

830

130

77

80

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

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

1290

130

145

145

160

160

180

180

200

220

240

7b

V/s

17.

IV.*

IYb

84

88

92

95-

93

97

101

105

109

114

114

118

128

127

132

138

130

130

142

148

155

163

170

178

190

197

207

218

230

207

220

235

252

Die eigentlichen Lagerstühle (Fig. 313) sind für einen bestimmten Zweck der Lagerung eines Stehlagers erhöhte Sohlplatten, und fcnuncn dieselben in bet

WW

SÄ,:»,;

Fig. 313

Regel auf Steinfundamente zu stehen. Ihre Konstrukten ergibt sich aus der bildung, und über ihre Abmessungen und Gewichte gibt die folgende Tabelle Aufschluß.

Tabelle der Lagerstühle. (Fig. 313.) Bauart der B.-A. M.-A.-G. Dessau

Bohrung

Fußplatte

Fundamentanker

des

Lagers

Höhe

Länge

Breite Stärke Entfernung

Ge-

Zahl

Durch-messer wicht

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

kg

300

460

160

45

370

30—35

400

490

165

45

400

500

520

170

45

430

600

550

175

45

560

<M <M <M <M

800

500

175

45

400

400

530

180

45

430

500

560

185

45

460

600

590

190

45

490

<M OS <M <M

OOOO    M CO CO «

<MC<1C<I<M    <M (M <M <M

03 03    bO    bS    05    W M    H

O    e»    bO    O    o> bO    oo

Bohrung

des

Lagers

Höhe

mm

mm

300

-50—55

400

500

600

400

500

«0—65

600

700

800

400

500

70—80

600

700

800

500

600

«5—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

Länge

Breite

Stärke

Fundamentanker

Entfernung

Zahl

Durch

messer

Ge

wicht

mm

mm

mm

rnm

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

250

260

270

280

290

300

310

320

300

300

300

320

320

350

350

350

350

350

400

400

400

400

400

55

55

55

55

50

50

55

55

55

55

55

60

60

65

70

70

70

70

70

75

75

75

75

75

60

60

60

60

60

70

70

70

70

70

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

lllll

210

210

210

210

210

250

250

250

250

250

IO IO IO IO IO

IO IO IO IO IO

<N <M <N <M <N

IO IO IO tO IO

W03COW05 C0C003WC0 w w W W 05    05    05    05    05 CO 05    « W JO tO    e© c? O) 0)0)00    0)

28

32

36

40

40

46

53

60

68

58

65

75

85

95

86

99

112

126

140

120

ist o

-st o

T-l iH

165

180

155

190

225

255

285

210

250

290

330

370

d) Lagerlräger 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.

rr-sjMw*

MW

an

UM

IW«

MW

Sv«»

Sr

0m

ÜSUSi

Fig. 314.

In solchen Fällen kann die Anwendung eines Trägers in horizontaler Lage nach Fig. 314 geschehen, die einen normalen Lagerträger 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 Wellenslärken 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 schnell-laufender Arbeitsmaschinen dagegen, wie z. B. Holzbearbeitungs-, Dynamo-unb 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 Pferdekräflen 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 -j- 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

Seilzuges bezw. Zahndruckes auf Durchbiegung zu widerstehen. Eine Wellenverstärkung ist gleichfalls erforderlich, wenn eine größere Lagerentfernung ge-wählt 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 Htemeit.

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 Übertragungselemente 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 Scheibenkranz und der Niemeninnenfläche zu erzeugen, und soll der Neibungswiderstand 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 deut 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 Mittelebenen der beiden durch Riemen zu verbindenden Scheiben rechtwinklig aufeinander stehen, werden sie durch halbverschränkten Riemen angetrieben. Diese selbst» , leitenden 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 Material, aus dem man Treibriemen herstellt. Die besten Riemen schneidet man aus dem Mittelrücken der gegerbten Ochsenhaut 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 Riemenlieferanten 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 °/₀ seiner Länge ein, und er sitzt straffer auf den Scheiben als vorher. Das Niemenfett ist von den Riemenlieferanten zu beziehen, und nichts anderes ist zum Schmieren der Riemen zu verwenden. Das Ausstreuen von Kolophonium ist unbedingt zu verwerfen, weil es die Riemen hart und spröde macht, also ihren Biegungswiderstaud 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 Scheibenrand 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 Lederriemen sind die durch Versuche festgestellten Werte sehr wertvoll, welche die Treibriemenfabrik 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 Riemen 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

(cm).

h. 75 XN ~P Xv

Hierin ist p die für den Zentimeter Riemenbreite zu übertragende Kraft in kg nach der folgenden Tabelle und v die Niemengeschwindigkeit.

Tabelle der Nicmen-Belastungskoeffizieuten (nach Gehrckens). Einfache Riemen.

Scheiben

durchmesser

mm

bei 3

10

15

20

25 Metersekunden Geschwindigkeit

100

200

500

1000

2000

CM CO iC CO 1^

cm' 4* oo' o

Ol

Üi

CO IC 00 O CM

CO IO Q H CO

Ol

3,5

10

12

14

3.5    kg

6.5    „

11

13

15

Doppelte Riemen.

Scheibeu-

durchmesser

mm

bei 3

10

15

20

25 Metersekunden Geschwindigkeit

500

1000

2000

00 O CM

Ol to CO

H CO (N rH r—I CM

^1 k- ^ i—I i—l 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 Bestimmung der Riemeubreite.

Anzahl der zu übertragenden Pscrdekräfte

15

10

Niemenbreite in Millimeter

420

240

160

275

110

190

330

10

90

160

275

480

20

50

90

160

275

380

30

40

65

115

200

275

350

50

25

45

75

135

185

230

415

275

380

80

30

50

90

125

160

190

100

25

45

75

105

135

160

255

215

200

25

45

60

75

90

125

500

30

35

45

60

In dieser Tabelle ist das Produkt n X D aus der Tourenzahl in dev 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.

Bei einer Breite von über 500 mm verwendet man doppelte Riemen. Sind aber die Scheiben kleiner als 500 mm im Durchmesser, so leisten Doppelriemen weniger als einfache und fiitb 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 Tostmann in Mainz gibt zur Bestimmung der Ledertrcibriemen-Dimensionen die folgende, nach praktischen Erfahrungswerten ermittelte Tabelle-

Tabelle über Niemendimensionen. '

Riemen-

breite

Riemen

dicke

k — 0,100 kg pro qmm

h — 0,125 kg pro qmm

in

mm

mm

Übertrag- Gesamte bare Kraft

CS*«»

in kg P in kg

übertrag-

Übertragbare Kraft

Werte von 100 Pro 1 mm Riemenbr. in kg

N/Rn

Gesamte 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

500

COGOOOOOOOOO^l-J^^^a-JOtasOtOi^^

O © .O jO © © ,© ,© © ,© © CD © _© _© __©

"co "GO OC 00 'oc 'oo Vj V] "-q bq Vi Vq ^ *02 'bx ’bx V 'V

112

126

140

200

240

280

320

360

400

25

30

43,75

50

67,50

75

82,50

105

122,50

140

157,50

175

250

300

350

400

450

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

0,6288

0,6981

Tabelle zur Berechnung von Ledertreibriemen von Carl Tostmann, Mainz.

Zahlen

Einfache Riemen

Doppelte Riemen

Du

Dicke in mm

Dicke in mm

10    12    14

Treibende Umfangs-Kraft P an kraft pro Scheibenumfang Querschnitt (Umfangs- bei einfachen Riemen

1 qcm

kraft)

s*

200000-164000

164000—138000

138000—119000

119000—100000

100000—85300

Ol OI rfx

ai O Ol o

CO

^ DJ^ <JD_ CD^ OD 07) i—i DJ lO

crq

_ox _oi jox _oi ?? Io "bo "o "to "i    crq

05    00

85300-74500

74500—65700

65700-58500

58500—52500

52500—47500

io o io m o

m CD CD tH t>-

C C Ol o> ^ CO GC    O Cst>

CO CO t— o ^ CC ^ ist Ist

1^    LO^    rH    CO    tH

OD    CD    CO    in    OD

CM    DJ    DJ    CM

^1 ^<1 H O O

"cn "V 'bo "bi o to ^

CD

47500—43300

43300—39500

39500-36500

36500—33600

33600—30000

o in o in o

00 00 Q 05 O

ih th m oo co

CD IH IH tH 00

r— rH r+l 00 rH lO CD CD CD t>-

CO CO CO    ^

IO I—¹ Ol ÜX Hl

(M    (M    ^    ist    rt

O*    H    CO    CD^    GO

tH    00    OD    OD    OD

30000—26200

26200-23200

23200—20600

20600-18500

18500—16800

110    91    79

120 100 86 130 110    93

140 117 100 150 125 107

DJ^ iH_    CM

r od tcT co h

IO LO CD 1H 00

9,81

9,68

10,08

10,48

10,82

16800—15300

15300—14000

14000—12800

12800—11900

11900—11100

160 133 114 170 141 121 180 150 129 190 158 136 200 166 143

89,4

98,

107,

116,

125,

QO    ^    00    o

rH    GO_    DJ    in

cxf CvT

t—I    r—l    rH    i—i    r—I

11100-10300

10300—9610

9610—9010

9010-8460

8460—7960

210 175 150 — 220 183 157 — 230 191 164 150 240 200 171 156 250 209 179 162

134

144

154

12,76 13,—

13,4

164    13,68

175    14,—

Tabelle zur Berechnung von Ledertreibriemen von Carl Tostmann, Mainz.

Zahlen

Einfache Riemen

Dn

Dicke in mm

Treibende Umfangs-Kraft P an kraft pro Scheiben-    1 qcm

Dicke in mm umfang Querschnitt (Umfangs- bei einfachen kraft)    Riemen

Doppelte Riemen

10    12    14

Riemenbreiten

in mm

kg

kg

7960—7520

7520—7110

7110—6740

6740—6470

6470—6160

6160—5790

5790—5460

5460—5160

5160—4900

4900—4660

lllll lllll

260

270

280

290

300

320

340

360

380

400

216

225

233

241

250

266

283

300

310

333

186

193

200

207

214

230

243

257

271

286

170

175

182

188

195

208

221

234

247

260

185

196

14,24

14,54

151

207

14,8

157

162

173

184

195

205

216

218

225

150 240 158 255 167 270 176 285 186 300

15,—

tt

tt

tt

tt

4660-4450

4450—4250

4250—4060

4060-3900

3900—3720

lllll

420

440

460

480

500

350

366

383

400

416

300

314

329

343

357

273

228

286- 238

299

312

325

250

260

270

195 315 204 330 214 345 223 360 232 375

tt

tt

3720—3540

3540—3390

3390—3250

3250—3070

3070—2900

440

460

480

500

377

394

411

430

460

243

360

374

390

420

286

300

312

325

350

245 396 256 414 267 432 280 450 300 483

tt

tt

tt

tt

2900—2780

2780—2660

2660—2550

2550—2420

2420—2310

lllll

480

500

437

455

480

500

364

380

400

417

440

312 504 325 525 343 552 357 575 377 607

Bei Doppel-riemen

11,5

tt

2310—2210

2210—2120

2120—2050

2050—1980

1980—1890

460

480

500

394 635 411 662 429 690 440 708 460 740

tt

tt

If

tt

1890—1810

1810—1740

o o 00 o io

co m

t>- o

t— 00

bO

Ol

In vorstehender Tabelle ist an Stelle des Halbmessers der Durchmesser sjer Scheibe mit D eingeführt und in mm zu benutzen, indem man aus

DX> _ 1432400

den Wert

r =⁷¹⁶²⁰⁰    = ^oo X

berechnet und einsetzt.

Ans 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°/0 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) Gummiriemen mit Baumwolleinlage.

Der Lederriemen ist in Betrieben, die mit hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Säuredämpfen 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 Gummiriemen 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 Riemenschmiere, 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 Baumwollnemen.

Der Kamelhaar- und Baumwollriemen soll den Lederriemen ersetzen, kann das aber nur bedingungsweise in gewissen Fällen. Diese Riemen strecken sich stärker als Leder- und Gummiriemen, und sind dieselben auch nicht so leistungsfähig wie die erst genannten beiden Sorten. Vor dem Auflegen

durchfettet man sie vollständig, um einer Einwirkung der Feuchtigkeit der Luft in den Betriebsräumen vorzubeugen, die Veränderungen in der Länge des Riemens bewirkt.

Bei den Kamelhaarriemen beträgt die pro Millimeter Riemenbreite zu übertragende Kraft 1 kg für Riemen bis 100 mm Breite und 1,25 kg für Riemen bis 150 mm Breite, für größere Breiten 1,5—2 kg, bei den Baum-wollriemen dagegen

bei 6 mm Riemenstärke pro Millimeter Riemenbreite 0,7 kg

1,0 „

„ io „

1,3 „

.. 12 ..

1,7 „ .

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 100fache 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 — 0000 X T |n Millimetern, und TT X“

die Breite der Riemenscheibe

bt = 1,1 X b + 10 mm, wenn b der Wert der Riemenbreite ist.

Der Wert der Umfangsgeschwindigkeit v in der Sekunde berechnet sich aus der Formel

2 X ^ Xr X n 0X"X°

60 60

und kann man sich zur Erleichterung der nachstehenden Tabelle bedienen.

Tabelle der Umfangsgeschwindigkeit in der Sekunde v

bei gegebener Umdrehungszahl n in der Minute für den Durchmesser D = lm,

Einer

O 1—I CM

0,471

0,995

1,518

Zehner

CO ^ io CO t>»    00 OSOi-H CM CO ^

1—1 r—I

(-*

r—!

1—1

IO CO c-

CO t-L . O CO 00

r-H CM CO ^ CM CM CM CM

9,425 9,477 9,529 9,582 9,634 9,686 9,789 9,791 9,843 9,94810,000 10,053 10,105 10,158 10,210 10,262 10,315 10,367 10,47210,524 10,576 10,629 10,681 10,734 10,786 10,83810,891

10,995

11,519

12,043

12,566

2,042

2,566

3,089

3,613

4,136

4,660

5,183

5,707

6,231

6,754

7,278

7,804

8,325

8,849

9,372

9,896

10,419

10,943

11,048 11,100 11,152 11,205 11,257 11,309 11,36211,414 11,571 11,624 11,676 11,728 11,781 11,833 11,885 11,938 12,095 12,147 12,200 12,252 12,304 12,357 12,40912,461 12,618 12,671 12,723 12,776 12,828 12,880 12,93312,985

11,467

11,990

12,514

13,037

Tabelle -er Umfangsgeschwindigkeit in -er Sekunde v

bei gegebener Umdrehungszahl n in bzx Minute für den Durchmesser v — 1 in.

(Fortsetzung.)

Einer

Zehner

25    13,090 13,142 13,194 13,247 13,299 13,352 13,40413,45613,50913,561

26    13,613 13,666 13,718 13,770 13,823 13,875 13,92713,98014,03214,085

27    14,137 14,189 14,242 14,294 14,346 14,399 14,45114,50314,55614,608

28    14,661 14,713 14,765 14,818 14,870 14,922 14,97515,02715,07915,132

9 15,184 15,236 15,289 15,341 15,394 15,446 15,49815,55115,60315,655 0 15,708 15,760 15,812 15,865 15,917 15,970 16,02216,07416,127 16,179 1 16,231 16,284 16,336 16,388 16,441 16,493 16,54516,59816,65016,703

16,775 16,807 16,860 16,912 16,964 17,017 17,06917,12117,17417,226 17,279 17,331 17,383 17,436 17,488 17,540 17,59317,64517,69717,750 17,802 17,854 17,907 17,959 18,012 18,064 18,11618,16918,22118,273

5    18,326 18,378 18,430 18,483 18,535 18,588 18,64018,69218,74518,797

6    18,849 18,902 18,954 19,006 19,059 19,11119,163 19,21619,26819,321

7    19,373 19,425 19,478 19,530 19,582 19,635 19,68719,73919,79219,844

8    19,897 19,949 20,001 20,054 20,106 20,158 20,21120,26320,31520,368

9    20,420 20,472 20,525 20,577 20,630^0,682 20,73420,78720,83920,891 0 20,944 20,996 21,048 21,101 21,153 21,206 21,25821,31021,36321,415

CO CO CO

CO CO CO

CO CO co

^    03    03

21,467 21,520 21,572 21,624 21,677 21,729 21,78121,83421,88621,939 21,991 22,043 22,096 22,148 22,200 22,253 22,305 22,357 22,410 22,462 22,514 22,567 22,619 22,672 22,724 22,776 22,829 22,88122,933 22,986

4^    4^    4^

Ol OI

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 24,60424,557

47    24,609 24,661 24,714 24,766 24,818

48    25,132 25,185 25,237 25,290 25,342

49    25,656 25,708 25,761 25,813 25,866

50    26,180 26,232 26,284 26,337 26,389

24,871 24,923 24,975 25,028 25,080 25,394 25,447 25,499 25,55125,604 25,918 25,970 26,023 26,075 26,127 26,441 26,49426,54626,59926,651

Für die Berechnung der Scheiben und Riemen braucht man ferner die Umfangskrast P, wenn die Pferdestärken N und die Umfangsgeschwindigkeit v gegeben sind, und benutzt hierzu die folgende Tabelle:

Tabelle zur Bestimmung der Umfangskrast — P,

wenn die Pferdestärken N und die Umfangsgeschwindigkeit v gegeben find.

Geschwindigkeit in m per Sekunde = v

10 12

14    16    18    20    22    24    26

in o m

vH vH

1^ CO 1^ l-L

oo m co

CO c— 1—1

h co ^ CO CD 05

xh O

n in oo

vH CM CO CM xh CD

05 00 CD

1—i co m

t> xst vH

vH co m

CD vH D-vH CO ^

xh 05 co

vH CM x^

o m o

CM CM 60

00 ^ 1—1 00 CO 00 H (M N

M M H CO 00 Ol

Ol 00 o

m cd oo

(M Ist OO

l>- xjH r—I O CO CD

xst I>» vH 05 vH Xh vH vH

DO O 00 Ol co

75

94

113

vH

oo in (M

CD 00 O

CO Hl 05

00 co

00 (M b*

m c- oo

Ol ^    00

O Ol O Dl

00 ist N 05 (M I> (M CO CO CO ^ ^

co o oo m

CD O CO b-<M CO CO CO

m o m o

Ist CD Cs O

CO (M 05 CO

t-h co o m m in cd cd

413 344 450 375 488 406 525 438

m h oo m

05 CM X^ l>-(M CO CO CO

CO 00 00 *4 O Ol O Dl

703

750

797

844

co o oo m

CD O CO ist CD CD CD

469

500

531

563

260

m o o o

05 O H IM vH vH vH

891

938

1031

1125

713 594 750 625 825 688 900 750

274

313    288

344    317

o o o co xh in

1—1 i—1 r—I

1219

1312

1406

975 813 1050 875 1125 938

375

160

1501

170

1594

180

1688

1200 1000 1275 1063 1350 1125

CD CD 00

05 H Ql

t—¹ GO

o 00 ist o co i>»

CD CD CD

546

580

614

O 1-H CO O CO CD

m m io

461

490

519

Tabelle zur Bestimmung der UmsangSkrast = P (Fortsetzung).

Geschwindigkeit in m per Sekunde = v

10 12

14    16    18    20    22    24    26

190 1781 200 1875 220 2062

1425

1188

1018

891

792

713

1500

1250

1071

938

833

750

1650

1375

1179

1031

917

825

00 CM o ^ 00 IO CO CO c-

594

625

688

548

577

635

240 2250 260 2438 280 2625 300 2812

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

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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 Armstern, 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 Kranzbreite und bei breiten Scheiben 1,3—1,5 d.

Die Ringstärke der Nabe — 0,4 X d -j- 10 bis 15 mm, wenn d der Wellendurchmesser ist.

Die Anzahl der Arme einer Scheibe bestimmt sich aus folgender Tabelle:

Scheibendurchmesser in mm

500

500

800

1200

1500

2000

3000

bis

bis

bis

bis

bis

bis

800

1200

1500

2000

3000

4000

Anzahl der Arme

3—4

10

Die Beanspruchung der Arme geschieht auf Biegung, und bestimmt sich für elliptischen Querschnitt die Armhöhe h an der Nabe aus der Formel:

und am Kranze

\ — 0,75 h.

Die Breite der Arme ist — 0,4 -j- 0,5 X h bezw. hr

Die Kranzdicke macht man am Rande mindestens s = 3 + 0,01 X r und in der Mitte — 0,04 X -}- 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 vm in der Sekunde bewegt, ist:

G va    v² G

w“0,102 TT**

Nachstehende Tabelle enthält die Gewichte der fertig gedrehten ungeteilten und geteilten gußeisernen Riemenscheiben, wie sie die Akt.-Ges. G. Luther in Braunschweig ausführt.

Gewichtstabelle 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

MM

INI

lst_ ist ist^ lst_

04“ co“ 04“ co“

Ol pi

"oji 'oi “oi 'oi

INI

INI

INI

170

180

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ist Ist

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190

200

II II

IMI

IMI

210

220

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230

240

MM

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Ol

Ist^ Ist ist^

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260

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04 04 04 04

270

280

MM

MM

INI

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Ist

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Oi

lst_ lst_

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(M CO CO CO CO CO CO co

Ol

Th O ist“ 04 CO Th CO ^

Ol

04 04

Ol

Ol

04 04 CO

Ol

CD CO t- Th 00 CO CO

Ol

ist O ist CO" Cts ist* CO Th CO Th

of t»

CO Th

Ol

Gewichtstabelle I fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scherben- _

durch- 75 Messer _

100

125

150

Scheibenbreite B mm

175

200

250

300

350

400

450    500

mm

Gewicht in Kilogramm

300

310

ist^ ist^

oi“ d c h

ist_ ist_

H Ol" rH* CO

ist ist^

co xh" co ist

-4| 571 „05 Ol

bi bi

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ist^ ist^

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ist^ ist_ ist_

CG 04" o" CO (M CO CO CO

Istv IO

ist" C>" CD 04

co ^ co ^

320

330

340

350

360

370

380

390

ist^ st_    ist^ lst_ ist^ ist^    lst_ ist

O T-H t-H 04 t-H 04 T—« 04    r-H CO t-H CO

Ol

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01

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ist

ist_ lst^

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400

410

420

430

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04" Xh 04" xh CO Ist 04" ist    xh" cd" xh" cd"    Xh" Ix"

t-H t-H

ist ist^

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01

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Ol

Oi

01

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Ol

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bi

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ist ist_ iO

xh CO ist Ol" CO co"    xh Ix

04 04 04 04    04 04

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Oi

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Ol

t-h xj^ 04 CD

co co CO CO

Ol

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04 CO

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ist

Ol

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co co co co

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CO IX ecT QO

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ist ist_ co" CG co co

ist_ ist^ ist^

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Ol

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CO 05 xh xh

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Ol

4x    ^

00 W -4 to

Ol

Ol 4^ cn 4^ O Oi O CSU

Ol 4^ Ol 4^ Üi GO 52 05

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ist

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INI

INI

INI

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ben-

durch-

messer

75

mm

450

460

•4 ül ^

Oi

470

480

QO 02 QO Oi

Oi

490

500

CD 02 QO 02

525

550

lr- O QO T-H t-H CM t—i (M

575

600

02 CM O Th CM CM CM

625

650

IND tO fcO tO 02 tc Ol H

675

700

CO QO CD 02 CM CM CM CM

QO CO CM CO

SewichtStabelle I fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scheibenbreite B mm

100

125

150

175

200

250

300

350

400

Gewicht in Kilogramm

CD GO JD ^-4 "üx "Ql

in in

QO t-H    oo"    ö"    02 CM O CM    H CO CM in    (M CO CO t-    in 02 CO O    GO CM 02 Th    h cO

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in in io^

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CM CM CM CM

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in

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(M CM CM 04

Ol

Oi

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CO 00 CD 02

co co co co

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Th in

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Ol

Ol

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Ol

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O H CO 00 OO 02 OO 02

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I-* o Ol o

CO GO CO O

co t- co oo

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02 O 02 t-H

CO H oo CM O 04 O 04

CO CO t-H co

CM CM tr* GO

02 o 02 o

102

114

109

120

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ist 05 ^ GO h (M CO

Ir- t-H (M GO t-H co CM CO

O i-O CD i—i CO Th CO lD

v—t l-H t-H H

02 CD CM Th

02

O 00

Gewichtstabelle I fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scheiben- _

durch- 75 Messer_

100

125

Scheibenbreite B mm

150

175

200

250

300

350

400

450

500

mm

Gewicht in Kilogramm

750

775

OS Xh vH co CM CO CO CO

CO QO Xh O co co co rh

QO xsl OS CO CO xh CO xh

Ul rfx Ol «M Ino Ui

O QO CO vH ist ist ist CO

05 Ol 05 Ol QO CO Oi «Hl

O OS CO CO

ix- Ix- tx- GO

88 107 100 123 91 112 104 129

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C- lC CO CM CO iO xh CD

co tx- o oo

ist CO O t'*

800

825

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CO co CO xh

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vH vH vH vH

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vH vH vH vH

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vH vH vH vH

850

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875

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CO 00 CO QO

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vH vH vH vH

144

168

152

176

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182

203

192

212

900

925

I I II

OS Ul Ul Ul O to 05 o

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H-* h-¹ -Hl CO

GO -Hl «Hl CS

o O «Hl «H|

xsl iO ix- OS tx- GO Ix- QO

CM CM CO 00 OS O OS O

xsl OS O CO vH CM CM CO

OS ^ OS

CO OS o o

154

182

164

190

OS OS QO CO

IX C5 00 H

vH vH vH CM

198

220

209

232

950

975

OS Ul OS Ul rfn OS fc\s i45*

xh CO cO O CO tx- CO tx-

GO    QO -Hl

00 Ol INS w

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100

112

104

119

ist CM CM QO CM xsl CO xsl

00 Ol Hl ÜT

h* CO Ui to

172

198

178

205

ISO tvs ISO h-* t>s O K> CO hi ^ W 05

219

242

229

252

1000

1025

OS CO O O Ist CO CO IX

OS OS O CM CO tx- tx- 00

CD OO 0O «Hl ^ H CO Cs

o QO CO QO ^ CD CO CO

QO vH CM CO O CM vH CM

CO CO vH o CO iO xh CD

Cs Hl oo 05 •4 H GO 05

185

212

192

223

CO Ci vH xf) vH CO CM iO CM CM CM CM

lO co t- Ci

CO cs) l'* CM CM CM CM

1050

1075

CM CM ist xh CO tx CO tx

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CO QO CO QO CO H GS ^

CO ix- o CM

OS O O VH

IX— ( vH cm vH CO CM CO

CO CO CM CM xsl CO iO IX*

178 199 230 205 231 260 184 207 239 212 240 270

t- © CD

»o co co os

CM CM CM (M

-Hl OS -Hl QO

CO «Hl OS 00

OS CM GO O

QO Ol O QO

vH OS OS vH

vH CM

xh CO

vH Xh

CM CM

00 OS xh tx-CM CM

CO !"•

fr- o

CM CO

Gewichlstabelle II fertiger Riemenscheiben.

Schei

ben-

durch-

messer

125

150

175

Sch eibenbreite B mm

200

250

300

350

400

450

500

600

mm

Gewicht in Kilogramm

1125

1150

o o in co

tH QO t* GO

CD 00 0 oo Ol    05

CO in rH (M 03 O O 1-1 t—I r-H rH

103

118

110

123

130 172 144 190 140 175 149 193

00 CO CO ^ 05 (M O co i—I (M CM (M

H CO 05 CO (M ist n CO CM CM CM CM

tO tO bO tsS CD 03 OO 03 CO 03 CD —3

t- GO O Ci QO H 03 CM (M CO (M CO

INI

1175

1200

t'- in o oo

tH* QO QO QO

CD CD CD CD CD tc OO o

co Hfi in in

(O rH o rH

112

126

114

129

O QO ^ CM GO 03 QO O

rH rH T—t CM

212

242

219

250

o* co in o co t- ^ co

CM CM CM CM

275

310

285

320

t- H QO (M O hH

CO co co co

Oi

1225

1250

rH rH Hfl in

GO 03 GO 03

96

106

98

110

W H W O 03 O O GO

117

135

122

137

QO in co o ^ cd in in

to t—1 ISS CO H 00 O 03 03 OO

226

264

233

269

05 t\D tO K) o 03 CD üt

tO ^ 03 rfn

294

334

300

344

in ic- 03 co CM ZD CO t-CO CO CO CO

1275

CD QO 00 QO

99

112

CM

<M 00

1300

103

114

1325

105

120

1350

110

125

1375

1400

MM

114

130

119

133

1425

1450

INI

CO t- CD (M CM CO (M Hf

^ K)

03 <CD

CD    CO 03 CD    CO h CD in    o 03 r*- co    o oo co co    I>-    QO

cm    ^ cm ^    co in co in    Hfi in 'tt¹ cd    in cd in t-    in

313

356

322

366

t- in h o

CD CO 03

220

245

225

246

nf io cm co in 03 co o

(M CM (M CO

in V--4 co 03

QO CO 03 CO CM CO (M CO

332

376

341

386

in in co 03

C— 03 QO 03

rH T—I

to IO to bo

03 05 03 OC 03 ^ O

270

310

276

318

m o

03 «-H r—I CM

03 03 in 03 CM CM

in O CM QO QO CO 03 CO (M CO CM CO

O t-

O hH

co co

350

392

361

404

372

416

383

427

INI

301

348

309

356

319

369

328

378

in co

CO QO

co co

351

395

359

407

370

420

381

431

390

441

397

439

405

450

410

465

428

477

439

490

INI

Scher»

ben-

durch-

messer

125

mm

1500

1525

II II

1550

1575

1600

1625

1650

1675

1700

1725

IUI

1750

1775

1800

1825

— 398

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scheibenbreite B mm

150

175

200

250

300

350

400

450

500

600

Gewicht in Kilogramm

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212

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217

193

221

196

227

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233

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238

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481

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MM

2125

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2175

2200

Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Scheibenbreite B mm

150

175

200

250

300

350

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600

Gewicht in Kilogramm

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640 720 713 800 653 750 727 825

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05 INS 05 INS INS QO

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iO CD co lO

668 770 743    845

681 790 757    865

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341

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352

329

360

344

368

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360

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418 496 463 563 428 505 490 581

438 521 500 596 444 526 508 603

450

516

456

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475

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670

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Gewichtstabelle II fertiger Riemenscheiben.

(Fortsetzung.)

Schei-

ben-

durch-

messer

Scheiben breite B mm

125

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Gewicht in Kilogramm

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2350

2375

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730

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743

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934 1054 1039 1164

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b) Schmiedeeiserne Riemenscheiben. Mit Rücksicht auf das immerhin etwas hohe Eigengewicht der gußeisernen Riemenscheiben werden auch aus Schmiedeeisen 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 Schmiedeeisenscheiben 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

a — 0,02 X b + 3 mm,

worin b die Riemenbreite bedeutet.

Man berechnet die Arme auf Biegung und findet den Durchmesser des Rundeisens für die Arme aus der Formel:

d = 1,2 X \s

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 aufzumontieren, 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 höl-zerne 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 imprägniert und in Kreissegmente biegt. Sie werden gewöhnlich zweiteilig ausgeführt und durch Klemmen mittels Schrauben auf der Welle befestigt.

d) Feste und lose Scheiben.

Ein lose Riemenscheibe wird in allen den Fällen neben einer festen an-gewendet, wenn an irgend einer Arbeitsmaschine von Zeit zu Zeit eine

Bewegungsabstellung notwendig wird. Das Ausrücken des Riemens erfolgt mit einem Riemenrücker, und hat man für diese verschiedene Anordnungen.

Eine recht praktische Vorrichtung dieser Art ist der unter der Marke „Ba-mag-Riemenrücker" auf den Markt gebrachte Apparat der Berlin - Anhalter Maschinenbau - A. - G. in Dessau, der in Fig. 318 in seiner Handhabung und in Fig. 319 und 320 in Anwendungsbeispielen dargestellt ist.

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Der Riemenrücker be

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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 Parallelführung bildenden Kloben verschieben lassen. Dieser Kloben ist auf einer nach dem Stande des Arbeiters führenden, drehbar gelagerten Stange befestigt, auf welcher in handlicher Höhe einHand-griff 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 normalen Deckenvorgelege 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 aus einer Riemengabel, den Antriebsriemen der Transmission von der festen auf die lose Scheibe

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Fig. 319 a.

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Fiq. 319 b.

schiebt und umgekehrt, je nachdem Stillstand ober 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-Riemenrückers nach Fig. 320 a—c. Die

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Fig. 320 a.

obere Lagerung der Stange wird hier durch zwei zu einem Kugelgelenk vereinigte Kreuzkloben ge* -n bildet, welche auf einem durch ein« J ~ gestecktes 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 Riemenleiter und Sxannrolleirgetriebe a) Die Riemenleiter.

Liegen zwei Wellen, zwischen denen eine Kraftübertragung stattfinden soll, in einem beliebigen Winkel zueinander, so verwendet man vorteilhaft Riementriebe mit Riemenleitern.

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 Riemenleitern illöglichst 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 Riemenleiter ist darauf zu achten, daß bei den einzelnen Rollen die Mittellinie des auflaufenden Riemens in die Mittelebene der Rolle fällt. Bei richtiger Einstellung ist es nicht notwendig, daß der Abstand der Rollenmitten dem Durchmesser einer der Antriebsscheiben gleich gewählt wird.

Die Riemenleiter 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    , <—e—-

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Fig. 322.

Decken-Riemenleiter d. B.- s iymj? A. M.-A.-G. Dessau abgebildet, '    1 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 Rollenachsen in der Höhe verstellbar und können    f—

auch bis zu einem Winkel von “

15° zur Vertikalen nach der einen oder anderen Seite hin geneigt werden.

zu ersehen.

Die Abmessungen dieser Riemenleiter sind aus der folgenden Tabelle

Tabelle über Decken-Rtemenleiter.

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210

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250    475    500    300    1225    800    1000    40    450    29

300    550    600    350    1370    900    1100    45    500    29

Der Wand-Riemenleiter Fig. 323 zeigt un allgemeinen dieselbe Anordnung und Verstellbarkeit, wie der vorstehend mitgeteilte. Bei dem in

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Fig. 324.

ata. 323.

Fig. 324 dargestellten Wand-Riemenleiter liegen die Rollenachsen 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 Schmierfängern umschlossen. Die Dimensionen und Gewichte der verschiedenen Größen gibt die folgende Tabelle an:

Rie

men

breite

Tabelle der Wand-Riemenleiter.

Ausladung Roüen-

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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-Stellbarkeit an, wie ein solcher in Fig. 325 als Decken-Niemenleiter abgebildet ist. Hierbei liegen die Rollenachsen 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, um dem Abtropfen des Schmieröls vorzubeugen. —

Wechsel-Riemenleiter. Die in den Figuren 322—325 dargestellten Riemenleiter können nur bei unveränderter Riemenlage 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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Lagen wechseln. Die Schmierung geschieht durch die Mitte der Achse, und ist die Rollennabe von Schmierfängern umschlossen.

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5-iö- 326.

Zu einem Riemenleiter gehören zwei solcher Wechselrollen. Dieselben können entweder unmittelbar an der Wand, an Wandplatten oder an, Hängesäulen befestigt werden.    t

b) Die Spannrollengetriebe.

Wenn zwischen zwei Wellen von kurzem Achsenabstand bei großem Übersetzungsverhältnis Kräfte durch offene Riemen zu übertragen sind, empfiehlt sich die Anoidnung 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 Riemenmaterial sehr leidet und Lager wie Wellen übermäßig beansprucht werden.

Durch Anordnung der Spannrolle, die zweckmäßig nahe der kleineren Scheibe angebracht wird, läßt sich der Umspannungswinkel 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 Belastungsgewicht 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 Anordnungsbeispiele. 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 zu können. Um nur ein Beispiel herauszugreifen, erwähne ich, daß bei Seiltrieben mit Dehnungsspannung die Seile, damit sie möglichst lange nicht nachgespannt

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Fig. 327.

zu werden brauchen, ursprünglich mit einer solchen Verkürzung ausgelegt werden, daß etwa die zehnfache Belastung der Wellen und Lager eintritt, als der zu übertragenden Nmfangskraft entsprechen würde.

——zffb:

771'

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 Neibuitgskoeffizient 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 int ziehenden und im gezogenen Trunt ist int 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.

dick. Trotzdem ist die spezifische Belastung des Riemens beim

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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 100 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 auf der einen noch jetzt zum Vergleiche beibehalten ist. Der neue Riemen ist 250 mm, der alte 600 mm, und beide sind 6

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 Umfangskraft, 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 int Falle der Figur 328 etwa doppelt so groß, wie er ohne die Spannrolle sein könnte. Das Spannungsverhältnis zwischen dem schlaffen und dem ziehenden Trunt wird dadurch aber

in bedeutend größerem Maße verringert, und zwar kann man im 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 untereinander liegende 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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Ug- 329.

Übersetzungsverhältnis beispielsweise 1: 15. Gerade in dieser Beziehung erscheint das neue Getriebe geeignet, eine Umwälzung der üblichen Anordnungen beim elektrischen Antrieb langsam laufender Maschinen herbeizuführen, indem es an die Stelle von Zahnradübersetzungen, Schneckentrieben usw. 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 doppelten Umfangskraft 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.

Die 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 Triebwerktefle so auch dieses neue Element in einer Reihe von normalen Formen einheitlich durchzubilden.

t.

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 Rechnungsgrößen zu beachten: die zu übertragende Kraft, die Größen der Riemenscheibendurchmesser, die Riemengeschwindigkeit und die Entfernung zwischen den beiden Wellenachsen, sowie ihre Lage zueinander.

Wie wir schon früher sagten, läßt man jetzt die Transmissionen wesentlich schneller laufen als früher, wo man mit 10—15 m Riemengeschwindigkeil 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 Riemengeschwindigkeit 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 widmen.

Aus dem Umsetzungsverhältnis bestimmt sich der Durchmesser der Riemen-scheiben, wenn die Umdrehungszahlen 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 Dx und D„ die Durchmesser zweier Scheiben bezeichnet und mit nx und n, die zugehörigen Umlaufszahlen, dann ist das Umsetzungsverhältnis

:n,; es ist dann : D, = DlXni

n _ Da X n2, „ _ Di X ni

ni--' n* — Da

1. Beispiel: Eine neu aufgestellte Arbeitsmaschine soll t, der Minute 40 Touren (na) machen und hat eine Antriebsscheibe von 38b mm Durchmesser (Da). Die Transmissionswelle macht 60 Umläufe (n,) i* kr Minute. Wie groß muß die Riemenscheibe sein, welche auf der Transmissionswelle angebracht werden muß?

Es ist gegeben: Da — 350 mm; na = 40; n, — 60. Dann ist

_ Da X ns _ 350 X 40 _ 14000 1,1 ~ ~~ 60 “60

D,:D

_ DaXn

D,=

ni

ni

— 233 mm.

Um die Probe zu machen, ob die Rechnung richtig ist, nehmen wir an, ni sei gesucht, dann ist

D, X nt _ 350 X ⁴⁰ _ 14000

Di

233

233

— 60 Touren.

2. Beispiel: Zum Antrieb einer Welle sollen zwei vorhandene 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

D, = 380; Da = 540; nx = 80 und na?

_Di X ni 380 X 80

⁸ Da    540

Die beiden Scheiben können also verwendet werden.

30400

540

— 56 Touren.

Bezüglich der Wellenentfernung 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 wir 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 Drehungsrichtung bewegt werden.

Bei dem gekreuzten Riemen Fig. 331 wird der Riemen um eine halbe Wendung verdreht von der Antriebsscheibe auf die getriebene Scheibe R, geleitet und durch diese Verdrehung, die sich bei der Rückleitung von

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B«S. 330.

Fig. 331.

R, nach .Rx wiederholt, naturgemäß stark beansprucht, weshalb man nur dann gekreuzte Riemen anwendet, wenn es unumgänglich nötig wird. Dies ist der

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Fall, wenn die angetriebene Scheibe die entgegengesetzte Drehungsrichtung der Treibscheibe aus irgend welchen Gründen erhalten muß. Der Vorteil des gekreuzten Riemens, daß er besser durchzieht als der offene Riemen, liegt betritt, daß der gekreuzte Riemen einen größeren Teil des Scheibenumfangs berührt, mithin eine größere Reibung entwickelt. Aber dieser Vorteil wird durch die wesentlich schnellere Abnutzung des Riemens ausgewogen.

ZS*

Wenn sich zwei Wellenmittel kreuzen, so kommt für ihren Antrieb durch Riemen derhalbverschränkteRiemen Fig. 332 a und b in Frage. Je nach-

_^e dem die getriebene Scheibe R„ zu der

-IliflAl! 4__Ar f*e treibenden Rt steht, hat man Links-

T—oder Rechtstrieb zu unterscheiden. In z    S’9- 332 ist a Links- und b Rechtstrieb.

Über die Stellung der beiden Scheiben zueinander ist in Fachkreisen

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viel gestritten worden, und hält man in der Regel daran fest, die Scheiben so zu stellen, daß die Durchschnittslinie der Scheiben «Mittelebene die beiden Umfänge an ihren Anlaufstellen berührt.

Der halbverschränkte Riemen hat immer das Bestreben nach außen zu laufen, und wird deshalb von Prof. Bach empfohlen, die getriebene Scheibe

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Fig. 333.

um das Maß e₂, die treibende um e, nach außen zu rücken, und nimmt man et ---- 0,5 -r- 0,6 der Riemenbreite und e„ — 0,1 -t- 0,2 der Riemenbreite, auch ist es nötig, die Riemenscheibe um */« bis */, breiter als gewöhnliche Riemenscheiben zu halten.

Ich habe an der alten Regel, die Mittelebenen 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

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 wählt man bei halbverschränktem Riemen im Minimum — 4 mal dem Scheibendurchmesser und 20 mal der Riemenbreite.

Meuerdings 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.

2?

Bei rechtwinklig sich kreuzenden Wellen, wie in Fig. 333 gezeigt, erhält man dann einen einfachen Winkeltrieb, bei welchem die Leitrolle L die Überleitung des Riemens von R, aus R₂ vermittelt, und sind hierbei natürlich zwei Leitrollen nötig, je eine für den auf- und ablaufenden Riemen.

Bei dem Riementrieb Fig. 334 liegen die Wellen A und B in einem beliebigen Winkel zueinander und haben entgegengesetzte Umdrehungs-richlung. Durch die Zwischenschaltung der beiden Leitrollen erhält man für den Riemen ganz günstige Auf-und Ablaufverhältnisse. Noch günstiger gestaltet sich dies bei dem in Fig. 335 gezeichneten Riementrieb, der im großen ganzen dieselbe Anordnung von Fig. 334 zeigt und bei rechtwinklig sich kreuzenden Wellen wagerecht liegende Riemenleitrollen bedingt.

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Riementriebe mit Spannrollen haben wir bereits in Fig. 321 bis 329 durch das Lenix-Spannrollen-getriebe kennen gelernt. Sie bilden ftEp' i eine günstige Ersatzkonstruktion füi xZJß die im Riementrieb verwendeten durch Gewichte belasteten Spann-

rollen. Dieselben werden angewendet, wenn große Kräfte bei geringem Wellenabstand übertragen werden muffen. Früher bediente man sich in solchen Fällen meist eines Zahnräderpaares zur Uebertragung 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, nnd zeigt Figur 336 ein Beispiel dieser Art.

Die Wellen der Scheiben A nnd B stehen senkrecht zu einander 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 z>vei gleichgroße Lcitrollen d und e.

5-

Der Stahlband-Kraftantrieb System Sloesser.

Obgleich in Fachkreisen schon bekannt war, daß man mit Stahlbändern an Stelle der Riemen bei Kraftantrieben neuerdings günstige Resultate erzielt hatte, wurden sie in der Oeffenllichkeit doch erst dadurch weiteren Kreisen bekannt, daß sie an dem Zeppelin-Luftschiff Z III bei der großen Fahrt nach Berlin erstmalig für den Antrieb der Propeller benutzt wurden.

Um es gleich voraus zu sagen, bieten diese Stahlbänder manche erhebliche Vorteile gegenüber dem Lederriemen-Antricb, doch ist bei Anlage von Stahlband-Antrieben zu beachten, daß dieselben nur unter gewissen Bedingungen die Vorteile wirklich ergeben, welche man sich davon verspricht. Die Scheibendurchmesser dürfen nicht zu knapp sein, damit keine gewaltsame Umbiegung des Stahlbandes stattfindet und seine Beanspruchung innerhalb der natürlichen Elastizitätsgrenze bleibt. Kurze Achsenabstände sind nur bei mäßiger Geschwindigkeit zu empfehlen. Sind die beiden vorstehenden Hauptbedingungen erfüllt und können gut rundlaufende kräftige Scheiben mit geringer Ballung bei sorgfältig gelagerten Wellen verwendet werden, so bietet der Stahlbaud-Antrieb besonders bei der Uebertragung größerer Leistungen von 30 PS an zweifellos viele Vorteile. Er ist frei von Schlupf, braucht nicht gekürzt zu werden, gibt bei sehr geringer Bandbreite einen hellen, übersichtlichen Betrieb und nicht unerhebliche Ersparnisse an Kraftverbrauch, ganz besonders gegenüber stark belasteten Seiltrieben. Die Höhe der durch Umwandlung der Seiltriebe in Stahlband-Antriebe erzielten Ersparnis beträgt ca. 15 °/o.

Der Eloesser-Kraftband G. m. b. H in Charlottenburg verdanken wir die nachstehenden interessanten Mitteilungen, welche Herr Reg.-

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Baumeister Eloesser-Charlottenburg gelegentlich eines Vortrages im Dresdner Bezirksverein Deutscher Ingenieure der Öffentlichkeit übergab.

Das Problem der Kraftübertragung durch Metallbänder ist ein relativ altes. Der Gedanke, Treibriemen aus Leder und Faserstoffen durch andere Materialien von höherer Festigkeit zu ersetzen, ist nicht so fernliegend, jedoch ist dieses Problem bisher gerade von den einsichtigsten Fachleuten für unlösbar gehalten worden und wird es zum Teil heute noch. Diese Anschauung ist berechtigt insofern, als tatsächlich die Schwierigkeiten, welche der Lösung dieser Aufgabe entgegenstehen, ganz außerordentlicher Natur sind, so daß eine lange und mühevolle Arbeit notwendig war, um an das nunmehr erreichte Ziel zu gelangen. Alle früheren Versuche, der Lösung dieses Problems näherzukommen, sind ohne Erfolg geblieben. Die Erklärung hierfür scheint darin zu liegen, daß diesen früheren Versuchen die theoretische Grundlage fehlte. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich in ihrer Entstehung von dem sonst gewöhnlichen Gange der Dinge dadurch, daß zunächst die theoretische Grundlage geschaffen und hieraus die praktische Durchführung entwickelt wurde. Erst mit Hilfe der Theorie war es möglich, die wesentlichsten Schwierigkeiten zu erkennen, die Mittel zur Überwindung derselben abzuwägen und die erreichbaren Vorteile zur vollen Ausnutzung zu bringen. Infolgedessen hatten schon die ersten praktischen Versuche ein erstaunliches Resultat, indem mit einem Stahlband von 10 mm Breite und 0,5 mm Dicke 146 PS bei 61 m/sec. Geschwindigkeit übertragen wurden.

Die im ersten Anfange angewendete Lötung der Bandenden bewährte sich nicht. Es wurdedeshalb zurSchaffung besonderer Schloßverbindungen (Fig,336a) geschritten. Die prinzipiellen Grundlagen des Schlosses bestehen in folgendem: die Bandenden werden zwischen zwei gekrümmten Platten (Schloßoberteil und Schloßunterteil) eingeklemmt, welche durch eine große Anzahl von Schrauben gegeneinander gepreßt werden. Der eigentliche Zug wird durch eine Lötung von niederer Temperatur (200° C) aufgenommen. Die zusammenpressenden Schrauben durchdringen die Bandenden. Da ein steifes Stück in einem biegsamen Bande über Scheiben nicht laufen kann, ohne daß eine Knickung an der Verbindung beider eintritt, ist es notwendig, hier Gelenke vorzusehen. Dieses wird erreicht durch die Anordnung der Wälzungsflanken am Schloßoberteil, welche als Wälzungsgelenke aufzufassen sind. Es werden verschiedene Schloßkonstruktionen angewendet, deren jede über einen gewissen kleinsten Scheibendurchmesser laufen kann und zugleich über jeden größeren, insbesondere auch über Scheiben von unendlich großem Durchmesser, welche mit dem geraden Lauf identisch sind.

Einen weiteren Fortschritt bildet die Erfindung eines besonderen, in Bandform hergestellten Reibungsbelages, welcher gegen die Stahlbänder eine höhere Reibung besitzt als ein Lederriemen gegen Eisenscheiben. Ein Reibungsbelag ist für Scheiben, auf denen Leder- oder Geweberiemen laufen, eine verkehrte Maßnahme, da er in ziemlich kurzer Zeit zerstört wird, für den Stahlbandtrieb dagegen ausgezeichnet, da der Schlupf der Stahlbänder außerordentlich klein ist — etwa 0,1 % — und infolgedessen eine Abnutzung des Belages nicht eintritt, so daß, wie die Erfahrung gezeigt hat, er nach Jahresfrist noch das Allssehen wie am Tage nach dem Auflegen zeigt.

Als weiteres wichtiges Moment tritt die Frage auf, in welcher Weise man dem Stahlband die richtige Spannung beim Auflegen gibt. Es ist zunächst zu bemerken, daß das Auflegen der Stahlbänder nicht wie bei größeren Riemen in der Weise erfolgt, daß die beiden Enden des um die Scheiben gelegten Riemens durch einen Spannapparat zusammengezogen und dann verbunden werden.

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Frg. 336 a.

vielmehr erfolgt beim Stahlbande das Schließen in sehr viel bequemerer Weise neben den Scheiben in losem Zustande des Bandes, dem dann das seitliche Aufdrehen auf die Scheiben nachfolgt. Dies ist bei der relativ geringen Breite der Bänder auch für größere Leistungen eine verhältnismäßig einfache Sache. Für verstellbaren Achsenabstand ist dieses Aufdrehen natürlich nicht erforderlich, vielmehr wird hier die Spannung durch Entfernung der betreffenden Wellen voneinander erreicht.

Es ist nunmehr die Frage auszuwerfen: In welcher Weise wird die Bandlänge so hergestellt, daß das Band bei festem Achsenabstand nach dem Aufdrehen seine richtige Spannung erhält. Der Lösung dieser Aufgabe dient ein besonderes Meßverfahren, welches mit einem schmalen Stahlmeßbande von 1 qmm Querschnitt in der Weise ausgeführt wird, daß dasselbe genau wie das spätere Lanfband um die Scheiben herumgelegt wird, so daß die Enden mit Hilfe eines besonderen Apparates, welcher die genaue Ablesung der ausgeübten Kraft gestattet, einander genähert werden. Nach richtiger Einstellung einer bestimmten vorgeschriebenen spezifischen Kraft werden die Bandenden derart abgeschnitten, daß sie einander genau berühren. Nach der Länge dieses Meßbandes wird das Kraftband ausgeführt. Dasselbe muß dann nach dem Auflegen diejenige spezifische Spannung erhalten, die der Jndikatorapparat beim Meßbande angezeigt hatte.

Die Vorteile, welche sich aus dem Stahlbandantrieb herleiten lassen, sind beachtenswert und vielverheißend für die Zukunft.

Wenn wir einen ausgeführten Stahlbandtrieb betrachten, so ist dasjenige, was uns an ihm zumeist in die Augen fällt, die geringe Breite int Verhältnis

27*

zu den Breiten, welche wir bei Riemen gleicher Leistung zu sehen gewohnt sind. Die Breite wird bei größeren Antrieben meist auf etwa ein Fünftel des gleichwertigen Lederriemens verringert.

Diese Verringerung der Breite hat außer der Raumersparnis für das Zugorgan selbst eine erhebliche Einschränkung der Scheibenbreite zur Folge. Dieses bedeutet einerseits eine Verbilligung der Scheiben, andererseits eine Verringerung des Gewichtes derselben und hiermit wieder eine Entlastung der Lager. Ferner gelangt man so zu der Möglichkeit, in vielen Fällen, in denen man bisher eine doppelte Lagerung anwenden mußte, fliegende Scheiben zu gebrauchen, wie z.B. bei großen Dynamomaschinen und Elektromotoren. Ferner bietet sich die Möglichkeit, von fliegenden Scheiben größere Leistungen abnehmen zu können, wie z. B- bei Lokomobilen. Ferner kann in der ganzen Riemenanordnung bei der Maschinenanlage durch die verringerte Kraftbreite der Zugorgane Raumersparnis erzielt werden.

Im Zusammenhange hiermit ist auch zu erwähnen, daß der Stahlbandtrieb gegenüber Riemen- und Seiltrieb eine erhebliche Einschränkung des Achsenabstandes zuläßt, da er nicht durch eigene Gewichtsspannung, sondern durch spezifische Selbstspannung zieht. Die Verringerung der Achsenabstände ist wirtschaftlich von Bedeutung, da damit häufig die Verkleinerung von Maschinenhäusern und ganzen Anlagen zusammenhängt. Die Verringerung des Achsenabstandes kann bei einer Übersetzung, die von 1:1 nicht erheblich abweicht, beinahe bis zur Berührung der Scheiben getrieben werden. Es liegt auch auf der Hand, daß für den Stahlbandtrieb die Richtung, in welcher der Antrieb liegt, ob wagerecht, senkrecht oder schräg, gleichgültig ist.

Der wichtigste Vorteil der Stahlbandübertragung, verglichen mit anderen Übertragungen, liegt in dem hohen Wirkungsgrad (über 99 °/₀) und dem damit in Zusammenhang stehenden geringen Schlupf (unter 0,1 %)• Die Übertragung erfolgt genau im Verhältnis der Scheibendurchmesser, so daß einfachere Übersetzungsverhältnisse stattfinden. Der Arbeitsverlust durch das Band ist praktisch zu vernachlässigen.

Die Erklärung für den hohen Wirkungsgrad des Stahlbandtriebes liegt in folgendem: Der Verlust beim Riementrieb setzt sich im wesentlichen aus folgenden drei Faktoren zusammen:

1.    Schlupf ist ungefähr eine Funktion der Dicke des Riemens im Verhältnis zum Scheibendurchmeffer. Er beträgt bei Riemen etwa bis 2#/„ bei Stahlbandtrieben bis 0,15 %•

2.    Luftwiderstand: Bei Riemen durch die starken Schwingungen bei höheren Geschwindigkeiten und bei der erheblichen Breite nicht unwesentlich, bei Stahlbandtrieb infolge der geringen Breite und des absolut geradlinigen Laufes praktisch gleich Null.

3.    Durch Umbiegungsarbeit; dieselbe ist beim Riemen eine unelastische, sich in Wärme umsetzende, während sie beim Stahlbandtrieb eine rein elastische ist.

Man kann, verglichen mit dem Seiltriebe, nahezu 15 °/₀, verglichen mit dem Riementriebe, mindestens 5 °/₀ günstigeren Wirkungsgrad für den Stahlbandtrieb rechnen, zumal der hohe Wirkungsgrad des Stahlbandtriebes auch bei niedrigen Belastungen vorhanden ist.

Wirtschaftlich bedeutet der hohe Wirkungsgrad des Stahlbandtriebes alljährlich eine Ersparnis gleich dem Vielfachen der Änlagekosten, so daß die Kosten der Umwandlung von Riemen- und Seiltrieb in Stahlbandtrieb in wenigen Monaten gedeckt sein können.

Ferner hat der Stahlbandtrieb hinsichtlich der Wartung vor anderen Trieben zwei wichtige Vorteile voraus: der eine liegt darin, daß ein Nachspannen fortfällt, und der andere ergibt sich daraus, daß irgendwelche Behandlung des Stahlbandes mit konservierenden Mitteln unnötig ist.

Als besondere Eigentümlichkeit bei der Beobachtung eines Stahlbandtriebes, insbesondere eines schnellaufenden, fällt der absolut geradlinige Lauf ohne nennenswerte Schwingungen auf, welche bei Riemen und Seilen auch schon bei verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten in hohem Grade eintreten. Dadurch erniöglicht sich ein außerordentlich enger Einbau der Stahlbandtriebe.

Die Stahlbandtriebe lassen Geschwindigkeiten von außerordentlicher Höhe zu. Bei Versuchen ist dieselbe bis auf 100 m'sec. gesteigert worden. Geschwindigkeiten von etwa 50 m/sec. sind noch mäßige zu nennen.

Eine äußere Annehmlichkeit des Stahlbandtriebes fällt auf den ersten Blick in die Augen: das ist seine Sauberkeit und Eleganz, welche sich besonders dann geltend machen, wenn eine größere Anzahl Antriebe in einem Raume angehäuft sind, wie es der Fabrikbetrieb ja mit sich bringt.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil des Stahlbandes gegenüber dem Riemen liegt in der Unempfindlichkeit gegen Öl, welches in vielen Fällen auf die Scheiben gelangt. Der Reibungskoeffizient zwischen dem Stahlband und dem hierfür erfundenen Belag wird durch Öl sehr wenig beeinflußt. Im übrigen hat das Öl auf das Stahlband eine konservierende Wirkung, keine zerstörende wie auf den Riemen.

Als letzter Vorteil sind die geringen Anlagekosten des Stahlbandtriebes im Vergleich mit Riemen zu erwähnen, welche insbesondere bei größeren Antrieben erheblich gegen diejenigen von Lederriemen zurückbleiben, ungeachtet dessen, daß auch bei Neuanlagen durch die Verbilligung der Scheiben die Gesamtkosten des Antriebes herabgesetzt werden.

Kommen wir nun zu den Nachteilen, welche den besprochenen Vorteilen des Stahlbandtriebes gegenüberstehen und welche gegenüber den Vorteilen nicht erheblich ins Gewicht fallen dürften:

Es besteht ein gewisses Gesetz, welches auch durch die Praxis bestätigt worden ist, daß für bestimmte Umfangskräfte gewisse Scheibendurchmeffer

nicht unterschritten werden dürfen, da die Dicke des Bandes vom Scheibendurchmesser abhängig ist. Hieraus ergibt sich wiederum, daß bei Übertragung einer gewissen Leistung bei einer gewissen hohen Tourenzahl eine bestimmte Mindestgeschwindigkeit angewendet werden muß. Als praktisches Resultat dieser Grenze ergibt sich, daß es zweckmäßig ist, mit möglichst hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten. Bei Gasmotoren z. B., bei denen die Kraft vom Schwungrade abgenommen wird und in üblicher Weise sehr hohe Laufgeschwindigkeiten angewendet werden, haben sich deshalb bisher die glänzendsten Erfolge der Stahlbandtriebe eingestellt, insbesondere durch außerordentliche Mehrleistungen, die bei der Maximalbelastung den Maschinen entnommen werden können.

In der inneren Stadt von Berlin sind die bisher mit Riemen ausgerüsteten elektrischen Privatzentralen schon fast ausschließlich zu Stahlbandtrieben übergegangen.

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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. Hanfseiltriebe.

1.

Huttb- und Euadratseile.

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 sindet 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

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 Scheibenpaare 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 Baumwollseile zu bevorzugen sein. 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 Rundfeile 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 deinselben 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 Quadratseile. 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 Steifigkeit zu kurze Biegungen auf die Dauer nicht vertragen.

Seile von 55 und 60 mm Durchmesser setzen selbst bei großem Seilscheibenhalbmesser der Umbiegung und Rückbiegung, 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 int Betriebe fortwährend und müssen wiederholt gekürzt werden. Zur Spleißung sind bei Rundfeilen 3 bis

3,5 m, bei Quadratseilen 5 m Länge nötig, welche zu der stumpfgemessenen Seillänge zuzurechnen sind.

2.

Die 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.

Das Verhältnis des Seildurchmessers zur Nutzlast und dem kleinsten Scheibendurchmesser geht aus der folgenden Aufstellung hervor:

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gtfi. 337.

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 Seildurchmessers betragen, bei der angetriebenen Scheibe aber nur das 40- bis 50 fache der Seilstärke.

Der Durchmesser d des Seiles bestimmt sich aus der Formel

N — 35,63

nXr

d = 4,12

x/4-,

V 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.

Tabelle für Rundseile.

Seildurchmesser.......

Nutz-Belastung.......

Kleinster Seilscheibendurchmesser

für Hanfseil.......

„ Baumwollseil.....

Manilahanfseil wiegt . . . . pro in 0,6 Seil aus Badischem Spleißhanf wiegt

30 35 40 45 60 80

o ^

O Ol

50 mm 125 kg

900    1050    1200

600    700    800

0,8 1,1

1500 mm 1000 mm 1,75 kg

1,0

Pro m 0,7

Vaumwollseil wiegt . . . . Pro m 0,65    0,95

DO 03

rH

1,9 kg 1,85 kg

Tabelle für Quabratsrile.

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

Seilstärke . .

Nutz-Belastung Kleinster Seilscheibendurchmesser . . 600 Manilahanfseil wiegt . . . . pro m 0,5

Die in den Tabellen angegebenen Nutzbelastungen 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-Transmisfions-Seilen.

Ein Seil überträgt Pferdestärken bei einer Beanspruchung pr. qcm von:

6 kg

5 kg

und Seilgeschwindigkeit pr. Sekunde in m

20

15

05 <M ist 00 ist O ist rl H H M M CO

10

ist GO

O (M eS O CO tH tH tH Ol <M

9 kg

Kleinste

Scheiben-

Durchm.

mm

und Seilgeschwindigkeit pr. Sekunde in m

20

15

10

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O O O O ® ® ®

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es es t> GO 05

05 CO    05    ®    Q0    (M    00

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ist_ ist

(M es O ^ G0 rl H (M (M (M

ist^ ist^

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2,35

Der Seile

Kleinste

Hanf Manila Scheiben-90 kg 70 kg Durchm. pr. qcm Pr. qcm mm

550

009

700

800

900

1000

1100

Ein Seil überträgt Pferdestärken bei einer Beanspruchung pr. qcm von:

8 kg

und Seilgeschwindigkeit Pr. Sekunde in m

20

es    <N    CO    00 00    es    oo

T-I    sa    <N    c0 ^    ist    es

15

ist    ist^

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10

G0 T-I ^    05    ^ GO

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ßl tH N ▼H tH tH

Kleinste

Scheiben-

Durchm.

mm

und Seilgeschwindigkeit Pr. Sekunde in m

20

15

10

Kleinste Scheiben-- Durchm. mm

O    O    ® O    O    ®    O

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Zugseile

Quer- zulässige Belastung schnitt

mm

O ist o o o o o

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o    o    o    o    o    o o

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es GO

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7 kg

und Seilgeschwindigkeit Pr. Sekunde in mm

20

15

10

7,07

9,62

12,566

15,9

19,63

23,76

28,27

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CO    CO    1*    «t#    ist ist    ©

Gewichtstabelle für Hanfseilscheiben.

Seil-scheiben-Durch-messer in mm

Anzahl d.Rillen

Seildurchmesser in mm

30    35    40    45    50

uiniumentUB

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-£i£> WfcOT S

L

Cr

Xst

co

Ot

58

70

700

82

102

105

140

1600

800

tH 03 CO

70

100

134

80 102 115    140

155    180

H 03 CO ^ xO

160

220

280

360

435

390

480

620

760

900

80

900

120

160

200

1700

H fj CO rP »O

180

240

320

390

450

360

510

670

840

1000

1000

03 'CO t*

03 iO 05 CO

180

220

200

290

380

470

1800

1100

1-1 03 CO

105

150

190

240

230

320

420

520

1900

r-l 03 CO 'd» xO

190

250

330

390

460

200

380

570

740

920

1100

1200

ll»> M M K

115

160

210

260

250

350

450

570

03 CO 'rJ4 xO

270

350

430

520

400

600

800

1000

1200

210

1300

1-4 03 CO Th xO

125

180

230

290

350

270

390

500

620

740

2000

03 CO r* xO

300

380

460

550

430

620

840

1050

1250

1400

iH 03 CO xO

140

190

250

310

325

290

420

550

670

800

2200

650 1000 1070 1200

510

750

1000

1250

1500

H 03 CO ^ xO

150

210

270

330

400

310

440

580

720

860

2400

740 1050 1160 1260

540

780

1040

1280

5.

gZuadratseile „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 Rundfeile 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. m. 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 fachem Durchmesser der Seilstärke gestattet, während bei Rundseilen 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 normale Nillenprofil. Nur für Kreisseiltriebe enipfiehlt 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 Betriebsscheiben.

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Fig. 338 a. Mit Quadratseil-Nille.

Fig. 338b. Mit Rundseil-Rille.

In Fig. 338b ist ein Nundseil-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 °/₀ des Achscnabstandes.

Im Freien laufende Seile sind gegen Witterungseinflüsse 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.

Die Umfangskraft P oder Nutzbelastung des Seiles beträgt bei einer Beanspruchung von:

und ist die Kraft, die ein Seil in Pferdestärken überträgt. Die Anzahl

der erforderlichen Seile berechnet sich dagegen aus der Formel:

. Hierin

N.75

v.P

ist v die Seilgeschwindigkeit pro Sekunde, N die Pferdestärken, die zu übertragen sind.

Die Berechnung der Seilgeschwindigkeit erfolgt nach der Formel:

6 kg 7 kg

54

63

73

85

96

121

150

181

112

142

175

212

8 kg

50 kg

70

96

128

162

200

242

pro qcm Seilquerschnitt

D.Tr.n 60 '

worin: O der Durchmesser der treibenden Scheibe, n — 3,1416, n die Umdrehungen der treibenden Scheibe pro Minute bedeuten.

Hieraus ergibt sich die nächste Tabelle.

Tabelle über die Anwendung von Quadratseilen.

Der

Quadratseile

Stärke

mm

£ Quer-B schnitt

P Gewicht * per Meter

B Kleinst. Scheiben-B durchmesser

iss

Ein Seil überträgt Pferdestärken bei einer _Beanspruchung pro qcm von_

iii

gfg und Seilgcschwin- und Seilgcschwin- und Seilgeschwin-bigfett    bigteit    bigfett

c’^vo pro Sekunde pro Sekunde

mm

6 kg

7 kg

8 kg

pro Sekunde

10m 15m 20m 10m 15m 20m 10m 15m 20m

5,00    7,4

7,00 10,5

14,6

19,00

24,00

30,00

36,00

Das Gewicht von Seilen, die gegen Witterungseinflüsse imprägniert geliefert werden, ist etwa 10"/, höher. — Sämtliche Gewichte verstehen sich mit einer Toleranz bott 5 %•

In Fig. 339 und 340 sind Beispiele zweier durch die vorgenannte Firma ausgeführter Quadratseiltriebe wiedergegeben.

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Fig. 339.    3000 Hk-Dampfmaschine in einer Spinnerei bei Chemnitz,

ausgerüstet mit Quadrat seilen.

Schwere Seiltriebe nennt man Anlagen mit stark wechselnden, stoßweisen Beansprnchnngen 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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Fig 340. Blechwalzwerk in Florenz (Italien), ausgerüstet mit 28 Quadratsellen.

Von der größten Wichtigkeit ist bei schweren Beanspmchungen die Sicherheit der Spleißung. Das bei Rundseilen häufig vorkommende „Aufschieben" (Auseinandergehen) der Spleißung ist bei den Quadratseilen ausgeschlossen.

Areisseiltriebe 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 Rundseiles 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 Rundfeilen dann sofort der Übelstand, daß dieselben bei der oft hohen Beanspruchung nicht mehr richtig durchziehen. Einige Fabriken lassen zwar die Rundfeile bei Kreisseiltrieben heute noch vollständig auf dem Nillengrund 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 Nundseil, das infolge der stetigen Verringerung des Durchmessers durch die unvermeidliche Dehnung mit der Zeit mit einem immer kleineren Teil seiner Oberfläche aufliegt 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.

28

Bei den Versuchen ist die Firma nicht soweit gegangen, sondern 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.

1.

Die Drahtseile.

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 weiter 1 m auf und 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 Seilscheiben-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 im 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 Seillieferanten 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 zusammengeflochten in Bereitschaft gehalten werden können, wo die Scheiben eines Seiltriebes 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.

Um das Rosten zu verhüten, bewahrt man solche vorrätige Seile in

Kalkpulver.

28*

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 Scheibenfütterung 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 Übelstände.

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 Seilschwingungen 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. dergl. 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.

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 im 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 solchem Falle läuft das Seil bei geringen ©eiten»

E

Mit Ledereinlage. 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.

Zur ausschließlichen Anwendung kommen zurzeit nur Drahtseile mit Hanfseelen. Drahtseile mit Drahtseclen 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.

Es überträgt ein Seil von dem

Zur ungefähren Bestimmung der Seildicke unter obigen Verhältnissen Wellendurchmesser

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 Heckei scher 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 Seildurchmesser richtet. Mit einer Drahtlitze L sind sie zusammen- Ohne Ledergefaßt und wie ein Band um die Scheibenrille gelegt. Die beiden einlage. Enden der Drahtlitze werden durch schräge Löcher im Scheiben- Fig. 342. kranz nach den Armen A. und A, geführt. Durch letztere sind bei

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Fig- 343,

Ftg. 344.

8, und S₄ 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 Hülste in Leder gelagert ist, wird auch die Reibung größer, wodurch ein Drahtseiltrieb schon auf 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- Anzahl Dicke der Gewicht Bruchmesser der Drähte pro m belastung Drähte

mm

mm

kg

kg

Förderlast bei 250 m Teufe

Bruch- pörberlaft bei 300 m Teufe

belastung

kg

kg

kg

24

36

10

42

11

36

13

42

15

36

16

42

18

36

20

42

22

49

23

36

25

42

25

84

28

42

30

36

30

114

33

36

33

72

35

42

35

84

38

98

40

114

40

84

45

114

50

133

50

114

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1800

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12600

14700

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20000

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29000

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700

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2600

2800

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5000

5000

2200

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8500

12000

15000

17000

19000

23000

25000

33000

32000

29000

46000

35000

46000

41000

55000

64000

75000

68000

90000

108000

113000

200

300

350

500

600

750

1000

1200

1300

1500

1800

1900

2500

2500

2200

3600

2500

3500

2900

4300

5000

5700

5200

6600

8000

8200

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 denLaschen 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 Auflagenflächen, welche der Abnutzung weniger unterworfen sind, allerdings auch einen größeren Reibungswiderstand erzeugen. Diese Ketten werden aus Stahl hergestellt; ihre Abmessungen sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich:

Tabelle der Trcibketten von Otto Kötter in Barmen.

JÜl

ETn

1 11 I

Mg- 345.

Sb

Gewicht

Durch-    Äutzere    Innere

zwischen    mcffcr    Stärke    |    Weite

ben des äutz. beg JnnenbolzcnS

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Für eine Teilung Weite Spannung

ober Baulänge Platten Bolzens

Platten. Breite Zahl

Stärke

kg

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pro

Meter ca. kg

14

16

18

20

22

25

30

35

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

12

15

17

18

20

23

26

28

32

36

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42

44

46

48

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52

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1,20

2,70

3,50

3,70

6,-

8,40

Bolzen

einfach vernietet.

12.50 14,— 18,—

19.50 23,— 27,20 30,— 33,— 37,-42,-

Bolzen mit Scheiben versplintet.

Von den verschiedenen Arten Treibketten, welche im modernen Maschinen» bau Verwendung finden, bringen wir nachstehend als treffendes und be» währtes Beispiel das Renoldsche geräuschlose Zahnkettengetriebe, welches die Firma Friedrich Stolzenberg & Co., G. nt. b. H., in Reinicken-dorf-West bei Berlin ausführt.

Durch Renolds geräuschloses Zahnkettengetriebe werden die bisher zur Kraftübertragung in Betracht kommenden Maschinenelemente vorteilhaft 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 genauestens 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 Renold-Kette dem Rade einmal beträchtlich größere Anlagefiächen, 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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Mg. 346.

eine höhere Lage einnehmen, die Berührung mit diesen wird aber nicht beein-trächtigt 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-Vorgelcge 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 Zähnezahlen auch aus Stahl gefertigt. Die

Berzahnungen der Räder sind in dein durch die Konstruktion bedingten, mit der Zähnezahl variierenden Profil an Spezialmaschinen in Teilung genauestens und sauber geschnitten.

Das eine der beiden zugehörigen Kettenräder eines Getriebe- ist mit Bordscheiben zu fertigen, zwischen welchen die Kette geführt wird.

Tabelle über Renolds geräuschloses Zahnkettengetriebe.

a) Für Mittenführung.

Kettenräder

Zahnketten

Teilung

Breite über

Glieder

Gewicht Bolzen pro Meter

Ganze

Breite

Führungsnute Breite

Tiefe

mm

mm

mm

ca. kg

mm

mm

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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127

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131

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156

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55/8

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63/5

68/6

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73,4

31/7

76/2

81

10/5

85,6

101/6

105/9

13/9

127

131

17,6

152/4

156

21

110/5

135/9

160/8

4,3

21

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55/8

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101/6

105/9

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131

21

152/4

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110/5

135/9

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25,4

60/8

55/8

9,6

60/7

63/5

68/6

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127

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25

30

110/5

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Teilung

mm

12,7

15,9

19

25,4

31,7

38,1

44,4

b) Für Seitenführung.

Zahnketten

Breite über

Glieder .

Bolzen

Gewicht pro Meter insgesamt

Kettenräder

Breite

zwischen den flanschen

mm

12,7

mm

16,5

ca. kg

0,75

mm

25,4

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

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63,5

76,2

50,8

63,5

76,2

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127

152,4

50,8

63,5

76,2

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127

152,4

50,8

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127

152,4

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127

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29,2

36,5

41,9

54,1

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29,2

36,5

41,9

48

54,1

23,6

30

36,3

42,7

47

55,4

66,1

80,8

52,8

65,3

78

103,1

128.3

153.4

53,3

65,8

78,5

103,6

128,8

153,9

53,3

65,8

78,5

103,6

128,8

153,9

53,3

65,8

78,5

103,6

128,8

153,9

1,07

31,7

mm

17,8

1/4

38,1

24,1

1,73

2,05

44,9

51,3

30,5

37,3

2,7

64

43,7

56,4

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

20,8

25,3

32,5

38,8

45,2

65,4

61

66,5

36,3

42,7

49

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59,7

68,1

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67,3

80

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118,1

144,8

170,2

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95,2

121,9

147,3

172,7

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95,2

124,5

149,8

175,2

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124,5

149,8

175,2

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26,2

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38,8

45,2

49,5

67,9

68,6

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80

106,7

132

157,6

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 an 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 es 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 Schutzkästen 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.

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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 aufruht. Der mit den Zähnen versehene Ring, welcher sich auf der Nabe frei drehen kann,

(b. h. nur in einem begrenzten Bogen) ist mit JjM letzterer durch 2 Serien von Federn verbunden, äs*);

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Fig. 349,

Die eine Serie, die sich beim Betriebe in Kom-Pression befindet, überträgt die Kraft und wirkt ^@1 als Puffer oder Kiffen, 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 ein 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 Schnelligkeitsverminderung 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 Nadertriebe.

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 Reibungsrädern zur Übertragung vor. Es sind dies also Näder, 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 Umsangsflächen aufeinander bewirken.

A. Vre Zahnräder.

Entsprechend der Drehbewegung, welche die Zahnräder zu übertragen haben, müssen die Räder Rotationskörper sein, deren Zahnformen ganz be- . stimmte 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 Räder zur Übertragung zu verwenden.

Die Stirnräder.

Die Zahnformen der Stirnräder sind für ihren Gang ausschlaggebend. äJZan gibt ihnen die Form von Prismen ganz eigenartigen Querschnittes, der nach bestimmten Regeln konstruiert werden muß.

In dem Zahnprofil sind 3 Hauptkreise zugrunde gelegt, der Kopf-, Teil- und Grundkreis. Der über dem Teilkreis liegende Zahnteil 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.

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 Zj Zähnen n, Umdrehungen, so verhält sich

iij _ Z

n ~ Z[‘

Fig. 350.

Wir sehen hierin wie bei den Reibrädern das Grundgesetz der Bewegungsübertragung 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

R ----- 0,15916 X z X *•

Zur Bestimmung der Teilkreishalbmesser für bestimmte Zähnezahlen und Teilung kann man die Tabelle auf S. 451 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:

Beispiel: Es ist die Zähnezahl für ein Rad von 800 mm Teilkreisdurchmesser bei 40 mm Teilung zu bestimmen. Dann ist — = ^ — 20. Dieser

Zahl entspricht der Wert der Tabelle in Zeile 13 Spalte 7 oder 8 mit 120 + 5 bezw. 120 -s- 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

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.

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 Zahndruck in kg, h den Druck auf das qmm in kg, so ist für die Zahnräder mit

v — 0,5 : t = 2,74

l/ = XP oder bei

b = 2t: t = 1,94 X V'T.

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

A = 4,5 X l/4 X P teirb-

Kranräder haben stets eine kleinere Geschwindigkeit als 0,5 m, und nimmt man für sie b — 2t und

t — 1,94 X V^P,

wobei k — 2,5 kg, b — 1,5 X d, b₁ = */, X H und h₂ = »/, 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

= *x--

z = D X Y unt> D

Die Werte für und — kann man der folgenden Tabelle entnehmen:

t n    29

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

Hierbei ist n

eine ganze Zahl oder ein

ji

1,5

2,5

3,5

0,31831 3,14159 0,47746 2,09439 0,63662 1,57079 0,79577 1,25664 0,95493 1,04719 1,11408 0,89759 1,27324 0,78539

io io* co ccT r>- t>T

IO

oi

IO

IO

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

dann D = n X z oder z —

einfacher Bruchteil, die sogenannte Stichzahl.

Zur Bestimmung der passenden Anzahl der Radarme A bedient man sich der folgenden Tabelle:

Tabelle zur Bestimmung der Armzahl bei Stirnrädern.

oder T

mm

Volle Getriebe für die Zähnezahl

10

für die Zähnezahl

15

20

25

30

35

40

45

60

66

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. Reuleaux).

10

1,59

20

3,18

30

4,77

40

6,37

0,159    0/318

0/477

0/637

0/796

0/955

1/114

1,273

1,75

1,91

2,07

2,23

2,39

2,55

2,71

2,86

1,432

3,34

4,93

6,53

3/50

5,09

6,68

3,66

3,82

3,98

4,14

4,30

5,25

5,41

5,57

5,73

5,89

6,84

7/00

7,16

7,32

7,48

4,46

6,05

7,64

3,02

4,62

6,21

7,80

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

8,75

9,39

7,96

9,55

11,14

12,73

14,32

15,92

17,51

19,10

20/69

22,28

23,87

25,46

27,06

28,65

30,24

31,83

33,42

35,01

36,61

38,20

39,79

41,38

42,97

44,56

46,15

8,12

9,71

11,30

12,89

14,48

16,07

17,67

19/26

20,85

22,44

24,03

25,62

27,21

28,81

30,40

31,99

33,58

35/01

36,76

38.96

39,95

41,54

42.97

44,56

46,15

8,28

9,87

11,46

13,05

14,64

16,23

17,83

19,42

21,01

22,60

24,19

25,78

27,37

28,97

30,56

32,15

33,74

35/33

36,92

38,51

40,11

41,70

43,29

44,88

46,47

8,44

10,03

11,62

13,21

14/80

16,39

17,98

19,58

21/17

22,76

24,35

25,94

27,53

29,13

30,72

32,31

33,60

35,49

37,08

38,67

40,27

41,86

43,45

45,04

46,63

8,59

10.19

11.78

13,37 14/96

16,55

18/14

19,73

21,33

22,92

24,51

26,10

27,69

29,28

30/88

32,47

34,06

35,65

37,24

38,83

40,42

42/02

43,61

45.20

47.79

10,35

11,94

13,53

15,12

16,71

18,30

19,89

21,49

23,08

24,67

26,26

27,85

29,44

31,04

32,63

34,22

35,81

37,40

38,99

40,58

42,18

43,77

45,36

46,95

8,91

10,50

12,10

13,69

15,28

16,87

18,46

20,05

21,65

23,24

24,83

26,42

28,01

29,60

31,19

32,79

34,38

35,97

37,56

39,15

40,74

42,34

43,93

45,52

47,11

9,07

10,66

12,25

13,85

15,44

17,03

18,62

20,21

21,80

23,40

24,99

26,58

28,17

29,76

31,35

32,95

34,54

36/13

37,72

39,31

40,90

42,49

44,09

45,68

47,27

9,23

10/82

12,41

14,01

15,60

17,19

18,78

20/37

21,96

23,55

25,16

26,74

28,33

29,92

31,51

33,10

34,70

36,29

37,88

39,47

41,06

42,65

44,25

45,84

47,43

10,98

12,57

14,16

15/76

17,35

18,94

20/53

22,12

23,71

25,31

26,90

28,49

30,08

31,67

33,26

34,86

36,45

38,04

40/63

41,22

42,81

44,40

46,00

47,59

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 =3 1,8

Holz

-O CO

"m 'o "co

_a>

’oo 'bi "cd

h-* O) ^

CO "o ’oo

i>^

T—I lO 1—I

O Ü1 H

"co "o

DO

lO

CD

Ol

CO O 00

rfT cT *

Die Höhe rechteckiger Arme im Zentrum des Rades ist für gewöhnliche

Räder

h = (/ d X b~x A

wenn A die Anzahl der Sinne ist, und ist dann die Dicke der Arme a = 0,2 X h (Fig- 351).

Bei Rädern mit ovalen Slrmen, die aber nur bei kleinen Satzrädern vorkommen, Fig. 352, nimmt man

«4 = 0,4 X h,; h, = 0,95 Xh, a₄ = 0,5 X hn hi = 0,875 X h,

= 0,66 X V, h, = 0,8 X h-

Walzwerksräder verlangen kräftigere Abmessungen, und nimmt man bei ihnen

fl

Fig. 351.

ti

h = 1,25 und ihre Dicke

xi^DXbxl

k— 'n-*!

kM.

a — 0,2 X h.

Fig. 352.

Für ovalen Querschnitt bei

al =

und für

jxK iftb₁ = i,ixi/DXbX-j»

iftb.^DXbX x-

ai =

Die Armhöhe nimmt man am Radkranz — */₄ der Höhe an der Nabe; und die Nabendicke ist für gewöhnliche Räder

c = 2,0 + |XVxbXt,

für Förderräder und ähnliche ist

c=2,0 + —XVDXbXt und

für Walzwerksräder

1 ⁸_

c = 2,0 -j- — X^DX^X¹ zu nehmen.

Die Nabenlänge wird — 1,15 X b + i^y

Sämtliche Werte sind in cm ausgedrückt einzusetzen.

Die Kranzdicke k ist für gewöhnliche Näder k = 0,5 X t und für Walzwerksräder k = 0,5 X t -f 5 mm bis 0,5 X t + 10 mm zu nehmen

Bei Rädern mit Kreuzarmen nach Fig. 351a ist k, = k -|- 0,02 X b; haben die Arme aber I-Querschnitt nach Fig. 351 b, so ist kx = k -j- 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

.. g = 20 +0,33Xt.

für gewöhnliche Räder k = 6 -f 0,9 X t und g = 15 + 0,3 X „ leichte Triebräder k = 4 + 0,8 X * „ g = 12 + 0,27 X t, „ Walzwerksräder k = 10 -j— 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-

K-

m.—-±

^    jLl

xmi

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.

Bis

■P

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 ft in m des Rohhautrades nach der Formel

kg

p 716,2 XN

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, welche sich im Betriebe jahrelang gut bewährt haben, je nach der Teilung der Räder nachstehende Erfahrungskoeffizienten ergeben:

für 2— 3 n Teilung 8—10 kg Flächendruck max.

10-12 „ 12-14 .. 14-16 .. 16—18 „ 18—20 „ 20-24 24—30 „ 30-40 ..

pro 1 cm Zahnbreite.

3— 5 n 5— 8 n 8—10 tc 10—12 7t

12—15 TT „ 15—18 n „    18—22 n

„    22—26 n

Nach diesen Angaben ist die Breite b der Zahnräder zu bestimmen. Hat ein Rad z. B. eine Teilung von 10 n und einen Zahndruck von P kg, so wird die erforderliche Zahnbreite nach Obigem

. P

16

b = — cm.

Die Zahnteilung t ergibt sich durch Berechnung des Zahnes auf Biegung, indem man den gesamten Zahnvruck 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.

Pl = WS,

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 */, cm

bt*

24 '

ferner 8 die zulässige Materialspannung pro 1 qcm Zahnquerschnitt von 100 kg normal und 120 kg maximal.

Setzt man diese Werte ein, so erhält man für die obige Biegungsformel

bt²

24    ’S'

P . 0,7 t =

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 8 zu verringern.

m

___.

nu

I

Seit ca. 6 Jahren verwendet man diese Rohhauträder mit Erfolg als Ankertriebe der Straßenbahnwagen-Elektromotoren und als erste Antriebs-rüder für Elektromotoren, welche mit Werkzeug- / Maschinen und Arbeitsmaschinen direkt ohne f™ Zwischenvorgelege und Riemen gekuppelt sind. In jp der Regel läuft das Rohhautrad in Verbindung W mit einem Eisenrade zusammen, und zwar so, daß >, J das größere und getriebene Rad aus Eisen und W 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 d die Zahnbreite in cm, t die Teilung in mm und G das Gewicht für Eisenräder ist, so wird

G = k X m X b.

15

20

0/08

0/0021

0/0036

0/0054

30

35

0/0084

0/0114

45

60

0/056

0/063

0/072

90

76

CO

CO

o o o

0/020

0/025

0/030

60

65

80

95

0/09

0/106

Den Wert m, bei einer bestimmten Zähnezahl Z, findet man aus der folgenden Tabelle:

25

40

55

70

co

85

100

20

30

40

60

60

70

80

90

100

110

120

ISO

140

150

160

170

180

190

200

210

220

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2830

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3255

3510

3765

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4250

4450

4626

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350

470

605

750

900

1065

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1425

1620

1830

2045

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2470

2655

2850

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3535

3790

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4465

4646

245

255

360

370

485

620

765

920

1085

1260

1445

1640

1850

2065

2295

2490

2670

2870

3070

3305

3560

3815

4065

4290

4485

4666

500

630

780

935

1100

1275

1465

1660

1870

2090

2320

2505

2690

2890

3095

3330

3585

3840

4090

4315

4500

4690

Beispiel: Es soll das Gewicht für ein Rad von 68 Zähnen mit 50 Teilung bestimmt werden, bei einer Zahnbreite von 120 mm. Alsdann ist m 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 G = kXmXb = 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.

Gewicht in kg pro Zahn bei

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Gewicht in kg pro Zahn bei

109—144 Zähnen 7,44 8,88 10,49 12,24 14,05 16,43

Big 1443.B.1448.

Gewicht in kg pro Zahn bei

Teilung 25 n

Big 1083. Big IO83.

44,37 6.1343.

48,03 6.1443.

26 n

27 n

28 n

29 n

30 n

73—108 Zähnen 20,47    22,93    25,60    28,89

109—144 Zähnen

23,50 26,40 28,40 32,70 Big 1243. 6.119 3. 6.115 3. 6.1113.

26,20 29,20 32,46 36,20 6igl448- 6.1443. 6.144 3. 6.144 3.

39,91

Beispiel: Es wird das Gewicht eines normalen Stirnrades im Rohguß gesucht, welches 70 Zähne bei 13 X n 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 n Teilung und 70 Zähnen

Am gebräuchlichsten sind im Maschinenbau die Stirnräder mit Außenverzahnung. Hierbei haben beide Räder, die miteinander int 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.

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gig. 356.

Es hat dann das große Rad innen liegende Zähne (Fig. 356), und in diesen Zahnkranz greift ein kleines Stirngetriebe mit Außenverzahnung ein.

,/j

Mg. 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 jr der Zahn in seiner ganzen Breite nicht mehr ein gerades Prisma, I 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 b = 4 X t, die Zahnhöhe 0,6 X t, die Fußhöhe 0,35 X t und die Kopf-höhe = 0,25 X i

Die Einführung höherer Umlaufgeschwindigkeiten infolge der elektrischen Antriebe erforderte unausgesetzte Bemühungen zur Herstellung möglichst ruhig laufender Räder. Außer Schnecken- und Schraubenrädern, welche diese Eigen-

schüft in hohem Grad besitzen, verwendete man für Stirn- und konische Ge-triebe 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 Ungenauigkeiten 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.

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•ISfrS,

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.

Diese Wüst rüder eignen sich zu Kraftüber- wM tragungen aller Art und Größe und können bis 2,5 m **

Durchmesser mit 15 n Teilung ausgeführt werden. Auch für konische Transmissionsräder ist eine derartige Verzahnung von Vorteil. Nicht nur, daß bei richtiger Lagerung und Montierung ein sehr ruhiger Gang erreicht

wird, können auch die Übersetzungen viel größer genommen ^ P- 136818.

werden. Bei geraden Zähnen soll man nicht über eine Übersetzung 1:4¹/₂ 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.)

Fig- 358.

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 recht--und linksgängige Schnecke ausgebildet ist. Je nachdem die Schnecke zwei-, drei- ober viergängig ist, entsteht ein Trieb mit zwei, drei ober 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 Baudirektvrs von Bach beträgt der Nutzeffekt inkl. Lagerreibung bis zu 94 °/₀ 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.

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i-

Schnitt AB.

Grundriß. Schnitt nach C D. Fig. 361. (>/.« nett. Größe.)

Seitenanstcht.

2.

Die Aegelräder.

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 eint Änderung in der Stellung der beiden Wellen zueinander eintritt.

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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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Fig. 368.

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 b — A F = BD = CE wird, und erhält dann die beiden Kegelabschnitte ABDF und OBCB, welche die mathematische Querschnittsform der Beiben Kegelräder darstellen.

Um nun die Verzahnung für den äußeren Kranzumfang konstruieren zu können, zieht man rechtwinklig zu BO eine Hilfslinie GEH, welche die leiden 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 DF. 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 Näder mit

Holzkämmen versieht (Fig. 364). Bei kleineren Nädern haben sich die Kegelgetriebe aus Rohhaut (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-jW (Fig. 366) oder Winkelzähnen (Fig. 367) zu empfehlen, (wie sie die Zahnräderfabrik Augsburg, A.-G., nach SEI Patent Wüst ausführt. Mit Rücksicht auf ihren unruhigen mtjlll (Sang bedürfen Kegelräder einer besonders kräftigen und PhF sicheren Lagerung, und tut man gut, im Triebwerk ihre * Anwendung möglichst zu vermeiden. Man ersetzt sie dann bei mäßigen Umfangskräften vorteilhaft durch Schraubenräder, die geräuschlos arbeiten, allerdings auch größere

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Fig. 365.

Fig. 364.

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Fig. 367.

Fig. 366.

Neckulugsverluste 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 Winkelriementrieb ersetzen.

Auch das Schneckenrad findet nur selten im allgemeinen Triebwerk Anwendung, wird aber zu Spezialantrieben 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

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4 g—ii i

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 Kopfkreises 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 z„

und der Umdrehungszahl n₁ des Schneckenrades aus der Formel ^

Zur Bestimmung der Zähnezahl zt braucht man das Drehmoment M der Schnecken- und Mx der Schneckenradwelle und der Größe des mechanischen Wirkungsgrades rj, der durch praktische Versuche festgestellt wurde — 0,83 bis 0,9, wenn beide Elemente in Öl laufen.

Man rechnet für gewöhnlich 17

-    0,4 -r- 0,5,

—    0,5 -4- 0,7

und erhält Z, aus der Formel

Z, =

Ist ferner r der Radius des Schneckenteilkreises, P der Zahndruck, h die "Steigung der Schnecke und n der Reibungskoeffizient — 0,1, so ist

h + ²?r X r X M 2?r Xr —h)<X

Bei allen Schneckengetrieben, 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 Abnutzung. Minder bedeutende Anlagen dieser Art 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 Verzahnungen.

Es gibt nun eine ganze Anzahl Verzahnungsformen, deren Darstellung wir hier nur auf diejenigen beschränken müssen, welche wir für die geeignetsten halten und die auch am häusigsten Anwendung finden. Man hat sich vor allen Dingen als Regel zu merken, daß alle Räder mit Radlinienverzahnung 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 = 5,5 X - unb -s = r = 2,75 X - = 0,875 X t

7T    di    TI

Es ist zulässig, für Räder von 15 Zähnen und mehr, anstatt der konstruierten Zahnlinie, Kreisbögen zu verwenden, welche bei kleinen Rädern große Abweichungen 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 erzeugenden Kreises r — 0,5 d und 0 der Mittelpunkt des Rades.

Man macht nun CE = GrD rechtwinklig auf ÖE — ^ 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 0 und OD, welch letztere man verlängert, so gibt der Durchschnittspuukt 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 Zahnlinie und nach Abtragung der

Zahnstärke und entgegengesetzter Antragung der Zahnlinien die Zahnform, wie Fig. 369 zeigt.

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Fig. 369.

berechnen:

Den Krümmungshalbmesser kann man auch aus der folgenden Formel

I = 0,45 X

2Z + 11

oder T~~ — 1,42 X

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 a (Fig. 370) bei allen Nädern derselbe sein. Man nimmt a — 75°.

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Z ± 11

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Fig. 370.

Fig. 371.

SO

Ist dann ON der Radius des Grundkreises G = 0,966 Rv wenn R der Radius des Teilkreises T ist, so erhält man eine günstige Zahnform. Der Bogen ab entsteht durch Abwicklung von Na gegen b und der Bogen ac 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:

N M wird unter einem Winkel von « — 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

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Fig- 372.

man nach Fig.372a, indem man eg = gf = 0,15t macht, und zieht mit dem Radius ¹/₂ (R-j-gf) den Bogen gcP. Dieser Bogen schneidet den Grundkreis G G in c, und erhalten wir so den Mittelpunkt für den Zahnbogen age über dem Teilkreis;

cg = 0,0412 XtK Z² + 31 Z + 17.

Für den Bogen unter dem Teilkreis macht man nach Fig. 372b ab — 0,5 a f und zieht mit dem Radius 0,5 (R —b f) den Kreisbogen bcP. Der Durchschnittspunkt c dieses Bogens mit dem Grundkreis G ist dann der Mittelpunkt für den Zahnbogen abb. Die Verlängerung ad wird geradlinig zu o,

c b = 0,0236 X Z X t.

5«

Griffon-Getriebe (D. R.-P).

Mn in vielen Fällen sehr vorteilhaftes Maschinenelement für große Übersetzungsverhältniffe bildet das nach seinem Erfinder benannte Grisson-Getriebe. Es ist aus der alten Triebstockverzahnung hervorgegangen.

467 —

welche als Vorläufer der Zahnräder zu betrachten und heute noch in alten Bock- und Sägemühlen zu finden ist, wo sie zur direkten Übertragung der Kraft von der Windrad- bezw. Wasserradwelle auf den Mahlgang oder Schneidzeug dient. Bei dem Grissongetriebe kommt nun das Prinzip der Triebstöcke selbstredend in völlig veränderter Anordnung und in Verbindung mit einem anderen Element — dem Daumenrad — zur Verwendung, aber immerhin sind diese Getriebe noch zu den Zahnrädern zu zählen und bilden in Verbindung mit dem Daumenrad ein Zwischenglied zwischen den Zahn- und Reibrädern.

Ein Griffon-Getriebe setzt sich zusammen aus einem Daumenrad und einem Rollenrad.

Das Daumenrad besteht aus zwei um 180° versetzten, nebeneinander angeordneten Zähnen; es ist aus einem Stück Stahl geschmiedet und so gehärtet, daß die Arbeitsflächen hart sind, der Kern aber zähe bleibt. Die Zahnform wird mittels Spezialmaschinen konstruktiv hergestellt.

Das Rollenrad ist im allgemeinen in einem Stück aus Gußeisen hergestellt, wird aber auch zwei- oder mehrteilig ausgeführt/ namentlich bei großen Dimensionen. Es hat an seinem Umfang drei Längsrippen, welche für jeden Zahn des Daumenrades eine dem Übersetzungsverhältnis entsprechende Anzahl Bolzen mit drehbaren Rollen tragen.

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Die Rollen und Bolzen sind aus Stahl hergestellt und wie die Daumenräder so gehärtet, daß die Arbeitsflächen hart sind, der Kern aber zähe bleibt. Die Rollen und Bolzen werden nach dem Härten nach Grenzlehren mit 0,01 mm Toleranz geschliffen.

Die Bolzen sind in der Mittelrippe des Rollenrades mittels einer Splintsicherung (Fig.373a) befestigt.

Fig. 373 a.

Die Splintsicherung besteht aus einer O-förmig gebogenen Stahlschlaufe, deren Schenkel in zwei Bohrungen eingetrieben werden, welche einen Winkel von 45° bilden, wobei der eine Schenkel den Bolzen durchdringt. Ein Lösen des Bolzens und damit auch der Rolle während des Betriebes ist dadurch unmöglich gemacht.

Ferner gestattet diese Splintsicherung eine einfache und bequeme Auswechselung von Rollen und Bolzen nach eingetretenem Verschleiß, indem dieselbe mit einem Meißel schräg durchgeschlagen und die beiden Schenkel mittels einer Zange herausgezogen werden. Die Befestigung der neueingesetzten Rollen und Bolzen erfolgt dann durch Eintreiben einer neuen Splintsicherung mittels eines Hammers in die beiden Bohrungen. Das Rollenrad bleibt also stets erhalten, und die Erneuerung kann in kurzer Zeit.

ohne Betriebsstörungen zu verursachen, erfolgen.

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7/i

Fig. 373 b.

Grisson-Getriebe (Fig. 373b) ersetzen in erster Linie Schneckengetriebe, doppelte und dreifache Zahnrad-Vorgelege, Riemen - Triebe rc. und zeichnen sich durch besonders kleine Achsenabstände aus. Der Wirkungsgrad der Grisson-Getriebe steigt mit zunehmender Übersetzung und zunehmender Belastung, und zwar bei Übersetzung vom Schnellen ins Langsame bis über 95%. bei Übersetzung vom Langsamen ins Schnelle bis über 90°/o. Bei hoher Nmdrehungs - Zahl und größerer Belastung ist eine zweiseitige Lagerung des Daumenrades erforderlich. Man baut deshalb die Grisson-Getriebe für Anfangsgeschwindigkeiten von mehr als 1 m/sec. in eiserne Ölkästen mit Ringschmierlagern ein, so daß die Getriebe ohne weiteres mittels Kupplungen zwischen Betriebsmotor und Maschine eingeschaltet werden können.

Durch diese Anordnung wird zugleich eine Entlastung der Motorlager bewirkt.

Die gußeisernen Ölkästen (Fig 373c und Fig. 373d) sind mit vier Ringschmierlagern, welche mit Bronzebüchsen versehen sind, ausgerüstet, und zwar derartig, daß die Lager im unteren Teil des Ölkastens befestigt und mit Paßstiften gesichert sind. An den Lagern der schnellaufenden Welle sind Druckschrauben angebracht, welche ein Nachstellen der Bronzebüchsen gestatten, sofern dieselben ausgelaufen sind. Der Deckel des Ölkastens wird mittels Schrauben auf dem unteren Teile befestigt.

Im unteren Teile des Ölkastens befindet sich ein Standrohr zum Anzeigen des Ölstandes. Die Anordnung des Daumenrades und des Öllagers auf der Welle ist so getroffen, daß mit Hilfe von Schleuderringen

Flg. 3/3 c.

ein Austreten des Öles aus dem Ölkasten verhindert wird.

Aus Fig. 373e wird die Konstruktion und das Prinzip der Grisson-Ge-triebe ersichtlich.

Fig. 373 f zeigt einen schmiedeeisernen Ölrasten, bei welchem dieRingschmier-lager auf einem besonderen Eisenrahmen montiert sind.

Fig. 373 d.

Die Montage der Griffon-Getriebe hat so zu erfolgen, daß die Naben des Daumenrades an den Nippen des Rollenrades leicht anliegen. Seitliche Reibung zwischen Daumenrad und Rollenrad ist zu vermeiden.

Der Ölkasten ist vor Inbetriebsetzung so weit mit Öl zu füllen, bis dieses im Ruhezustände aus dem Ölstand heraustritt. Gleichzeitig sind auch die Getriebe durch Einspritzen von Öl in die Bolzenbohrungen unter Bewegung sämtlicher Rollen

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Fig. 373f.

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von etwa anhaftenden Schmutzteilen zu reinigen. Zur Schnrierung leichter Getriebe ist leichtflüssiges, für schwere Getriebe schwerflüssiges Zylinderöl zu verwenden.

Zur Erzielung eines möglichst ruhigen Ganges ist die Drehrichtung der schnellaufenden Welle so zu wählen, daß der Arbeitsdruck gegen den Lagerfuß, also nicht gegen den Lagerdeckel gerichtet ist.

Wird im Laufe der Zeit eine Abnutzung der Lager bemerkt, wodurch ein weniger ruhiger Gang des Getriebes verursacht werden kann, so ist die an den Lagern angebrachte Druckschraube leicht nachzuziehen, wodurch eine sichere Fühmng der Welle in den Lagern wieder herbeigeführt wird.

Für geringere Umfangs - Geschwindigkeiten werden die Getriebe auch in einer einfacheren und billigeren Ausführung geliefert (Fig. 373g). Die äußeren zwei Rippen am Umfange desRades kommen hierbei in Wegfall, und an Stelle der Rollen treten nur feststehende Zapfen. Diese Konstruktion kommt bei Schleusentor-Antrieben und bergt, in Anwendung.

8-fl- 373 g

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 Näder mit ihren Umfängen sich innig berühren und bei der Umdrehung des einen an der Berührungsfläche Reibung auf dem anderen Nadumfange 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

Ws

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.

Die Reibräder werden nun in der verschiedensten Weise ausgeführt und zwar wie die Zahnräder in zylindrischer und Kegclform, 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 Reibungsflächen 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 : fi erforderlich und ist dann der Reibungskoeffizient:

für Gußeisen auf Gußeisen fi — 0,1 -e- 0,15,

„    „    „    Papier    fi = 0,15 -i- 0,2,

fi — 0,3

fi = 0,2

-5-0,5,

fr    ff    ff    Holz

-7- 0,3.

„    „    „    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 Ve P. Keilräder erhalten 3—6 Rillen, und rechnet man dann die Über-

WA

mämmwki W

“ta

i!

ms

Fig- 375.

Fig. 376.

tragungskraft pro Rille mit 20 kg. Die Eingriffstiefe 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 man der getriebenen Rolle als 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 ausschneidet, aufeinander legt und unter starkem Druck zusammenpreßt, worauf sie innen und am äußeren Umfange mit Hilfe ausgeschraubter Bordscheiben in ihrer richtigen Lage festgehalten _ werden. Macht man den kleineren Reibkegel (Fig. 376) aus Leder, so schichtet man die in Scheiben ausgeschnittenen Lederstücke auf einer Nabe an und schraubt sie durch eine Bordscheibe und Mutter fest zusammen. Hinter der Nabe des großen Neibkegels in Fig. 376 ist ein Puffer angeordnet, der Schwankungen im Druck aufnehmen und ausgleichen soll. Er besteht aus Gummi-und Eisenscheiben, die durch eine Stellschraube, welche in einem Stellring auf der Welle befestigt ist, in ihrer richtigen Stellung zur Nabe festgehalten werden.

-“Hl

Fig. 377.

Sä

II

An Werkzeugmaschinen findet man auch das in Fig. 378 dargestellte Sellersgetriebe. Dasselbe überträgt die Bewegung durch und zwischen zwei Scheiben 8 und Sv deren Ränder zwischen ein paar Platten eingeklemmt sind.

üi

ii!

Fig. 378.

Dieses Getriebe arbeitet ohne Achsendruck und mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis, je nachdem die Reibplatten eingestellt werden. Der Wirkungsgrad wird mit 45—60 °/₀ angegeben.

Die Umdrehungszahlen stehen zu ihrem Durchmesser in einem bestimmten Verhältnis, dem Übersetzungsverhältnis. Hat man z. B. zwei Scheiben von dem Halbmesser R und Rx und die Scheibe R hat eine Umlaufszahl von n Touren in der Minute, während die Scheibe Rt in der gleichen Zeit n1 Touren macht, so ist das Übersetzungsverhältnis

n^ _ R

n ~ 1/

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.

Laser-Lastseile.

Am häufigsten findet man die Lastseile aus Gespinnstfasern noch auf 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 ',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 Schleitzhanf

Runde Seile (geteert) aus badischem Schleitzhanf

Durchmesser

Gewicht für den m

mm

kg

Arbeitslast

bei öfacher Durchmesser Sicherheit

Gewicht für den m

kg

mm

kg

Arbeitslast bei 8facher Sicherheit

kg

16

0,21

230

20

0,31

350

23

0,39

470

26

0,51

600

29

0,67

740

36

0,96

1145

46

1,50

1870

52

1,95

2390

CO    CD CD CD CD CD

To Vi "o -O "ox V- To To

OO-4W00W^W

200

315

416

531

660

1017

1661

2122

Runde Hanfseile (Fortsetzung).

Runde Seile (ungeteert) aus russischem Reinhanf

Runde Seile (geteert) aus russischem Reinhanf

Durchmesser

Gewicht für den m

mm

kg

Arbeitslast

bei 8 jacher Durchmesser Sicherheit

Gewicht für den m

kg

mm

kg

Arbeitslast bet 8facher Sicherheit

kg

IXDOOOOOJOOOO

OxhOOOOlOCOlOO W (M CO CO 10 0^    03

© ©~ o" cd <S <S o" i-T r-T

200

251

314

416

531

660

1017

1661

2122

txDOOCDOOOOO

JN3 h-i _0    ,0 .O _0

V-i "o 'o Vi "bi ^ "co

176

275

363

464

578

890

1453

1857

Flache Seile (geteert) aus Manillahanf.

Breite Breite Breite mm

f. Seile f. Seile f. Seile

mm

mm

Gew. f. d. m

in

in

in

4 Litzen 6 Litzen 8 Litzen

Dicke mm

für die Für die    Für die    Für die    Für die    Für die    Für die

3Sorten Seile in    Seile in    Seile in    Leite in    Seile in    Seile in

Seile 4 Litzen    6 Litzen    8 Litzen    4 Litzen    6 Litzen    8 Litzen

kg

Bruchfestigkeit

100

150

200

110

165

220

120

180

240

130

195

260

140

210

280

150

225

300

160

240

320

170

255

340

180

270

360

190

285

380

200

300

400

tO OO O QO O DO O O l4^ O

3,00

3,85

4,35

5,35

5,90

7,00

7,70

8,35

9,75

11,00

12,50

00000000 10 OiO 10 QO O^ lO_ LO_ LQ^ lo_ <o_ 10^

tjT io to cd cd cT r-T cxf xh" O cd

r—1 i-H 1—1 r—l 1—t 1—I

6,00

7,70

8,70

10.70 11,80 14,00

15.50

16.70

19.50 22,00 25,00

27000 40500 54000 33660 56100 67320 38880 64800 76400 46800 70200 93600 52920 79380117600 60100 93150124200 69120103680138240 76500114750153000 87480131220174960 99180165300220400 111600167400223200

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 beträgt 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 Laserlastseile.

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.

vik

Auch hier ist es möglich dem Zugseil jede beliebige Richtung zu geben, wenn man es über entsprechend angeordnete Leitrollen 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.

Fig. 379.

Bei den einfachen Bauwinden, die mit sehr langen Seilen zu rechnen haben und auch größere Lasten heben müssen, als dies mit einfachen Seilslaschenzügen möglich ist, dient zum Aufwickeln des Seiles eine Seiltrommel, wie sie Fig. 380 im Längsschnitt und Seitenansicht zeigt. Die Aufwickelfläche für das Seil ist bei der Trommel T glatt abgedreht und hohe Bordränder hindern zu beiden Seiten ein Herabgleiten des Seiles. Die Trommel besteht aus Gußeisen und ist mit den an den beiden Stirnflächen angegossenen

Naben auf der durchgehenden Welle W aufgekeilt, die mit ihren beiden End-zapfen 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 auf der Trommel aufwickeln und

rxXX

2'

'1-

1-

Fig- 380.

darf sich nicht aufeinanderlegen. Angenommen, 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 X 0,42 * 0,02

Qß

L = Yw X 0,02 = 22,72 X 0,02 = 0,454 m.

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 dem 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 ¹/₄₀₀ des Trommel- oder Seilrollendurchmessers bei vierfacher Sicherheit. Werden die Seile aus Guß-

stahldraht hergestellt, so ist ein Verzinken des Drahtes zum Schutz gegen Rost unbedingt zu empfehlen.

Die Verzinkung bietet, gut ausgeführt, wohl einen guten Schutz gegen die Einwirkung des Wassers, solange dieses rein ist und keine Säuren ent« hält. 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 Schisistakelage 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 mm gewählt.

Die zulässige Belastung ist abhängig von der Art der Verwendung, Belastung und vom Alter des Seiles und kann bei neuen Kabelseilen mit V«—Vs/ für Förderseile mit ‘/io der in den Tabellen angegebenen Bruchbelastung angenommen werden.

Daß unter Umständen bei zu langen Seilen Seilbruch durch das Eigengewicht des Seiles eintreten kann, ist richtig, und nimmt man diese Bruchlänge mit 4000 in an.

Kranseile.

Seil-

dchm.

Draht

stärke

Gew.f.

b. m

mm

mm

kg

Kleinster

Rollen-

dchm.

mm

Bruchfestigkeit i. Seil 6.

140 kg B. f. b. qm unverzinkt verzinkt

Bruchfestigkeit i. Seil b.

180 kg B. f. d. qm »»verzinkt 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

1,91

600

24,5

1,6

2,18

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

Auszugsetle aus Gutzpahldraht.

Durchmeffer der Wtnden-trommel

Seildicke

Ungefähres Gewicht von 100 m Seil

Bruchlast des Seiles unverzinkt

Bruchlast des SeileS verzink

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

38

4790

4320

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

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

5590

5040

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

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

31

Aufzugseile aus Gutzstahldraht (Fortsetzung).

Durchmesser der Winden-tTur;met

Seildicke

Ungefähres Gewicht von 100 m Seil

Bruchlast des Seiles unverzinkt

Bruchlast des Seiles verzinkt

mm

mm

kg

kg

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

Förderlast bei 300 m Teufe

mm

kg

kg

kg

kg

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

2,66

3,50

4,10

3,68

4,25

5,10

5,84

6,67

8,00

7,97

9,30

10,70

14,50

3600

7200

13000

16000

18500

21000

25000

29000

34000

39000

45000

50000

58800

67000

77000

300

600

1000

1200

1400

1500

1700

2000

2500

2800

3500

4000

4500

5000

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 Fürder-, Brems- u. a. Seile benutzt. Grobdrähtige verschlossene Seile finden bei

Schachtführungen, Luftseilbahnen, als Trajektfährseile usw. Anwendung. Dimensionen und Festigkeit gibt die folgende Tabelle an.

Verschlossene Drahtseile.

1. feindrähtige

2. grobdrähtige

Durchm.

Gewicht f. d. m etwa

Bruch

festigkeit

mm

kg

kg

Tronnnel-u.Echeiben-Dchm. sollte möglichst sein nicht unter

g Durchm. B etwa

Gewicht f. b. m

etwa

kg

Bruchfestigkeit

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

3,25

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

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

2,45

2,65

2,85

3,15

3,50

3,75

3,85

4,25

4,76

5,10

5,42

5,55

6,00

6,25

6,95

7,10

7,80

8,25

8,50

8,80

9,20

9,45

10,15

10,70

11,00

11,70

16430

17630

18800

20790

23160

24950

25430

28000

31600

32300

36000

37860

39730

41340

46300

50000

51690

52840

56240

60120

61630

63140

68070

71350

73970

78200

27150 29120 31050 34340 38260 41230 42180 46260 52250 53360 59470 60600 65640 68300 76500 82650 85400 87300 92300 99360    125500

101820 128610 104310    131760

112460    142050

117900    147000

122220    154380

129200    163200

34300

36780

39230

43380

48330

52080

53280

58450

66000

67400

75100

79000

82920

86280

96600

104400

107880

110300

117360

31*

Dreikantlitzenseile fertigt nach einem patentierten Verfahren die Firma Felten & Guilleaume in Mühlheim a. Rh. 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.

Dretkanllttzensetle.

B Seil-& durchm. Anzahl der Litzen

Anzahl und Stärke g^

der    ’g£

inneren äußeren g g ® ⁵¹    130 | 140

Drähte Drähte    kg

Rechnungsm. Bruchfestigkeit des Seiles von

150 | 160 | 170 | 180 kg Bruchfestigkeit für den qmm

25

12 „ 2,44    16    „ 2,80    1    10,3    137450

12 „ 2,50    16    „ 2,91    1    11,0    148110

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.

Doppelflachlitzige Drahtseile.

26,5

28,5

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol Ol

7.9    106270

8.3    115490 9,1 126600

37830

43400

48760

51750

63020

66980

78310

87320

95210

105250

113510

123270

135210

146710

158000

40320

46250

51960

55170

67200

71290

83270

92880

101400

111960

120750

131050

143810

155970

167940

42810

49100

55160

58590

71380

75600

88230

98450

107480

118670

127990

138810

162420

165230

177850

45300

51950

58360

62000

75560

79910

93190

104000

113570

125370

135230

146620

161020

174490

187760

47790

54800

61560

65430

79740

84220

98150

109580

119660

132080

142470

153400

169630

183750

197670

Seil-

durchm.

Draht-

dicke

mm

mm

Bruchfestigkeit blanke Drähte

Bruchfestigkeit verzinkte Drähte

Meter

gewicht

kg

Kleinster zuläss.

Trommel-Rollen-Drchm» mm

12

Konstruktion: 10 Litzen zu je 8 Drähten

7300

er

1,0

8300

13

1,1

9900

8300

15

1,2

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

11750

13850

16000

18400

20900

23600

26400

29300

y-* *+ .o o

"ci    "o Vi 'bx

W tfxto Ol

Ol

1,9

2,1

2,3

2,6

TT

s>

350

400

430

470

520

560

600

650

700

750

800

Dop-elflachlitzige Drahtseile (Fortsetzung).

Seil-

durchm.

mm

Draht-

dicke

mm

Bruchfestigkeit blanke Drähte

Bruchfestigkeit verzinkte Drähte

Meter

gewicht

kg

Kleinster zuläss.

Trornniel-

Nollen-Drchm.

mm

WtOcOCOCOtOC^IHHMH

OOOOiOiCODOOCDMQi^

£ o i—<    co_ io^    oq_

r—I i—l 1—1    —-i t—I i— i—I —t i—I CM

:=$

10 Litzen zu je 10 Drähten 10300 12400 14700 17300 20000 23000 26100 29500 33000 36800 40800

9200

10300

12400

14700

17300

20000

23000

26100

29500

33000

36800

und 1 Hanfseele. 0,80

0,97

1,1

1,4

JN3 .CO JND .CO h-L _h-t

"cd "oi ’rfx "o -O "bi CO CO

io m

3,25

380

410

450

500

540

580

620

670

725

780

850

Hotten und 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. Ketten, Kettenrollen, Kettentrommeln und Kettenhaken.

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 an 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.

K.

Glieder- und Scbackenketten.

Wenn wir nun die Kette rein mechanisch betrachten, so besteht sie au3-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 int Maschinenbau Verwendung finden, zeigt Fig. 381 und 382 in 3 Ausführungsformen, und stellt Fig. 382 a 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 Baulänge und lichte Ösenweite der Glieder muß bei jedem Glied dieselbe sein, damit sie sich in die nach dem gleichen Kaliber pro»

iM

J.

<si

\1

O!

J_

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„-tr

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 „    „    „    „ Stegkelten

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 = 15da

und die Stärke des Ketteneisens

für offene Ketten ä — j/^

für Stegketten

Aus Rundeisen geschweißte Kranketten von d cm Eisenstärke können 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.

Bon der Duisburger Maschinenbau-Aktien-Gesellschast. Inwendige Länge (Baulänge) der Glieder — 2'/, Ketteneisendicken, Auswendige Breite der Glieder — 37a Ketteucisendicken.

Dicke

Meter-

Gewicht

Zulässige

Belastung

Dicke

Meter-

Gewicht

Zulässige

Belastung

Dicke

Meter-

Gewicht

Zulässige

Belastung

mm

kg

kg

mm

kg

kg

mm

kg

kg

to oo -a äs cn

O H <N CO rH i—< iH r-1

O GO rH ^ GO GN <N « OOtHtHi-H(M(NCOCO

250

360

490

640

810

1000

1210

1440

1690

14

15

16

18

20

4,41

5,06

5,75

7,28

8,98

1960

2250

2560

3240

4000

4840

5760

6760

7840

30

33

36

39

43

46

49

52

20,22

24,46

41.53

47.53 53,82 60,73

9000

10890

12960

15210

18490

21160

24010

27040

Die Firma Gebr. Hei mann 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 d.

Stärke

der

Ketten

mm

6,5

10

11

12

13

14

15

16

Kurzgliedrige Schiffs- und Kranketten

der Firma Gebr. Heimann in Ergste t. W.

Un-

gefähres Gewicht p. 100 m

Zulässige

Belastung

Geprüfte

Trag

fähigkeit

Stärke

Un-

der

Ketten

gefähres Gewicht p. 100 m

Zulässige

Belastung

Geprüfte

Trag

fähigkeit

kg

kg

kg

mm

kg

kg

kg

55

75

85

110

140

170

225

300

350

400

450

520

600

■4

250

450

18

740

3240

6120

360

700

20

950

4000

7560

400

490

640

810

1000

1200

1440

1690

I960

2250

2560

850

1000

1200

1600

1890

2290

2720

3190

3700

4250

4850

21

22

23

24

25

26

28

30

33

36

40

50

1010

1100

1200

1300

1400

1550

1750

2000

2400

3000

3520

6000

4400

8330

4840

9150

5300

5760

6260

6760

7840

9000

11250

13000

15000

27100

10000

10880

11810

12780

14820

17000

22500

26000

30000

54000

fW\

Jll

Stegketten (Fig. 382c und 383) werden meist als Schiffs- und Ankerketten benutzt und erhalten nach den Normen der kaiserlichen Marine eine Baulänge von I — 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.

03

* :3

sii

KKN

ist CD t-

H rH

O ist CD 00 CM TH <M

to to ~4 O CC

O ^ CO H CM CO

H 00 00 H CI CO

Ol

Dicke. . . mm Baulänge . „ Breite . . „

13

35

43

14/5

40

48

16

18

20

21

45

64

50

59

55

60

64    70

co i* ist

CM CD

1*0 0 CM e- GO

'öl

CD ist ist CM t'- GO

§§§

O 00 03 -4 Öl 03

Die Ketten werden stets auf eine bestimmte Höchstlast adjustiert und ge« prüft, und entspricht die Probebelastung

bei gewöhnlichen Ketten — dem 2,25 fachen „ Stegketten

2,8

der zulässigen Last.

Man bestimmt die Höhe der zulässigen Last mit zirka ö facher Sicher-heit gegen Bruch und so, daß der Verschleiß beim Gebrauch in Flaschenzügen und Windwerken, bereit Kettenrollen und Trommeln mindestens den 16—20« fachen Durchmesser der Ketteneisenstärke haben müssen, möglichst gering ausfällt-Bei maschinellen Aufzügen, Dampfwinden, Dampfkränen usw. vermindert man die angegebenen Werte und führt nur ¹/t bis ¹jt derselben als zulässige Be« lasttmg 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 Lastketten benutzt und können in diesem Sinne hier nicht unerwähnt bleiben.

Am verbreitetsten ist die in Fig. 384 abgebildete Ga lisch e Gelenkkette, die mit einfachem Bau eine große Beweglichkeit der Glieder verbindet. Sie wird am stärksten in dem Augenblick bean-

—#~z

1-

N‘, wenn sie sich auf das -    ~

Kettenrad auflegt, und soll dieses

(Fig. 387) so konstruiert sein, daß    I l

Fig- 384.

mindestens 5 Zähne sich im Eingriff befinden. Bei einer Maximalspannung von 12,25 kg in den Bolzen, einer Lamellenstärke d, Zapfenstärke d, Lamellenzahl i und Belastung P in kg erhält man nach Reuleaux

0,4

X/P,

i + 1

d = 0,23 X p

Die Anzahl der Lamellen oder Gelenkplättchen eines Gliedes muß einer geraden Zahl entsprechen und berechnet sich annähernd aus der Formel

X/P.

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

Dimensionen der Gallschen Gelenkketten.

Belastung

Platten-

zahl

Platten-

dicke

Platten- Zapfenbreite dicke

Bau-

länge

kg

250

500

750

1000

1500

2000

3000

4000

5000

7500

10000

18000

20000

25000

30000

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(Mcvicsoicococcco^ist^ioictcoco

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OX

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68

83

86

109

120

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H r—i rH

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 namentlich 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 lallen zu lassen.

5.

Aettenrollen und Trommeln.

Die gewöhnlichen Kettenrollen von größerem Durchmesser erhalten eine rund um den Umfang herum durchgehende Rille, die sich möglichst genau dem Kettenprofil anpaßt und in ihrem Querschnitt nach dem Profil der Kette konstruiert werden muß. Man nimmt den Halbmesser der Rollen günstig R — 10—12 X d, gemessen vom Mittelpunkt der Rolle bis Mitte Kette. In Fig. 385 ist der Rollen kranz für eine adjustierte Kette dargestellt, und gehl

mm

ii

Eil

Fig. 385.

aus den Schnittskizzen hervor, daß die Kette sich , entrecht und wagerecht (385 a 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.

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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 geht man bis zu 10 Zähnen. Der Radius der Rolle bestimmt sich aus der Baulänge der Kette, indem man für ein 8- oder 10-Eck den Radius des schriebenen Kreises bestimmt, dessen Seitenlänge 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 Ver-zahnung 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.

um-

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 ausgeschraubt wird. Die Öse ist nicht geschlossen, sondern offen, und kommt ihr gerader Schenkel in

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Fig. 388.

«in Loch in der Trommelfläche zu sitzen, so daß die Öse geschlossen erscheint und eine größere Festigkeit besitzt als eine geschlossen geschmiedete Öse.

t.

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.

dt = 0,67 X VT.

Die Beanspruchung ist zusammengesetzt aus Biegungs- und Bruchfestigkeit. Ist P die größte auf ihn ausgeübte Kraft in kg, so ist die Stärke seines Tragzapfens

Ist w die Mitte des Hakens und h seine größte Breite, so ist das £ki> hältnis zwischen beiden Abmessungen

Y = 1 und h — 1,95 dv

ij

Jic>. 389.

gif!. 390.

Die Eisendicke an der Hakenspitze macht man und der den Hakenkörper umschließende Kreis erhält einen Durchmesser von

D = w -(- 1,5 h.

Die übrigen Abmessungen sind alle auf die Zapfenstärke d₁ bezogen. Soll der Haken ovalen Querschnitt erhalten, so nimmt man

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 Gewicht in „

540

0,20

960

0,41

1500

0,64

2160

1,07

2940

1,70

3840

2,41

4850

3,11

6000

4,27

7260

5,52

8640

6,95

Stärke d. Kette

mm

25—26 27—28 29-30

31—32

33-34 35—36

37—38

39—40

41—42

43—44

Tragkraft i.L§ Gewicht in „

10140

8,4

11760 13500 11,16 13,13

15360

16,13

17340

19,6

19440 21660 22,05    26,7

24000

27000

31,00

36,60

32000

42,80

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.

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Auch der Doppelhaken oder Widderkopf wird oft und zwar bei Verladekranen angewendet. Er besteht aus einer Kombination zweier einfacher Haken mit kreisförmigem Querschnitt, wie Fig. 391 zeigt.

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

Fig- 391.

erreicht man bei leichteren Ketten und Haken dadurch, daß man zwischen dem Ende des Aufzugmittels und dem 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 zur Umsetzung der geradlinigen in Uotations-

Gewegnng.

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 Dampfstrahles 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 int 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 bewegeildes 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 Zylinderwandüngen, 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

X-

Scheibenkolben.

Die Scheibenkolben erhalten zu ihrer Abdichtung gegen die Zylinder-wände Liderungen aus Metall oder Faserstoffen (Hanf, Leder usw.) und müssen dem Liderungsmaterial entsprechend konstruiert sein.

a) Schttbenkolben mit Metallpackung.

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

mrnmm

27

Fig- 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: h = 5 -}- KD d = 0,5 h, a — 0,75 h — b, c = e = f — 1,25 h,

H = 6 h.

Bei 2 Liderungsringen: h — 5 -j- 1,25 X FD, d — 0,4 h, a — 0,625 h = b, 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 -s- 5 X FD und die Dicke des Ringes — 0,25 b.

Die Dicke der Ränder des Kolbens über und unter den Liderungen

nimmt man

bei großen Maschinen — 0,17 h,

„ mittleren    „

„ kleinen    „

= 0,2 b,

= 0,25 b.

Zu zwei übereinanderliegend erhalten die gußeisernen federnden Kolbenringe zusammen die Höhe b — 15 -)- 3 X 1^0 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 b.

Bei dem in Fig. 393 dargestellten Kolben sind die stählernen Selbst-spanner schräg geschlitzt und mit Weißmetall hintergossen. Sie erhalten die Höhe h = 15 -f- 3 X bei einer Dicke von 0,4 h bis 0,375 h.

Hl

Fig. 393.

Will man jeden einzelnen Kolbenring an der Schnittfuge dicht machen, so kann man einen der in Fig. 394 angedeuteten Ringschlüsse anwenden. Die eingesetzten Stücke sind dicht einzuschleifen; dasselbe gilt von der Überplattuug oocsD

Fig. 394.

bei der ersten Abschlußart. Es zeigt sich höchst zweckmäßig, die reibenden Flächen der Schlußringe aus einem weicheren Metall als die Zhlinderwand 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 D und b — 0,04 -f- 10 in Fig. 395 an der oberen und unteren Hälfte ausgestoßen, so daß man die

D-

Enden mit gerader Überplattung 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

ip

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 L'    Maschinen Anwendung. Der

Kolbenkörper und Deckel be-steht aus Gußeisen und die f¹ llflli    Liderungsringe aus Gußeisen

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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 Liderungsringes 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. 398.

Fig- 399.

welche 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.

b) Scheibenkolben mit Stoffpackung.

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

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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 als Packungsmaterial zu verwenden sein, so lange die zu pumpende Flüssigkeit nicht über 30—40 ⁰ C erwärmt ist, und wählt man für höhere Temperaturen, wie sie bei den Speise-

pumpen der Dampfkessel, den Luftpumpen der Dampfmaschinen usw. vorkommen, besser Hanfliderungen.

In Fig. 401 ist ein 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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Ng. 402.

Fig. 401.

erfolgt die Anpressung der Packung durch den Wasserdruck. Saure Grubenwasser greiien 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 Stopfbüchsen-Dichtung mit Hanfliderung.

Als Bezugseinheit gilt, nach Reuleaux, zur Bestimmung der Dimensionen dieser Kolben der Wert S = 4X ^D +1 — 3.

Gebläsekolben erhalten Liderungen aus zusammengenähten Leinwand-stücken, die ringförmig ausgeschnitten werden und mit Graphitleim getränkt sind. Hinter ihnen sitzt ein Eisenring, welcher mittels Federn im Innern die Liderung nach außen drückt und gegen die Zylinderwände Preßt. Die Höhe der Liderung ist hierbei h = 10 -j- 2,5 X VT), 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 ab

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als Klappe, welche sich auf die Sitzfläche und das Gitterwerk des Kolbens auflegt, die Sitzfläche S = 5 -f- K D. Die Wandstärke b = 5 + 0,9 KD und n — 0,55 d bis 0,5 d, wenn d die Stärke der Kolbenstange ist; r ist — b; h = 20 + 4 KD; e = 7 + 1,4 KD unb o = S + 0,9 /Di

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 -s- 1,8 X KB 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 = 10 -f- 2 X KD und nimmt die Dicke der stählernen Kolbenstange d — 0,17 D. Neuerdings benutzt man mit gutem Erfolg Luftpumpenkolben aus Holz.

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.

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StB- 410.

Kolben 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 Rotgußzylindern 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 Gelenkschraube und einer entsprechend geformten Metallscheibe von außen fest gegen den Boden Preßt.

3.

Tauchkolben.

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 im 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 8 geführt, die mit dem Pumpenstiefel P durch Schrauben

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verbunden ist. An dem Gelenkzapfen G, der am Kolben 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 int Pumpenstiefel 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 langen 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 Wasser-stand 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 Gelenkzapfen 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.

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.

Wir bezeichnen mit d den Durchmesser der Stange, 1 ihre Länge, D den

Durchmesser des Dampfkolbens in mm, L den Kolbenhub, p den auf dem Kolben lastenden Überdruck, P die in Richtung der Kolbenstange wirkende Kraft.

Kolbenstangen mit sehr kleinem 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

A = 0,057

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9    10

1,5

2,0

2,5

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0,162

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 VTX == 0,045 D Vn, für doppeltwirkende Maschinen ohne Kondensation d — 0,084 X V P — 0,075 X D X l^m Bei Kondensationsmaschinen ist statt Vn überall V n -f- 0,7 zu setzen.

Kolbenstangen aus Gußstahl, wenn sie auf Zug oder Druck in Anspruch genommen werden, erhalten im Durchmesser

d --- 0,065 X VP = 0,0576 X^X^

Auspuff-

Maschinen

Kondensations-

Maschinen

d = 0,125 D 0,138 0,149 0,160

d = 0,115XD 0,129 0,141 0,152 0,163

Über die Abmessungen der Kolbenstangen gibt unsere Fig. 409 die nötigen Anhaltspunkte. Die eingeschriebenen Maße sind auf die Bezugseinheit cL = 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)

„    - 30-60.

„ Schisssmaschinen

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 der Flüssigkeiten oder Gase, die abgedichtet werden sollen. Eine vtornt läßt sich somit für die Stopfbüchsen nicht aufstellen, und können wir uns deshalb nur auf die Mitteilung einiger ausgeführter Beispiele beschränken.

So ist z. B. die in Fig. 410 abgebildete Stopfbüchse für Packung mit Hanfschnur 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 finden, 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

beweglich sein, um etwas Nachgiebigkeit bei Durchbiegungen,

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Sitz V-1V,

ungleicher Wärmeausdehnung usw. zu erhalten. Stangen mit Bunden an 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 Rotgußbüchse 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 Beivegung erhalten Stopfbüchsen zuweilen eine geschlossene Form 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.

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Mg. 412.

Die Stofsbüchsenschrauben 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 -f- 50,

= 1,25 X

b)    für horizontale Gebläse- und Walzenzugmaschinen (1,5 d -f- 50) und

c)    für gewöhnliche horizontale Maschinen a = 1,1 X (1,5 d + 50); b wird — 0,25 a, e — 0,5 a + 20 und für Maschinen sub b o— 1,1 (0,5 a -s- 20). Beträgt die Bezugseinheit (nach Reuleaux) s = f a + 1 6t§ 3, wobei d die lichte Weite der Stopfbüchse bezeichnet, dann erhält man für

« = 1,6 XS, 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 h = 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:

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a = 1,5 (d + 75) bis 1,75 X (d + 75) b = 0,25 X a bis 0,2 a,

0,5 X a bis 0,375 a, e = 7 + 2,5 V d bis 7 + 2,5 VT, i = 10 + 3,33 V d bis 10 + 3,33 VH.

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.

Die hohen Dampftemperaturen und Dampfdrücke, wie 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 Knpferdraht 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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Ug. 416.

F'g. 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-

büchsen eingeschoben sind. Diese Büchse ist auf dem Kugelring aufgeschliffen, währenddem der letztere in die Packungsbüchse eingeschliffen ist. Federn pressen die konischen Abdichtungsringe gegen die Stange und bedingen die Abdichtung. Diese Packungen können sich ebenfalls seitlich bewegen und de» 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.

Die Packungen sind vollständig dicht und erhalten die Kolbenstange in gutem Zustande, was ein wiederholtes Abdrehen unnötig macht.

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Die Abnützung der Kompositionsmetallringe ist gering, und sind Fälle bekannt, wo Lokomotiven über |b    160 000 Kilometer Weg zurückgelegt haben, ohne daß

Igll    die Ringe erneuert wurden. Die amerikanischen und

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i    Teil mit diesem System versehen. Auch sind dieselben

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auf den dänischen, sächsischen und Schweizer-Bahnen Ir vielfach angewendet.

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SS    Bei den Pumpenstopfbüchsen, namentlich an

hydraulischen Pressen, hat man mit anderen Verhält-II-^    nissen zur Abdichtung zu rechnen und bedient sich

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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 = Kd -{- 1 bis 3, und erhält man a = 1,5 S, b — 0,75 S, c = 2,5 8 und e —

1,8 8 als Maße für die Abmessungen der Stulpringe.

Mg. 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 langen Rohrleitungen eingeschaltet wird, um die durch die Erhitzung des Rohrstrangs eintretende Längenausdehnung auszugleichen, zu kompensieren. Das erreicht man, indem zwischen den beiden Enden des Rohrstranges R± 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 Metallstopfbüchse B in A dampfdicht geführt, so daß bei eintretender Längenausdehnung der Rohrstrecken Rz und Ra D sich in A verschieben kann, ohne daß eine Verkrümmung der Rohrstrecke durch die Ausdehnung eintreten kann.

C. Die Kreuzköpfe und Kreuzkopfführungen.

Die Kreuzköpfe und Querhäupter finden im Maschinenbau 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 zwischeit 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.

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Die ursprüngliche Form des Kreuzkopfes ist das Querhaupt, Fig. 418. welches man an älteren stationären Maschinen findet. Es besteht aus den beiden Gleitblöcken 8, die sich auf zwei 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.

Fig. 418.

Diese Anordnung hat den Fehler, daß durch die vier reibenden Flächen der Gleit- "f_n blöcke zuviel Arbeitsverluste entstehen, die M Montage sehr erschwert ist und die Bean-spruchung 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 «in 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.

Der in Fig. 419 dargestellte einseitige Kreuzkopf entspricht dem vorgenannten Prinzip und gestattet nur eine 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

M.

Fig. 419.

Bronze. Abnutzungen werden durch Spannbacken ausgeglichen, die auf der Geradführung aufgeschraubt sind, und zwischen ihnen bewegt sich der Kreuzkopf hin und her.

Die Kolbenstange K ist mit zylindrischem oder besser konischem 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 den Bolzen in seinem Sitze noch mehr zu sichern, gibt man auch dem stärksten der beiden 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 Umdrehungsrichtung, also solche mit Umsteuerung, 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 3 auswechselbar und sitzen auf Zapfen, die am Kreuzkopf angeordnet sind. Die Lagerschalen für den Treibstangenbolzen sind mittels Keil und Schraube nachstellbar gemacht, während der konische Zapfen der Kolbenstange, 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 Gleitfläche 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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Ftg. 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 Gleitschuhe nicht zu bedienen.

In Fig. 422» 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 + 15.

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Bei Balanciermaschinen findet man oft den in Fig. 423 dargestellten Kreuzkopf. Er ist ebenfalls geschmiedet, und gibt man bei ihm den Zapfen denselben Durchmesser, den die Endzapfen des Balanciers erhalten.

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Fig- 423.

Fig- 422 b.

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. z = 18 d — 210 u. mehr . . z — 20.

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 d^ = 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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id) ^ 1% cm' roenn 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 dt in den Gleitblöcken für gewöhnliche Maschinen = 0,75 d und für Maschinen mit größeren Umdrehungszahlen — 0,8 d.

Für Doppelführung nimmt man die Gleitfläche 1 X b> eines jeden Blockes bei kleinen Maschinen 5,5 X d², bei mittleren Maschinen 5,25 X d² und fü-r

größere 5 X d'²; 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 -i- 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, was 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 find sie meist aus Eisen geschmiedet. An den gewöhnlichen Dampfmaschinen sind sie aus Gußeisen und bei den Bajonettmaschiuen 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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Tafel VI.

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 Gleitflächm a und b angeordnet ist, die mit dem einen Ende auf dem Zylinderdeckel, mit dem anderen an dem Lokomotiv-rahmen durch entsprechende Zwischenkonstruklion befestigt ist. Auf dieser Gleit-schiene 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 Dampf-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.

D. Die Treib- und Kuppelstangen.

Die Treib- und Kuppelstangen— 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 aufstellen, 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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Schmiedeeiserne Treibstangen werden im Querschnitt oft - kreisförmig ausgeführt oder sie erhalten die in Fig. 425 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 Fig- 425. 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 kg₍

für schnellaufende Stangen M, — 350— 700 „ . Den Stangendurchmesser am Kreuzkopf nimmt man dn — 1,15 d und an der

Kurbel dn — 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 von h — 1,25 bis 1,3 d bei einer Dicke von b — 0,75 bis 0,8 d. An der Kurbel aber wird ihre Höhe h = 1,17 bis 1,2 d und die Dicke b — 0,8 d.

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, = YP+5 bezogen, und ist zu nehmen: für offene Köpfe:

e = 0,2 X dil b = 3 + 0,07 dl5 a = 2 b; f = 0,3 dt c = dj -)- 2 b; k = 0,7 d,; i = 0,22 d,; für geschlossene Köpfe:

e = 0,22 X d» b = 3 -f 0,07 d; a = 2b 6i§ 2,5 b; f = 0,5 X dj; c = d, + 2 b; k = 0,4 X «V, 1 = 0,2 dr

Von 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 Bügelschlöffer. Die übrigen Maße sind nach der folgenden Tabelle zu nehmen.

Tabelle über Abmessungen der Treibstangen

für d₁ — 40—160 mm.

di

40

10

56

12

15

50

45

11,5

10

65

13

17

55

50

11,5

10

70

14

18

58

55

11,5

10

75

15

20

61

60

12,5

10

80

16

21

65

65

12,5

10

85

17

22

70

70

14

11/5

93

18

24

75

75

14

11,5

98

19

25

80

80

14

11,5

103

20

27

85

85

16

12,0

110

22

29

90

90

16

12,5

95

16

100

12,5

lO o

23

24

30

95

32

100

110

120

17,5

17,5

12,5

125

25

34

105

20

130

20

140

20

12,5

12,5

12,5

12,5

155

165

28

30

33

35

37

40

44

47

115

125

130

140

150

20

12,5

175

38

50

150

160

22

40

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OiOCOWt-^GO'od’OOHHCOiOistifliCißiO

1—IT-Ir-Ir-Ii—It-Ht—lr-irir-lr-1

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

66

72

78

84

90

96

27

20

30

33

37

40

43

47

50

53

57

60

64

67

73

80

91

98

105

120

22

25

27

30

32

35

37

40

42

45

47

50

55

60

65

70

75

80

105

110

118

123

131

145

155

160

170

180

190

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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i+-

h'

mm

zusammen ¹/li bis */i5 Anzug. Werden aber Klemmschrauben angewendet, so nimmt man den Anzug ¹/₆. Auch der in Fig. 429 dargestellte Pleuelkopf, der sogenannte Mariiiekopf, findet oft Anwendung, bei dem die Schmierung

68

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Fig. 429.

durch ein eingelegtes Metall-Hvhlstück sichergestellt ist. Die Schraubenbolzen dieses Schlosses werden durch Schräubchen am Drehen verhindert und sind and) die Muttern in gleicher Weise gegen Lösen gesichert. Eine durch Sä)ranben festgehaltene Platte verhindert den Zapfen am selbsttätigen Losen und ein kurzer kräftig gehaltener Keil am Verdrehen in der Gabel.

Die ans der farbigen Tafel dargestellte Pleuelstange hat einerseits (links) aud) ein offenes Schlag, bei dem die beiden Keile gegen Herausfallen beim Loderwerden durd) Sd)rauben gesichert sind, die gleid)zeitig zum Anziehen des Keiles dienen.

Gesd)lossene Pleuelköpfe führt man sehr oft nach der in Fig. 430 dargestellten Konstruktion aus.

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Fig. 430.

Hier ist der Schloßkörper aus oem 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 (red)t§)

dient die Schraube, welche den Keil im Schlitz festhält, auch zum Verstellen des Keiles und gehl 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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Na. 431.

Teilen R und R, besteht, die durch die Schrauben 8 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 Sx an dem unteren Bügel befestigt wird.

Die Länge L der Schubstangen nimmt man meist 4—6 mal 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 findet 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 Pumpenstiefels 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 Kx und K vom Dampf- und Pumpenzylinder liegen in einer Mittelachse Zwischen ihnen ist die Kurbelschlcife 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 Maschinenelement 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 lange Kolben ist sicher und gerade in dem Zylinder geführt, so daß men die Zwischenelemente ganz gut entbehren kann. Man spart hierdurch nicht nur an 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 int Dampfzylinder erzeugte Kraft wirkt, und spielt naturgemäß ihr Radius oder Hebelarm bei der Berechnung der Arbeit, die die Kurbel leistet, eine wesentliche Rolle.

Aber auch in anderen Fällen als in dem vorstehend geschilderten findet man 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 eilte ziemlich starke, nachteilig wirkende Reibung. Der Vorteil, den er bietet, besteht darin, daß 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

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 ß 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 R — 300—450 mm,

Grifflänge 1 = 250—300    .. für 1 Mann,

„    1 — 400—500    „

Griffdurchmesser ä — 30 mm in Eisen, 50 mm in Holz.

Die Stärke des Kurbelarmes an der Nabe — 16—18, am Griff = 12—14 mm; b — 62—75 mm bei rundem, 80 mm bei quadratischem Loche. Werden zwei Kurbeln angewendet, so sind dieselben um 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

V ttXK X d’

Der Druck auf den Quadratzentimeter soll bei Kurbelzapfeu aus Stahl 80—150 kg nicht überschreiten und für Schmiedeeisenzapfen nicht größer sein als 50 kg, wenn sie in Bronzelageru laufen.

Zur Berechnung der Kurbeln bestimmt man zunächst den ideellen Radius

Ri = ³/s R + <7s KR^H7

worin c der Abstand der Krastebene 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 R) Kj².

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Fig- 434.

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Fig- 433.

In Fig. 433 ist eine gußeiserne Kurbel dargestellt. Man nimmt bei gußeisernen Kurbeln

1,8 x a d

xT,

Während j für 20 HP und darüber bei ruhigem Betriebe 0,9 maT so stark genommen werden kann.

Von den übrigen Abmessungen macht man n — 1,7 — 2 d, e = 0,7 d, 1 — b —1,25 b, a = 0,5 — 0,6 b.

•| Pu

Ist die Kurbel und Welle aus Schmiedeeisen, wie Fig. 434 zeigt, so nimmt man i = 1,2 X y 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.

T'

Mg- 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 Fiq. 436 gezeichnete sein und zwar nennt man die in Fig. 435 dargestellte

L-71—*i

--"

bH

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 Gegenkurbeln 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. Man berechnet zunächst den Kurbelzapsen für die Hauptkurbel

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vi

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Ü'0 437.

d = 0,1 V P in Gußstahl und — 0,12 V" P in Schmiedeeisen. Aus diesem Kurbelzapfen ergibt sich die Länge 1 desselben, die man für den wirklichen

d    3 _

Zapfen beibehält, während sein Durchmesser aus = V a/d berechnet wird. D wird = dt -{- 2 e genommen.

2.

Die Aruinmachsen.

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 Lagerzapfendurchmesser — d, die Entfernung von Mitte Kurbelzapfen bis Mitte

Lagerzapfen — ~ und der Kurbelradius — c, so ist nach Grashof:

dj — 0,23

wobei K — 210 kg pro qcm genommen wird.

so ist

Ist

^ = 0,8 1,2 1,6 2,0

Li

= 1,055    1,105    1,158    1,21.

ä,

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 dx erhält die seinem

• HW

-m-

ll

t"

Fig. 438.

Fig- 439.

Drucke P entsprechenden Abmessungen; die Größen dv 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 fitzt, und an dessen Hebelarmen A W und W B Kräfte P und Q ziehend wirkend zu denken sind. Man hat in diesem Falle die Welle W

-A

Xi

-iZ

TT*

Y&

I#-

Sig. 440.

Fig. 441. Fig. 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 V P X R = 120 ]/

Die Fig. 441 bis 443 zeigen noch anderweite Hebelanordnnngen und ist bei ihnen der Zapfendurchmesser d — l^P zu nehmen. Bei Fig. 443 ist,

wenn das Hebelverhältnis ™ = n ist, d = a, X 1 n.

d,

5.

Die Exzenter.

Der Exzenter 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 + 2R, 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.

L

‘*1

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'P

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Z+2a.*~

Ng. 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 a, auf welche die Abmessungen bezogen sind, indem

a = 1,5 e = 5 -f 0,07 b

ist-

F. Schwungräder.

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, wenn die Angriffsrichtung der Kraft wechselt, wenn also der Dampf durch 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 „Totepunktlage" der Maschine. Durch den eintretenden Richtungswechsel in der Bewegung des Kolbens muß dessen Geschwindigkeit im Moment der Umkehr

34

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

JS=

,7

yCL

==E

/t

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 ein 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 dem Motor angetriebenen Arbeitsmaschinen übergehen und ein regelrechtes Arbeiten gar nicht möglich werden.

Die Regelung der Geschwindigkeitsunterschiede wird nun durch Anbringung eines Schwungrades auf die Kurbelwelle 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 im 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 ver-

langsam! 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 °/# 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 (<f) der Maschine und findet ihn aus dem Ver-

34*

hältnis der mittleren Geschwindigkeit (v) zu der Differenz zwischen der größten (va) und kleinsten Geschwindigkeit (v,). Es ist mithin

— V1

— Ungleichförmigkeitsgrad.

Der zulässige Ungleichförmigkeitsgrad beträgt z. B.: für Pumpen 1 : 20 -h 1 : 30,

„ Papier- und Webmaschinen 1 : 40,

„ Mahlmühlen 1 : 50,

„ Dampfmaschinen 1 : 40 -f- 1 : 60,

„ Spinnmaschinen 1: 50 -f- 1:100,

„ Dynamos 1 : 150.

Früher wurden den 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 sindet 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

Fi

f—<<W—H

bildet. Erhalten diese Räder Arme von J_* oder elliptischem Querschnitt, so muß der Schwungring entsprechend kräfttger 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 y Seite eine eingedrehte Nut, um welche //

Schrumpfringe warm aufgezogen werden, /// sobald das Schwungrad auf der Welle fest- [flr geteilt ist.    "M

Die Schrumpfringe erhalten am besten die Stärke der halben Wandstärke der Nabe, oder auf den Wellendurchmesser bezogen macht man ihre Stärke 8 — 0,4 d —10 mm

und gibt den Schrauben einen Durchmesser

SET»

von

d — 0,6 8.

Fi». 449

Hauptsache ist, daß die Schrumpfringe 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 man 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 Klammern 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 Stoßflächen erhalten Arbeitsleisten zur Erleichterung des sauberen Zusammenpassens.

Mitunter formt man auch den Radstern und den Schwungring für sich aus je zwei Teilen. Man verbindet dann die beiden Radsternhälften in der Nabe durch Schrauben und Schrumpfringe wie in Fig 449 und gießt zur

SS

(CO

Fig. 450.

Befestigung der Arme an dem Radstern an letzteren schwalbenschwanzförmige Knaggen an, die in entsprechende Schuhe passen, welche am Ende der Radarme angegossen sind. Außerdem werden die )VA Stöße der beiden Schwungringhälften 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.

1.

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 + R) 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.

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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 Schwungradgruben besondere Schaltwerke an, deren Stärke sich ganz \ nach der Schwere der zu bewegenden Massen, also \ nach der Größe der Maschine richtet.

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 .    .

F>g. 451.

f der Armquerschnitt in qcm, H die Armhöhe und c das Verhältnis zwischen Dicke b und Höhe H der Arme c — -y, 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=^XRX°

iXN

und G = 5000 X

XK.

v² X n

Den Halbmesser des Schwungrades macht man oft gleich der Länge der Treibstange oder gibt ihm die fünffache Länge der Kurbel.

30

dem Gewichtshebel d verbunden ist, der ein Gegen-gewicht e trägt. Der Hebel ist in der Mittelstellung gezeichnet nnd nach rechts weiterbewegt

zu denken. Es drückt alsdann die Klinke c, in die Verzahnung 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 usf. Es wird also bei diesem Apparat das Rad nur um einen Zahn pro Doppelhub des Hebels a gedreht.

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.

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 Schaltwerk mit Schnecke, welches bei ganz großen Maschinen, z. B. auf Seeschiffen, durch besonderen kleinen Dampfmotor angetrieben wird, weil hier die Maschine auch nicht durch den Handhebelapparat in die richtige Anlaßstellung zu bringen ist.

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Fig. 452.

Gruppe X.

Röhren und Rohrverbin-ungen.

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 diesem kurzen

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 und 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 stumpfgeschweißten Rohre zur Leitung von Gas und Wasser mit niedrigem Druck. Bei höheren Drucken werden pätentgeschweißte 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.    Knpferrohre 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 Durchmesser 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 Spezialleitungen 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 Grundwassers ausgesetzt sind, so empfiehlt es sich in diesen Fällen immer Gußeisen zu nehmen, das in dieser Beziehung widerstandsfähiger als Schmiede-und Flußeisen ist. Die Verbindung der Dampfrohre 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 s/₄ d zu nehmen, die Flanschhöhe 10 -j- 2,5 d und die Flanschdicke 1,5 d, der äußere Flanschdurchmesser also — D -{- (20 -f- 7 d).

Haben die Röhren stärkeren Druck im Innern auszuhalten, so erhalten sie

t — -jfö X (j) 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.

U-Z—4

Fig. 453.

Fig. 454.

Die Wandstärke d — 8 -{- 57: und sodann nach Reuleaux:

ou

. lj = 67 + 0,11 D . ]₂ = 49 4- 0,09 D . 1 = 116 + 0,20 D . b = 5 + 0,007 D . h = 28 + 0,07 D . a = 1,2 d . c = d 4- b — 2.

Wandstärke der Muffe . . . d₄ = 10 + 0,0135 D Stärke des Muffenkranzes . . k = 18 -j- 0,0025 D Innere Länge der Muffe Länge des Muffenhalses.

Gesamtlänge der Muffe.

Lichtweite der Dichtung.

Höhe des Bleiringes . .

Höhe des Wulstes. . .

Wandstärke des Wulstes.

Zur Bestimmung der Wandstärke der Röhren gibt Reuleaux folgende Formeln an, die auf den lichten Durchmesser D des Rohres bezogen sind, welcher in Millimetern eingesetzt wird, und die Wandstärke d in mm ergeben:

Für gußeiserne Gas- und Wasserleitungsröhren

d=8+ S

für gußeiserne Dampfröhren und Luftpumpenzylinder

'=B+i

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

<?-² + S

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, I aber — 1,5 s.

Breite des Muffenaufsatzes für das Spitzende im Muffensitze — 0,5 ck.

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 Dampfleitun gen, welche größeren Temperaturdifferenzen und dadurch entstehenden Spannungen, sowie für

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 Schenkelläuge der Flanschenkrümmer und T - Stücke mit einem Abzweig D beträgt L = D -j- 100 mm. Hat der Abzweig einen Durchmesser d, so wird die Schenkellänge des Abzweigs von Mitte des Hauptrohres aus genommen

— -l- -2 2

Tabellen der Normalien siehe Anhang II. Band.

-f- 100 mm.

B. Nohrverbindungen.

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.

t-

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 Drahtseiles, 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 Bleiringes 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 Mufsenkonstruktion 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 sindet 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. 457.

Fig. 456.

Fig. 455.

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 Kurven 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 innenliegende Schraubenmuffen oder Nippels. Das Gewinde ist Gasgewinde, welches links- und rechtsgängig auf beiden Rohrenden schwach konisch zulaufend aufgeschnitten wird, wodurch man eine selbstdichtende Wirkung beim Einschrauben erzielt.

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 Flanschwinkeleisen 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.

Fig. 458.

Ftg. 459.

Fig. 460.

F'g. 461.

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UHL.

F'g. 462.

Fig. 463.

Fig- 464.

Man gibt wohl auch Kupferrohren an Stelle des aufgelöteten Dichtungsringes eine einfache Umbördelung des Rohrendes (Fig. 462) oder 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 ä ----- 5 -s- 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.

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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 Hanfeinlage, 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 Dichtungsmaterial 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 Gewindt versehenen

— 546

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 aus 4 Teilen Blei auf 5 Teile Zinn und nur mit dem Kolben. Die Lötflächen 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 Doppelkegelmuff aus Messing, dessen beide Enden je

Fig. 466.

einen Dichtungskonus tragen, der in feiner Abschrägung genau den Dichtungskegelflächen der Bleirohrenden entspricht. Die Kegeldichtungsflächen des Kuppel-muffes erhalten entweder einige eingedrehte Rillen, ober 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

Fig. 467.

Fig. 468.

bei Anschluß von einem Bleirohr, und erklärt sich ihre Anwendung nach vorstehender Beschreibung aus der Abbildung.

Als besonderer Vorteil dieser Verbinduugsart 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 bann 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 Hanfband um die Mündung der Muffe gelegt.

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 Spielraum zwischen diesem und den Rohrenden wird mit Asphalt vergossen. Bei

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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 dem 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 Rotgußbunden, 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 Verbindnngsflanschen.

Fig. 12. Verschraubte Kupferrohre mit auf den glatten Enden aufgelöteten fagonierten Rotgußbandagen und dahintersitzenden, losen, schmiedeeisernen Verbindungsflanschen.

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Fig.2.

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Fig. 13 u. 14. Verschraubte Schmiedeeisenrohre, 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 Stahlgußflanschen.

Fig. 18. Rohrverbindung zwischen Kupfer- und Gußrohr mit Linsendichtung, wie bei Fig. 17.

Fig. 19. Verschraubte Schmiedeeisenrohre mit ausgeschraubten Rotgußflanschen, deren Abdichtung durch Dreiecknut und Zentrierring erfolgt.

Tafel YIII.

Rohrverbindungen und Rohrstuhen.

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 Rechtsund Linksgewinde und angeschnittenen Rohrenden. Die Muffe wird zu beiden Seiten auch durch Gegenmuttern abgedichtet, welche zum Zweck der Dichtungseinlage innen ausgedreht si«d.

Fig. 24—27. Kupferrohrverbindungen mit hart aufgelöteten Rotguß-flanschen und verschiedenartig angeordneten Dichtungsringen und Nuten.

Fig. 28 u. 30. Kupferrohrverbindungenmit angenieteten Rotgußflanschen und Kupferdichtungsringen.

Fig. 29. Kupferrohrverbindung mit aufgenieteten Rotgußringen auf um» gebördelten Rohrenden. Die Abdichtung erfolgt durch eine Bronze-linse nach Maßgabe der Zeichnung.

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Rohrstutzen an Gefäßwänden mit Doppelboden.

Fig. 31. Zwischen die beiden Wände wird eine guß- 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, dem 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 derDichtungs-flächen ist hiermit eine dampf- und gasdichte Abdichtung zu erzielen.

Fig. 34—36. Bodenstutzen für gewölbte Doppelböden an Dampf- usw. Kochgefäßen.

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Dichtnngsmaterialien.

1.    Asbestpappe, 4 mm dick, in Leinölfirnis getränktodermitdünnerMennige bestrichen, wird als volle Scheibe bis an die Schrauben heran zwischengeschraubt.

2.    Asbestschnur, rund oder viereckig, wird innerhalb der Schrauben auf die glattgedrehten Dichtungsflächen 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 Dichtungsfläche. 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. —

Gruppe XL

Hahne 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 auszulaffen 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 diesem 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 Dichtungsflächen aus Rotguß oder Bronze, für Wasser können die Abschlußkörper aus Eisen oder Holz sein, zur Dichtung nimmt man auch Leder und Gummi usw.

Bei der Konstruktion der Abschlußvorrichtungen ist stets darauf zu achten, daß der Querschnitt der Leitung in keinem Querschnitt des Organs verengt oder erweitert wird, weil in beiden Fällen Unregelmäßigkeiten nnd 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, ans zwei Teilen, dem 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. Gehäusedurchgang, 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°.

Fig. 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 Probierhähne, Anwendung, während sie sonst bei warmen und Dampfleitungen, die unter Druck stehen, weniger zu empfehlen und schwer 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 <f. Ist das Gehäuse aus

Messing, so genügt eine Wandstärke von 0,7 d. Als Bezugseinheit gilt bei der Berechnung der Abmessungen der Durchmesser des anschließenden Rohres im Lichten — d, und wird dann

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f = 2,2 X d; g = 0,9 X d; h = 1,65 X d; i = 1,1 X d.

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-j £ skizzen dieser Hähne zeigt Fig. 473. Diese Hähne i L werden in denselben Abmessungen gebaut, wie die ge» j wöhnlichen Hähne, nur etwas länger, und nimmt man die Baulänge L — 2,8 d. Man unterscheidet hin-1_ sichtlich der Wegführung im Konus zwei Varianten, die 3 ]r” 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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Von den vielen Arten Hähnen, die es in der

5--— Praxis gibt, können wir hier nur einige mitteilen, die sich besonders gut bewährt haben.

Fig. 473.

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.

Wie wir schon sagten, sind die gewöhnlichen Hähne schwer dicht zu halten, weshalb man in Fällen, wo

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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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Fig. 8.

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Fig- 10.

Tafel IX.

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 selb st dichtenden 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

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an einer Seite eine Durchlochung von gleichem Quer-> schnitt, wie sonst das volleHahn-f toten. Die Flüssigkeit strömt ** nun von unten in das hohle \ Hahnküken und preßt es gleich-I mäßig von innen nach außen ff gegen die Wandungen des Ge-| häuses, wodurch eine Selbst-■ dichtung bewirkt wird. (Siehe ff Fig. 475b.)

Fig. 475 b.

2.

Ventile.

Die Verschiedenartigkeit dieser Abschlußorgane ist ungeheuer groß, und haben wir als besonderes Kennzeichen derselben schon angegeben, daß bei ihnen

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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 Maschinenelementen 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 kann. 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

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verschieden und ihrem Zweck entsprechend als _fQ Durchgangsventil (Fig. 478) mit zwei in einer §||

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Achse liegenden Anschlußstutzen und Flanschen, als Eckventil (Fig. 476) mit zwei über Eck und rechtwinklig zueinanderstehendeu Stutzen und endlich als Wechselventil (Fig. 477) mit 3 Stutzen, deren Achsen sich tut rechten Winkel kreuzen F """ ausgebildet.

Auf dem Gehäuse G ist in der Regel ein l D angeordnet, welcher die Stehbolzen A 1Ü

Deckel

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 dem 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 angeordnete 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

Fig. 478.

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 für 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 Nickeleisenlegierung, 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 Deformierung desselben bei dem Einsetzen der Ringe nicht stattfindet. Die 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.

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Fig. 479.

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 Ningsührung 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 Nachschleifen in üblicher Weise geschehen kann. Ferner wird die häufig zu Unzuträglichkeiten führende Drehung des Kegels, welche beim Vorhandensein von Flügeln leicht durch die Dampfströmung hervorgerufen wird, hier vollkommen vermieden.

Die Spindeln bestehen bei Ventilen für gesättigten Dampf bis zu 100 mm 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. 480.

F-g. 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.

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. Fig. 483.

Hl Dieses Ventil dient als Speiseventil an Dampf-Ü kesseln. Das Speisewasser wird durch den nach unten gerichteten Stutzen, den der Ventilkegel abschließt, durch die Speisepumpe oder Injektor nach oben gedrückt, so daß sich der Ventilkegel hebt und dem Wasser den Eintritt in den Kessel durch den anderen Stutzen freigibt. Sobald die 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 sindet 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 Heizzwecke nicht mit dem vollen Druck zur Verwendung kommen kann und infolgedessen auf eine niedrigere Spannung gedrosselt — reduziert werden muß.

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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.

Verwendung findet. Durch dieses Ventil wird 1[ der Dampfdruck so reguliert, daß die gewünschte §■

F'g. 484.

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.

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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.

Bon 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 Regulierschrauben eingestellt werden.

Sobald eine Drucküberschreitung eintritt, hebt der Überdruck das Ventil g und drückt die Feder zusammen. Lfc£'wi|l|yj Sobald der Überdruck ausgeglichen ist, drückt die Feder den Ventilkegel selbsttätig wieder in seinen Sitz zurück.

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Fig- 486.

Fig- 487

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 syjMj direkt auf den Kesselstutzen montiert wird, so daß der Ventilsitz jederzeit A8W-! durch den Kesselwärter kontrolliert werden kann. Meist umgibt man b ,15 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.

Fig. 488.

Bei dem in Fig. 489 dargestellten Sicherheitsventil ist der Ventilkörper 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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F'«. 489.

Fig. 490.

Sicherheitsventil, entsprechend der behördlichen Vorschrift, die zwei Sicherheilc--Ventile 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 Hochhubventile 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 nachschleifbar, und wird der Zugkolben mit einer Mutter befestigt, während man dieselben bei anderen Konstruktionen oft eingeschraubt findet.

Dieses Sicherheitsventil gewährleistet ein sanftes und stoßfreies Heben des Ventilkegels bis zum Vollhub, der 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 Ringkammer, 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 dem 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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Mg. 491.

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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 Druck. Überschreitungen selbst bei starkem Heizen nicht eintreten.

Zur Größenbestimmung der Hochhub-Sicherhcitsventile dient die aus S. 559 stehende Tabelle, deren Werte nach den Formeln

5    f“r 16 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

F = 6    |Z^; für 18—20 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

F — 6,67    für 25 kg stündliche Verdampfung per qm Heizfläche

berechnet sind, 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 Heizslächengrößen, die zwischen den von uns in der Tabelle aufgeführten liegen, wählt man stets bie nächste Ventilgröße, z. V.: 8 Atmosphären, 75 qm Heizfläche bei 18—20 kg Verdampfung, Ventildurchmesser 60 mm statt 55 mm.

d. Tie 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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Fig 492.

Schieber.

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Verdampfung pr. Stunde u. pr. qm Heizfl.

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Tabelle zur Grötzenbeftimmung der Ventil-Durchmesser

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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 Vcntilkegel fest verbunden ist und sich mit den: 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 Schinieren 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, d. 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 Flüssigkeitsgrads gar nicht oder nur unbedeutend ändert,

3.    es 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 Gleitflächen 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, im 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 trennen.²)

*) Der Flüssigkeitsgrad ergibt sich aus der Ölmcnge, welche bet bestimmtem Druck aus einer bestimmten Öffnung herausfließt.

„Zur Erzielung vergleichbarer VergleichSergebniffe für den Flüssigkeitsgrad ist notwendig, einen Apparat von ganz bestimmter Konstruktionsform und ganz bestimmt gegebenen Abmeffungen, sowie ein in allen Einzelheiten bestimmt vorgeschriebenes Prüfungsverfahren einzuführen.'^ Martens, Schmieröluntersuchungen. 1888. Springer, Berlin.

*) Thurston (Friktion und Lubrikation) 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 Gleitslächen 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 wichtig 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 Schmiermittel 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 Wellenleitungen, also für leicht belastete Lager: Mineralöl, das etwas dünnflüssiger als Rüböl ist,

c)    für fc; ,e 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° C um das 2bis 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 Extrahieren mit guten Lösungsmitteln (Schwefelkohlenstoff). Die so hergestellten rohen Fette bezw. Öle (Nüböl, Baum- oder Olivenöl, Baumwoll-samenöl, Palmöl, Kakaobutter) enthalten Eiweiß- und Schleimstoffe, 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 beim 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 (Riiböl — 0,914, Baumwollsamenöl — 0,923), sind nicht flüchtig und sieden bei etwa 300⁰ 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 Ve-leuchtungsmaterial, 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° C. 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 + 10® C, andere erst bei — 15 bis 20⁰ 0. Bei höheren Temperaturen werden die Mineralöle sehr dünnflüssig, wie schon erwähnt.

Die im Handel vorkommenden Mineralschmieröle zeigen außerordentlich verschiedene Eigenschaften: während manche nur für ganz untergeordnete Zwecke

IV.

tauglich sind, sind etliche den besten Pflanzen- oder Tierfetten in bezug aus Schmierbrauchbarkeit überlegen.

Die russischen, und zwar die unter dem Namen Kaukasine in den Handel gelangten Mineralöle, werden für die besten gehalten.

Marke Kaukasine Nr. Ha.

0,885 0,36 0,32

klar und klar und flüssig honigartig 155- 6    235° 6

179- 6    265-6

240 - 6    320« 6.

0,915

6,00

57,0

Spezifisches Gewicht. . Zähflüssigkeit bei 20-6 ..    .. 50-6

.. „-18*6

Entzündbare Dämpfe bei Entzündungstemperatur Siedetemperatur . . .

Nr. Ha 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 nach 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 Schleuder-kräften. 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 Starrschmiere 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 Ölschmierung ein Herumschleudern 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 Ölschmierung 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-

Die vollständige Reinigung des Putzmaterials von Öl und Fett besorgt man durch Waschen mit Benzin. Solches wird am besten in geschlossenen Gefäßen vorgenommen, in welchen ein durch Riemen von außen angetriebenes Rührwerk die Durchspülung des Putzmaterials herbeiführt.

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 Öl 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 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.

¹

Mit Benutzung von I. Großmann, Schmiermittel. Kreidcls Verlag. Wies

5.

Schmiervorrichtungen.

Die Zahl der int 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 Vorbeigießen 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.

37

Wo Dochtschmiervorrichtungen nicht gleich an den einzelnen Lagerdeckeln fest angegossen sind, kann man sie durch Aufschrauben besonderer Gefäße noch nachträglich einrichten

Stehauskannen 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 Lust 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 Jnstandüaltuna diese Schmiervorrichtung sich bewähren wird, nötigt doch der Ölverlust bei Stillständen häufig zur Verwendung anderer Vorrichtungen, denn der Ölabfluß 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. §u 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 z—Zapfen herabreicht, so daß bei Erschütterungen der jj    Nadel durch die umlaufenden Flächen allmählich Luft-

v 1 J    blasen durch die Flüssigkeit hochsteigen und eine ent

sprechende Zahl von Öltropfen an der Nadel herab-sließen.

Ftg. 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 -er, Fällen 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 Nadelschntiergefäßen 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 Gefäß 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.

37*

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 Ölschmiergefäßen, 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 dienenden Spitze der Zähflüssigkeit des Öles angepaßt ist — dickflüssiges Öl verlangt eine längere Spitze als dünnflüssiges — und schließlich, daß der Zwischenraunr 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 Zentralschmierapparat vereinigt werden kann.

An Stelle des einen kleinen Gefäßes tritt dann ein größerer, meist aus Blech hergestellter Ölbehälter, welcher seitlich mit einem Ölstandglas und am Boden mit so viel mit Hähnen versehenen Tropfdüsen ausgestattet ist, als er Laufstellen 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 Tropfdüsen 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 schmierender Teile nur eine Vierteldrehung des Haupthahnes 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 Öl sammelt. Beim Wiederanlassen genügt alsdann der in den kleinen Behältern befindliche Ölvorrat so lange zur Schmierung, 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 Schmieröl 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 ■unb 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.

b) Vorrichtungen für Starrschmiere.

Die Starrschmiere läßt sich natürlich nicht mittelst Kanne aufgießen; .i§ 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 Gefäßinhalt 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 «in 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, ausgeschraubt wird, und einer Kapsel, welche mit Starrschmiere gefüllt wird. Das Mantelinnere der Kapsel, sowie der Rand des Bodenstückes sind mit Geivinde 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 Mg. 499.

Druckschraube aus Unachtsamkeit zurück, anstatt vorgestellt werden könnte, und macht bemerklich, wenn eine halbe Drehung vollendet ist.

Selbsttätige Schmiervorrichtungen. Es erscheint sehr schwierige 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 Staubs Temperaturwechsel, andere Fettsendungen, andere Erschütterungen sind geeignet, die Fettschmierung zu verzögern oder zu beschleunigen. Bei den Handschmiervorrichtungen ist man sicher, daß — sofern der Wärter stets pünktlich seinen Dienst besorgt — jeder Gleitfläche 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 Aufstellung gebunden.

Am schwierigsten ist die

HST

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 Schmiernuten 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 sei noch, daß diese Büchse auch zum Schutze der Welle gegen Verschleiß dient.

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 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- 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.

Die Metalle und ihre Verarbeitung.

Erstes Kapitel.

Das Eisen.

Das Roheisen.

Die Geschichte des Eisens ist die Geschichte unserer Kultur. Wir unterscheiden in der Kulturgeschichte der Menschheit gewisse Entwickelungsstufen, die von den Forschern mit Namen belegt worden sind, die sich auf das Material beziehen, aus welchem die Menschen der einzelnen Zeitepochen ihre Werkzeuge herstellten. In der Tat schreitet auch die Kulturentwickelung mit der Vervollkommnung der Werkzeuge zusehends fort, und noch heute hat im Konkurrenzkampf derjenige den größten Nutzen, welcher die besten Werkzeuge zur Herstellung seiner Erzeugnisse benutzt.

In der vorgeschichtlichen Zeit benutzte der Mensch den Feuerstein und seine scharfkantigen Splitter als Werkzeuge zum Schneiden, als Waffe und Axt. Diese Zeit nennt man die Steinzeit. Ihr folgte die Renntierzeit, während welcher das Renntier in Mitteleuropa massenhaft lebte, und das Geweih, sowie die Knochen dieser Tiere dienten als Handgriffe für Steinwerkzeuge und sonstige Geräte des häuslichen Bedarfs. In diesen Zeitabschnitt fallen auch die ältesten Pfahlbauten; dies sind die ersten häuserähnlichen Heimstätten, welche der Mensch an den seichten Ufern der Binnenseen auf Pfahlrosten über dem Wasser anlegte. Diesem Zeitabschnitt folgt die Bronzezeit und dieser endlich die Eisenzeit. Während man z. B. im römischen Reiche schon längst das Eisen kannte und benutzte, hatten die alten Germanen noch di« Bronze als Hauptmaterial für Werkzeuge und Schmuck im Gebrauch und lernten das Eisen erst durch die Römer kennen, die ihre Eroberungszüge bis nach Deutschland ausdehnten.

Welche Bedeutung für unsere Zeit das Eisen, im Verein mit der Kohle, gewonnen hat, bedarf kaum der Erläuterung. Ohne Eisen ist heute kein Handel und kein Gewerbe denkbar, und die Macht eines Landes, seine wirtschaftliche Blüte ist abhängig von der Eisenverarbeitung in ihm, von der Blüte seiner Industrie, seiner Gewerbe.

So gut wir alle das Eisen zu kennen glauben, so wenig bekannt sind seine Haupteigenschaften, die Art der Herstellung der verschiedenen Eisenarten und ihre Verarbeitung. Wer aber Maschinen aus Eisen bauen will, der muß vor allen Dingen auch wissen, wie das Eisen dargestellt und gewonnen wird, welche Eigenschaften es durch die verschiedenen Prozesse erhält, und welchen Wert diese wieder für die Praxis haben.

Wenn man fragt, was Eisen ist, so wird man in den meisten Fällen antworten „ein Metall!" Das ist aber nur insofern richtig, als wir in der Klasse der Metalle im chemisch reinen Zustand ein Element unter dem Namen „Eisen" kennen. Aber in diesem chemisch reinen Zustande hat das Eisen für uns «inen geringen praktischen Wert und kann gewerblich nicht verarbeitet werden, weil seine Herstellung viel zu kostspielig ist. Die Eisenarten, welche wir gewerblich verarbeiten, sind sämtlich nicht chemisch rein, sondern sie enthalten alle noch andere Stoffe, so daß wir in ihnen quasi Eisenlegierungen zu erblicken haben, wenn wir unter dem Begriff „Legierung" auch die Auflösung von Nichtmetallen in Metallen verstehen und eine solche Legierung aus dem Metall „Eisen" und in ihm aufgelösten Nichtmetallen, ist das Eisen, wie wir es als Grundstoff in vielerlei Variationen im Maschinenbau verarbeiten.

Metalle werden legiert, um ihre Eigenschaften durch Zusatz anderer Stoffe zu verändern. So ist es bekannt, daß die Farbe des Kupfers durch Zusatz von Zink aus Kupferrot in Gelb übergeht und aus den beiden zusammengeschmolzenen Metallen Messing entsteht, das in bezug auf Härte, Schmelztemperatur, Dehnbarkeit usw. wesentlich andere Verhältnisse zeigt als das Kupfer oder Zink.

Ähnlich verhält es sich auch mit dem Eisen und seinen Legierungen, und wir finden in ihnen hauptsächlich Silizium, Phosphor, Schwefel, Mangan und stets Kohlenstoff. Der Einfluß des Kohlenstoffgehaltes auf die Eigenschaften des Eisens ist so groß, daß schon seit Jahrhunderten nach ihm die Einteilung der Eisensorten erfolgt.

Durch die Chemie lernten wir den innigen Zusammenhang kennen, in dem bei den verschiedenen Eisensorten die Verschiedenheiten der Eisenarten zu Gehalt und Art des in ihnen gelösten Kohlenstoffes stehen.

Wir haben Eisen, das so weich und zähe ist, daß es sich zu Draht ausziehen läßt und zur Herstellung von Blechen dient, die sich zu Stanz-, Drück-und Prägearbeiten gut eignen, während andere Sorten wieder so hart und spröde sind, daß sie als Werkzeuge zur Bearbeitung weicher Eisensorten die besten Dienste leisten. Die eine Eisensorte läßt sich schmieden und schweißen, die andere nicht, aber dafür ist letztere leicht schmelzbar und im Guß sehr modulationsfähig, welche Eigenschaften wieder die vorgenannte Eisensorte nicht hat. Schon im Bruch bieten die Eisensorten ganz verschiedene Bilder in bezug auf Farbe und Gefüge, und der praktisch erfahrene Fachmann kann am Bruch die Qualität des Eisens schätzen, obgleich diese Art der Qualitätsprüfung nicht

zuverlässig ist und auch nie als Norm für die Beurteilung eines Materials dienen soll. Die Verschiedenartigkeit der Eisensorten in Farbe und Gefüge ihrer Bruchflächen ist nur auf den Kohlenstoffgehalt zurückzuführen, und hat mau Normen zu unterscheiden, die durch äußere Umstände bedingt sind.

Ist das Eisen flüssig, so ist in ihm aller Kohlenstoff gleichmäßig verteilt und gelöst und heißt in diesem Zustand Härtungskohle. Wenn das Eisen in diesem Zustand plötzlich erstarrt, so bleibt der Kohlenstoff in ihm gleichmäßig gelöst verteilt. Erfolgt aber die Erstarrung und mit ihr die Abkühlung langsam, ganz allmählich, so trennt sich bei zirka 1100" ein gewisser Teil des Kohlenstoffs vom Eisen und kristallisiert zwischen den Eisenteilchen zu Graphit; das ist die zweite Form. Schreitet die Abkühlung langsam weiter, so scheidet sich bei zirka 700" C eine Verbindung von Eisen und Kohle, das Eisenkarbid, aus der Grundmasse aus, in welcher nur ein kleiner Rest Kohlenstoff als Härtungskohle gelöst bleibt, und haben wir hierin die dritte Form zu sehen. Die vierte Form des Kohlenstoffes im Eisen nennt man Temperkohle. Sie bildet sich in plötzlich abgekühltem und erstarrtem Eisen, das sehr reich an Härtungskohle ist, wenn dieses andauernd auf Weißglut erhitzt wird. Auch die Temperkohle besteht aus freien Kohlenstoffausscheidungen, die zwischen den Eisenteilchen sichtbar werden, aber nicht ein kristallinisches, sondern ein amorphes (formloses) Gefüge zeigen.

Unter Zugrundelegung dieser Formen des Kohlenstoffgehaltes im Eisen ist seine Darstellung zu betrachten und erfolgt nach ihnen auch die Einteilung der erstarrten Eisensorten in Roheisen und schmiedbares Eisen. Roheisen nennen wir im allgemeinen die schmelzbaren Eisensorten, wie sie im Hochofen erzeugt werden. Es enthält 2,3 ®/₀ Kohlenstoff und mehr, schmilzt bei einer Temperatur von 1075 bis 1275" 6 und ist nicht schmied- oder schweißbar. Man trennt das Roheisen wiederum in zwei Hauptgruppen und unterscheidet:

Weißes Roheisen und graues Roheisen. Das weiße Roheisen enthält sämtlichen Kohlenstoff als Härtungskohle im Eisen gelöst. Seine Legierung ist sehr hart und spröde, zeigt im Bruch weiße Farbe und wird nur zur Herstellung von schmiedbarem Eisen verwendet. Das graue Roheisen enthält den Kohlenstoff in größeren oder kleineren Mengen als Graphit eingelagert und nur der Rest des Kohlenstoffes ist im Eisen als Härtungskohle vollständig gelöst. Es ist von weicher und zäher Beschaffenheit und seine Bruchfläche zeigt eine hellgraue bis schwarze Färbung. Es dient zum größten Teil als Roheisen für Gießereizwecke, obgleich es auch ebensogut zu schmiedbarem Eisen verarbeitet werden kann.

Schmiedbares Eisen enthält ttut l,6"/₀ und noch weniger Kohlenstoff, ist wesentlich strengflüssiger als Roheisen und läßt sich schmieden. Auch diese Eisengattung zerfällt in die zwei Hauptgruppen StahlundSchmiedeeisen.

Der Stahl, dessen Herstellung wir noch näher besprechen werden, hat eine Schmelztemperatur von 1400 bis 1600® C. Seine Härte kann durch plötzliche Abkühlung eines glühenden Stückes beträchtlich erhöht werden, und ist diese Erscheinung darauf zurückzuführen, daß durch die plötzliche Abkühlung die Ausscheidung von Eisenkarbid verhindert wird.

Schmiedeeisen ist auf diese Weise nicht wirklich härtefähig, obgleich es nach plötzlicher Abkühlung im glühenden Zustande beträchtlich an Weichheit verliert und etwas spröder wird. Seine Schmelztemperatur liegt bei 1600° C und höher, und der in ihm enthaltene Kohlenstoff ist nur in geringen Mengen gelöst im Eisen vertreten, während der größte Teil in dem angeseigerten Eisenkarbid enthalten ist.

Früher wurden Stahl und Schmiedeeisen nach dem Kohlenstoffgehalte unterschieden. Heute enthalten die härtefähigen Eisensorten wesentlich mehr Mangan, Wolfram, Chrom oder Silizium als Kohlenstoff, so daß die alte Unterscheidungsweise hinfällig geworden ist.

Nach der Art der Gewinnung und nach dem Zustande, in welchem sich das schmiedbare Eisen am Ende seines Darstellungsprozesses befindet, hat man noch Schweißstahl, Flußstahl, Schweißeisen und Flußeisen zu unterscheiden.

In der Erdrinde, welche den feurig-flüssigen Kern unseres Planeten umschließt, sind kolossale Mengen Eisen enthalten, und ist diese Eisenmenge schätzungsweise mit 5,08°/, der Gesamtmasse berechnet worden. Das Eisen nimmt von den Grundstoffen, welche in der Erdrinde am stärksten vertreten sind, den vierten Platz ein, während an dritter Stelle das Aluminium (Tonerde) mit 7,26°/, steht. Letzteres ist bisher noch wenig zur Geltung gekommen, weil seine Eigenschaften lange nicht so günstig find für kulturelle Verwertung, wie die des Eisens. Man hat aber gerade in den letzten Jahren gelernt, das Aluminium mit anderen Metallen zu legieren, unddiesoerhaltenenAluminiumlegierungen zeigen teilweise bei großer Leichtigkeit auch höhere Festigkeitsgrade als das Reinaluminium, so daß es bei dem heutigen Stand der Aluminiumindustrie durchaus nicht zu viel gesagt ist, wenn man behauptet, daß das Aluminium an Stelle des Eisens in der Zukunft eine gleichbedeutende Rolle spielen wird, wie jetzt das Eisen und die Kohle in unserem gewerblichen Leben einnehmen.

Chemisch reinesEisen kommt in der Natur überhaupt nicht vor, und selbst in metallischer Form wird es nur selten gefunden. Diese metallischen Eisenfundstücke sind Meteoriten, Reste zerstörter Weltkörper, welche bei ihrem regellosen Flug durch das All die Bahn unserer Erde gekreuzt haben und vermöge der Anziehungskraft der Erde auf sie niedergezogen wurden. Man erkennt das Meteoreisen an seinem hohen Nickelgehalt. Es ist wohl anzunehmen, daß früher der Gehalt der Erde an metallischem Eisen größer war und daß die stellenweise sehr bedeutenden Eisenerzlager im Lauf der Äonen Jahre durch den Einfluß des Sauerstoffes in Luft und Wasser und sonstiger chemischer Prozesse Oxydationsformen angenommen haben, in denen wir heute das Eisenerz bergmännisch gewinnen.

Die Erze, welche wir bei der Erzgewinnung verhütten, sind also vorwiegend Eisenverbindungen, und Aufgabe der Hüttentechnik ist es, aus ihnen das

Eisen zu gewinnen. Die Haupterzarten, welche in Deutschland usw. zur Verhüttung kommen, sind folgende:

Das Roteisenerz oder Hämatit hat seinen Namen von der roten Farbe des Strichpulvers bezw. nach dem griechischen Namen Hämatites, Blutstein, -er eine Varietät dieses Erzes ist und jetzt als Polier- und Putzmittel (Polierrot) in der Metallindustrie noch viel benutzt wird. Findet er sich in dichten Massen, so heißt er Roteisenstein, ist das Erz erdig, so heißt es roter Eisenocker, und bildet es kristallinisch schuppige Geschiebe, so heißt es Eisenglimmer. Das Aussehen der Hämatiterze ist verschieden und nur die Farbe des Striches ist immer rot. Es ist ein wasserfreies Eisenoxyd und enthält bei 70°/, Eisen 30°/, Sauerstoff. Verunreinigungen durch andere Stoffe sind nicht selten. Hämatit ist sehr weit verbreitet und wird häufig gefunden. In Deutschland im Gebiet der Sieg, Lahn und Dill, im Harz, Thüringer Wald und Erzgebirge. Die besten Hämatiterze kommen aus den Bilbao-Minen in Nordspanien zu uns, und auch aus Nordafrika wird Roteisenerz bei uns eingeführt.

Spateisenerz oder Siderit, auch Spateisenstein genannt, hat gewöhnlich gelblichgraue, gelbe oder braune Farbe und einen weißen bis gelblichen Strich. Der Siderit ist kohlensaurer Eisenoxydul (FeCOJ mit 48°/, metallischem Eisen neben 37,9% Kohlensäure. Beim Glühen wird die Kohlensäure ausgetrieben, das Erz wird schwarz und magnetisch. Sein geringer Phosphorgehalt macht es zur Stahlfabrikation besonders geeignet. Das Erz tritt häufig und mitunter in großen Mengen in den älteren Formationsschichten der Erdkruste auf. Berühmt sind die Spateisensteinlager im Siegerland, denen die gesamte westfälische Stahlindustrie ihr Entstehen verdankt. Auch in Thüringen bei Saalfeld und am Harz sind mächtige Lager dieses wertvollen Erzes.

Der Toneisen st ein oder Sphärosiderit ist eine mit Ton oder Mergel vermengte erdige Abart des Spateisensteins und wird namentlich in England gefunden. Enthält das Erz starke Beimengung von Kohle, so daß es schwarz gefärbt erscheint, wie wir es im Zwickauer und Ruhrkohlengebiet finden, so heißt es Kohleneisenstein und nach der englischen Benennung Blackband. Während die schottischen Blackbandgruben gute Ausbeute geben, hat der Abbau des Kohleneisensteins im Bochumer und Hörder Revier nicht befriedigt und ist deshalb wieder eingestellt worden.

Das Brauneisenerz oder L i m o n i t ist ebenfalls ein sehr verbreitetes Eisenerz und hat seinen Namen von der charakteristischen braunen Farbe. Seine Bezeichnung als Limonit deutet nach dem griechischen Wort leimon — Wiese — auf eine andere Varietät, das Wiesen- oder Rasenerz hin. Das Brauneisenerz ist ein stark wasserhaltiges Eisenoxyd und teils durch Verwitterung des Eisenspatkieses und Schwefelkieses, teils durch Niederschlag aus wässerigen Eisenlösungen unter Einfluß von Organismen entstanden und heißt int letzteren Falle Minette und Rasenerz. Diese beiden Eisenerzsorten besitzen einen sehr hohen Phosphorgehalt. Sie waren noch bis zu Anfang der achtziger Jahre gerade infolge dieser Eigenschaften für die Verhüttung wenig begehrt itnb geeignet; seitdem man aber durch das Thomassche Verfahren gelernt hat phosphorreiches Roheisen in reines Schmiedeeisen zu verwandeln, haben die Minette- und Rasenerze an Wert bedeutend gewonnen und zählen heute zu den unentbehrlichsten Rohstoffen unserer Eisenhütten. Die Vorräte au Rasenerz in der norddeutschen und holländischen Tiefebene sind jetzt bereits so gut wie erschöpft, und sind wir heute auf den Bezug dieser Erze aus Luxemburg und Lothringen angewiesen.

Als letzte bemerkenswerte Erzgattung ist noch der Magneteisenstein zu nennen, welcher seinen Namen von dem ihm eigenen Magnetismus erhalten hat. Er wird stets in derben Massen gefunden, hat eine eisenschwarze^ auch stahlgraue Farbe und schwarzen Strich. Man hat in ihm eine Verbindung von 31°/, Eisenoxydul und 69°/, Eisenoxyd mit 72,4 °/, Eisen, und er kann als das eisenreichste Erz betrachtet werden. Deutschland hat unbedeutende Lager dieses Erzes bei Schmiedeberg in Schlesien, im Erzgebirge, bei Suhl und bei Elbingerode. Große Mengen werden bei uns aus Spanien und Schweden eingeführt.

Die vorbesprochenen Eisenerze werden zur Darstellung des Eisens im Großbetrieb benutzt. Ihr Eisengehalt muß so groß sein, daß sich die Verhüttung auch lohnt, und dürfen sie auch keine Bestandteile enthalten, welche bei ihrem Übergang in das Eisen seine Brauchbarkeit in Frage stellen würden.

Die bei der Schmiedeeisen- und Stahlbereitung abgezogene Schlacke ist besonders eisenhaltig und kommt ebenso wie die Puddel-, Schweiß- und Frischfeuer-Schlacken als eisenhaltiger Abfall wieder zur Verhüttung.

Auch die bei der mechanischen Bearbeitung des Eisens in der Gluthitze sich bildenden und abblätternden Oxyde wie Hammerschlag und Walzsinter bilden durch ihren hohen Eisengehalt ein gesuchtes Rohmaterial für die Hochofenbeschickung.

Die Erze enthalten nun sehr oft noch Bestandteile, welche selbst bei höherer Temperatur nicht verflüchtigen, und müssen deshalb zu ihrer Fällung sogenannte Zuschläge oder Flußmittel zugesetzt werden. Das gebräuchlichste Flußmittel ist Kalkstein. Der in ihm enthaltene Kalk bildet mit den fremden Bestandteilen der Erze Schlacke, und je mehr Kalk ein Erz zur Schlackenbildung braucht, um so ungeeigneter ist es zur Verhüttung, denn durch den erhöhten Kalkzuschlag wird der Eisengehalt der Beschickung vermindert. Wenn das Mischungsverhältnis von Erz und Zuschlag noch 30 ®/, Eisen liefert, so erscheint die Verhüttung noch lohnend, doch ist jede Unterschreitung dieser Grenze unwirtschaftlich.

Ist das Erz selbst kalkhaltig, so muß demselben bei der Verhüttung Kieselsäure als Flußmittel zugeschlagen werden, um den Kalk zum Schmelzen zu bringen. Man nimmt hierzu Sand, Tonschiefer usw., die Kieselsäure enthalten und eine flüssige Schlacke bei kalkhaltigen Erzen liefern.

In den meisten Fällen bleibt der Kalkstein das billigste und beste Fluß-

mittel zur Verhüttung der Eisenerze. Am wertvollsten für den Hüttenbetrieb ist kristallinisch körniger Kalkstein, weil er die wenigsten schädlichen Bestandteile enthält. Auch Dolomit, der in der Hauptsache aus kohlensaurem Kalk und kohlensaurer Magnesia besteht, wird vielfach als Zuschlag verwendet. Kalkstein enthält im reinen Zustande 56 % Kalkerde und 44 °/₀ Kohlensäure. Die Kohlensäure wird im Hochofen ausgetrieben und entweicht mit den Gichtgasen aus dem Ofen.

Vor der Verhüttung werden die Erze einem Aufbereitungsprozeß unterzogen, der der chemischen Beschaffenheit des Erzes angepaßt werden muß. Die Aufbereitung hat die Aufgabe, das Erz für die Verhüttung geeigneter zu machen, und werden die Erze zu diesem Zweck zunächst zerkleinert, gewaschen und geröstet.

Der Röstprozeß bewirkt ein Zerfallen der Erzstücke, und namentlich wird durch diesen Prozeß die Kohlensäure ausgetrieben, Schwefel und andere flüchtige Stoffe ausgeschieden, die im Hüttenprozeß gegebenenfalls eine Verschlechterung des Eisens bewirken könnten.

Wie die Aufbereitung der Erze von großer Wichtigkeit für die Verhüttung derselben und die durch sie erzeugten Rohmetalle ist, so müssen auch die Brennstoffe mit Vorsicht ausgewählt werden, mit Rücksicht auf die Wärmeerzeugung, die zur Niederschmelzung der Erze gebraucht wird.

A. Wärmeerzeugung.

Man hat bei den Prozessen, die zur Verhüttung der Erze dienen, mit -sehr hohen Temperaturen zu rechnen und dem Umfang der Schmelzöfen entsprechend auch mit sehr großen Brennstoffquantitäten.

Es kommt speziell darauf an, den Brennstoff möglichst rationell, vollkommen zu verbrennen, und um sich wiederum über den Begriff der unvollkommenen und vollkommenen Verbrennung ein richtiges Urteil zu schaffen, muß man den Prozeß der Verbrennung, die bei ihr in Erscheinung tretenden chemischen Vorgänge kennen.

Als Produkte erhalten wir bei der Verbrennung unserer Brennstoffe stets Kohlensäure und Wasser, als die Oxyde des Kohlenstoffes und Wasserstoffes. Kohlenstoff vereinigt sich bei der Verbrennung mit dem Sauerstoff -er Luft zu zwei Oxyden, nämlich zu Kohlenoxyd und Kohlensäure. Durch Steigerung der Verbrennung, also durch erhöhte Sauerstoffzuführung, kann man auch unter vermehrter Wärmeabgabe das Kohlenoxyd noch zu Kohlensäure verbrennen.

Wird also in einer Feuerung der Brennstoff nur zu Kohlenoxyd verbrannt, so ist dies eine unvollkommene Verbrennung. Wird aber der Kohlenstoff bei einer Verbrennung möglichst vollständig in Kohlensäure verwandelt, so haben wir eine vollkommene Verbrennung.

Als Mittel zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung ist ein gewisser, nicht zu großer Überschuß an Sauerstoff zu betrachten, eine möglichst innige Mischung der Luft mit den Verbrennungsgasen. Ferner ist «s nötig, die Entzündungstemperatur in allen Teilen des Verbrennungsraumes aufrecht zu erhalten, und dieses ist nur dann möglich, wenn Brennstoff und Verbrennungsluft gut und hochgradig vorgewärmt in den Verbrennungsraum gelangen. Kommen sie mit niedriger Temperatur in den Verbrennungsraum, so muß unbedingt eine Reaktion eintreten, d. h. die Temperatur im Verbrennungsraum sinkt, mithin werden die Verbrennungsgase verdichtet und kommen entweder nur als Kohlenoxyd, also unvollkommen, zur Verbrennung, oder sie verdichten sich bei noch weiterer Abkühlung zu Rauch und Nuß und verlassen unverbrannt den Ofen bezw. Feuerraum.

Was sonst über Wärmemessung usw. zu bemerken ist, haben wir bereits im Kapitel „Wärmelehre" niedergelegt und kommen nun zu den

B. Brennstoffen.

Wir unterscheiden natürliche und künstliche Brennstoffe, und beide Arten werden zu hüttentechnischen Prozessen angewendet.

Von den natürlichen Brennstoffen ist in erster Linie das Holz zu nennen. Früher der fast ausschließliche Brennstoff, jetzt aber nur selten als solcher in Masse benutzt, weil es zu teuer geworden ist, um als rationeller Brennstoff in der Industrie dienen zu können. Sein Gewicht beträgt geschichtet pro cbm 250—300 kg bei weichem und 350—450 kg bei hartem Holz. Seine Wärmeleistung wird im lufttrockenen Zustand auf 2900, im gedarrten Zustand auf 3800 Wärmeeinheiten angegeben.

Der Torf, das jüngste fossile Brennmaterial, ist das Produkt der Vermoderung von Sumpfpflanzen unter dem Einfluß von Luft und Wasser. Er besteht aus zirka 59—62 °/# Kohlenstoff, 5—6 °/₀ Wasserstoff und 32—35 % Sauerstoff. Er ist reicher an Kohlenstoff als Holz, aber ärmer an Sauerund Wasserstoff. Seine Wärmeleistung beträgt lufttrocken zirka 3500 Wärmeeinheiten und sein Gewicht pro cbm zirka 250—400 kg. Im Hüttenwesen findet er nur beschränkt Anwendung und in der Industrie auch nur da, wo er gefunden wird und zu geeigneter Form verarbeitet eine größere Transport-fähigkeit erlangt hat (Preßdorf).

Die Braunkohle gehört einer früheren Epoche der Rindenbildung unserer Erde an und zwar der sogenannten Tertiärzeit. Sie hat sich aus Pflanzenresten gebildet und zeigt zum Teil noch die Holzstruktur.

Die Braunkohlen sind alle sehr wasserreich und der Feuchtigkeitsgehalt bei frisch geförderter Braunkohle beträgt bis zu 50 °/₀, während lufttrockene feste Braunkohle 10—15 %, erdige Braunkohle 20 °/₀ und die eigentliche Braunkohle 5—10 °/o Wasser enthalten. Beim Trocknen zerfällt die Kohle infolge des Wasserverlustes, und bringt man sie jetzt zur besseren Verwertung als Briketts in den Handel, die aus getrockneter Braunkohle und in heißem Zustande unter großem Druck auf eigens dazu gebauten Brikettpressen her-gestellt werden.

Der Aschengehalt ist oft groß und steigt bis zu 50 %, bei den festere Braunkohlen (Ligniten) ist er aber geringer.

Man kann für die drei Braunkohlenarten folgende Zusammensetzung

Wasserstoff Sauer- u. Stickstoff 6-5%

6-5%

6-4%

annehmen:

Kohlenstoff

1.    Feste Braunkohle (Lignit) 57—67 °/,

2.    Erdige „

3.    Eigentliche „

. . . 64—70% . . . 65-75%

28-37%, 25-30%, 21—29%.

Die Wärmeleistung beträgt bei einer Kohlenmasse 5500 Wärmeeinheiten, die aber durch den Wasser- und Aschengehalt auf 3200—3500 Wärmeeinheiten herabsinkt. Man rechnet den Wärmewert der eigentlichen Kohle 550 Wärmeeinheiten. Das Gewicht von 1 cbm gewöhnlicher Braunkohle beträgt zirka 700 kg. Ihre Verwendung in den Hüttenbetrieben ist für hüttentechnische Prozesse wegen ihres hohen Schwefelgehaltes nicht zu empfehlen, und kommt sie wohl meist nur als Brennmaterial für Kesselfeuerungen in Frage.

Die Steinkohle und der Anthrazit sind diejenigen Brennstoffe, mit denen die heutige Hütten- und Eisenindustrie in erster Linie zu rechnen hat. In ihnen ist der Kohlenstoff am reichsten vertreten, und ihre Zusammensetzung stellt sich wie folgt:

Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Stickstoff

Steinkohle Anthrazit

Der Heizeffekt steigt mit dem Gehalt an Kohlenstoff und beträgt bei trockener Kohle mit langer Flamme 8200—8500 Wärmeeinheiten und bei Anthrazit 9200—9500 Wärmeeinheiten. Ihr Wassergehalt ist gering und übersteigt nicht 5%, während der Aschengehalt im großen ganzen wechselt. Letzterer beträgt bei guten Kohlen 1—7 °/₀, bei mittleren Sorten 7—14%, bei schlechteren oft noch wesentlich mehr. Kommt die Steinkohle in metallurgischen Prozessen in Anwendung, so ist darauf zu achten, daß nicht allzu schwefelreiche Kohle genommen wird, weil der Schwefel das Gelingen des Prozesses in Frage stellen kann.

Künstliche Brennstoffe. Wenn rohe Brennstoffe erhitzt werden, so tritt schon bei 150° C in ihnen eine Zersetzung ein, indem das Wasser, Kohlenwasserstoff, Ammoniak usw. entweichen und nur die kohlenstoffreichen Substanzen zurückbleiben. Durch entsprechende Prozesse kann man also den rohen Brennstoff durch Verkohlung oder Verkokung in einen reineren künstlichen überführen. Dies geschieht durch Verkohlung des Holzes zu Holzkohle und durch Verkokung der Steinkohle zu Koks. Bei der Steinkohlengasbereitung wird allerdings die Verkokung nur zum Zweck der Gasentwickelung angewandt und der Koks als Nebenprodukt gewonnen, im Grunde genommen bleibt sich aber der Vorgang ganz gleich.

Die Holzkohle war früher zur Verhüttung des Eisens das beliebteste und beste Brennmaterial. Jetzt findet man sie nur noch in holzreichen Gegenden

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in Hochöfen angewandt (Steiermark), während sie bei uns nicht mehr im Hüttenbetrieb angewandt wird, wenigstens nicht zum Ausschmelzen der Erze. Ihre Verkohlung erfolgt in Meilern, die oft bis zu 300 cbm Holz umfassen, meist aber nur 120—150 cbm enthalten und 15—20 Tage brennen. Der Ertrag eines Meilers an Holzkohle beträgt je nach Art des Holzes 21—25 °/0 des ursprünglichen Holzgewichtes und der Masse nach 55—60 °/₀ von der des rohen Holzes.

Die lufttrockene Holzkohle besteht aus zirka 80°/o Kohlenstoff, 2 °/₀ Wasserstoff, 3°/o Sauer- und Stickstoff, 12°/, Wasser und 3°/, Asche. Es wiegt: 1 cbm    Nadelhol;kohle. . .    zirka    125—128    kg

1    „    weiche Laubholzkohle    „    140—200    „

1    „ harte

Zur Verkokung müssen geeignete Steinkohlensorten gewählt werden. Die gute kokfähige Kohle bläht sich bei der Verkokung stark auf und erhält dann einen sehr porösen, aber nicht sehr festen Koks. Mischt man nun diesen Kohlensorten magere, nicht backende Feinkohle zu, so erhält man dann einen dichten und festen Koks, wie er im Hüttenbetrieb gebraucht wird.

Beim Verkoken in Meilern kann Feinkohle nicht zur Verwendung kommen und außerdem gehen auch die wertvollen Nebenprodukte vollständig verloren. Der Meiler ist in seinem Bau dem Holzkohlenmeiler nachgebildet, es wird aber heute kaum noch irgendwo in Deutschland Kohle in Meilern verkokt.

„    200—240    „

Auf den großen Hüttenwerken und Zechen findet man jetzt große Anlagen zur Verkokung der Kohlen, die allen Anforderungen unserer Zeit Rechnung tragen und auf die größtmögliche Ausnutzung der Nebenprodukte Bedacht nehmen.

Unsere Abbildung Fig. 502 zeigt einen Coppee-Ottoschen Koksofen, wie er auf der Niederrheinischen Hütte in Duisburg in Betrieb ist. Die Gase treten von einem Ofen an der einen Seite durch eine große Anzahl gleichmäßig im Gewölbewiderlager verteilter Öffnungen in senkrechte Kanäle und vereinigen sich in einen Sohlkanal, wo sie sich mit den Gasen des Nachburofens vermischen und mit ihnen gemeinsam nach vorn zur sogenannten Koksseite der Batterie ziehen; dort angekommen ändern sie ihre Bewegungsrichtung und ziehen dann in den Sohlkanal des ersten Ofens, den sie erhitzen, nach der hinteren Seite (Ma-schinenseite) des Ofens, wo sie durch Verbmdungskanäle zum Fuchskanal f und von da entweder zum Schornstein oder zur Ausnutzung ihrer Abhitze zu den Kesseln geleitet werden. Die Beschickung der Öfen erfolgt von oben durch besonders konstruierte Kohlenwagen, welche ihren Inhalt nach unten durch Trichier entleeren. Ist der Ofen mit Kohlen gefüllt, io werden die beiden Öffnungen vermauert (versetzt) und die Verkokung kann beginnen. Die Entleerung erfolgt durch eigens hierzu konstruierte Maschinen. Diese Koksausdrückmaschine ist ein großer auf drei Schienen lausender Apparat, der in der Hauptsache aus einer stationären Dampfkesselmaschine beileht. welche einerseits den auf

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Zahnstangen geführten Koksausdrückstempel treibt und andernteils den ganzen Apparat seitlich auf den Schienengleisen fortbewegt. Diese Maschine findet, mit dem Stempel gegen den Ofen gerichtet, auf der Maschinenfette der Ofenanlage Aufstellung, und wird der Koks von ihr nach der Koksseite des Ofens aus dem Ofen herausgedrückt. Es bietet die Entleerung eines Koksofens

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Kokssitte,

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Fig. 502.

namentlich bei Nacht ein originelles Bild, wenn der glühende Koksstrang aus dem Ofen hervorquillt und beim Ablöschen mit Wasser unter Knattern und Zischen in Stücken auseinanderfällt, riesige weiße Dampfwolken entwickelnd, die von der Glut rot erleuchtet kräftig zum Nachthimmel emporwirbeln.

Früher ließ man die Destillationsgase, welche sich beim Verkoken entwickeln, unverwertet. Sie haben dieselbe Zusammensetzung wie das Leuchtgas und enthalten ferner noch Teer, Ammoniak und Benzol, wertvolle Stoffe, die bei der Leuchtgasbereitung schon seit langer Zeit als Nebenprodukte gewonnen werden. Erst im letzten Jahrzehnt ist es der Firma Dr. C. Otto in Dahlhausen an der Ruhr gelungen, eine Ofenkonstruktion zu erfinden, die eine Ausbeutung der Koksofengase auf Nebenprodukte möglich macht und gleich-zeitig auch einen guten Schmelzkoks liefert.

Gasförmige Brennstoffe sind schon sehr früh zu Zwecken des Haushalts und Gewerbes benutzt worden an Orten, wo sie dem Innern der Erde an ihrer Oberfläche entströmen. Dasselbe ist mit den flüssigen Kohlenwasserstoffen (Petroleum, Naphtha) der Fall, wo diese wertvollen Stoffe in der Erde lagern. In der Industrie bildet das künstlich erzeugte Gas einen sehr wertvollen Brennstoff, sei es nun, daß es als Abgang aus Hochöfen in Generatoren zur weiteren Ausnutzung für hüttentechnische Prozesse verbrannt oder künstlich erzeugt wird, um in Schmelzöfen mit Gasfeuerung ausgenutzt zu werden. Jedenfalls hat man im Gas ein Brennmaterial, das bei geeigneter Borwärmung von Gas und Verbrennungsluft eine bedeutende Steigerung der Verbrennungstemperatur ermöglicht, wodurch die Wärmeabgabe gesteigert und die Ausnutzung des Brennstoffes begünstigt wird.

Entzieht man den Gasen auf ihrem Wege zum Ofen durch Abkühlung noch einen großen Teil ihres Wassergehaltes, so wird ihr Heizwert noch erhöht, wenn das Gas aus geringwertigem Brennstoff erzeugt wurde.

Zur Erzeugung geeigneter Gase für metallurgische Zwecke dienen die Generatoren und findet man sehr oft Anlagen zur Erzeugung von Luftgas, das durch unvollständige Verbrennung fester Brennstoffe entsteht. Sein wesentlichster Bestandteil ist Kohlenoxyd, das den gesamten Stickstoffgehalt der zur unvollständigen Verbrennung nötig gewesenen Luft in sich aufgenommen hat und mitführt. Es werden bei der Bildung von Luftgas zuerst die rohen Brennstoffe entgast, also alle flüchtigen Bestandteile ausgetrieben, so daß der Kohlenstoff zurückbleibt und nach Beendigung dieses Vorganges wird der zurückbleibende Kohlenstoff durch die aufsteigende Kohlensäure vergast unter Bildung von Kohlenoxyd.

Tritt gleichzeitig mit der Luft Wasserdampf in den Gaserzeuger ein, so zersetzt sich der Wasserdampf in Kohlenoxydgas und Wasserstoff. Es entsteht dann ein Mischgas, das unter der Bezeichnung Dowsongas in der Industrie mannigfach Anwendung findet und an Stelle des Leuchtgases zum Betrieb der Gasmotoren benutzt wird. (Sauggas).

C. Der Hochofen und sein Betrieb.

Das Ausschmelzen der Eisenerze geschieht im Hochofen. Er hat im Laufe der Zeiten eine vielfache Umgestaltung erfahren, und mit dem stetigen Fortschreiten der Technik haben sich auch die Hochofenanlagen unserer Hüttenwerke mächtig entwickelt. So interessant es ist, die historische Entwickelung seiner Ausgestaltung von den ersten rohen Anfängen bis heute zu verfolgen, so müssen wir es uns wegen Raummangel doch versagen, hier näher darauf einzugehen, und begnügen uns damit, nur die gegenwärtigen Anlagen zu besprechen. Er hat sich aus dem sogenannten Stückofen entwickelt, der heute noch hier und da im Betrieb ist, und man erhielt in ihm beim Ausschmelzen der Erze einen zur Luppe zusammengeschmolzenen Eisenklumpen, der schmiedbar war und direkt verarbeitet wurde. Die urwüchsige Eisenerzeugung, wie sie

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noch heute von den wilden Negerstämmen im Innern Afrikas gehandhabt wird, beruht im großen ganzen auf demselben Vorgang.

Roheisen wurde in unserem Sinne zuerst im 15. Jahrhundert in sogenannten Planöfen erzeugt. Mit Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Gebläse wurden diese Öfen bald höder gebaut und lieferten größere Quantitäten Roheisen.

Im 17. Jahrhundert finden wir schon besser konstruierte Holzkohlen-Hochöfen. Im Vergleich zu unseren heutigen großen Hochöfen waren diese Öfen sowohl in bezug auf Größe als Leistungsfähigkeit klein und geringwertig. Aber sie genügten den Anforderungen ihrer Zeit und die Produktion betrug Mitte des 16. Jahrhunderts zirka ¹/₂ Tonne — 10 Zentner pro Tag, während ein moderner Hochofen die 2—300 fache Menge Roheisen liefert. Das Eisen wurde damals meist direkt aus dem Hochofen in Formen vergossen und nur die Abfälle auf schmiedbares Eisen verarbeitet. Allmählich wurde aber der Eisengießereibetrieb vom Hochofen getrennt und ist zu einem komplizierten selbständigen Betriebszweig geworden.

Die Ge st alt des modernen Hochofens hat sich gegen sonst äußerlich bedeutend verändert, und um ihn herum finden wir Apparate von kolossalen Dimensionen aufgebaut, die der ganzen Anlage ein imposantes Aussehen geben. Das Ofeninnere bildet auch hier einen Schacht, dessen Höhe bedeutend größer als sein Durchmesser ist. Auch hier heißt die obere Schachtöffnung die Gicht, und durch sie erfolgt die Beschickung des Ofens mit Erz und Brennmaterial nebst den nötigen Zuschlägen. Der Gebläsewind wird im untern Teil des Ofens eingeführt. Die Verbrennungsgase steigen von unten nach oben, das Schmelzgut und Brennmaterial rückt von oben nach unten, also den Gasen entgegen im Ofen vor, nehmen die in den Gasen enthaltene Wärme in sich auf und bringen sie wieder mit nach unten in den Schmelzraum des Ofens. Das flüssige Roheisen und die Schlacken sammeln sich unterhalb der Windeintrittsöffnungen (Formen), wobei die spezifisch leichtere Schlacke auf dem Roheisen schwimmt. Die Verbrennungsgase haben eine doppelte Aufgabe zu erfüllen. Einesteils dienen sie dazu, dem Schmelzgut und Brennstoff, die beide kalt durch die Gicht in den Ofen gelangen, die zur allmählichen Erhitzung nötige Wärme zuzuführen, andernteils wirken sie aber auch reduzierend auf die Erze, so daß diese Arbeit nicht erst durch den glühenden Kohlenstoff des Brennmaterials im Verbrennungsraum verrichtet zu werden braucht. Es werden deshalb die Erze möglichst lange int Ofen der Reduktionswirkung der Gase ausgesetzt und zu diesem Zweck muß sich der Ofenschacht nach oben allmählich erweitern.

Der Durchmesser des Ofens im Gestell ist abhängig von der Leistung des Gebläses. Der eintretende Wind muß bis zur Mitte des Ofenschachtes vordringen können, wenn im ganzen Ofenquerschnitt eine einheitliche und gleichmäßige Verbrennung stattfinden soll. Der Windstrom bringt gewöhnlich 1,5—1,6 m in den Ofen vor, und dementsprechend beträgt der Gesteüdurchmesser zirka 3 m. Die vorerwähnte Erweiterung des Ofenschachtes zur Erhöhung

Während früher die Gicht offen blieb, wird sie jetzt durch Vorrichtungen geschlossen, welche teils die in den Ofen gebrachten Rohstoffe in bestimmter Weise verteilen und ordnen, teils die der Gicht entweichenden Gase auffangen und abführen. Der Gichtverschluß ist in unseren beiden Figuren angedeutet. Der Gasfänger besteht in der Regel aus einem Fülltrichter und einer denselben verschließenden Glocke. Wird letztere gehoben, so entsteht ein Spalt, durch welchen das rings um die Glocke in den Trichter geworfene Schmelz- und Brennmaterial in die Gicht rutscht. An die Glocke schließt sich ein Rohr zur Abführung der Gase an, die dann in entsprechender Leitung zur weiteren Ausnutzung fortgeführt werden.

der Reduktionswirkung der Gase auf das eingebrachte Erz darf sich auf die Gicht selbst nicht ausdehnen, weil hierdurch die Beschickung erschwert werden würde. Man verengt deshalb den Schacht nach der Gicht zu wieder, so daß der Schachtquerschnitt die Form zweier abgestumpfter Kegel erhält, die an der Basis mit ihren größten Durchmessern zusammentreffen. Das sich unten anschließende Gestell ist zylindrisch und dort, wo die beiden stumpfen Kegel zusammenstoßen, schaltet man ebenfalls ein zylindrisches Stück, den Kohlensack ein, wenn es sich darum handelt, den Rauminhalt des Ofens zu vergrößern.

Je nach der Art der Anordnung des Schlackenabflusses unterscheidet man Öfen mit offener und geschlossener Brust. Meist ist die Brust der Öfen geschlossen. Hierbei ist der Ofen im Innern von außen nicht zugänglich und wird die Schlacke zirka 30 cm unterhalb des Windeintrittes abgelassen, während die Formhöhe 0,8—1,2 m über dem Bodenstein liegt. Die Rast, welche zirka yg der ganzen Ofenhöhe ausmacht, schließt sich an das Gestell an. Auf die Rast folgt der Kohlensack, dessen Weite mit ²/, der ganzen Ofenhöhe bemessen wird. Der Schacht- und Hauptteil des Ofens nimmt ²/g und mehr der Höhe des ganzen Ofens ein und endigt in der 3—4,5 m weiten Gicht. Unsere Fig. 503 und 504 zeigen Schnittskizzen moderner Hochöfen, von denen Fig. 503 einen Kokshochofen ohne Blechmantel zu Hörde in Westfalen aus dem Jahre 1886 und Fig. 504 einen Hochofen mit freistehendem Gestell aus dem Jahre 1888 zeigt.

Der Ofenschacht ist aus feuerfesten Steinen ausgemauert. Zur längeren Erhaltung dieses immer kostspieligen Schamottefutters ist für ausgiebige Kühlung der Ofenwände zu sorgen, was man durch Luft oder Wasser bewirkt. Die Wasserkühlung wirkt am besten und findet deshalb auch da Anwendung, wo die Gefahr für ein Zerstören des Schamottefutters am größten ist, in der Rast und im Gestell. Man legt in die Wände dieser Ofenteile zahlreiche metallene Röhren, durch welche ständig kaltes Wasser zirkuliert, welches dem Mauerwerk die Wärme entzieht, es also kühlt. Auch die Gebläsedüsen werden in gleicher Weise durch Wasser gekühlt. Für die oberen Ofenteile genügt Luftkühlung, und diese wird dadurch erzielt, daß man entsprechende Kanäle um das Schachtgemäuer führt, durch welche Luft zirkulieren kann, oder man verzichtet ganz auf das den Schacht sonst umgebende dicke Rauhgemäuer und gibt ihm

nur eine Wandstärke von 0,6—0,8 m. Da aber beim Fehlen des Rauhgemäuers der Ofenschacht auch an Halt einbüßt, so schützt man ihn gegen Auseinandertreiben durch die Hitze mit einem um ihn gelegten Blechmantel oder durch zahlreiche um das Mauerwerk gelegte Eisenbänder.

Das Gichtgas führt aus dem Ofen eine Menge Staub mit in die Leitungen fort, und dieser muß deshalb zunächst den Gasen entzogen werden, weil er die Verbrennung der Gase erschwert und die Apparate mit der Zeit

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Fig. 503.

Fig. 504.

verstopfen würde, durch welche die Gase streichen. Der Staub setzt sich zum großen Teil schon in der sehr weiten Gasleitung ab, welche mit Staubfängen versehen ist, in denen er sich ansammeln kann, meist sucht man ihn aber durch Verminderung der Geschwindigkeit des Gasstromes oder durch Veränderung seiner Richtung niederzuschlagen. Man führt zu diesem Zweck den Gasstrom in große Blechgefäße, die man entsprechend ihrem Zweck mit Scheidewänden versieht, welche die Gase zur öfteren Veränderung ihrer Bewegungsrichtung zwingen. Der Boden dieser Gesäße steht unter Wasser; der Staub schlägt sich auf das Wasser nieder, sinkt zu Boden, und der hierdurch entstehende Schlamm wird von Zeit zu Zeit entfernt.

Während bei vielen Öfen der Ofenzug ein natürlicher ist, verlangt der Hochofen sehr starken künstlichen Zug, um die zum Ausschmelzen der Erze nötige hohe Temperatur im Schmelzraum zu erzeugen. Würde der Gebläsewind kalt in den Ofen eintreten, so würde ein großer Wärme- bezw. Brennmaterialverlust die Folge sein und die Leistungsfähigkeit des Ofens um vieles geringer werden. Man wärmt deshalb auch hier den Gebläsewind vor seinem Eintritt in den Hochofen an und nutzt hierzu die von den Gichtgasen mitgeführte Wärme aus. In unseren Eisenhütten kommen hauptsächlich zwei Systeme der Winderhitzer zur Anwendung, der von Whitwell und Cowper. Es sind dies steinerne Winderhitzer, die auf dem Prinzip der Siemensöfen beruhen. Man nennt sie auch einräumige Winderhitzer, zum Unterschied von den eisernen zweiräumigen. Sie gestatten eine Erhitzung des Windes auf 700—900" C, und in dieser hochgradigen Vorwärmung des Gebläsewindes besteht der große Vorteil gerade dieser Winderhitzer. Man rechnet auf jeden Hochofen mindestens drei Winderhitzer, von denen zwei im ständigen Betrieb sind und der dritte zur Reparatur und Reinigung kalt gestellt ist. Der Apparat ist in Kammern aus feuerfesten Steinen eingeteilt. Die Steine speichern die Wärme auf, welche ihnen die Gichtgase zuführen. Ist nun ein Apparat entsprechend erhitzt, so wird der Wind umgestellt, so daß er die erhitzten Kammern durchstreicht, während die Gase andere Kammern erhitzen u.s.f.

Als Gebläse für die Hochöfen dienen heute Maschinen von gewaltiger Größe und Kraft. Sie werden in liegender und stehender Ausführung gebaut, doch verdienen die Gebläsemaschinen liegender Konstruktion schon deshalb den Vorzug, weil ihre Anschaffungskosten geringer sind, weil sich ihr Betrieb leichter übersehen läßt und sie sich infolgedessen auch besser in Ordnung halten lassen. Einen Nachteil haben sie in der einseitigen Abnutzung der unteren Zylinderwände infolge des auf ihnen lastenden Kolben- und Kolbenstangengewichtes. Durch leichte Konstruktion des Kolbens und eine hohle Kolbenstange sucht man diesen Nachteil zu verringern, aber ganz zu beseitigen ist er auch hierdurch nicht.

Die Analyse der Erze, d. h. die chemische Bestimmung ihrer natürlichen Zusammensetzung, dient dem Hüttenmann dazu, das Erzgemisch zu berechnen, welches er zur Eisenerzeugung braucht, welche Zuschläge zur Schlackenbildung nötig werden und die Erze möglichst so zu wählen, daß ein nicht zu großer Kalksteinzuschlag nötig wird.

Den Möller, so nennt man das Gemenge aus Kalkstein und Erz, erzeugt man für Öfen, die eine große Zahl in sich verschiedener Erze verschmelzen, indem man die einzelnen Rohstoffe in den vorher nach den Analysen berechneten Mengen von den Vorratshaufen auf kleinere Wagen verladet und in bestimmter Reihenfolge in hierzu bestimmte Räume wieder ausstürzt. Ist einer dieser Räume gefüllt, so wird sein Inhalt wieder auf Wagen verladen, in durch den Gang des Ofens bestimmte Posten abgewogen, auf die Hochofengicht durch mechanischen Aufzug gehoben und dort in die Gicht gestürzt. Bei

Anlagen, die nur mit wenigen und sich gleichbleibenden Erzsorten arbeiten, bringt man wohl auch die an den Vorratshaufen gefüllten Wagen direkt auf die Gicht und möllert im Ofen. Ja, in den letzten Jahren sind einzelne Werke auch zu einem Verfahren übergegangen, bei dem die Erze in sogenannte Taschen entladen werden, aus denen jeder einzelne Möllerwagen gewisse Mengen von jeder Erzsorte erhält, und findet hier also das Möllern im Wagen selbst statt. Die ganze Beschickungsmasse (Möller), welche auf einmal in den Ofen gelangt, heißt die Gicht und beträgt 6—10000 kg. Der Erzgicht geht eine Koksgicht von 2—4000 kg voraus, beide wechseln und bilden zusammen die Beschickung. Sie wechseln jahraus, jahrein, Tag und Nacht ununterbrochen miteinander ab, so lange der Ofen im Betrieb steht. Je nachdem die Schmelzung im Gestell vor sich geht, rückt die Beschickung im Ofen vor; sie erfährt auf diesem Wege mannigfache chemische Veränderungen, bis sie unten den Ofen als flüssiges Eisen und Schlacke wieder verläßt. Wir wollen hier die chemischen Vorgänge im Ofen nochmals verfolgen. Einen Hauptfaktor bildet hierbei der Gebläsewind. Er trifft bei seinem Eintritt in den Ofen durch die Flamme auf weißglühenden Koks und verbrennt mit ihm zu Kohlenoxyd, das, wie wir wissen, als Reagenzmittel für den Ausscheidungsprozeß dient. Der Stickstoff der Luft bleibt unverändert, nimmt aber die im Ofen herrschende Temperatur an. Beide geben während des Emporziehens zur Gicht ihre Wärme an die ihnen entgegenkommende Beschickung ab und erhitzen sie, während sie sich selbst bis auf zirka 180—300° 6 abkühlen. Wenn nun im Ofen das Kohlenoxyd in Temperaturen unter 1000° C mit den Eisenerzen zusammentrifft, die Sauerstoff als Oxyd in Menge führen, so nimmt es diesen mit Begierde auf, indem es zu Kohlensäure verbrennt. Da nun aber die Gase infolge des scharfen Ofenzuges sehr schnell an den Erzen vorüberstreichen, so wird nur ein Teil be§' unten entwickelten Kohlenoxydes verbraucht und die durch die Verbrennung des Kohlenoxydes entstandene Kohlensäure kann bei Berührung mit glühenden Kohlenstoffen wieder in Kohlenoxyd zurückoxydiert werden, was gleichbedeutend ist mit einer mangelhaften Ausnutzung des Brennstoffes.

Die Reduktionsfähigkeit des Kohlenoxydes nimmt durch Vermischen mit Kohlensäure und Stickstoff erheblich ab und bei einem bestimmten Mischungsverhältnis wird es ganz wirkungslos. Das Gichtgas enthält dann neben Kohlensäure und Stickstoff auch noch beträchtliche Mengen Kohlenoxyd, und seine Menge ist um so größer, je schlechter der Ofen arbeitet.

Die Beschickung kommt kalt in den kältesten Teil des Ofens durch die Gicht. Sie wird dort auf die Temperatur der abziehenden Gichtgase erwärmt und verliert ihren Wassergehalt. Auf ihrem Wege nach unten wird sie immer wärmer, und man kann das oberste Drittel des Ofens als Vorwärmezone betrachten. Von 400° C aufwärts beginnt das Kohlenoxyd reduzierend aus die Erze zu wirken, und das Eisenoxyd wird zunächst in Oxyduloxyd umgesetzt, das sich dann bei einer Hitze von 800—900° C zu Eisen reduziert. Dieser Vorgang findet in den unteren ®/₈ des Ofenschachtes und in der oberen Hälfte

der Rast statt und heißt nach ihm die „Reduktionszone". In ihrer Mitte ist die Temperatur so hoch, daß ungerüsteter Spateisen- und Kalkstein zerfallen und durch Abgabe ihrer Kohlensäure den Kohlensäuregehalt im Ofen vermehren, bezw. hierdurch seine Reduktionskraft schwächen.

Gleichzeitig findet aber noch ein wichtiger Vorgang im Ofen statt, die Kohlung des Eisens. Es zerlegen sich nämlich, bei Berührung mit oxydhaltigen Eisenmengen, zwei Moleküle Kohlenoxyd in je ein Molekül Kohlensäure und Kohlenstoff. Der Kohlenstoff scheidet sich in fester Form ungemein fein verteilt ans auf dem metallischen, schwammartigen Eisen der Erze, das noch mit erdigen Bestandteilen vermengt ist, und wird von ihm nach und nach aufgenommen. So erhalten wir durch diesen Kohlungsprozeß das später leicht schmelzbare Roheisen, die Eisen-Kohlenstofflegierung, welche das Endprodukt des Hochofenprozesses bildet. In der unteren Hälfte der Rast vollzieht sich dann das Schmelzen des gekohlten Eisens und die Ausscheidung der Schlacken aus ihm. Hier liegt also die eigentliche Schmelzzone, die aus der unteren Hälfte der Rast und der oberen des Gestells besteht.

Ist die Beschickung schwer zu reduzieren, so ist auch die Menge der zu verschlackenden Eisenverbindungen größer. Hierzu genügt als Reduktionsmittel nicht mehr Kohlenoxyd, sondern der Kohlenstoff selbst in hochgradiger Temperatur, und sie wird bewirkt, indem die flüssige Schlacke mit dem glühenden Koks in direkte Berührung kommt. Diesen Vorgang nennt man direkte Reduktion, während die Reduktion durch Kohlenoxyd als indirekte Reduktion bezeichnet wird.

Rohgang des Hochofens tritt ein, wenn aus irgend welchem Grunde in ihm die Temperatur fällt, so daß eine unvollkommene Reduktion eintritt. Es bleiben alsdann die Eisenverbindungen zum Teil in. der Schlacke und zeigen sich in einer schwarzen Färbung derselben, während bei regelrechtem Ofengang die Schlacke hellgefärbt erscheint.

Der Ofengang ist bei der großen Komplikation einer solchen Anlage mannigfachen Störungen ausgesetzt und erfordert deshalb nicht nur eine sehr sorgsame Betriebsführung, sondern es ist auch nötig, durch fortgesetzte Analysen der Rohstoffe wie des erzeugten Eisens und der abgezogenen Schlacke den Betriebsgang genau zu kontrollieren, denn nur dadurch ist es möglich, Verlusten vorzubeugen, die unter Umständen recht bedeutend sein können.

Als Erzeugnisse des Hochofenbetriebes sind außer den Gichtgasen das Roheisen und die Schlacke zu nennen.

Die Schlacke fließt fast ununterbrochen aus dem Ofen ab, und wird der Abfluß nur nach jeder Eisenentleerung des Ofens auf kurze Zeit unterbrochen. Die Abflußöffnung befindet sich etwas unterhalb der Windeintrittszone und wird zum Schutz des Mauerwerks mit einer durch Wasser konstant gekühlten Lürmannschen Schlackenform ausgefüttert. Die Schlacke fließt in eiserne Wagen, in denen sie erkaltet und auf der Halde ausgestürzt wird

Manche Werke lassen sie auch in Wasser fließen, worin sie sich in sandartigen Schlackenkies zerteilt. Die gare Schlacke soll weiß, hellgrau, bläulich oder grünlich aussehen, und man kann bei dieser Färbung mit einiger Sicherheit annehmen, daß sie nicht größere Mengen Eisenoxydul enthält. Ihr Verwendungszweck richtet sich nach ihrer chemischen Beschaffenheit. Sehr kalkreiche Schlacken werden zu Zement weiterverarbeitet; Schlacken mit geringerem Kalkgehalt geben mit gelöschtem Kalk einen guten Mörtel, und auf manchen Werken wird auch die Schlacke zu Schlackensteiüen vergossen, die als Bau- und Pflastermaterial gute Dienste leisten. Der Schlackenkies ist als Bettungs- und Stopfmaterial für Eisenbahnbauten gesucht und die grobe Klotzschlacke bildet ein gutes Schottermaterial für den Landstraßenbau.

Das Roheisen ist das Haupterzeugnis des Hochofenbetriebes. Es sammelt sich im Untergestell so hoch an, bis sein Spiegel die Ausslußöffnungsunterkante der Schlackenform fast erreicht. Ist diese Höhe erreicht, so wird das Stichloch geöffnet, und das flüssige Eisen rinnt durch Gräben in die vorgerichteten Sandformen oder auch in eiserne Gußschalen, in denen es die bekannte Masselnoder Barrenform erhält. Auf manchen Werken fließt es auch in große gemauerte, transportable Pfannen, in denen es dann noch flüssig dem Stahlwerk zur direkten Stahlerzeugung zugeführt wird.

Das Hauptprodukt, welches im Hochofen erzeugt wird, ist also das

Roheisen, ein nicht schmiedbares, plötzlich schmelzendes, sprödes Material mit mindestens 2,5 °/₀ Kohlenstoffgehalt. Es sind verschiedene Sorten Roheisen zu unterscheiden, die durch die folgende Aufstellung charakterisiert werden:

Graues Roheisen. Bruchfläche grau, kristallinisches Gefüge. Kohlenstoff in Graphitform.

Weißes Roheisen. Bruchfläche weiß, Gefüge krypto - kristallinisch. Kohlenstoff gebunden, dem Auge nicht sichtbar. Härter und spröder als graues Roheisen.

Ferromangan. Hauptbestandteil Mangan, häusig bis zu 80 "/,. Kohlenstoff gebunden, Farbe weiß, Anlauffarben.

Nach Art der Verwendung unterschieden:

Gießereiroheisen meist graues, siliziumhaltiges Roheisen. Mangan selten über 1,5 °/₀. Phosphor 0,06—2,0 °/₀.

Puddelroheisen in der Hauptsache weißes Mangan und siliziumarmes Roheisen, seltener graues Roheisen.

Stahlroheisen findet Verwendung zum Martinprozeß. Beim sauren Prozeß unter 0,1 °/₀, beim basischen Phosphor selten über 0,8"/,. Siliziumgehalt ebenfalls verschieden nach Art des Prozesses.

Bessemereisen ausnahmslos graues Roheisen, arm an Phosphor. Thomasroheisen ausnahmslos weißes Roheisen, mindestens 1,6"/,

Phosphor.

2.

Das schiniedbare Eisen.

Wie wir bereits wissen, enthält es stets weniger als 1,8 °/₀ Kohlenstoff. In den meisten Fällen sind aber noch andere Stoffe in der Legierung vorhanden, und hört alsdann schon bei einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt seine Schmiedbarkeit auf. Das in teigförmigem, knetbaren Zustande gewonnene Eisen wird Schweißeisen genannt und das in flüssigem Zustand gewonnene Flußeisen. Steigt der Kohlenstoffgehalt des schmiedbaren Eisens, so wird es härtbar und heißt Stahl, der, nach dem Ursprung seiner Gewinnung, analog dem Eisen wieder als Schweißstahl und Flußstahl bezeichnet wird.

Das schmiedbare Eisen hat körnig-kristallinisches Gefüge. Ist es arm an Phosphor, so zeigt seine Bruchfläche sehniges Gefüge und läßt auf gute Schweißbarkeit, Zähigkeit und Schmiedbarkeit schließen. Ist das Eisen aber rotbrüchig, so enthält es Schwefel und ist in rotwarmer Glühhitze bei mechanischer Bearbeitung zum Bruch geneigt. Ist in Flußeisen ein gewisser Sauerstoffgehalt vorhanden, so gibt er dem Eisen ähnliche Eigenschaften wie der Schwefel, aber nicht in gleich schädlichen Maße. Verbindet sich im Eisen der Schwefel mit Mangan zu Schwefelmangan, so hebt Mangan die schädlichen Wirkungen des Schwefels wieder auf.

Die Schweißbarkeit <des Eisens ist bei reinstem Eisen am größten und nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt ab, so daß Stahl mit mehr als 1 °/o Kohlenstoff nur schwer zu schweißen ist. Für das gute Gelingen der Schweißung ist eine richtige Behandlung des Materials Hauptbedingung. Beim Erhitzen überziehen sich die miteinander zu verschweißenden Enden mit Hammerschlag, und wird durch ihn eine innige Berührung des Metalls auf den Schweißflächen verhindert. Man wendet deshalb zu seiner Beseitigung Stoffe an, die sich in der Schweißhitze verflüssigen und den Hammerschlag lösen, so daß sie mit ihm eine flüssige Schlacke bilden, die sich beim Schweißen aus der Schweißfuge herausquetscht. Die im Handel angebotenen Schweißpulver dienen diesem Zweck. In der Praxis kann man sie entbehren, wenn man sich, je nach der Eisensorte, an ihrer Stelle des Sandes, Lehms oder des Borax bedient.

Die Härte des Schmiedeeisens wird durch die Vermehrung des Kohlenstoffes in ihm gesteigert (Härtunqskohle), indem der Erhitzung auf Rotglut plötzliche Abkühlung im Wasser folgt.

Naturhärte besitzt ein langsam abgekühlter Stahl; sie kann durch mechanische Bearbeitung gesteigert werden, sobald aber der Stahl wieder ausglüht wird, erlangt er wieder seine ursprüngliche Naturhärte.

Glashärte nimmt schmiedbares Eisen bei rascher Abkühlung nach vorhergegangener Erhitzung auf zirka 700° 6 an. Hierbei werden aber im Material Spannungen hervorgerufen, die ihm gefährlich werden können. Um sie zu beseitigen, erhitzt man den Stahl nach dem Härten wieder etwas und beurteilt

nach den sich auf dem blanken Metallspiegel zeigenden Anlauffarben die jeweilige Härte des Stahls — seine sogenannte Anlaufhärte.

Die Festigkeit des schmiedbaren Eisens hängt von seiner chemischen Beschaffenheit, von der Art der Herstellung und Bearbeitung ab. Von besonderer Wichtigkeit ist seine Zugfestigkeit (Beanspruchung auf Zerreißen). Wir wissen, daß die Elastizitätsgrenze (siehe Festigkeitslehre) eines Materials nie überschritten werden darf, sobald es von Kräften in irgendeiner Weise beansprucht wird, weil sonst bleibende Querschnittsveränderungen eintreten, die bei fortgesetzter Beanspruchung immer größer werden und endlich zum Bruch führen. Diese Fähigkeit, eine dauernde Veränderung der Querschnittsform anzunehmen, bezeichnet man mit dem Begriff „Dehnbarkeit" und als Maßstab für sie dient die Zähigkeit, welche ein Material besitzt. Um nun diese Eigenschaften eines Materials in Zahlen ausdrücken zu können, bedient man sich einer Prüfungsmethode, durch welche die Verlängerung (Dehnung) von Stäben bestimmter Form gemessen werden kann. Die Stäbe werden bis zum Bruch belastet, und da man die hierbei entstehende Querschnittsveränderung (Kontraktion) ebenfalls messen kann, so lassen sich aus den festgestellten Werten Zahlen gewinnen, die dem Fachmann eine Gewähr dafür geben, das geprüfte Material zuverlässig auf seine Festigkeit beurteilen zu können.

Die Zerreißfestigkeit des Schweißeisens ist geringer als die des Flußeisens, und ebenso ist der Zähigkeitsgrad des Schweißeisens niedriger als der des weichen Flußeisens. Der Grund für diese Verschiedenheit der Festigkeit beider Materialien liegt in der Art ihrer Gewinnung. Im Schweißeisen sind die einzelnen Metallkörner durch Schweißen vereinigt und zwischen ihren Schlackenteilchen mit eingeschlossen. Dieselben sind nie vollkommen aus dem Eisen auszutreiben, und da sie das Gefüge immerhin unterbrechen, so hat man in ihnen die Ursache der geringeren Festigkeit zu suchen. Das Flußeisen, welches, wie schon seine Bezeichnung sagt, aus flüssigem Eisen gewonnen wird, ist schlackenfrei und sein Gefüge mithin zusammenhängend (homogen). Es erweist sich deshalb auch bei sachgemäßer Behandlung als ein ganz vorzüglich brauchbares und festes Material.

Schweißeisen soll für Bauzwecke eine Zugfestigkeit von mindestens 34 kg pro 1 qmm bei 12°/, Dehnung haben und Flußeisen für denselben Zweck mindestens 37 kg Zugfestigkeit bei 20 °/₀ Dehnung. Es ist mit Sicherheit anzunehmen, daß das Schweißeisen durch das Flußeisen mit der Zeit immer mehr verdrängt werden wird, und zwar nicht nur deshalb, weil letzteres eine höhere Festigkeit besitzt, sondern vor allem auch darum, weil seine Herstellung einfacher, billiger ist.

Schweißeisen ist leichter schmied- und schweißbar als Flußeisen, und da viele Praktiker das billigere und bessere Flußeisen bei der Verarbeitung nicht richtig zu behandeln verstehen, so gibt man für Schmiedearbeiten dem Schweißeisen immer noch den Vorzug, obgleich es richtiger wäre, sich mit der Verarbeitungstechnik des Flußeisens vertraut zu machen, die allerdings mehr Sorgfalt bedingt, als dies beim Schweißeisen nötig ist.

Das Flußeisen wird bei Überhitzung leicht verdorben, und muß man deshalb besondere Aufmerksamkeit auf diese Eigenschaft richten; bei einiger Übung findet man die Grenze der zulässigen Erwärmung für Schweißarbeiten aus Flußeisen sehr bald heraus.

Durch mechanische Bearbeitung wird die Festigkeit des Materials gesteigert. Bearbeitet man dasselbe bei niedriger Temperatur, so wird seine Zähigkeit vermindert, aber sie kann durch späteres Ausglühen wieder hergestellt werden. Verdichtet man das Material im Zustande der Rotglut durch Schmieden, Pressen oder Walzen, so wird seine Festigkeit und Zähigkeit erhöht. Wenn also der Querschnitt eines Materials durch mechanische Bearbeitung kleiner geworden ist, so ist doch seine Festigkeit und Zähigkeit größer als die des Materialstückes mit dem vorher größeren Querschnitt, und weisen auch die verschiedenen Querschnittspartien verschiedene Festigkeitsgrade auf, je nachdem sie am Rande oder in der Mitte gemessen werden.

Härtbares Eisen, d. h. Stahl, nimmt durch Ablöschen im Wasser eine sehr große Festigkeit an, verliert aber dafür an Zähigkeit. Er wird sehr spröde und ist zum Bruch leicht geneigt.

Bei Stahlformgußstücken kann durch Ausglühen in Kirschrotglut die Festigkeit und Zähigkeit gesteigert werden, indem die Spannungen, welche das Gußstück beim Erkalten nach vollendetem Guß annimmt, durch das Ausglühen beseitigt werden. Ist ein Material durch die mechanische Bearbeitung spröde geworden und wird es dann ausgeglüht, so verringert sich seine Festigkeit, während die Zähigkeit zunimmt. Wenn man früher annahm, daß die Struktur und Festigkeit des Eisens durch dauernde Erschütterung Veränderungen erfährt, die seiner Haltbarkeit im Laufe der Jahre Abbruch tun, so ist das ein Irrtum, und durch neuere Versuche ist festgestellt worden, daß das nicht der Fall ist.

A. Die Gewinnung des Schweitzeisens.

Man hat von alters her zwei Arten der Schweißeisengewinnung zu unterscheiden, das Frischen und das Puddeln.

a) Das Herdfrischen ist die älteste Form der Schmiedeeisenerzeugung und wird heute nur noch in Gegenden gehandhabt, wo Holzkohlen billig zu erhalten sind, und besteht dasselbe in oxydierendem Schmelzen des Roheisens in Herden. Das Wesen des Frischens besteht also in einer Reinigung des Eisens durch oxydierendes Schmelzen, wobei aus dem Roheisen der Überschuß an Koblen-stofi und außerdem auch fremdartige Beimengungen, wie Mangan, Silizium, Phosphor, Schwefel usw., ausgeschieden werden sollen. Die Oxydation wird durch den Sauerstoff der zugeführten atmosphärischen Luft bewirkt, indem sich eine an Eisenoxydul reiche Schlacke bildet.

Das Herdfrischen besteht im wiederholten Niederschmelzen des Roheisens im Holzkohlenfeuer, wobei das schmelzende Metall durch den die Ver-

brennung befördernden Windstrom tropft. Die vorgenannten Nebenbestandteile, die im Roheisen mit enthalten ftub, verbinden sich alle leichter mit dem Sauerstoff der Luft als das Eisen selbst. Sie werden deshalb auch beim Niederschmelzen leichter ausgeschieden, und das Eisen nähert sich mehr dem reinen Eisen.

Unsere Abbildungen Fig. 505—507 zeigen ein modernes Frischfeuer. Die Mauerung desselben ist außen mit Eisenplatten belegt, und auch der Boden

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Fig. 505.

erhält einen Eisenplattenbelag, der durch Wasser gekühlt wird. Die Seitenplatten nennt man bei uns Zacken, und im Vorderzacken ist eine Öffnung zum Ablassen der Schlacke vorgesehen. Der Wind wird durch zwei Düsen über den Rand des Feuers eingeführt. Die Düsen sind int Bilde nicht sichtbar, sondern nur die Windleitung. In schwedischen Frischöfen findet man die Zahl der Düsen auf drei vermehrt, trat den Prozeß zu beschleunigen. Die abziehenden Gase werden über den Vorwärmeherd geleitet, um dort den nächsten Einsatz für die Schmelzung vorzuwärmen. Man kann mit kaltem und warmem Winde

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Fig- 506.

Fig- 507.

blasen und verbindet, wenn mit kaltem Winde geblasen werden soll, den Vorwärmeherd direkt mit dem Fuchs, so daß die Verbrennungsgase nicht erst in die Winderhitzungskammer eintreten, sondern direkt in den Schornstein entweichen. Ein solches Frischfeuer liefert je nach der Größe des Einsatzes und der Qualität des zu erzielenden Produktes 7 bis 10 t schmiedbares Eisen, und werden hierzu zirka 1000 kg Brennmaterial pro Tonne Fertigprodukt benötigt.

Man hat versucht, infolge des Mangels an Holzkohlen mit Steinkohle und Koks zu frischen, aber das Material wurde durch diese Brennmaterialien verdorben, und diese Versuche haben allmählich zu einem neuen Frischverfahren geführt, das unter dem Namen Puddeln bekannt ist.

b) Das Puddeln wurde von Henry Cort 1784 in England erfunden, wird heute aber nicht mehr in der von ihm erfundenen Weise betrieben. Nach dem Flammofen, in welchem gepaddelt wird, nennt man das Verfahren auch

3»

Fiq. 508.

„Flammofenfrischen", und durch dasselbe kann unter erheblicher Verringerung der Kosten fast die zehnfache Menge schmiedbares Eisen erzeugt werden als im Frischherd.

Der Puddelofen (Fig. 508 und 509) besteht in der Hauptsache aus drei Teilen: der Feuerung a, dem Arbeitsherd b und dem Fuchs c. Der Rost a hat rechteckigen Grundriß, während der Herd b die in der Zeichnung dargestellte Form erhält und sich nach dem Fuchse zu verengt. Seine Form ermöglicht es, daß man durch die Arbeitsöffnung h mit den Arbeitswerkzeugen jede Stelle des Herdes erreichen kann. Rost und Herd sind durch die Feuerbrücke d getrennt. Die Herdsohle bilden drei eiserne Platten, welche auf gemauerten Pfeilern oder eisernen Trägern ruhen und von unten frei zugänglich sind, damit sie die Luft bestreichen und abkühlen kann. Der pfannenähnliche Herd erhält 1,7 bis 2 m Länge bei 1,6 bis 1,7 m Breite und wird mit einer Auskleidung von sehr strengsiüssiger, eisenoxydulreicher Schlacke versehen, die

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bei sehr hoher Temperatur aufgeschmolzen wird. Sie schützt das geschmolzene Eisen sowohl gegen allzustarke Abkühlung durch die Sohlplatten und Herdwände, als auch diese Ofenteile selbst vor Zerstörung durch das Schmelzen. Durch den Fuchs c entweichen die Gase nach dem Schornstein.

Wie die Feuerbrücke den Herd von der Feuerung trennt, so scheidet die Fuchsbrücke den Fuchs vom Herd und ist mit einer sie schützenden Schamotteeinlage versehen. Das Feuer wird durch die Schüröffnung f bedient, während der Einsatz in den Herd durch die Tür g erfolgt und desgleichen auch seine Entleerung. Die Gezähe (Werkzeuge) werden bei der Puddelarbeit durch die Arbeitsöffnung h eingeführt.

Die Größe der Charge beträgt in der Regel 250 bis 300 kg. Vor ihrem Einbringen wird das Feuer gedämpft und der Herd durch vorsichtiges Einspritzen von Wasser abgekühlt. Alsdann bringt man einige Schaufeln Hammerschlag und gare Puddelschlacke in den Ofen, stellt das Feuer an und bringt das Gemenge durch verschärftes Feuer in teigförmigen Zustand. Alsdann verbreitet man die Masse mit dem Schürhaken gleichförmig über die Sohlplatte und Herdwände, so daß sie eine glatte Oberfläche erhält. Jetzt bringt man den Roheiseneinsatz in den Ofen, dessen Einschmelzen unter starker Hitze und möglichstem Abschluß der Luft erfolgt. Dementsprechend ist auch die Arbeitstür niedergelassen und die Arbeitsöffnung durch ein vorgestelltes Blech und Kohlen ebenfalls möglichst luftdicht verschlossen. Das Schmelzen nimmt 25 bis 30 Minuten Zeit in Anspruch, und kann nun mit dem Aufstechen des Eisens begonnen werden. Dies geschieht, indem die unten befindlichen Massen nach oben gebracht werden, damit auch sie der Schmelzwirkung der Heizgase unterliegen. Schon während des Niederschmelzens bringen die Feuergase durch den in ihnen enthaltenen Sauerstoff und Kohlensäure eine Reaktion im Eisen hervor. Das im Roheisen vorhandene Silizium oxydiert und wird als Kieselsäure durch die Schlacke gebunden. Da aber die Schlacke das Metall an der Oberfläche bedeckt und es so der fortgesetzten Einwirkung der Feuergase entzieht, so muß der Puddler das Eisenbad mit dem Rührhaken fleißig bearbeiten. Der Haken wird durch die Öffnung h eingeführt und am Fuchs beginnend in strahlenförmigen Furchen hin- und zurückgezogen. Durch Abfallen der Temperatur im Ofen und fortschreitende Oxydation des Eisens wird die Schlacke dickflüssiger, so daß sie das durch Rühren freigewordene Eisen nicht gleich wieder bedeckt und eine energische Einwirkung der Heizgase auf das Metall stattfinden kann. Diese erste Periode des Puddelprozesses heißt die „ Feinperiode", und während ihr wird namentlich das Silizium, Mangan und Phosphor durch Verbrennung ausgeschieden. Sie dauert um so länger, je größer der Siliziumgehalt des Roheisens ist.

Run nimmt ein zweiter Puddler die Arbeit auf, während der erste seinen Rührhaken im Wasser abkühlt. Die Oxydbildung wird durch erneutes Einwerfen von Garschlacke (Hammerschlag) energisch befördert. Mangan und Kohlenstoff werden durch den in ihr enthaltenen Sauerstoff oxydiert, und die

Schlacke wird hierbei reduziert. Die Oxydation des Kohlenstoffes ist mit den Augen wahrzunehmen durch Entweichen von Kohlenoxydgas, das an der Oberfläche in blauer Flamme zu Kohlensäure verbrennt. Nun wird auch die Temperatur gesteigert und hierdurch tritt eine lebhaftere Gasentwickelung ein. Das ganze Bad beginnt aufzukochen, der Herd füllt sich bis zum Rand mit flüssiger Schlacke, die über die Schaffplatte abläuft. Je weiter die Oxydation fortschreitet, um so strengflüssiger wird das Bad, aber um so schwieriger gestaltet sich auch die Arbeit des    Rührens.    Der    Übergang    des Metalles in

schweißbares Eisen vollzieht sich    allmählich,    die    Ofenhitze    reicht nicht mehr

aus, das Eisen im Fluß zu erhalten, und    hiermit ist die    zweite, die Koch-

periode, des Puddelprozesses    zu Ende.    Es    scheiden    sich in der teig

artigen Eisenmasse zuerst vereinzelt, bald aber zahlreicher Krystalle schmiedbaren Eisens aus, die aneinander schweißen und das Rühren immer mehr erschweren. So ist das Roheisen zum großen Teil in Schweißeisen umgewandelt worden, aber am Boden des Herdes befinden sich noch ungare Eisenmassen, welche nun durch das sogenannte Aufbrechen und Umsetzen des Ofeninhaltes gar gemacht werden müssen. An Stelle des Rührhakens tritt nun eine lange Brechstange, mit welcher der Puddler, beginnend an einem Herdende, die teigartige Masse aufbricht und wendet, damit die unteren Partien der Einwirkung der Feuergase zugänglich werden. Schließlich wird der ganze Einsatz zu einem Haufen zusammengeworfen und zusammengeschweißt oder, wenn nötig, nochmals geteilt und umgesetzt, bis völlige Gare der Masse eingetreten und die dritte Periode des Puddelprozesses, die Garperiode, beendet ist.

39

Nun beginnt die Arbeit des Luppenmachens. Der Puddler zerlegt den Haufen mit der Spitzstange in 4 bis 6 Teile, die auf deni Herd nacheinander hin- und hergerollt werden, so daß sie Kugelgestalt annehmen und die einzelnen auf dem Herd verstreut liegenden Eisenteile mit der Masse noch verschweißen. Die fertigen Luppen werden auf der hinteren Seite des Ofens aufgestellt und bei geschlossenen Türen stark ausgeheizt, um die in ihnen eingeschlossenen Schlackenteilchen zu verflüssigen und aus der Eisenmasse, die jetzt eine schwammige Beschaffenheit hat, auszuseigern. Alsdann holt man mit der Luppenzange eine Luppe nach der anderen aus dem Ofen, legt sie auf den für sie bestimmten Luppenwagen und bringt sie auf ihm unter den Luppenhammer, der sich anfangs ganz leicht auf sie herabsenkt und die Schlacke aus ihr herausquetscht, die aus allen Poren der Luppe hervorquillt und rotglühend auf den Ambos niederfließt. Allmählich formt sich die Luppe unter dem Druck des Hammers zum achtkantigen Block. Die Schläge des Hammers werden nach und nach wuchtiger, und die Schlacke spritzt aus der Luppe heraus gegen die zum Schutz der Luppenschmiede aufgestellten Schutzblechschirme. Endlich wird die Luppe nach Beendigung der Hammerarbeit auf dem Luppenwalzwerk zu Rohschienen ausgewalzt. Die so erhaltenen handbreiten und fingerdicken Rohbarren werden auf einer Maschine gebrochen, und nach dem Aussehen und Struktur des Bruches erfolgt das Sortieren nach Qualität.

So wie wir vorstehend den Puddelprozeß geschildert haben, wird er verlaufen, wenn ein an Silizium reiches, graues Roheisen verpuddelt worden ist, und erhält man aus ihm ein kohlenstoffarmes, sehniges Schweißeisen. Beim Verpuddeln siliziumarmen, weißen Roheisens wird die Feinperiode abgekürzt, und die Entkohlung tritt schon beim Niederschmelzen ein. Das Rühren nimmt weniger Zeit in Anspruch, und man erhält nach dem Umsetzen, das hierbei ebenfalls erfolgen muß, auch ein weiches, kohlenstoffarmes und sehniges Schweißeisen.

Will man sogenanntes Feinkorneisen (kohlenstoffreiches Schweiß-eisen) oder Stahl puddeln, die beide feinkörniges, kristallinisches Gefüge im Bruch zeigen, so darf die Entkohlung nicht zu weit vorschreiten. Man verzichtet dann auf die dritte Periode, das Umsetzen oder Garmachen, oder verkürzt sie wenigstens sehr, und das Luppenmachen wird, um eine weitere Entkohlung der Luppen durch die Heizgase zu verhüten, unter der Schlackendecke ausgeführt. Sehniges Schweißeisen wird in der Regel aus weißem Roheisen gepuddelt, Feinkorneisen und Stahl aber aus grauem Roheisen allein oder aus einem Gemenge von grauem mit manganreichen, hochstrahligen und Spiegeleisen, weil durch eine an Kieselsäure und Mangan reiche Schlacke die Entkohlung des Eisens aufgehalten wird und somit die Ausscheidung des der Güte des Eisens schädlichen Schwefels begünstigt.

Der Abbrand, so nennt man den Eisenverlust, beträgt beim Puddeln

6—10 °/o, und die zum Puddeln nötige Brennstoffmenge schwankt je nach dem Rohmaterial und erzeugtem Produkt zwischen 780 und 2000 kg pro Tonne Luppenstäbe.

Ofen, die auf besonders hochwertigen Stahl arbeiten, machen in 24 Stunden 10 Sätze ä 225 kg und bringen 1850—2000 kg aus. Öfen, die auf sehniges Eisen arbeiten, geben bei 12—20 Sätzen a 300 kg in 24 Stunden ungefähr 4600 kg Rohschienen.

Die Puddelarbeit ist sehr anstrengend, aber sie läßt sich durch Maschinen bis heute nicht ersetzen. Maschinenpuddelei ist in Deutschland, soviel uns bekannt, auch für sehniges Eisen noch nicht angewendet worden, doch hat man durch Vergrößerung der Öfen zu doppelten und vierfachen den Ertrag eines Ofens bis auf 10 000 kg erhöht und den Brennstoffverbrauch auf 450 kg Pro Tonne herabgesetzt. Bei diesen Öfen kommen gleichzeitig zwei bezw. vier Puddler zur Arbeit.

Die Doppel-Puddelöfen erhalten Gasfeuerung. Der Gaserzeuger wird dicht bei dem Ofen angelegt, und die vom Puddelofen abgehenden Gase sind meist noch so heiß, daß sie zur Beheizung von Dampfkesseln Ausnutzung finden, die direkt über dem Fuß des Puddelofens eingebaut werden.

B. Das Birnenverfahren.

Aus dem Herdfrisch- und Puddelverfahren haben wir ersehen, daß Roheisen nur unter dem Einfluß der atmosphärischen Luft in schweißbares Eisen

umgesetzt werden kann, und beide Verfahren unterscheiden sich darin voneinander, wie Roheisen und Luft miteinander in Berührung kommen. Der englische Hüttentechniker Henry Bessemer nahm nun im Jahre 1855 ein Patent auf ein Verfahren, nach welchem flüssiges Roheisen durch Hindurchblasen von gepreßter Luft in schmiedbares Eisen übergeführt werden soll. Es währte einige Jahre, bis das Verfahren Bessemers die in der Praxis sich herausstellenden Schwierigkeiten überwand, aber schon im Anfang der 60 er Jahre war es auf einigen englischen Werken in Anwendung, und Alfred Krupp setzte in Deutschland das erste Bessemerwerk im Mai 1862 in Betrieb.

Bei dem nach seinem Erfinder benannten Bessemerverfahren wird stark gepreßte Luft von unten her, in dünne Strahlen zerteilt, durch eine flüssige Metallschicht gewaltsam hindurchgeblasen. Dem Sauerstoff der hindurchgeblasenen Luft wird dabei eine große Angriffsfläche geboten. Das Metallbad befindet sich in fortdauernder Bewegung, so daß immer wieder neue Metallteilchen mit der durchgeblasenen Luft in Berührung gelangen und die Wirkung des Sauerstoffes auf die in dem Eisen enthaltenen fremden Bestandteile eine sehr energische wird. Die Ertragsfähigkeit dieses Verfahrens ist ganz bedeutend. Eine Birne neuester Konstruktion faßt 15 Tonnen — 300 Zentner flüssiges Metall mit zirka 350 kg Silizium, 525 kg Kohlenstoff und 350 kg Mangan. Zur Oxydation dieser Stoffe braucht man zirka 1140 kg Luft oder rund 6000 cbm. Da es aber nicht zu verhüten ist, daß auch zirka 5—6% Eisen der Einwirkung der Luft unterliegen, wozu die gleiche Luftmenge nötig ist, so muß das Gebläse in 10—12 Minuten diese große Luftmenge schaffen, und der Ertrag einer Charge, die 10—12 Minuten Zeit in Anspruch nimmt, ist eine Menge von zirka 7500 kg Flußeisen. Wenn nun auch im ersten Eindruck dieses Resultat gegenüber dem früher besprochenen sehr günstig erscheint, so sind doch für Transport, Heben und Senken, für die Winderzeugung und Zuleitung so viele und komplizierte Anlagen nötig, wie dies bei keinem anderen hüttentechnischen Verfahren der Fall ist.

Der Schwerpunkt des Prozesses liegt darin, daß die verbrennenden Elemente des Eisenbades, also zunächst das Silizium und Mangan und nach diesem auch der Kohlenstoff, als Heizstoffe dienen. Da nun die Verbrennung dieser Stoffe im Eisenbad in so kurzer Zeit vor sich geht, so ist auch die Wärmeübertragung an dieselbe eine so vollständige, daß die Temperatur des Bades sehr hoch steigt und dieses selbst vollständig flüssig ist, während bei dem Puddelverfahren wegen der nicht ausreichenden Temperatur das entkohlte Eisen nur teigförmige Beschaffenheit hat und seine Verarbeitung hierdurch erschwert. Es wird aber auch die Zufuhr jeden Brennstoffes unnötig, und diese sehr bedeutende Ersparnis hat auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, nächst seiner erhöhten Produktionsfähigkeit, den stärksten Einfluß.

Es ist klar, daß durch die kolossale Wärmeentwickelung in der Birne bei dem Bessemerprozeß an die Wandungen große Ansprüche in bezug aus Haltbarkeit des Futters gestellt werden müssen. Man benutzte dazu anfangs

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Quarzsteine, wie sie in der Natur gefunden werden, und ersetzte diese später durch künstliche, hochfeuerfeste Steine mit großem Kieselsäuregehalt. Infolge des Säuregehaltes der Ofenwände, welche unter dem Einfluß der hohen Temperatur von der Schlacke stark angefressen wurden, konnte sich nur saure Schlacke bilden, welche ein Ausscheiden des Phosphors aus dem Eisen verhindert. Der Phosphorgehalt gibt aber dem gewonnenen Flußeisen Eigenschaften, die es für viele Zwecke und namentlich für Eisenbahn-Oberbaumaterial ungeeignet oder doch weniger gut geeignet erscheinen lassen. Erze, die arm an Phosphor sind, waren aber nur in beschränkter Menge vorhanden, und man war auf den deutschen Hütten darauf angewiesen, die Erze zum Bessemerprozeß, bezw. das Roheisen, erst aus England und später aus Spanien zu beziehen, weil dort allein phosphorarme Erze zu erhalten waren.

Die Entphosphorung des Roheisens blieb lange Zeit ein ungelöstes Problem. Mancher deutsche Hüttenmann hatte darauf hinzielende Versuche im kleinen ausgeführt, und die Bedingungen, unter denen die Ausscheidung des Phosphors aus dem Roheisen gelingen mußte, wurden im Prinzip auch erkannt, aber in praktisch brauchbarer Form wurde sie erst durch den Engländer S. G. Thomas 1878 erfunden. Er stellte ein basisches Futter aus einem Gemenge von Kalk und Magnesia für die Birne (Konverter) her, das er durch Brennen des in der Natur vielfach vorkommenden Dolomitgesteins gewann. Durch Zuschlagen von Kalk während des Prozesses gewann er in der Birne eine basische Schlacke, welche den Phosphor aufnimmt und so die Entphosphorung des Roheisens bewirkt.

Man nennt dieses Verfahren nach seinem Erfinder Thomasverfahren und das hierdurch gewonnene Produkt „Thomaseisen". Deutschland, das besonders reich an phosphorhaltigen Eisenerzen ist, hat das Thonmsverfahren sehr schnell hoch ausgebildet und ausgenutzt und gelangte lediglich hierdurch mit in eine der ersten Stellen unter den eisenerzeugenden Ländern der Erde.

Auf Deutschland entfällt jetzt ungefähr ²/₈ der gesamten Erzeugung der Kulturländer an Thomas- (basischem) Flußeisen, und die Thomasschlacke findet infolge ihres hohen Gehaltes an Phosphor in der Landwirtschaft als Düngemittel ausgiebigste Verwendung.

Die Seele des Bessemerverfahrens bildet die Birne oder der Konverter. Sie hat mannigfache Wandlungen ihrer Form und Einrichtung erlebt, bis sie ihre heutige praktisch feststehende Birnenform erhielt, und unter Übergehung dieses heute nur noch kulturgeschichtlich interessanten Wandlungsprozesses wollen wir nur mit den Verhältnissen rechnen, wie sie heute sind, und diese eingehender behandeln.

Das Bessemer-Roheisen soll möglichst arm an Phosphor und Schwefel sein und soll nicht mehr als 0,1 °/, Phosphor und 0,15°/, Schwefel enthalten. Ist der Gehalt des Roheisens an beiden Stoffen größer, so hat das erblasene Flußeisen große Sprödigkeit, neigt zum Kaltbruch und wird als zweite Qualität schlechter bezahlt und verwertet.

Der Siliziumgehalt schwankt zwischenen 0,8—2%, der Mangangehalt soll zwischen 2,5 und 3% liegen, und der Gehalt an Kohlenstoff sinkt selten unter 3%. Meist beträgt er 3,5 % und mehr.

Nachstehende Aufstellung zeigt das Verhältnis der Zusammensetzung an einigen Chargen:

Kohlenstoff Silizium Phosphor Mangan Schwefel

Belgien

Österreich

Sachsen

Hannover

4,76    3,13    0,13    3,42    0,047.

Bei Thomaseisen darf der Phosphorgehalt eine bestimmte Grenze nicht überschreiten, denn er ist der Hauptträger der Wärmeentwickelung bei diesem Prozesse. Ist der Gehalt an Silizium hoch, so kann der Phosphorgehalt geringer sein. Man sucht aber hohen Siliziumgehalt zu vermeiden, weil durch ihn das basische Futter stark angegriffen wird. Der Kohlenstoffgehalt des Thomaseisens ist in der Regel geringer als beim Bessemer-Roheisen.

Nachstehende Aufstellung gibt eine Darstellung des Verhältnisses, in welchem Mangan, Silizium und Phosphor in verschiedenen Thomas-Roheisen enthalten sind:

Mangan

Silizium

Frankreich

Westfalen

Rheinland

Hannover

Österreich

Schlesien

00 CO

0,35

0,58

Phosphor

2,0—2,25

2,75

1,8—2,3

0,20

0,60

2,0—2,4

0,4

0,40

1,5—3,5    0,4—1,0    1,5—2,25.

Das Roheisen, wie es der Hochofen liefert, wird erst im Kupolofen umgeschmolzen.

Direkter Bessemer-Betrieb, ohne Umschmelzen des Roheisens, spart an Metallverlust zirka 6 %, und auch die Ersparnis an Koks ist ganz erheblich. Bei ihm wird das flüssige Roheisen, wie es aus dem Hochofen fließt, aus der Pfanne, in der es vom Hochofen nach der Bessemerei geschafft wurde, direkt in den Konverter gebracht. Alsdann fällt der Kupolofen fort. Neben den großen Vorteilen, welche dieses direkte Verfahren wirtschaftlich bietet, hat es aber den Nachteil, daß die Zusammensetzung des Roheisens in der Gleichmäßigkeit zu wünschen übrig läßt, weil der Hochofen nicht immer gleichmäßiges Roheisen liefert. Wird der Hochofenbetrieb durch irgend welche Zufälle, die nie ausgeschlossen sind, unterbrochen, so muß auch die Bessemerei still liegen. Diese Übelstände sind durch die Einführung eines Roheisenmischers von Hilgenstock beseitigt worden; ein solcher gelangte auf den Werken des Hörder Bergwerks- und Hüttenvereins zuerst zur Aufstellung. Der Roheisenmischer ist in seiner Grundform dem Konverter ähnlich, aber bedeutend größer als dieser. Der Apparat hat Zylinderform und ist aus starkem Eisenblech gebaut, in seinem Innern aber mit

feuerfestem Mauerwerk ausgekleidet. Der Apparat ist mit zwei Öffnungen teer- . sehen, von denen die eine (obere) dazu dient, das vom Hochofen herangebrachte Roheisen in den Mischer einlaufen zu lassen, während es aus der andern (seitlichen) in die Pfanne eingefüllt wird, welche es dem Konverter zuführt. Der Apparat hat für 100—150 Tonnen flüssiges Eisen Fassungsraum, welche Menge für 10—15 Konverterchargen ausreicht. Das Roheisen bleibt in dem Mischer sehr lange flüssig, so daß an Sonn- und Festtagen der Betrieb ruhen kann, ohne eine vorherige Entleerung bezw. Aufarbeitung des im Mischer vorhandenen Roheisenquantums nötig zu machen.

In Fig. 510 und 511 ist ein Konverter, wie man die Bessemerbirne technisch nennt, in zwei Schnittskizzen dargestellt.

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Ng. 511.

Fig. 510.

Im Konverter vollzieht sich die Umwandlung des Roheisens in Flußeisen. Der Konverter hat eine birnenähnliche Form und ist aus einem starken Eisenblechmantel hergestellt, der aus der Haube oder dem Hals, dem Ober- und Unterteil oder Rumpf und dem Bodenstück besteht. Das Mittelstück des Rumpfes hat zylindrische Form und besteht aus zwei Teilen, welche mittels Flanschen und durch diese gezogene Splintbolzen verbunden werden. In gleicher Weise wird das Mittelstück unten mit dem Bodenstück und oben mit der Haube verbunden. Das ganze Gefäß sitzt in einem kräftigen Ring aus Stahlguß, der zwei Schildzapfen trägt, mit denen die Birne zwischen zwei Lagerständern in Lagern drehbar gelagert ist. Der Hals wird aus einem nahezu halbkugelförmigen Blechstück gebildet, das oben in einen schräg auf-gesetzten abgestumpften Kegel verläuft. Unter dem Boden befindet sich der Windkasten, ein hohler, gußeiserner Zylinder, in den das Windrohr einmündet. Der eine Zapfen trägt ein Zahnrad, der andere (auf der Abbildung rechts) ist hohl und verbindet die Birne (den Windkasten) mit der Windleitung. Durch hydraulischen Druck und geeignete Übersetzung durch Zahnstange kann die Birne um ihre beiden Zapfen um zirka ®/₄ eines Kreises gedreht werden. Das ist nötig, um das Ein- und Ausbringen der Charge zu bewirken, und geschieht dies durch das offene Halsstück oder Konvertermaul. Das Bodenfutter im Konverter ist mit zahlreichen zirka 16 mm weiten Durchbohrungen versehen, durch welche der gepreßte Wind aus dem unter dem Boden angeordneten Windkasten in den Ofen gelangt. Soll der Konverter gefüllt werden, so wird er in liegende Stellung gebracht, so daß das Halsloch das Anlegen einer Rinne ermöglicht, durch welche das Roheisen aus dem Kupolofen zufließen kann. Nach beendetem Einfließen des Roheisens wird das Gebläse angestellt, und sobald der Wind zirka 1 Atm. Überdruck erlangt hat, wird der Konverter wieder aufgerichtet. Nun wirken die das Eisenbad durchdringenden Windstrahlen sofort oxydierend auf das flüssige Roheisen ein. Es verbrennt zunächst das Silizium und Mangan, so daß die Temperatur int Konverter um einige hundert Grad steigt. Nach der Verbrennung des Silizium, die in einigen Minuten beendet ist, beginnt die Verwandlung des Kohlenstoffes in Kohlenoxyd, das bei seinem Austritt aus dem Hals mit dem Sauerstoff der Luft unter starker, hell glänzender Lichtentwickelung zu Kohlensäure verbrennt. Nach weiteren zehn Minuten ist auch der Kohlenstoff ausgeschieden, die Flamme erlischt, und der Prozeß ist beendet. Arbeitet man direkt auf Stahlerzeugung, so genügt es nicht, den richtigen Zeitpunkt für die Beendigung des Blasens nach dem Augenschein zu beurteilen. Man bedient sich hierzu des Spektroskops. Dieses ist ein optisches, fernrohrähnliches Instrument, welches durch sinnreiche Anordnung von Linsen und Glasprismen das Licht der Flammen in sogenannte Spektra zerlegt. Unter Spektrum eines Lichtes wiederum versteht man das Farbenbild, welches man beim Zerlegen des Lichtes erhält, wenn man Lichtstrahlen durch ein Prisma leitet und im dunklen Raume das gebrochene Lichtbild auf eine helle Fläche fallen läßt. Das Sonnenspektrum — die Regenbogenfarben — sind uns allen wohl bekannt. So wie nun das Sonnenlicht ein bestimmtes Spektrum hat, so hat auch jeder Stoff, wenn er verbrennt, ein ganz bestimmtes Spektrum — Farbenbild —, und aus ihm kann man erkennen, welche Stoffe in der Flamme verbrennen, von der man ein Spektrum sieht. Nun sind aber die Grundfarben der Spektra im großen ganzen immer dieselben — die 7 Farben des Regenbogens in mehr oder weniger verschiedener Abstufung und Schattierung. Der berühmte Physiker Fraunhofer fand bei Untersuchung der Flammenbilder (Spektra) der verschiedensten Stoffe, daß das Spektrum jedes Stoffes von Linien durchzogen wird, welche sich je nach dem Stoff stark unterscheiden und somit einen zuverlässigen Anhalt dafür geben, welcher Grundstoff in der betrachteten Flamme verbrennt, und hierzu dient eben der vorgenannte Apparat — das Spektroskop. In ihm kann man also den Gang des Prozesses an den Flammenbildern, die der auf die Konverterflammen gerichtete Apparat zeigt, genau sehen und feststellen, welcher Grundstoff jeweilig im Konverter ausgeschieden wird, bezw. in der Flamme verbrennt. Sind nun im Spektroskop mit Beginn der Verbrennung des Kohlenstoffes mehrere Gruppen helleuchtender grüner Linien zu sehen, die von verbrennenden Mangandünsten herrühren, so fällt deren vollständiges Verschwinden mit der beendeten Entkohlung genau zusammen. Der den Prozeß beobachtende Blasemeister kann mit Hilfe dieser Erscheinung das Ende des Bessemer-Stahl-prozesses auf Sekunden genau abmessen und regulieren. Nun bringt man den Konverter wieder in wagerechte Lage und stellt den Wind ab. Durch Entnahme einer Schlacken- und Schöpfprobe überzeugt man sich von der vollendeten Entkohlung, setzt der Charge noch mehrere hundert Kilogramm flüssiges mangan-und kohlenstoffreiches Spiegeleisen zu, aber auch kleinere Mengen Eisenmangans in Stücken und gießt den Inhalt in eine vorher auf Glühhitze angewärmte Gießpfanne aus. Aus dieser wiederum wird das flüssige, entkohlte Eisen in gußeiserne Formen — Kokillen — von nahezu prismatischem Querschnitt vergossen.

Der Spiegel eis enzus atz zur Charge erfolgt deshalb, weil das im Bade gelöste Eisenoxydul durch das im Spiegeleisen enthaltene Mangan reduziert werden soll, denn es genügt schon ein geringer Prozentsatz Eisenoxydul, um das fertige Flußeisen in hohem Maße rotläufig zu machen und somit seine Verarbeitung zu erschweren. Dagegen soll der Kohlenstoff im Spiegeleisen durch Verteilung desselben in der Charge deren Kohlenstoffgehalt auf ein bestimmtes Maß bringen, das in seiner Höhe dem Verwendungszweck angepaßt sein soll. Man nennt diesen Vorgang auch Rückkohlung der Charge. Bei der Rückkohlung nach Darby wird in die Gießpfanne durch ein Trichterrohr gemahlener aschen- und schwefelfreier Koks gegeben und das Metall darauf geschüttet, welches den-Kohlenstoff des Kokses begierig aufnimmt und löst, wie Wasser den Zucker. Es werden hierbei zirka 73°/, des in das Eisen gebrachten Kohlenstoffes in ihm gelöst und der Rest verbrannt.

Der Verlauf des basischen Thomasverfahrens ist dem des Bessemerverfahrens sehr ähnlich, nur wird hierbei zur Schlackenbildung im geeigneten Moment Kalk durch den Hals des Konverters der Charge zugeschlagen im Verhältnis von 12—20°/, des in ihm enthaltenen Roheisengewichtes.

C. Der Martinprozeff.

Um die gleiche Zeit, als das Bessemerverfahren sich bereits in England ausbreitete, nahmen die Gebrüder Martin früher schon öfter vorgenommene Versuche wieder auf, Stahl durch Zusammenschmelzen von Roheisen und Schweißeisen zu erzeugen. Im Tiegel war das unter Abschluß der Luft und Feuergase im kleinen wohl gelungen, aber im großen, auf dem Herd eines Flammofens, gelang es nicht, weil die damaligen Feuerungsanlagen noch nicht imstande waren, die hierzu nötigen hochgradigen Temveruturen in dem weiten

Raum eines Flammofens gleichmäßig zu erzeugen. Die Erfindung der Brüder Friedrich und Wilhelm Siemens, die Wärmespeicher-Feuerung, bot den Gebrüdern Martin Gelegenheit, sie bei ihren Versuchen in Anwendung zu bringen und zwar mit bestem Erfolg. Der so gefundene Prozeß trägt deshalb mit vollem Recht den Namen beider Erfinder als Siemens-Martin-Verfahren.

Wegen seiner großen Billigkeit hat dieses Verfahren die weiteste Verbreitung gefunden, denn es ist nicht von komplizierten Gebläse- usw. Anlagen abhängig, und es kann durch dasselbe jeder Abfall schmiedbaren Eisens gut verwertet werden.

Man unterscheidet auch hierbei einen sauren und einen basischen Martinprozeß. Bei dem sauren Prozeß muß der Einsatz möglichst frei von Phosphor sein, und soll derselbe auch beim basischen Verfahren 1 % nicht übersteigen, sondern möglichst darunter bleiben, weil die Entphosphorung den Betrieb verteuert und die in der Zeiteinheit ausgebrachte Stahlmenge infolge der Verlangsamung der Charge kleiner ist. Auch Zinn und Schwefel beeinflussen den Gang beider Prozesse nachteilig und dürfen deshalb nicht in wirksamen Mengen in dem Einsatz vorhanden sein.

Die Zuschläge bestehen in Eisenerzen oder beim basischen Prozeß in Kalk, der mit Walzsinter oder mit Hammerschlag zu Ziegeln gepreßt ist und deren Sauerstoffgehalt die Oxydation beschleunigt. Gegen Schluß des Prozesses wird zur Entziehung des gelösten Sauerstoffes und zur Erzielung der gewünschten Qualität Mangan in Gestalt von Ferromangan oder Spiegeleisen zugesetzt oder auch Ferrosilizium. Spiegeleisenzusatz wirkt durch Vermehrung des Kohlenstoffgehaltes härtend auf das Material ein, man setzt es deshalb nur dann zu, wenn man hartes Material zu erhalten wünscht. Will man aber ganz harte Stahlsorten erzeugen, so muß also der Kohlenstoffgehalt noch mehr erhöht werden, und dies erreicht man durch Zusatz von Holzkohlen- oder Kokspulver beim Abfließen der Charge aus dem Ofen in die Pfanne. Um recht dichte Abgüsse zu erhalten, empfiehlt sich ein geringer Zusatz von Aluminium. Derselbe wird entweder in die Pfanne oder in die Kokillen gegeben und soll 0,1% nicht überschreiten, weil sonst der Aluminiumgehalt die Schweißbarkeit vermindert. Durch Zusatz von Nickel, Wolfram, Chrom usw. in metallischer Form am Schluffe des Prozesses erhält man Nickel-, Wolfram-, Chrom usw. Stahl.

Der Martinofen (Fig. 512 und 513) hat verschiedene Größe, je nach dem Einsatz, der 4—40 Tonnen betragen kann. Mit der Größe des Ofens verringern sich die Betriebskosten, und meistens sind Öfen für 10—15 Tonnen im Betrieb. Er ist verbunden mit einer Siemens-Regenerativfeuerung, und es besteht deshalb jede Martinanlage aus den Gaserzeugern, Generatoren, dem eigentlichen Martinofen mit dem zur Vorwärmung der Luft und Gase nötigen Wärmespeicher oder Regenerator und der Gießhalle. Die Generatoren sind mit den Regeneratoren durch ein Kanalsystem zur Leitung der Verbrennungsluft, Gase und Verbrennungsprodukte verbunden. Letztere werden durch einen

zirka 40 m hohen Schornstein abgeführt, und durch ihn wird auch der starke natürliche Zug erreicht.

Die Wärmespeicher liegen meist unter dem Herd und sind zur Hälfte ihres Raumes mit feuerfesten Steinen gitterartig ausgelegt. Bei unserer Abbildung liegen die Regeneratoren auch unter dem Herd, und die beiden äußeren kleinen dienen zur Vorwärmung des Generatorgases, die inneren aber zur größeren Erhitzung' der Verbrennungsluft. Die Größen der Wärmespeicher verhalten sich wie 2:3 oder 3:4.

Vor dem Ofen sind die Ventilgehäuse aufgestellt, eins für das Generatorgas, das andere für die Verbrennungsluft. Sie haben den Zweck, das Gas oder die Verbrennungsluft nach Bedarf in die rechten oder linken Kammern, gleichzeitig aber auch die von der anderen Ofenseite zuströmenden Verbrennungsgase nach dem Schornstein zu leiten.

Bei dem Vorgang der Heizung gelangen Gas und Verbrennungsluft durch die eine Kammerseite (in der Abbildung links) in den Herd, wo die Verbrennung vor sich geht. Die Verbrennungsprodukte entweichen durch die andere Kammerseite und geben hier einen großen Teil ihrer Wärme an das steinerne Gitterwerk ab, ehe sie nach dem Schornstein ziehen. Nach einiger Zeit wird

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Mg. 512.

Mg- 513.

umgeschaltet. Es treten nun Gas und Luft in entgegengesetzter Richtung erst in die rechte Kammerseite und werden da auf die hier herrschende Temperatur gebracht. Dann durchstreichen sie den Herd, wo sie schon eine beträchtlich höhere Temperatur entwickeln. Die abgehenden Gase geben hierauf die in ihnen gebundene Wärme in der rechten Kammerseite ab und ziehen zum Schornstein. Nach einiger Zeit wird wieder umgeschaltet usw.

Die Dauer der Schmelzreife beim Martinprozeß ist verschieden. Ein gut konstruierter und sorgsam ausgeführter Ofen soll 200 Schmelzungen aushalten, von denen jede 5—8 Stunden Zeit in Anspruch nimmt.

Auch hier wird der Stahl aus dem Ofen in eine Pfanne abgestochen, die im Boden ein Ausflußventil hat, und aus ihr wird der Stahl entweder zu Blöcken oder auch gleich zu Fassonguß in Formen vergossen. Aus den Blöcken werden namentlich Bandagen für Eisenbohrungen und Lokomotivräder gewalzt, sowie Achsen geschmiedet.

D. Das Tempern.

Das Tempern oder Glühfrischen verfolgt nicht die Aufgabe, schmiedbares Eisen zu erzeugen, sondern bereits fertigen gegossenen Gegenständen aus weißem Roheisen eine gewisse Weichheit, Zähigkeit und Schmiedbarkeit zu verleihen. Das Verfahren ist ziemlich bekannt und sehr einfach. Man bringt die zu tempernden Gußstücke, wenn sie klein sind, in eiserne Töpfe, größere Stücke aber in eigene gemauerte Behälter, in denen sie, in Roteisensteinpulver verpackt, mehrere Tage lang auf Rotglut erhitzt, geglüht, getempert werden. In dieser hohen Temperatur wirken die Eisenteilchen der Gußstücke sowie das Eisenoxyd im Roteisensteinpulver chemisch stark aufeinander ein, und die an der Oberfläche des Eisens sich befindenden Kohlenstoffpartikel verbinden sich mit dem Sauerstoff des Eisenoxydes zu Kohlenoxyd. Hierdurch wird auf den zu tempernden Gußstücken eine kohlenstoffarme Eisenschicht hervorgerufen, die sich aber von innen heraus infolge der Glühhitze immer wieder mit Kohlenstoff anreichert. Es findet also gewissermaßen eine Wanderung der Kohlenstoffteilchen im Eisen des Gußstückes von innen nach außen statt, und die Folge davon ist, daß nach und nach der Kohlenstoffgehalt des Gußstückes immer geringer wird. Der Kohlenstoffgehalt wird dem des Schmiedeeisens ziemlich gleich, und das Eisen, welches vorher spröde und hart war, wird so weich und zäh, daß es sich schmieden läßt. Der Graphit im Eisen nimmt an diesem Prozeß nicht teil, sondern nur der reine Kohlenstoff; es kann deshalb nur weißes und nicht graues Roheisen getempert werden. Man setzt in der Regel dem Eisen für Temperguß etwas Schmiedeeisen zu, wodurch sein Kohlenstoffgehalt gleich von Anfang an etwas vermindert wird. Man hat hierdurch den Vorteil, daß der Temperprozeß abgekürzt wird und daß die getemperten Gußstücke nicht so leicht springen, wie das der Fall ist, wenn sie nur aus weißem Roheisen gegossen sind.

Der Temperguß eignet sich sehr gut zu Werkzeugen, Schloßteilen und Schlüsseln, und im landwirtschaftlichen Maschinenbau werden die vielen kleinen Bewegungsteile und Hebel der Mechanismen mit Vorliebe in diesem Material angefertigt. Empfehlenswert ist es, nur kleine Gegenstände zu tempern, deren Stärke 20 bis 30 mm nicht übersteigt.

E. Zementieren, Raffinieren von Stahl und die Erzeugung des Tiegel-Flußstahls.

Die bisher besprochenen Stahlerzeugungs-Verfahren gingen davon aus, den Stahl aus Roheisen direkt herzustellen. Das entgegengesetzte Verfahren,

seine Herstellung aus weichem, reinen Schmiedeeisen unter Zuführung von Kohlenstoff, ist bereits Jahrhunderte alt, und den Prozeß, durch welchen diese Verwandlung in Stahl geschieht, nennt man Zementieren.

Das Zementierverfahren ist von England zu uns gekommen, wo es heute noch in Sheffield sehr heimisch ist, während in Deutschland der Hauptsitz für Zementstahlerzeugung in Remscheid zu finden ist. Es vollzieht sich beim Zementieren die Kohlung des Schmiedeeisens in gleicher Weise wie die Entkohlung des Roheisens beim Tempern. Man packt lange dünne Stangen aus Schmiedeeisen in feuerfeste Gefäße, in denen man sie in Kohlenpulver bettet, das sie von allen Seiten umgibt, und setzt dann die Gefäße längere Zeit starker Glühhitze aus. Das Eisen verwandelt sich hierbei durch die Einwirkung des Kohlenstoffes auf das kohlenarme Schmiedeeisen auf der Oberfläche in Stahl, indem es sich mit Kohlenstoff anreichert. Alsdann werden die Stangen zusammengeschweißt, wieder ausgeschmiedet und nochmals zementiert. Das Ausschmieden mit darauffolgendem Zementieren wird so oft wiederholt, bis man eine vollständig gleichmäßige Stahlstange erhält. Durch Zerbrechen und Schmelzen derselben erzielt man die größte Gleichförmigkeit des Stahles, und liefert dieser umgeschmolzene Zementstahl die feinsten Schneidewerkzeuge.

Die Härte des Zementstahles hängt teils von der Beschaffenheit des zementierten Eisens, teils von der Zementierarbeit selbst ab. Wird sehr reines Schmiedeeisen zementiert, so wird der Stahl, nachdem er durch Umschmelzen gleichförmig gemacht worden ist, von feinster Qualität sein. Möglichst geringer Schwefel- und Siliziumgehalt ist ebenfalls von Einfluß auf die Qualität des Stahles, während der Schlackengehalt des zu zementierenden Eisens weniger Einfluß auf die erzielte Qualität des Stahles hat, weil die Schlacke im Gang der Zementierarbeit und namentlich durch das Umschmelzen ausgeschieden wird. Das Verfahren, durch mehrfach wiederholtes Schweißen der zementierten Stäbe Stahl von -gleichmäßiger Struktur zu erzeugen, nennt man auch Raffinieren oder Gärben und den hierdurch erhaltenen Stahl Raffinier- oder Gärb-ftahl. Werden die so erhaltenen Stahlstangen durch Umschmelzen in Tiegeln auf ein gleichmäßiges Gefüge gebracht, so heißt das erhaltene Produkt Tiegel-Flußstahl.

Wir haben über den Tiegel-Gußstahl selbst und seine Herstellung noch das Wichtigste mitzuteilen. In Deutschland wird das Hauptverdienst um die * Herstellung des Tiegel-Gußstahls Krupp zugeschrieben, dem es gelang, schon fertigen Stahl durch Umschmelzen sehr gleichförmig zu machen. Richt weniger Verdienste um die Stahl-Gießtechnik hat außer Krupp auch Jakob Meyer, der Begründer des Bochumer Vereins für Bergbau und Gußstahlfabrikation. Meyer kann als der Erfinder des Stahl-Fassongusses betrachtet werden, und die bedeutendste Errungenschaft des Bochumer Werkes auf diesem Gebiete ist die Erzeugung von harmonisch abgestimmten Kirchenglocken aus Tiegelstahl-Fassonguß, welche noch heute nur von diesem Werke hergestellt werden.

Die Hauptschwierigkeit der Herstellung des Gußstahls lag in der hohen Temperatur, welche zum Schmelzen des Stahles erforderlich ist, und in der Beschaffenheit der Schmelztiegel. Durch Einführung der Siemensschen Gas-Regenerativheizung wurde die Temperaturfrage befriedigend gelöst, dagegen hat man ziemlich lange gebraucht, brauchbare Schmelztiegel zu erzeugen.

Die Schmelztiegel für Stahl werden jetzt aus feuerfestem Ton hergestellt, welcher keine freie Kieselsäure enthält, und man formt sie unter Anwendung hohen Druckes auf Pressen. Werden diese Tiegel noch mit einem Futter aus reiner Magnesia versehen, so wird ihre Haltbarkeit wesentlich erhöht. Ihre Größe wird meist so gewählt, daß sie 15 kg Einsatz fassen, und geht man im Maximum bis zu 45 kg Einsatz. Bei so kleinem Einsatz machen sich natürlich sehr weitläufige Einrichtungen nötig, um den zum Guß eines großen Stückes nötigen Tiegelstahl zu erzeugen. Die Anlagen für diesen Zweck auf den Kruppschen Werken in Essen sind die bedeutendsten der Welt.

Der zum Schmelzen und Gießen bestimmte Stahl hat die Form dünner Stangen, welche zerbrochen werden, und stellt man die so erhaltenen länglichen Stücke aufrecht in die Tiegel. Die sich ergebenden Zwischenräume werden so dicht als möglich mit kleinen Stahlstücken ausgefüllt. Bei der Erzeugung von Chrom- und Wolfram stahl in Tiegeln setzt man auch die dazu nötigen Stoffe noch in entsprechender Menge zu.

Die Tiegel-Schmelzöfen für Stahl haben sehr verschiedene Einrichtung. Am häufigsten findet man sie so angeordnet, daß die Tiegel in vier Reihen so nebeneinander aufgestellt sind, daß sie nacheinander ohne Schwierigkeit aus dem unter der Sohle der Gießhalle liegenden Ofen gehoben werden können. Vor der ersten Schmelzung müssen die Tiegel gut angewärmt werden, weil sie sonst Risse bekommen. Das Niederschmelzen des Stahles erfordert 3—4 Stunden, bei späteren Güssen aber braucht man zum Schmelzen höchstens 2¹/* Stunden, weil dann der Ofen schon in Glut steht und die Anheizperiode in Wegfall kommt.

Die Gußstahlformen bestehen gewöhnlich aus Gußeisen, wenn der Stahl nicht zu Fassonguß vergossen wird. Die gußeisernen Formen sind innen mit Steinkohlenteer oder Lehm ausgestrichen und müssen leicht angewärmt sein, ehe sie den flüssigen Stahl aufnehmen. Wird der Stahl nicht in der richtigen Hitze vergossen, so wird der Guß leicht blasig. Hat man größere Blöcke aus Tiegelstahl zu gießen, zu deren Herstellung viele Tiegel gebraucht werden, so müssen die Arbeiter gut geschult sein, damit das Zubringen, Ausgießen und Abtragen der Tiegel keine Unterbrechung erleidet. Jedenfalls ist es besser, die Tiegel erst in eine große, gut (bis auf Glühhitze im Innern) vorgewärmte Gießpfanne zu entleeren und aus dieser dann den Stahl in einem Strom zu vergießen, wie dies beim Bochumer Verein beim Guß der Glocken aus Tiegelstahl gehandhabt wird.

Ist der Guß gut gelungen, so zeigt der Bruch eine gleichförmige graue Farbe. Die Bruchfläche ist rauh und läßt im schief auf sie fallenden Licht

eine schuppige, fadenartige Struktur erkennen, die sich von der Mitte der Bruch, fläche strahlenförmig nach außen entwickelt.

F. Die elektrischen Schmelzverfahren.

Wie wir in den vorstehenden Ausführungen mitgeteilt haben, kommt es bei den Hüttenprozessen vorwiegend auf die Erzeugung hochgradiger Temperaturen an, die mit den natürlichen Brennstoffen (Kohle und Koks) unter Hinzuziehung kräftiger Gebläse, aber doch nur in beschränktem Maße und bis zu einer gewissen Grenze, zu erzeugen sind. Aber die aus Kohle und Koks erzeugten unreinen Heizgase haben den Nachteil, daß sie dem schmelzenden Erz Stoffe (Kohle, Schwefel usw.) zuführen, die die Qualität des erschmolzenen Metalles nachteilig beeinflussen, so daß es ganz berechtigt erschien, wenn die Hüttentechniker nach einer Wärmequelle suchten, die bei hochgradiger Temperatur eine von schädlichen Bestandteilen möglichst freie Schmelzatmosphäre schafft, die das erschmolzene Material nicht benachteiligt und in kürzerer Zeit die Charge niederschmilzt.

Diese Wärmequelle suchte man schon längst in dem elektrischen Licht-bogen zu gewinnen, den Humphry Davy um 1800 zuerst beobachtete, dessen Eigenschaften als Wärmequelle aber erst Despretz 1849 wissenschaftlich begründete. Die Temperatur des elektrischen Lichtbogens ist bisher noch nicht genau bestimmt, doch kann man annehmen, daß in den drei Zonen, aus denen er besteht, eine Temperatur von 3500—4000 ⁰ C herrscht. Bei dieser Temperatur verbindet sich der nur sehr schwierig in Reaktion zu bringende Stickstoff der Luft mit dem Sauerstoff, und es gelingt hierdurch zunächst Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen und hieraus künstlichen Salpeter zu erzeugen, so daß man in Zukunft den Stickstoff der Luft zu Kunstdünger wird verarbeiten können.

Der erste, welcher die wirtschaftliche Bedeutung der elektrischen Eisenerzeugung richtig erkannte und durch Versuche der Praxis zugänglich zu machen suchte, war Wilhelm Siemens. Sein erster Ofen, in dem er auf elektrischem Wege Eisen schmolz, war ein Tiegelofen. Der Tiegel stand in einer gegen Ausstrahlung isolierenden Packung. Die eine Kohlenelektrode wurde, an einem über dem Tiegel angeordneten Balken hängend, von oben in den Tiegel eingeführt, während die andere durch den Tiegelboden hindurch von unten in den Tiegel ragte.

Der zweite Ofen, den wir in Fig. 514 darstellen, hatte horizontal angeordnete Elektroden,    von    denen die linke mit    Wasser-

kühlung    versehen war, während die andere    ~?p|

(rechts)    zur    Zuführung von Luft    in den    5l

Schmelzraum    des Tiegels diente.    Einen    J_J

durchschlagenden Erfolg hatten aber diese __

Verfahren alle nicht. Wilhelm Siemens be-

nutzte bei seinen Versuchen einen Kohlentiegel, in den er Erz, Kalk und Kohle hineinpackte, also dieselbe Mischung, die auch beim Hochofenbetriebe Anwendung findet, um das Eisen aus seinen Erzen auszuschmelzen. Außerdem erzeugte er den elektrischen Lichtbogen zwischen zwei Kohlenelektroden, denen der Strom aus einer Dynamomaschine zugeleitet wurde. Gerade der Bestandteil, der vermieden werden muß, wenn eine gute Eisensorte entstehen soll, nämlich die Kohle, war also in überreichem Maße vorhanden; sie fand sich im Tiegel, in der Mischung und endlich in den Elektroden. Da sich nun der Kohlenstoff in geschmolzenem Eisen äußerst leicht auflöst, so darf es uns nicht wundernehmen, daß die Erzeugnisse, die Wilhelm Siemens erhielt, sehr stark kohlenstoffhaltig waren. Die enorme Hitze des in einem allseitig geschlossenen Tiegel brennenden elektrischen Lichtbogens ergab zwar in einer Hinsicht den gewünschten Erfolg: das Erz schmolz, und aus ihm schied sich Eisen ab, ohne daß es notwendig gewesen wäre, große Mengen heißer Luft einzublasen, um die Schmelztemperatur zu erzeugen; diesem Erfolg stand aber ein Mißerfolg gegenüber: einmal war das erzeugte Produkt stark kohlenstoffhaltig und deshalb vollkommen wertlos; dann hatten sich große Mengen der teuren Kohlenelektroden im Eisen aufgelöst, wodurch der Preis dieses wertlosen Produktes ein ziemlich hoher wurde, endlich aber war die Schlacke, die sich bei der Eisengewinnung stets bilden muß, und die infolge ihres geringeren spezifischen Gewichts auf dem geschmolzenen Metall schwimmt, zwischen die beiden Kohlenelektroden eingeschaltet. Da sie dem Durchgänge des Stromes einen hohen Widerstand entgegensetzte, so waren bedeutende Strommengen nötig, um diesen Widerstand zu überwinden. Mit dem erhöhten Stromverbrauch stiegen aber die durch den Elektrodenverschleiß sowieso schon beträchtlich angewachsenen Herstellungskosten abermals, und so war der Mißerfolg ein durchschlagender: ein teures und technisch wertloses Erzeugnis!

War es auch Wilhelm Siemens nicht mehr vergönnt, an dem ferneren Ausbau der elektrischen Eisengewinnung Anteil zu nehmen, so war doch der von seinem Bruder Werner angeregte und durchgeführte Gedanke, Eisen auf elektrischem Wege darzustellen, auf fruchtbaren Boden gefallen. Zahlreiche Erfinder nahmen ihn in der Folgezeit auf. Wir brauchen uns mit ihren Ideen und Versuchen hier nicht weiter zu beschäftigen. Es genüge, wenn wir erwähnen, daß auch sie keinerlei Erfolge erzielten und keine erzielen konnten, da sie genau dieselben Fehler machten, die auch Wilhelm Siemens gemacht hatte. Durch ein stark kohlenstoffreiches Erzeugnis, durch starken Elektrodenverschleiß und durch einen hohen Stromverbrauch sind ihre Verfahren charakterisiert.

• Wir brauchen uns bei den vielen Versuchen, die nach langen Mühen endlich zur Lösung dieses Problems geführt haben, nicht aufzuhalten und lassen hier eine Besprechung der elektrischen Schmelzöfen folgen, die mit positivem Erfolg in der Praxis Einführung fanden.

Es kam dabei zunächst darauf an, die Kohlenstoffaufnahme trotz der Anwendung von Kohlenelektroden zu verhindern, und gelang dies zuerst mit

dem H6roult-Ofen (Fig. 515). Es ist dies ein Lichtbogen- und Widerstands, ofen, in welchem beide Elektroden von oben in den Schmelzherd eingeführt werden. Auf dem Metalle wird nun eine oxydierend wirkende Schlacke

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Fig. 515.

(Magnetit mit basischen Zuschlägen) gehalten. Die Elektroden stehen so weit voneinander, die Schlackenschicht dagegen wird so dünn gehalten, daß der Stroin von der einen Elektrode unter Bildung eines Lichtbogens zuerst zur Schlacke, durch diese zum Metall, von diesem aus am anderen Ende wieder durch die

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Auch hier wird der Stahl aus dem Ofen in eine Pfanne abgestochen, die im Boden ein Ausflußventil hat, und aus ihr wird der Stahl entweder zu Blöcken oder auch gleich zu Fassonguß in Formen vergossen. Aus den Blöcken werden namentlich Bandagen für Eisenbohrungen und Lokomotivräder gewalzt, sowie Achsen geschmiedet.

D. Das Tempern.

Das Tempern oder Glühfrischen verfolgt nicht die Aufgabe, schmiedbares Eisen zu erzeugen, sondern bereits fertigen gegossenen Gegenständen aus weißem Roheisen eine gewisse Weichheit, Zähigkeit und Schmiedbarkeit zu verleihen. Das Verfahren ist ziemlich bekannt und sehr einfach. Man bringt die zu tempernden Gußstücke, wenn sie klein sind, in eiserne Töpfe, größere Stücke aber in eigene gemauerte Behälter, in denen sie, in Roteisenstein-pulver verpackt, mehrere Tage lang auf Rotglut erhitzt, geglüht, getempert werden. In dieser hohen Temperatur wirken die Eisenteilchen der Gußstücke sowie das Eisenoxyd im Roteisensteinpulver chemisch stark aufeinander ein, und die an der Oberfläche des Eisens sich befindenden Kohlenstoffpartikel verbinden sich mit dem Sauerstoff des Eisenoxydes zu Kohlenoxyd. Hierdurch wird aus den zu tempernden Gußstücken eine kohlenstoffarme Eisenschicht hervorgerufen, die sich aber von innen heraus infolge der Glühhitze immer wieder mit Kohlenstoff anreichert. Es findet also gewissermaßen eine Wanderung der Kohlenstoffteilchen im Eisen des Gußstückes von innen nach außen statt, und die Folge davon ist, daß nach und nach der Kohlenstoffgehalt des Gußstückes immer geringer wird. Der Kohlenstoffgehalt wird dem des Schmiedeeisens ziemlich gleich, und das Eisen, welches vorher spröde und hart war, wird so weich und zäh, daß es sich schmieden läßt. Der Graphit im Eisen nimmt an diesem Prozeß nicht teil, sondern nur der reine Kohlenstoff; es kann deshalb nur weißes und nicht graues Roheisen getempert werden. Man setzt in der Regel dem Eisen für Temperguß etwas Schmiedeeisen zu, wodurch sein Kohlenstoffgehalt gleich von Anfang an etwas vermindert wird. Man hat hierdurch den Vorteil, daß der Temperprozeß abgekürzt wird und daß die getemperten Gußstücke nicht so leicht springen, wie das der Fall ist, wenn sie nur aus weißem Roheisen gegossen sind.

Der Temperguß eignet sich sehr gut zu Werkzeugen, Schloßteilen und Schlüsseln, und im landwirtschaftlichen Maschinenbau werden die vielen kleinen Bewegungsteile und Hebel der Mechanismen mit Vorliebe in diesem Material angefertigt. Empfehlenswert ist es, nur kleine Gegenstände zu tempern, deren Stärke 20 bis 30 mm nicht übersteigt.

E. Zementieren. Raffinieren von Stahl und die Erzeugung des Tiegel-Flußstahls.

Die bisher besprochenen Stahlerzeugungs-Verfahren gingen davon aus, den Stahl aus Roheisen direkt herzustellen. Das entgegengesetzte Verfahren,

dem Eisen und ist deshalb stets kälter als dieses, und leidet hierunter ihre Reduktionsfähigkeit.

Der Röchling-Nodenhauser-Ofen (Fig. 517) vermeidet diesen Mangel dadurch, daß für einen Teil des Bades die direkte Widerstandserhitzung zu Hilfe genommen ist. Beide Vertikalschenkel des Magneteisenkernes H sind mit Wicklungen A des Primärstromkreises und mit Schmelzrinnen C versehen, welch letztere zu einem breiten Mittelherde D zusammenlaufen. Hinter zwei die Enden dieses Mittelherdes bildenden Schutzwänden aus Magnesia, bezw. Dolomit, welche bei höherer Temperatur sehr gut leitfähig werden, befinden sich, in einen Sekundärstromkreis B eingeschaltet, Polplatten, von denen aus Ströme durch die in dem breiten Herde befindliche Schmelze gehen sollen.

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Fig. 617.

Dieser Ofen ist in den Röchlingschen Eisen- und Stahlwerken mit Erfolg schon längere Zeit im Betrieb, während sich die Bonner Fräserfabrik, G. m. b. H., zur Erzeugung ihres Stahles des Stassano-Ofens bedient, den wir in Fig. 518 im Schnitt und Grundriß, in Fig. 519 als Ansicht darstellen.

Der Stassanoofen ist ein Lichtbogenofen, bei dem der Lichtbogen zwischen drei im Kreise gleichmäßig verteilten Kohlenelektroden gebildet wird und das unter ihnen befindliche Bad beheizt. Der Ofen ist drehbar und bietet hierdurch verschiedene Vorteile. Er ist außen mit Blech umhüllt, hinter dem ein starkes Futter aufgestampft ist, das aus Magnesit besteht. Daß der Ofen überall gegen die Außenluft gut abgeschlossen ist, hebt Stassano besonders hervor, um die gute Wärmeausnutzung zu erklären. Tatsächlich führt auch jeder unnütze Eintritt von Luft zur Abkühlung und Verzögerung der Schmelze. Aus diesem Grunde ist das Gasabführungsrohr oben auf der Kuppel weggefallen. Die

Bewegung der Elektroden vollzieht sich glatt, sicher und einfach. Die Steuerung, zwecks Einhaltung der richtigen Entfernung der Elektrodenspitzen voneinander, geschieht von Hand, unter Vermittlung dreier Druckwasserzylinder, die aber keine Preßwasserpumpe und Akkumulator, sondern nur den Anschluß an eilte

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Fig. 518.

Wasserleitung von gewöhnlichen Druckverhältnissen (4—5 Atm.) erfordern. Die Elektroden lassen sich ausnutzen, bis der Stumpf nur noch 0,1 m hervorragt; dann erfolgt das Auswechseln, das fünf Minuten in Anspruch nimmt. Die Kohleelektrode befindet sich an der Spitze eines Metallrohres, das, auf einer metallenen Spindel verschiebbar, mit der Kolbenstange des Wasserdruckzylinders gekuppelt ist. Den Kontakt zwischen Spindel und Rohr vermitteln zwei Metallpackungen. Die Isolierung des Stromleiters gegen den eisernen Panzer des Ofens ist in der einfachsten Weise durchgeführt. Die eben genannte Spindel ist in der Mitte eines wassergekühlten Gehäuses angebracht. Die Drehbewegung wird durch ein Stirnradvorgelege von einem Elektromotor vermittelt. Der Motor wird angelassen, darauf der Riemen auf die Festscheibe geschoben und gleichzeitig ein Läutewerk in Bewegung gesetzt, um die Arbeiter aus betn Drehbereich der weit ausladenden Elektrodenarmierungen abzurufen. Der Ofen dreht sich dabei auf einem Rollenkranz. Die drei Stromzuführungskabel münden in Schleifstücke aus, welche, gegen drei isolierte Ringe der senkrechten Welle gepreßt, den Strom zu den Elektrodengestängen führen. Durch diese Drehbewegung

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F'g. 519.

um eine geneigte Achse wird es zunächst ermöglicht, mit nur einer Arbeits. Öffnung auszukommen, die in der höheren Lage als Beschickungsöffnung, in der tiefen Lage als Abschlacköffnung dient, auch wird das Schließen der Stichlochöffnung dadurch sehr einfach gestaltet. Weiter läßt sich leicht eine gute Durchmischung des Schmelzbades und in Berührung mit einer frischend, entphos-phorend oder entschwefelnd wirkenden Schlacke eine kräftige chemische Einwirkung erzielen. Der Ofen ist in feinen Einzelheiten gut durchkonstruiert, er verrät, daß Staffano aus langjähriger Praxis heraus sich den Bedürfnissen der Stahlformgußtechnik angepaßt hat. Die Bonner Fräserfabrik teilt uns über die mit ihrem Stassanoofen erzielten Betriebsresultate folgendes mit:

Die Bonner Fräserfabrik, G. nt. b. H., welche bis Dezember 1907 ihren Spezial-Stahlformguß im Tiegelofen erzeugte, ging Anfang des Jahres 1908 zum elektrischen Schmelzverfahren über.

Maßgebend für den Entschluß, das bewährte frühere System zu ändern,

war das Bestreben, bei gleichbleibender oder besserer Qualität des Produktes die Herstellungskosten zu verringern, um so trotz der sinkenden Verkaufspreise konkurrenzfähig bleiben zu können.

Nach eingehenden Studien und Versuchen ergab sich, daß nur das elektrische Schmelzverfahren beiden Anforderungen, sowohl an Qualität, als auch an Billigkeit, entsprechen könne, und fiel dann nach eingehenden Vorstudien die Wahl auf das System Stassano, weil es das einzige war, mit dem die Erzeugung von Stahlfassonguß bereits seit Jahren in größerem Maßstab betrieben worden war.

Als Ersatz für die alte Anlage, bestehend aus 32 Tiegelöfen mit je 6 Tiegeln von zirka 35 kg Schmelzinhalt, wurde ein drehbarer Stassano-Schmelzofen von 250 PS Kapazität und 1000 kg Chargeninhalt aufgestellt, während ein zweiter als Reserve und zur zeitweiligen Vergrößerung der Produktion im Bau begriffen ist.

Die ganze Anlage wurde an das Leitungsnetz des Elektrizitätswerkes „Berggeist", A.-G. in Brühl bei Köln angeschlossen, welche die ganze Umgegend mit dreiphasigem Drehstrom von 5200 Volt Spannung bei 50 Perioden für Licht- und Kraftbetrieb versorgt. Durch den Anschluß des Stassanoofens an das Leitungsnetz machte sich nicht die geringste Störung dieses Elektrizitätswerkes bemerkbar.

Die Schwankungen in der Stromentnahme aus dem Netz sind sogar so gering, daß ohne Zwischenschaltung irgend einer Anlaß- oder Reguliervorrichtung der Anschluß direkt an die Niederspannungsseite der Transformatorenstation erfolgen konnte. Der Ofen wird mit dreiphasigem Drehstrom von 110 Volt Spannung betrieben. Alle der zufälligen Berührung ausgesetzten elektrischen Teile sind isoliert, so daß die Bedienung völlig gefahrlos ist, und aus diesem Grunde wurde auch der Ofen von der Gewerbebehörde als der Konzessionspflicht nicht unterliegend anerkannt.

In dem seit Beginn des Jahres ununterbrochen aufrecht erhaltenen Betriebe wird Stahlfassonguß mit einem Gehalt von

0,08—0,18 % Kohlenstoff, zirka    0,06 „    Phosphor

und „    0,03 „    Schwefel

erzeugt, außerdem einzelne Chargen Werkzeugstahl von etwa 0,7—1,3 °/₀ Kohlenstoff

mit oder ohne Zusätze von Chrom, Wolfram, Nickel usw. vergossen.

Als    Einsatzmaterial wird    Schrott    und Schmiedeeisenabfälle,    Dreh

späne usw. zum Preise von durchschnittlich 60—65 M. pro Tonne verwendet.

Der Ofen faßt eine Charge von 1000 kg, die bis auf den letzten Rest vergossen wird. Die Schmelzdauer inkl. der Raffination beträgt zirka 5 Stunden, der Stromverbrauch dabei im Mittel zirka 900 Kilowattstunden pro Tonne flüssiges Eisen.

Der Strompreis sinkt infolge des Rabattes für Großabnehmer bis auf

4,5 Pf. pro Kilowattstunde, so daß die Stromkosten für eine Schmelzung zirka 40 M. betragen.

Die sonstigen Betriebskosten, bezogen auf die Tonne flüssiges Eisen, ergeben sich im Mittel in folgender Höhe:

M. 5.— 70.— 45.— 12.— 10.—

Amortisation des Anlagekapitals . .

Kosten des Einsatzes einschl. Zuschläge Stromverbrauch einschl. Heizen in den Schmelzpausen „

2.50

0.50

Kühlwasserverbrauch.............

M. 145.—

Die Ausmauerung des Ofens hält bei ununterbrochenem Betriebe etwa 70 Chargen aus, so daß der Ofen nach zirka 20—25 tägigem Gang behufs Erneuerung des Magnesitfutters auf 5 Tage stillgesetzt werden muß.

Der mechanische Teil der Konstruktion hat bisher trotz forcierten Betriebes keinen Anstand ergeben, sowohl die hydraulische Elektrodensteuerung, als auch die Drehbewegung vollzieht sich andauernd exakt und stoßfrei.

Die Vorteile des Stassanoofens gegenüber dem alten Tiegelverfahren liegen in der Verwendung des billigen Rohmaterials an Stelle des mehr als dreimal so teueren schwedischen Roheisens, in der Vereinfachung und Verbilligung der Bedienung, da 3 Mann zur Verrichtung aller Arbeiten am Ofen völlig ausreichend sind, und in der Möglichkeit, Chargen von 1000 kg mit genau bestimmbarer Qualität völlig homogen herzustellen. Der Stahl verläßt den Ofen bei sehr hoher Temperatur, so daß beim Abgießen kleinerer Stücke bis zu etlichen 100 g Gewicht das Umgießen aus der großen Pfanne in kleinere Gefäße anstandslos erfolgt, wobei das Eisen noch immer heißer und dünnflüssiger ist als beim Tiegelofenprozeß. —

Schließlich sei noch in Fig. 520 ein elektrischer Tiegelschmelzosen

Fig- 520.

mitgeteilt, über den die Zeitschrift „El Worlt“ in Nr. 17 (1908) wie folgt berichtet:

Einen einfachen, soliden, leicht regulierbaren elektrischen Schmelzofen für Herstellung kohlenstoffreier Legierungen baut die Hoskins Co. in Chicago. Derselbe ist eine besondere Modifikation der Widerstandsöfen. Zwei Kohlenplatten BB sind mit zwei Graphitplatten CG, die zusammen gleichzeitig die

Ofenwände bilden, rechteckig aneinandergestellt. (Fig. 520.) Die Ofenwände nebst den Enden der beiden an sie stoßenden Graphitstangen F F sind in schwer schmelzbares Material H (Magnesia) eingebettet und das Ganze in ein Stahlgehäuse D eingeschlossen. Die Stromzuführung erfolgt durch die an die Stangen F F geklemmten Kupferbügel J J, und die Regulierung der Stromstärke und damit der Hitze, die natürlich hauptsächlich an den Kontaktstellen der Platten entwickelt wird, läßt sich in sehr einfacher Weise durch Steigerung der anfänglich kleinen Pressung mittels der beiderseitigen Druckschrauben GG bewerkstelligen. Die Betriebsspannung beträgt je nach Ofengröße (Plattenzahl) 10—50 Volt, welche ja durch Transformatoren, Motorgeneratoren oder Akkumulatoren bei Wechsel-, bezw. Gleichstrom leicht erhältlich ist. Die Betriebsfähigkeit des Ofens reicht bis zur fast völligen Aufzehrung des Widerstandsmaterials, dessen Erneuerung Augenblickssache ist. Erreichbar sind Temperaturen von 1800—2000° C und mehr. Besonders geeignet ist dieser Ofen für die Legierungen refraktorischer Edelmetalle und anderer, wie Platin, Gold, Silber, Mckel, Kupfer usw. Fig. 286 zeigt den Ofen im Gebrauchszustand.

Zweites Kapitel.

Die Praxis des Formerei- und Gießereibetriebes.

Die Kunst, das Eisen zu schmelzen und in Formen zu gießen, ist noch lange nicht so alt, wie die Kunst des Bronzegusses, die schon den Phöniziern in der Zeit lange vor Christi Geburt bekannt war, von ihnen zu den Griechen und Römern gebracht und im 8. Jahrhundert unserer Zeitrechnung auch in Deutschland bekannt und ausgeübt wurde.

Wir finden die ersten Spuren zweckmäßiger Roheisenerzeugung in Deutschland zu Anfang des 13. Jahrhunderts im Siegerland und in Schmalkalden. Gußeiserne Kanonen erwähnen die Chronisten erst im Anfang des 15. Jahrhunderts und wurden im Hussitenkrieg bei Belagerung der Feste Karlstein 1422 mit Erfolg verwendet.

Der Grund für die späte Einführung und Erfindung der Gießfähigkeit des Eisens ist darin zu suchen, daß das am frühesten erzeugte weise Roheisen für Gießzwecke untauglich war, und erst durch Erhöhung der Öfen und die dadurch erlangte höhere Temperatur wurde es möglich, das Silizium int weißen Roheisen zu reduzieren und graues Roheisen zu erzeugen.

Solange die Hochöfen noch mit Holzkohlen betrieben wurden und der Bedarf an Eisenguß ein nur geringer war, vergoß man das Gußeisen direkt aus dem Hochofen. In den dreißiger Jahren des 19. Jahrhunderts ging man dazu über, selbständige Gießereianlagen zu schaffen, in denen das im Hochofen gewonnene Roheisen in kleineren Öfen (Kupolöfen) umgeschmolzen und aus ihnen vergossen wurde.

Der Gießereibetrieb zerfällt in drei Hauptteile, die wir nachstehend be-• sprechen werden. Ehe das Eisen vergossen werden kann, müssen die hierzu nötigen Formen hergestellt werden, die man mit Hilfe besonderer Modelle erzeugt. Dementsprechend zerfällt der Gießereibetrieb in Modellbau, Formerei und Gießerei.

Die Modelltischlerei.

Im Maschinenbau herrscht ein Reichtum an Formen, wie sonst in keinem Gewerbezweige. Wenn sich nun dieselben auch ihrer Gestalt nach meist ans

rein geometrischen Grundformen zusammensetzen, so bieten sie doch mit ihren vielfachen Ansätzen, Durchdringungen, Kröpfungen und Hohlräumen eine Menge Schwierigkeiten für ihre Herstellung in Gußeisen, und der Modelltischler muß von dem Hergang der Formerei ebensogut unterrichtet sein wie der Former selbst, wenn er ein Holzmodell selbständig bauen will, das formbar ist. In Werkstätten, die Wert auf ein gut geschultes Personal legen, ist es Brauch, den Tischlerlehrling vielleicht zu Anfang des zweiten Jahres seiner Lehrzeit einige Monate bis ¹/₂ Jahr lang, wenn auch nur in halben Tagesschichten, in der Formerei mit arbeiten zu lassen, damit er dieses Gewerbe in seiner Handhabung aus eigener Anschauung kennen lernt. Umgekehrt verfährt man ebenso mit Lehrlingen der Formerei und erreicht hierdurch, daß die jungen Leute später mit größerer Sachkenntnis ihre Arbeiten ausführen und gute Ware liefern.

Handelt es sich nun beim Bau der Modelle nur um die Nachbildung der Außenform eines Gegenstandes in Holz, Gips, Blei usw., so haben wir ein Modell anzufertigen. Ist dagegen eine Hohlform in Holz herzustellen, durch welche es möglich wird, in der Formerei volle Körper herzustellen, welche die Hohlräume eines Modells wiedergeben, so nennt man diese Hohlform Kernkasten oder Kerndrücker, und der mit ihrer Hilfe geformte volle Körper heißt der Kern oder das Kernstück. Hat der Kern oder auch das Modell eine runde symmetrische Form (Rohr oder Zylinder), oder ist er ein Rotationskörper (Riemenscheibe, Zahnrad, Schwungrad usw.), so bedient man sich heute zu ihrer Abformung kaum mehr eines teuren und komplizierten Holzmodells, sondern man formt sie mit einer in Holz ausgeschnittenen Schablone, welche das Umfangsprofil genau wiedergibt und deren Kanten nach unten zu geschärft werden. Ihre Anwendung lernen wir bei Besprechung der Schablonen-Formerei noch näher kennen.

Modelle, die weniger oft gebraucht werden, fertigt man aus Holz an; müssen aber nach einem Modell viele Abgüsse angefertigt werden, so empfiehlt sich die Herstellung von Eisen-, Bronze- oder Aluminiummodellen. Namentlich letztere dürften infolge ihrer großen Leichtigkeit und der guten Eigenschaft, daß sie im nassen Sande oder Lehm lange liegen können ohne zu rosten, in Zukunft vielfach Verwendung finden, wenn erst das Aluminium als Legierung billiger geworden ist. Man fertigt die Holzmodelle für einfache und weniger profilierte Gegenstände aus Kiefern-, Tannen- oder Fichtenholz. Bessere Modelle und solche, die gedreht oder geschnitzt werden müssen, macht man aus Apfel-, Birn-, Pflaumenbaumholz, Erlen- und Eschenholz. Das Holz muß bei der Verarbeitung gut lufttrocken sein, um späteres Reißen und Verziehen zu vermeiden, weil durch letzteren Vorgang eine Gestaltsveränderung eintritt, die alsdann auch im Gußstück wieder zum Ausdruck kommt und infolgedessen nachteilig wirkt. Man speichert deshalb das Modellholz jahrelang in luftigen aber trockenen Schuppen oder in der Modelltischlerei selbst auf einem Hängeboden auf, weil die in der Werkstatt herrschende höhere Temperatur das Austrocknen beschleunigt. Das gute Austrocknen allein schützt aber nicht gegen

spätere Gestaltsveränderung der Modelle. Wenn das Verziehen derselben nun auch nicht ganz zu vermeiden ist, so kann man sich dagegen doch in etwas schützen, indem man das Modell aus vielen kleineren Holzstücken herstellt und diese unter stetem Wechsel der Faserrichtung über- und nebeneinanderliegend verleimt. Je kleiner man hierbei die Holzstücke wählt, um so geringer ist ihre Längenveränderung durch Schwinden oder ihr Stärkerwerden durch Quellen. Das Holz schwindet in der Faserrichtung wenig, aber stärker senkrecht zur Faser und am stärksten in der Richtung der Jahresringe, im Mittel etwa 0,5 und 5 bis 10% beim Übergang aus dem frischen in den lufttrockenen Zustand. Verwendet man lufttrockenes Holz in kleinen Stücken und läßt Hirnholz gegen Querholz stoßen, so wird bei den Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft die geringe Änderung eines Stückes senkrecht zur Faser dadurch, daß das nächste Stück nicht in der gleichen Richtung schwindet, aufgehoben.

Fig. 521 zeigt z. B., wie das Verleimen eines Kranzes zu geschehen hat, der später den Kranz eines Riemenscheibenmodells oder eines sonstigen zylindrischen

Fig. 521.

Körpers bilden soll. Der Kranz muß auf ziemlich geringe Wandstärke abgedreht werden und würde, wenn die einzelnen Lagen aus einem Stück geschnitten wären, sich leicht verziehen. Aus der Skizze ersieht man, wie die einzelnen Holzstückchen verleimt werden müssen, und man hat darauf zu achten, daß die senkrechten Fugen nie übereinander zu stehen kommen, sondern es muß jede senkrechte Fuge auf die Mitte des darunterliegenden Holzstückes zu stehen kommen. Zum Schutz der Holzmodelle gegen die Feuchtigkeit des Sandes, in dem sie beim Formen oft längere Zeit liegen müssen, überzieht man sie mit Modellack, den man aus reinem Alkohol und in ihm gelösten Schellack herstellt. Zum besseren Verdecken der Holzfasern und Leimfugen setzt man dem Lack noch Mennige zu, so daß die bekannte rote Modellackfarbe entsteht. Die Stellen, an denen in das geformte Modell Kerne eingelegt werden, und welche durch sogenannte Kernmarken am Modell gekennzeichnet sind, werden durch schwarzen Lackanstrich auf den Kernmarkenflächen hervorgehoben, so daß der Former genau weiß, wo die Kerne einzulegen sind.

Bei der Anfertigung der Modelle hat man ferner auch das Schwinden des Gusses wohl zu beachten. Wir haben im Kapitel „Wärmelehre" schon angegeben, wie groß das Schwindvermögen, die Schwindung der verschiedenen Körper beim Übergang aus dem warmen in den kalten Zustand, ist, und auch der Modellbauer hat sich bei der Herstellung der Modelle nach der Schwindung des Gusses zu richten und das Modell nach Schwindmaßen zu bauen. Es beträgt für Gußeisen ¹/₀₆, also muß das Modell für 1 m Länge

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des Gußstückes eine Länge von ^ —- 1,0105 m erhalten. Diese Länge ist

auf den Schwindmaßstäben, nach denen man in der Modellwerkstatt arbeitet, in 1000 Teile geteilt wie bei dem Normalmeter, und erhält das Modell nach allen Richtungen hin seine Abmessungen nach Schwindmaß. Bei gußeisernen Modellen, die nach Holzmodell gegossen werden, muß letzteres doppeltes Schwindmaß erhalten, also als Längeneinheit für 1 in — 1,021 m.

Viele Modelle sind nicht im ganzen aus der Form zu heben und müssen deshalb in einzelne, aushebbare Teile zerlegt werden, indem man sie teilt. Ausnahmen hiervon sind möglich und ergeben sich durch besondere Kunstgriffe in der Formerei, welche nur die Praxis selbst lehren kann. Bei den meisten Modellen geschieht die Teilung in einer Symmetrie-Achse des Modells, sofern

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Fig. 522.

sie selbst symmetrisch sind, wobei man auf die Aushebbarkeit der einzelnen Teile Rücksicht zu nehmen hat. Aushebbar ist ein Modell oder Modellteil nur dann, wenn es unten eine glatte, ebene oder gewölbte, gebogene Fläche hat, und wenn alle auf dieser aufrecht stehenden Ansätze und Flächen keine Unterschneidungen haben, sondern mindestens senkrecht auf ihr stehen. Aber auch die absolut und genau senkrechten Flächen erschweren das Ausheben und gibt ihnen schon der Tischler deshalb bei Herstellung des Modells eine etwas geneigte Lage, so daß sich alle Ansätze nach oben bezw. entgegengesetzt der Richtung, nach welcher das Ausheben erfolgt, verjüngen. Die geteilten Modellteile werden an den Teilflächen durch Modelldübel aus Holz oder Metall so miteinander verbunden, daß ihre genaue gegenseitige Lage beim Formen vollständig gesichert ist. Die Zahl der losen Teile eines Modells ist so klein als möglich zu wählen, weil man dadurch sowohl beim Bau des Modells als beim Formen an Kosten spart und die Widerstandsfähigkeit des Modells erhöht. Fig. 522 zeigt ein in der Mitte geteiltes einfaches Rohrstutzen-Modell einmal im zu-

sammengelegten, das andere Mal im auseinandergenommenen Zustande. Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß man erst zwei viereckige Holzstucke aus den Berührungsflächen genau gerade abrichtet und mit den Dübeln cc versieht. Alsdann leimt man sie unter Zwischenlegen von Papier zusammen und dreht aus dem so entstandenen Klotz das verlangte Modell. Die beiden in der Mitte sitzenden Warzen a und b werden für sich gedreht, aufgepaßt, mit Stiften aufgenagelt und gleichzeitig mit dem Modell verleimt. Beim Aufspannen auf die Drehbank ist darauf zu sehen, daß die Umdrehungsachse des zu drehenden Holzklotzes genau mit der verleimten Dübelfläche zusammenfällt. Ist das Modell im Holz soweit fertig bearbeitet, so treibt man in die Leimfuge der Dübelflächen eine Messerklinge und sprengt hierdurch in der Leimfuge die Modellhälften auseinander. Das Modell in Fig. 522 könnte auch durch eine Schnittfläche geteilt werden, welche die beiden Warzen a und b halbiert, aber es würden sich hierdurch die Modellkosten erhöhen und die Haltbarkeit der Warzen wird beim Einstampfen des Modells gefährdet, deshalb teilt man solche Modelle in der Art wie in Fig. 522 gezeichnet. In Fig. 523 sehen wir die Angabe

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Kasten

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Fig. 523.

beachtet, daß größere Flächen, welche zur Trennungsebene senkrecht oder gleichlaufend stehen, konisch zu gestalten sind oder, wie der Former sagt, Anzug erhalten müssen. Es ist zur Darstellung das Modell einer kleinen Riemenscheibe gewählt, wie es in dem Kasten bezw. im Formsand zu liegen kommt. Würde an diesem Modell der Scheibenkranz überall gleich stark, also in seinen Flächen parallel sein und die Nabe ebenfalls genau zylindrisch, so würde beim Ausheben der Modellhälften die weiche und empfindliche Sandform stark beschädigt werden, denn es ist selbst dem geübten Former nicht möglich, mit absoluter Ruhe und ohne ein wenig zu zittern das Modell auszuheben. Sobald aber die aufrecht stehenden Flächen entsprechend verjüngt sind, Anzug erhalten, geht das Ausheben, nachdem das Modell erst losgeschlagen ist, leicht und sicher vor sich.

Der Anzug, d. h. die Stärkenabnahme — Verjüngung — des Modells beträgt auf 1 m Länge */₂—1 mm bei sehr glatten Modellen aus Metall, bei Holzmodellen dagegen pro 1 m Längeneinheit 20—25 mm. Außer der auf den Zeichnungen für bearbeitete Teile angegebenen Zugaben für Abdrehen

oder Hobeln hat also der Modelltischler bei Anfertigung des Modells auch auf den Anzug Rücksicht zu nehmen, damit gegebenenfalls nicht eine zu schwache Dimension durch Außerachtlassung der gegebenen Vorschriften entsteht. Wir sehen an Fig. 523 auch noch, daß mit der Teilfläche des Modells die Stoßfuge des Ober- und Unterkastens zusammenfällt. Wir sagten schon, daß an dem Modell Kernmarken (k) anzubringen sind, sobald das nach ihm gefertigte Gußstück Hohlräume enthält, die bereits im Guß erzeugt werden sollen. Unsere Figuren 522, 523 und 524 haben alle derartige Kernmarken k und sie bilden gleichsam eine Verlängerung des Hohlraumes, der durch sie markiert wird. Die Kernmarken bilden beim Abformen im Sand die Kernlager. In den Abdrücken der Kernmarken legen sich die Enden der Kerne im Sande auf. Sie müssen bei der Herstellung des Kernkastens Berücksichtigung finden und dort genau in denselben Abmessungen und in derselben Lage wie am Modell für die Außenform wiederkehren, so daß sich beim Einformen beide Dimensionen, also Kern und Sandform, genau decken.

Fig. 624.

Plötzliche Änderungen in den Querschnitten eines Gußstückes bezw. Modells sollen möglichst vermieden werden, weil hierdurch beim ungleichmäßigen Erkalten in dem Gußstück Spannungen entstehen, die schädlich sind und seine Haltbarkeit beeinträchtigen. Lassen sich diese plötzlichen Übergänge nicht vermeiden, so muß man sie vermitteln.

Die moderne Modelltischlerei ist mit geeigneten Holzbearbeitungsmaschinen ausgestattet, mit deren'Hilfe die Herstellung der Modelle schneller möglich ist. Da aber auch bei vielen Spezialmaschinen das Holz mit Verwendung findet, so ist oft -die Aufstellung weiterer Holzbearbeitungsmaschinen geboten, die nicht ausschließlich dem Modellbau dienen, und diesen Spezialmaschinen wollen wir an Hand guter Konstruktionen hier einen kurzen Abschnitt widmen.

Holzbearbeitungsmaschinen.

Zum Trennen und Besäumen der aus dem Trockenraum entnommenen Bretter und Pfosten dient die Kreissäge, Fig. 525. Diese Sägen bestehen aus einem, an ihrem Umfange mit entsprechenden Schnittzähnen versehenen Stahlblatt kreisrunder Form, das in sehr schnelle, aber gleichmäßige Umdrehung versetzt wird und infolgedessen auch einen schnellen und gleichmäßigen Vorschub des Holzes gestattet, welches auf ihnen geschnitten werden soll. Sie sind sehr leistungsfähig, eignen sich aber besser zum Schneiden dünner Pfosten und Bretter, als zum Schneiden von Stamm- und Klobenholz. Ihre Bedienung verlangt Vorsicht seitens des sie bedienenden Arbeiters, und es müssen jetzt an ihnen geeignete Schutzvorrichtungen vorgesehen sein, durch welche Verletzungen durch Abschleudern des zu schneidenden Holzes oder durch das Sägeblatt selbst vermieden werden.

Für die Schutzvorrichtungen an Kreissägen schreibt die Gewerbeinspektion vor, daß sie einfach in ihrer Konstruktion und selbsttätig wirkend eingerichtet sind, ohne den Arbeiter bei Bedienung der Maschine zu hindern. Die Schutzvorrichtung Fig. 525 hat sich sehr gut bewährt. Sie ist eine Kombination eines Spaltkeils und eines Schutzkorbes und bietet mit großer Sicherheit Schutz vor Verletzungen. Hinter dem Sägeblatt ist im Tisch das Spaltblech verstellbar angeschraubt und an ihm in Schlitz verstellbar der Schutzkorb, der sich über das Sägeblatt legt, soweit dieses aus der Tischfläche vorsteht. Schiebt nun der Arbeiter die zu trennende Pfoste gegen die Säge, so hebt die Pfoste zunächst den Schutzkorb, wird von der Säge durchschnitten, und in die Schnittfuge legt sich das direkt hinter der Säge befindliche Spaltblech. Ist die Pfoste durchsägt, so fällt der Schutzkorb selbsttätig wieder auf die Tischfläche und bedeckt das Sägeblatt.

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Fig. 525.

Die Bandsäge (Fig. 526) fehlt heute wohl in keiner Modelltischlerei mehr, während die Kreissäge nur in größeren Werkstätten anzutreffen ist. Sie bietet den großen Vorteil, ebensogut zu Schweifschnitten als zu geraden Trennungen des Holzes benutzt werden zu können.

Der kräftige hohlgegossene Ständer ist unten in eine breite Grundplatte ausgebildet für sicheren Stand. Die Sägescheiben sind aus zähem Eisen gegossen, und ist die obere möglichst leicht gehalten; sie sind genau gedreht, ausbalanciert und mit Bandagen überzogen. Die untere Scheibe wird durch eine Bürste von anhaftenden Spänen freigehalten. Die obere Scheibe läßt sich mittels Handrad und Schraube hoch und tief stellen und während des Ganges in eine für den Sägenschrank passende Neigung justieren. Die obere Lagerplatte führt sich an einer mit nachstellbaren Leisten versehenen Prismafläche. Ein mit Gewicht versehener Hebel gibt dem Sägeblatt eine gleichmäßige Spannung, welche sich der Breite der Blätter entsprechend regulieren läßt. Die langen, stählernen Wellen der Sägescheiben laufen mit großer Sicherheit in langen, doppelten, nachstellbaren Lagern, wovon die unteren am Ständer ausgeschraubt sind und sich justieren lassen. Die große Wellenlänge macht Außenlagerung überflüssig, und ergiebt der schnelle Lauf der Bandsäge nur geringe Reibung und Abnutzung.

Das Sägeblatt ist über und unter dem Tisch mit stellbaren Führungen aus hartem Holze oder mit Stahlrollen versehen, sowie auch mit Schutzvorrichtungen ausgerüstet, welche den Arbeiter vor Verletzung am Kopf, Beinen und Armen bewahrt.

Gegen das Reißen der Sägeblätter ist der Arbeiter dadurch geschützt, daß eine gute Schutzvorrichtung angebracht wird. Der obere Teil der oberen Sägescheibe wird mit einem breiten Streifen überspannt, an welchem ein Drahtgeflecht oder perforiertes Blech befestigt ist. Auf diese Weise bleibt das Sägeblatt frei an der Stelle, wo es zu schneiden hat, und hindern diese wirklich praktischen Schutzkörbe die Bedienung der Bandsäge in keiner Weise.

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Ftg. 626.

Die Holzdrehbank darf in keiner Modelltischlerei fehlen und ist zweckmäßig in mehreren Größen anzuschaffen. Znm Abdrehen größerer Rotationskörper, Scheiben und Kränze, ist es gut, wenn die Wange vor dem Spindelstock gekröpft ist, aber unbedingt nötig ist das nicht, wenn die Drehspindel am Ende des Spindelstockes eine kleine Planscheibe erhält, an welcher die abzudrehenden Modeüstücke großen Durchmessers befestigt werden. Eine Vorlage mit Ständer dient dann dem Arbeiter zur Auflage des Drehstichels, und man kann auf diese Weise mit der ungekröpften Wange noch größere Rotationskörper abdrehen, als dies bei der Bank mit gekröpfter Wange möglich ist.

Im übrigen besteht die Drehbank aus dem einfachen Spindelstock mit Stufenscheibe und Dreizach einem Reitstock mit verstellbarer Körnerspitze und einer horizontal und vertikal verstellbaren Auflage.

Die Holzhobelmaschine wird nur in solchen Werkstellen aufzustellen sein, in denen größere Holzmassen zu Verkleidungen usw. glatt bearbeitet werden müssen. Unsere Abbildung Fig. 527 zeigt eine Hobelmaschine mit einer Messerwelle, die sehr viel angewendet wird.

Ein aus einem Stück gegossener, kräftiger Hohlgußständer bildet das Gestell, in welchem sich der Tisch in nachstellbarer Führung durch ein Handrad

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Fig. 527.

für verschiedene Holzdicken nach einer Skala stellen läßt. Die aus Gußstahl geschmiedete Messerwelle läuft in sehr langen, nachstellbaren Metallagern. An zwei Kanten ist die Messerwelle zu Klappen ausgebildet, welche mit den Messerschneiden zusammen als Doppelhobel wirken und ein Einreißen bei ästigen und verwachsenen Hölzern verhüten. Die Messerwelle wird mit einer dazu neukonstruierten Balanciermaschine von jedem Schwerpunkt befreit.

Vor und hinter der Messerwelle befinden sich je ein Paar stabile Zuführungswalzen, ganz aus Stahl geschmiedet, welche kontinuierlich wirkenden, elastischen Druck, die vordere durch Gewichtshebel, erhalten und durch Räderwerk vom Vorgelege aus getrieben werden. Die Zuführung des Holzes kann in zwei Geschwindigkeiten erfolgen und ist durch einen Ausrücker und Friktionsmuff augenblicklich abzustellen. Ganz dicht vor der Messerwelle ist der Spanschirm als belastete Druckvorrichtung, zugleich als Spanbrecher dienend, und hinter der Messerwelle ein justierbarer elastischer Druckbalken angebracht, wo-

durch die Bretter beim Hobeln auf den Tisch sorgfältig niedergehalten werden und so ein Splittern und Zittern verhütet wird. Die Maschine besitzt auch ein Schabmesser, welches auf dem Brett liegende Späne zurückhält und damit ein Beschädigen der Hobelfläche (Eindrücken) verhütet.

Sämtliche Maschinen für Holzbearbeitung, die wir vorstehend beschrieben haben, sind nach Modellen wiedergegeben, wie sie eine unserer ersten Spezialfabriken in Deutschland, die Firma Ernst Kirchner & Co. in Leipzig-Sellerhausen, baut und die in jeder Hinsicht als mustergültig bezeichnet werden können.

Die verschiedenen Holzbearbeitungsmaschinen, welche im Betriebe einer modernen Modelltischlerei vorhanden sein müssen, da Handarbeit zu viel Arbeit erfordert, werden meist nur kurze Zeit mit großen Pausen benutzt; dann nehmen aber auch diese verschiedenen einzelnen Maschinen einen verhältnismäßig großen Raum ein. Infolgedessen stehen die Anschaffungsund Betriebskosten in einem ungünstigen Verhältnis zu der gelieferten Arbeit.

Alle diese Gründe haben zur Konstruktion von Universal -Maschinen geführt, in denen die weniger benutzten Maschinen vereinigt sind und mit welchen auch verschiedene Arbeiten zu gleicher Zeit ausgeführt werden können.

Universal-Holzbearbeitungsmaschine.

Eine solche Maschine ist in der Abb. 527 a und b dargestellt, und sind in derselben 6 Spezialmaschinen vereinigt, so daß sie als Kreis-, Band- und Decoupiersäge, Hobel-, Stemm- und Bohrmaschine bezeichnet werden kann. Wäre noch eine Drehbank mit ihr verbunden, so würden alle für die Modelltischlerei in Betracht kommenden Maschinen in ihr vereinigt sein. Dies geht aber deshalb nicht, weil die Drehbank sehr oft gebraucht wird und viele Modelltischlereien zwei oder mehr Holzdreher beschäftigen, für die natürlich auch Drehbänke dauernd zur Verfügung stehen müssen.

In der Gesamtansicht Fig. 527 a sehen wir ganz links den Arbeitstisch 18 der S t e m m a s ch i n e , welcher seitlich sowie in der Höhe durch Handrad und Spindel 15—17 verstellbar ist. Der Stemmapparat besteht aus einem aus der Welle 23 sitzenden Exzenter 24, Schubstange, Gleitstück 26 und Stemmeisen 28. Das Stemmeisen führt also eine Horizontalbewegung aus, die senkrecht auf das Arbeitsstück gerichtet ist, welches in zweckentsprechender Weise auf dem Arbeitstisch befestigt wird. Der Antrieb erfolgt durch Riementrieb 29.

Die Kreissäge 6 ist in Fig. 527 b links von der vorderen Gestellwand 2 angeordnet und liegt mit der Unterkante des Sägeblattes 6 in dem Arbeitstisch 5, welcher mittels Handrad 15 und Spindel 16 verstellbar ist. Die Kreissäge sitzt fliegend auf dem Ende der Welle, die ihren Antrieb durch Riementrieb 38 erhält.

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Die Ausführung der H o b e l m a s ch i n e (Fig. 527 b) weicht nur unerheblich von der üblichen Konstruktion dieser Maschine ab. Der Hobeltisch 7 ist in gleicher Weise wie der Kreissägetisch 5 in der Höhe verstellbar. In der Tischplatte 7 sind Leitrollen angebracht, und Spannschlitze dienen zur Befestigung der Führungswinkel. Ueber dem Tisch liegt die in der Höhe verstellbare Messerwelle 8 inmitten der beiden ebenfalls verstellbaren Druckwalzen in den Lagerständern 10.

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Fig. 527 a.

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Der Antrieb der Messerwelle erfolgt durch Scheibe und Riementrieb 22 von der Hauptvorgelegewelle aus mittels Stufenscheiben. Von der Antriebswelle überträgt ein Riemen und Scheibe 11 und Riementrieb 12 die Bewegung nach oben auf ein Schneckenräderpaar, welche die Transport- und Druckwalzen bewegen; durch Verstellen einer Spannrolle 13 erhält der Riemen 12 die notwendige Spannung.

Die Bandsäge wird aus Fig. 527 a ersichtlich und besteht in der Hauptsache aus der Sägebandscheibe 39, den Leitrollen 40 und dem senkrecht verstellbaren Tisch 33. Zum Verstellen des Tisches dient das Handrad 30, dessen Welle in dem Lager 31 geführt ist und am Ende ein Zahngetriebe trägt, das in eine am Tischzapfen befestigte Zahnstange eingreift. Der Antrieb erfolgt durch eine Scheibe 4 (Fig. 527 b), welche ebenfalls auf der Welle 4 sitzt. Die Leitrollenzapfen ruhen in senkrecht verstellbaren Lagern 46 an Traverse 45. Die Bandsäge kann durch Verstellen der Leitrollen 40 mittels der Handräder 47 gespannt oder gelockert werden. Zum Hoch- und Tiefstellen der Traverse 45 dient die in ein Gabelscharnier auslaufende Spindel 43, welche mit einem Gelenkbolzen an der Traverse befestigt ist.

Die Dekupiersäge (Fig. 527 a) hat den Arbeitstisch 33 mit der Bandsäge gemeinsam, es kann also nur die eine oder andere benutzt werden. Der Antrieb erfolgt von der in der Mitte gelagerten Haupt-vorgelegswelle 3 aus, von welcher alle Maschinen angetrieben werden,mittels Riemen und Scheibe 19 und Kurbelscheibe 41, welche durch die Zugstange 42 mit den Sägeführungsstücken 48 gelenkig verbunden ist (Fig. 527 a). An den Enden der Traverse 45 sind Hülsen angegossen, in denen die Sägehalter senkrecht geführt werden, während die Blattfeder 49 die Decoupiersüge ständig in Spannung erhält.

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Fig. 527 b.

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Die Bohrmaschine liegt hinter der zweiten Längswand und ist in der Abbildung nicht sichtbar. Sie besteht aus einem auf der Welle 23 sitzenden Bohrkopf, der den Bohrer aufnimmt. Das Arbeitsstück wird durch Kreuzsupport gegen den Bohrer gedrückt, so daß man nach jeder Richtung hin das Arbeitsstück richtig zum Bohrer einstellen und gegen ihn Bringen kann. Wird an Stelle des Bohrkopfes ein Fräskopf angebracht, so kann der Apparat auch zum Leistenfräsen usw. benutzt werden.

In größeren Betrieben, welche viele Hohlkörper gießen und die zu ihrer Herstellung nötigen Kernkästen anfertigen müssen, nimmt die Herstellung der Kernkästen mit Hand sehr viel Zeit in Anspruch, namentlich bei Kästen für komplizierte Kerne, die mühsam mit Hand aus dem vollen Klotz herausgestemmt werden und nach Schablone egalisiert werben müssen. Hier tut die neue

Kern kästen-Fräsmaschine der Firma Franz Küstner in Dresden gute Dienste.

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Mit dieser Maschine lassen sich nicht nur gerade Kernkasten bis zu 60 mm Durchmesser, sondern auch abgesetzte und gebogene, in vielerlei Formen, sogar hohlkugelförmige, Herstellen.

Die Zeitersparnis gegenüber Handarbeit ist ganz bedeutend; viele Arbeiten liefert die Maschine im zehnten bis zwanzigsten Teil der Zeit, welche bei Handarbeit erforderlich ist. Dabei sind die Arbeiten bester und genauer als von Hand.

2.

Die Formerei.

Die Herstellung der Form ist oft ausschlaggebend für das Gelingen des Gusses selbst. Wenn eine Arbeit gelingen soll, so genügt es nicht allein, ihre fachgemäße Ausführung unter Benutzung guter Werkzeuge zu verstehen, man muß vor allen Dingen auch gutes Material haben und das Material der Arbeit entsprechend vorbereiten können. Bei der Formerei ist es die Formmasse, welche eine bestimmte Beschaffenheit und Zusammensetzung haben muß, wenn sie eine gute Form liefern soll, und die Aufbereitung des Formsandes wollen wir zunächst kurz besprechen.

Man kann den Formsand in vier Hauptsorten trennen. Die erste Sorte ist Sand in rohem Zustande, wie er in der Natur gefunden wird und nur mit etwas Steinkohlenstaub vermengt zu werden braucht, um sofort, also grün, zum Formen benutzt zu werden.

Die zweite Sorte ist etwas fetter, mit mehr Lehm vermischt und allein nicht gut zu Formerarbeiten. Er eignet sich gut zur Auffrischung alten aus-gebrannten Sandes, den man mit ihm vermischt, und zwar in nassem oder lufttrockenem Zustande. Auch hier setzt man Steinkohlenstaub zu. Zu sogenanntem Trockenguß eignet sich diese Sorte ebensowenig wie die erste, dagegen kann er grün sofort zur Verwendung kommen.

Die dritte Sorte ist noch fetter als die zweite und muß erst getrocknet und gemahlen werden, um für grünen Guß brauchbar zu sein. Er wird dann unter Zusatz von Wasser mit altem Sand und Kohlenstaub vermischt und gibt so ein ganz brauchbares Formmaterial. Wird er in rohem Zustande mit altem Sand und Kohle vermischt verformt, so müssen die so hergestellten Formen getrocknet werden, denn durch das Trocknen wird der Sand fest, schilpt nicht lsnd brennt auch nicht am Guß fest.

Die vierte Sorte ist sehr stark lehmhaltig oder ganz fett und kann roh überhaupt nicht verwendet werden. Um ihn für Gießereizwecke brauchbar zu machen, muß man ihm so viel mageren oder Maurersand mit Steinkohlenstaub vermengt zusetzen als nötig ist. Dieses Gemenge wird in der Lehmmühle gehörig durcheinander gearbeitet und der so gewonnene Sand in eigenen Trockenöfen stach ausgebreitet und getrocknet. Nach dem Trocknen wird der

Sand gemahlen, gesiebt und wieder angefeuchtet. In solchem Sand erhalten die Gußstücke schöne glatte Flächen und gute Farbe.

Der Formsand für Sandfvrmerei soll luftdurchlässig sein, aber dabei immer noch in sich festen Zusammenhalt haben. Die Sorten sind, wie wir gesehen haben, sehr verschieden, und guter Formsand erster Sorte wird nur an wenigen Orten gefunden. Der Gießer muß nun mit den jeweiligen Sandverhältnissen rechnen und die ihm Zur Verfügung stehenden Sandsorten durch richtige Aufbereitung für die Formerei brauchbar machen. Der rohe Sand wird zunächst gesiebt, mit altem Sand und Kohle nach Bedarf vermischt, angefeuchtet, umgestochen und durchgeschaufelt und endlich durch die Sand Mischmaschine gelassen, die man wohl auch Desintegrator nennt und die ein sehr gutes Material liefert. In einem Blechgehäuse auf solider Grundlage rotieren in entgegengesetzter Richtung mit 900 bis 1000 Umdrehungen per Minute zwei mit mehreren Reihen von stählernen Schlagstiften versehene Körbe. Die Achsen dieser Körbe liegen konzentrisch ineinander, sind jedoch getrennt gelagert, ohne sich gegenseitig zu berühren. Die Aufgabe des Sandes erfolgt in einen an der Vorderseile befestigten Trichter, welcher mit einer Vorrichtung versehen ist, um den Sand in abgemessenen Portionen dem Innern zuzuführen.

Wichtig ist es, daß der Sand den richtigen Feuchtigkeitsgrad hat, weil sonst die Maschine leicht verschmiert, wenn der Sand zu naß ist. Man mischt in den meisten Fällen zu ¹/i—¹/₂ neuem Sand a/i—l/« alten und 3—10"/, feinsten Kohlenstaub. Den mit der Maschine erzeugten Sand nimmt man nur zum Aussieben auf die eingelegten Modelle und füllt den Kasten sonst mit altem, frisch angefeuchtetem Sande auf.

Sehr fetter Sand muß im Ofen getrocknet werden, ehe er weiter verarbeitet wird. Dies geschah früher in Trockenkammern, die viel Raum in Anspruch nahmen, Jetzt bedient man sich hierzu rotierender Öfen.

Der Ofen arbeitet selbsttätig in der Weise, daß der auf der einen Seite eingeschaufelte frische Sand am anderen Ende getrocknet herauskommt. Er besteht aus einer langsam rotierenden Blechtrommel von 4—10 m Länge, welche von außen geheizt wird und im Innern Rührschaufeln trägt.

Zum Mahlen des Kohlenstaubes dienen die Kugelfallmühlen, und stellen sich viele Gießereien ihren Kohlenstaubbedarf selbst her. Zum Beimengen für den Sand nimmt man Steinkohlenstaub, zum Ausstäuben der fertigen Formen aber Holzkohlenstaub. Meist ist die Mühle selbst gleich mit auswechselbaren Sieben versehen, die, je nach der Maschenweite des Siebes, ein entsprechendes Mahlgut liefern.

Bei der Masseformerei, die sich in ihrem Verjähren selbst nicht wesentlich von der Sandformerei unterscheidet, ist auf Herstellung der Masse zu achten. Es werden meist große, schwere Stücke in Masse geformt. Disse Formen müssen getrocknet werden, weil sie hierdurch widerstandsfähiger werden und infolge der erhöhten Festigkeit größere Massen flüssigen Eisens aufnehmen können. Ist die Form getrocknet, so wird sie mit dünnflüssigem Graphit ge-

schwärzt, um hierdurch dem Guß eine glatte, saubere Oberfläche zu geben und Wrackguß zu vermeiden. Zur Herstellung von Masse nimmt man Formsand dritter oder vierter Sorte und verfährt bei seiner Aufbereitung in der angegebenen Weise.

Die Formerei zerfällt in sechs Unterabteilungen, die wir der Reihe nach kurz besprechen wollen.

Die älteste Art der Formerei ist

A. die Herdformerei.

sie ist die leichteste und einfachste. Ihre Handhabung besteht darin, daß man auf ebener Erde einen sogenannten Herd bildet, dessen Fläche möglichst genau in der Wage (im Lot) liegt. Man braucht hierzu zwei auf einer Seite gerade gehobelte gleichbreite Latten und ein genaues,    auf beiden    Seiten

gut abgerichtetes Richtscheit. Man legt zunächst die    eine    Satte    in    den

Sand und unterstopft sie so lange bis sie vollständig sicher    und    genau    im    Lot

liegt, wovon man sich durch Aufsetzen des Lotes oder der Wage    in Mitte    der

Latte überzeugt. Die zweite Latte legt man mit der abgerichteten Seite ebenfalls nach oben gekehrt zirka lx/₂ m von der bereits fixierten Latte entfernt und mit ihr gleichlaufend auf den Sand, klopft sie aber noch nicht ein, sondern legt über die beiden Latten das Richtscheit, auf dessen Mitte man das Lot oder die Wage stellt, und nun werden, unter Verschieben des Richtscheites, die Latten festgelegt, bis das Lot in allen Stellungen auf dem Richtscheit richtig einpendelt. Ist das der Fall, so füllt man den Raum zwischen den Satten mit Sand auf und streicht diesen mit dem Richtscheit, dem die beiden Latten als Führung dienen, glatt. So erhält man eine ganz ebene und wagcrechte Herdfläche, in welche die als Herdguß herzustellenden Gegenstände gedrückt werden, indem man das Modell hineinklopft. Als Herdguß können nur Gegenstände geformt werden, die auf nur einer Seite irgendwie profiliert sind und deren Rückseite vollständig eben ist und ein besonders sauberes und glattes Aussehen nicht erfordert. Es werden deshalb im Herdguß heute auch meist nur untergeordnete Teile hergestellt, die in der Gießerei selbst wieder Verwendung finden, wie Kerneisen, Kernplatten, Belagplatten für Fußböden usw. Gegenstände, die zum Verkauf kommen, müssen auf allen Flächen glatt und sauber sein, und dies ist bei Handformerei nicht möglich, deshalb hat sie für allen Handelsguß keine Bedeutung mehr, und an ihre Stelle trat

B. die Kastenformerei.

Durch sie können Gußformen in größter Mannigfaltigkeit hergestellt werden, indem man sich zu ihrer Herstellung der zweiteiligen Formkasten bedient.

Die Formkasten sind meist aus Gußeisen hergestellt, neuerdings werden sie auch in Schmiedeeisen ausgeführt, stellen sich aber teurer. Unsere Fig. 528 zeigt einen solchen Doppelkasten in Ansicht und Schnitt. Ihr Hauptvorteil

besteht in der Transportfähigkeit der Formen, welche es ermöglicht, das Ausgießen der Form an jeder beliebigen Stelle vornehmen zu können und damit nicht von der Stelle abhängig zu sein, an welcher die Form hergestellt wurde. Vorteilhaft ist es, größere Formkasten so zu gestalten, daß ihre Wände an den Ecken zusammengeschraubt werden, um gegebenenfalls durch entsprechende Ersatzstücke den Kasten nach Bedarf vergrößern oder verkleinern zu können. Durch Auf- a! einandersetzen von drei und mehr Formkasten einer c=]

Größe ist man in der Lage, Modelle, die größer in ihrer Höhe sind als die Höhe zweier Formkasten, zu formen. Bei größeren Stücken, die zweiteilig, d. h. mit Ober- und Untertasten, zu formen sind, bedient man sich in der Regel nur eines Oberkastens und ^ formt den unteren Teil des Modells gleich in den I Gießereiboden. In Fig. 529 kommt der Typus eines    f

großen Formkastens zur Darstellung. Er ist im    s

großen ganzen nichts als eine entsprechende Vergrößerung des Handformkastens Fig. 528. Die gegenseitige Stellung des Ober- zum Unterlasten wird in beiden Fällen durch angegossene Lappen a und Dübel b aus Rundeisen gesichert, die in den Lappen a des Unterkastens fest eingenietet sind und den mit ihnen korrespondierenden Löchern in den Lappen a des Oberkastens als Führung dienen. Um das Herausfallen des Sandes zu verhüten, sind oben wie unten am Rand des Formkastens Sandrippen c angegossen. Bei größeren Kästen würden die Sandrippen allein nicht genügen, dem Sand den nötigen Halt zu geben. Man muß dann durch Einziehen entsprechender Holzleisten die Fläche des Kastens in kleinere Zwischenräume zerlegen, und sind zu diesem Zweck an den Innenseiten der Kastenwände Führungsrippen für die Holzleisten angegossen, zwischen welche die Holzeinlagen bei Beginn des Formens geschlagen werden. Unsere Fig. 528 zeigt im Innern auch diese Rippen d. Bei den großen Formkasten treten an Stelle der Holzstücke in Herdguß hergestellte Querstege d, welche mit den an ihnen angegossenen Lappen an der Kastenwand angeschraubt werden (Fig. 529).

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Fig. 529.

Fig. 530.

Verfolgen wir nun an einem Beispiel den Gang der Formarbeit mit Ober- und Unterlasten an einem kleinen Rohrmodell. Man legt zunächst die Modellhälfte ohne Dübel auf das Formbrett (Fig. 580), setzt den Unterlasten darüber und siebt auf das Modell guten Formsand durch ein feines Sieb sorgfältig auf, so daß das ganze Modell von ihm etwa 1 cm hoch gut bedeckt ist. Alsdann siebt man durch ein gröberes Sieb alten angefeuchteten Formsand in dicker Lage auf, um etwa in ihm enthaltene Steine, Eisen oder Holzsplitter fernzuhalten, durch welche die ausgesiebte feine Sandschicht auf dem Modell gefährdet werden könnte. Ist dies geschehen, so zieht man bei größeren Modellen und Kasten, die mehr als 30 cm im Quadrat Fläche haben, Holzleisten ein, die dem eingelegten Modell entsprechend in der Mitte ausgespart werden müssen. Man kann den Ausbau der Formkasten bei großen Modellen auch schon vor Beginn des Formens durch den Gießereizimmermann machen lassen, darf aber dann den Kasten erst über das Modell setzen, nachdem der Sand auf dieses ausgesiebt ist. Nun wird der ganze Kasten mit altem Sand ausgefüllt, festgestampft und abgestrichen, so daß der Sandrücken mit der Kastenkante abschneidet.

Nachdem man mit dem Luftspieß durch den Sand bis auf das Modell herab noch zahlreiche Luftlöcher gestochen hat, kehrt man den Kasten mit dem Formbrett um, damit das Modell beim Umkehren nicht herausfällt, und legt die andere Modellhälfte auf die bereits eingeformte. Die Sandfläche des Unterkastens, welche mit der Fläche der bereits eingeformten Modellhälfte abschneidet, wird nun mit dem Poliereisen rund herum um die Modellfläche gut geglättet, die obere Modellhälfte aufgesetzt und Holzkohlenstaub aufgestäubt, damit beim Aufstampfen der Sand des Oberkastens auf dem Sande des Unterkastens nicht festhaften kann. Nun wird der Oberkasten aufgesetzt und mit seiner Ausfüllung durch Sand genau so wie beim Unterkasten verfahren, wobei man gleichzeitig die schlanken kegelförmigen Modelle e und f für den Einguß und Steiger mit einformt. Ist der Oberkasten ebenfalls mit Sand gefüllt, festgestampft und abgestrichen, so wird mit dem Hammer von allen vier Seiten nicht allzustark an die vier Kastenwände geklopft, wodurch der Sand vom Modell gelockert wird. Oft schraubt man auch zu demselben Zweck ein entsprechendes Eisen in das Modell ein und schlägt an dieses sanft mit dem Hammer, aber bei diesem Verfahren wird oft der Zwischenraum zwischen Modell und Form größer als nötig und führt zu einer Deformierung des Gußstückes, die nicht angebracht ist. Ist also das Modell entsprechend losgeschlagen, so zieht man Einguß und Steiger heraus und hebt den Oberkasten ab, was sehr gleichmäßig, ruhig und ohne Stöße zu erfolgen hat. Hierbei bleibt die obere Modellhälfte gewöhnlich auf der unteren liegen und wird nun abgehoben. Man schraubt dann in die untere Modellhälfte je nach ihrer Größe, eine, zwei oder mehrere Schraubenösen, sogenannte Modellheber ein, klopft von allen Seiten gegen sie und lockert so das Modell im Unterlasten. Mit Hilfe der eingeschraubten Ösen hebt man nun das genügend gelockerte Modell ebenfalls

ruhig und sicher aus der Form. Die nun rohfertigen beiden Formhälften werden jetzt sorgfältig nachgesehen und mit Hilfe der eigenartigen Formwerkzeuge etwaige Leckstellen ausgebessert und geglättet. In der Form liegende Sandkörnchen bläst der Former mit dem Blasebalg heraus. Die scharfen Formkanten, welche sehr schnell trocknen, werden mit dem Wasserpinsel noch einmal leicht überfahren und ebenso freistehende Teile, welche durch das in die Form fließende Eisen umgerissen werden könnten, durch eingesteckte Drahtstifte (Formstifte und Formhaken) versteift und mit dem Pinsel durch Wasser leicht genetzt. Bringt man zu viel Wasser an die Formkanten, so verwaschen sie und geben diesen Partien unschöne Stellen im Guß. Der Former hat nun noch die Formen mit Kohlenstaub einzupudern, den Kern in den Unterkasten einzulagern und den Oberkasten aufzusetzen. Alsdann wird der Oberkasten durch aufgelegte Eisenstücke beschwert und ist zum Ausguß fertig.

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F'g. 531.

Fig- 532.

Größere Formkasten, die nicht mit der Hand abgehoben werden können, erhalten an Stelle der Handgriffe kräftige Zapfen (Fig. 529 und 531). Das Abheben dieser Kasten geschieht mit dem Kran. An dem Kranhaken wird ein Balancier angehangen (Fig. 531). Der Balancier hat an jeder Seite gleichviel Einkehlungen, in welche Hängeeisen aus Rundeisen eingehangen werden, welche unten eine Schleife bilden, die weiter im Durchmesser ist als der Zapfenrand an dem Kastenzapfen. Man steckt nun die Schleifen der Hängeeisen über die ' Zapfen und setzt den Krähn langsam in aufziehende Bewegung. Unter ständigem Klopsen an den Wänden des Oberkastens und sicherer Führung wird er alsdann abgehoben und gewendet. Im übrigen ist das Verfahren ebenso wie bereits geschildert.

Es kommen wohl auch vier- und mehrteilige Kasten zur Anwendung bei komplizierten Formen mit Henkeln. Bei dem in Fig. 532 dargestellten Verfahren z. B. ist das Modell zweiteilig, der Kasten aber vierteilig. Beim Einformen wird zunächst das Modell des Topfes, denn ein solcher ist im Modell dargestellt, mit der Mündung nach unten, auf ein Formbrett gestellt. Der

Mittelkasten ist senkrecht in der Mitte geteilt, und dieser Teilungsfläche ent-sprechend werden an das Modell zwei Schablonen aus Weißblech eingelegt, welche genau der Topfform entsprechend ausgeschnitten sind und sich an das Modell in der Teilungsfläche des Kastens anlegen. Der Mittelkasten wird nun mit Sand aufgefüllt, festgestampft, abgestrichen und mit dem Formbrett gewendet; der Unterkasten wird aufgesetzt, Topfkern und Unterlasten aufgefüllt, festgestampft und Mittelkasten mit Unterlasten gewendet. Alsdann setzt man das Bodenstück des Modells auf das Modell im Mittelkasten, natürlich in der richtigen Stellung und Lage zu diesem, und füllt den Oberkasten in bekannter Weise auf. Das Abnehmen des Oberkastens erfolgt nach oben; die beiden Mittelkastenhälfteu werden nach der Seite in Richtung der Pfeile abgezogen, und das Henkelmodell, welches lose am Topfmodell sitzt, wird, nachdem letzteres aus der Form genommen wurde, vorsichtig herausgezogen. Nun folgt wieder das Ausbessern, Befestigen und Einpudern in bekannter Weise und die Form ist fertig.

Es kommen oft auch Gegenstände zur Ausführung mit Unterschneidungen. Man versteht hierunter Einbuchtungen in der Außenfläche des Modells, die ein Abheben desselben aus der Form nicht gestatten würden, bezw. beim Abheben würden diese unterschnittenen Partien der Form mit herausgerissen werden. Da nun aber diese Unterschneidungen nicht zu umgehen sind, so

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Fig. 533.

bungen an (Fig. 533), so wird das Modell wie sonst in der Mitte geteilt, aber an Stelle der Rillen erhält das Modell nur eine glatt gedrehte Kern-niarke am Umfang, die sich beim Einformen leicht aushebt. Der Kernkasten für diese Unterschneidungen wird dann in der Regel für einen Teil des Umfanges (je nach dem Guß der Scheibe) angefertigt und die Kerne nach Fertigstellung der Form eingelegt und befestigt. Jetzt wird man diese Scheiben in der Regel mit Schablone formen und so die Modellkosten sparen und die Arbeit erleichtern. Es ist unpraktisch, kleine Modelle in Kasten zu formen, die wesentlich größer sind als das Modell selbst. Der Kasten soll stets nicht viel größer sein als das Modell selbst, und müssen deshalb in der Gießerei große Bestände an Formkasten zur Aus- 1 wähl in den verschiedensten Größen vorhanden sein, um an Platz in der Gießerei sparen und dem Former die Arbeit erleichtern zu können. Für Massenartikel bedient man sich noch besonders hergerichteter Kasten und Formen, und ist besonders nennenswert die Methode des Röhrenformens, die zu den Gas- und Wasserleitungen in Unmassen gebraucht und dementsprechend auch in Masse hergestellt werden müssen. Diese Rohre werden stehend, mit dem Muff nach unten, eingeformt, um gerade diesen, als den am stärksten beanspruchten Verbindungsteil der Rohre unter sich, möglichst dicht und fest zu erhalten. Der

Kasten ist zweiteilig. In der Röhrengießerei läuft durch den Gießereiraum eine lange Grube, die sogenannte Dammgrube, in welcher die Röhrenformen Aufstellung finden. Der eine Teil des Kastens wird nun an einem über der Dammgrube liegenden Träger befestigt, so daß sein unteres Ende zirka 1 m über der Grubensohle liegt. Das Modell ist aus Eisenguß und zwar der Schaft für sich und der Muffeukopf ebenfalls. Nach dem Einformen wird das Schaflmodell nach oben, das Muffmodell nach unten aus der Form gezogen. Da der Zwischenraum zwischen der Kastenwand und dem Rohrmodell sehr gering ist, so erfolgt das Feststampfen des Sandes mittels langer Holz-stäbchen, die einen flachen, elliptischen Querschnitt haben und immer rings um das Modell bewegt werden müssen, damit der Sand in allen Teilen die gleiche Dichte erhält. Vor dem Ausziehen der Modellteile dreht man diese einigemale vorsichtig etwas hin und her, wodurch die Sandoberfläche geglättet und das Modell lose in der Form wird. Der Kern wird auf einer besonderen Grundplatte und Spindel mit einer Schablone aus Kernmasse aufgedreht, schwach getrocknet und in die Form eingesetzt.

Wir haben nun schon wiederholt von den Kernen gesprochen und müssen ihrer Herstellung einige Bemerkungen widmen.

Die Herstellung der Kerne

Fig. 534.

geschieht aus Masse oder Lehm, weil sie scharf getrocknet werden müssen, um der Entstehung blasigen Gusses zu begegnen. Kleinere Kerne werden in Kernkasten oder Kerndrückern geformt, und ist in Fig. 534 ein Kernkasten wiedergegeben. Er ist zweiteilig gemacht, und die Teilflächen sind wie die des Modells verdübelt. Beim Formen des Kerns wird der Kernkasten durch Schraubzwingen zusammengehalten, aufrecht auf das Formbrett gestellt und sein Hohlraum mit Masse gefüllt, die festgestampft wird. Dünne Kerne werden durch Einlegen eines Drahtes oder Blechstreifens gegen Zerbrechen versteift. Größere Kerne von rundem Querschnitt können auch mit Schablone gedreht werden. Zum Kerndrehen braucht man zwei Böcke, auf denen die Kernspindel gelagert ist, um die man zunächst ein Strohseil wickelt. Auf das Strohseil wird unter ständigem Drehen der Spindel die fette Masse oder der mit Sand durchsetzte Lehm aufgetragen und der Kern nach der Schablone genau auf seinen Durchmesser abgedreht. Alsdann wird die Spindel herausgezogen, und der so in Mitte des Kerns geschaffene Hohlraum dient zum Abzug der beim Gießen sich entwickelnden Gase.

Große und dabei lange Kerne müssen stets eine Spindel erhalten. Die Kernspindel stützt gleichzeitig den Kern und besteht, zur guten Abführung der Gase aus dein Innern des Kerns, am besten aus einem Gasrohr, dessen Mantel reichlich mit kleinen, eingebohrten Löchern versehen ist (bei dünnem

Kerne). Stärkere Kerne erhalten Kernspindeln von Gußeisen oder auch an ihrer Stelle vielfach gelochte und geschlitzte Blechrohre, die auf einer Spindel befestigt sind. Alsdann wird ihr Durchmesser möglichst groß genommen, um hierdurch an Masse und Arbeit beim Aufdrehen des Kerns zu sparen. Auch beim Formen des Kerns auf Spindel muß diese vorher mit einem Seil aus Stroh, Heu oder Holzwolle umwickelt werden, weil einerseits die Masse auf dem Eisenrohr nicht gut haftet und andererseits würde der Kern beim Schwinden • des Gusses (Zusammenziehen beim Erkalten) nicht nachgeben.

Die Seile werden auf besonderen Maschinen gesponnen. Die Kernspindel soll länger als der Kern selbst sein und ist mit angedrehten Zapfen versehen, welche während des Aufdrehens des Kerns in entsprechenden einfachen Lagern ruhen und so der Spindel eine sichere Lage geben. Durch eine an dem einen Ende aufgesteckte Kurbel wird die Spindel mit Hand von einem Hilfsarbeiter in Drehung versetzt, während der Former die Masse aufträgt und den Kern schabloniert. Je dünner die Lehm- oder Masseschicht aufgetragen wird, um so durchlässiger wird der Kern und um so leichter läßt er sich auch aus dem fertigen Gußstück entfernen.

Das Stützen der Kerne in der Form geschieht durch sogenannte Kernstützen, und ihre Anwendung macht sich nur bei solchen Kernen nötig, die ent»

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Fig. 535.

weder infolge ihrer großen freitragenden Länge in die Gefahr kommen, sich durchzubiegen oder durch das in die Form einfließende Eisen verschoben zu werden, oder bei solchen, die infolge ihrer Form, ihrem Schwerpunkt folgend, ohne Unterstützung nicht in die richtige Lage zu bringen sind, wie das z. B. bei Krümmrohren der Fall ist. Es ist aber nicht unbedingt nötig, daß man Kernstützen zur Unterstützung der Kerne benutzt; man kann hierzu auch die Wände des Formkastens benutzen, indem man in ihnen passende Lager für die verlängerte Kernspindel anordnet.

Die Kernstütze — Kernnagel — besteht aus einem mehr oder weniger kräftigen, ausgespitzten Eisenstift, der mit seinem stumpfen Ende in ein leicht gebogenes Stück Weißblech oder Eisenblech eingenietet und wie das Blech verzinkt ist, um ein besseres Festhaften im Guß zu erzielen. Seine Anwendung wird klar durch Fig. 535, welche ein eingeformtes, gebogenes Muffenrohr zeigt. Der Schwerpunkt des eingelegten Kernes liegt hier fast in Mitte des Bogens.

Würde nun der Kern nur einfach in die Eindrücke der am Modell befindlichen Kernmarken A und B eingelegt, so würde der Kern im Schwerpunkt 8 sich senken und ungleiche Wandstärken im Rohr zur Folge haben. Der Punkt 8 des Kerns muß also gut und genau auf Maß eingelegt und mit einer Kernstütze unterbaut werden. Damit das Rohr an der Stelle, an welcher der Kernnagel eingesetzt wurde, auch unbedingt dicht im Guß ist, drückt man um ihn herum eine halbkugelförmige Vertiefung, die dann als Warze der gleichen Form auf der Außenfläche des Rohres wieder erscheint.

Hat man ein und denselben Gegenstand oft zu gießen, daß man seine Herstellung als Massenfabrikation bezeichnen kann, so bedient man sich sogenannter Modell- oder Formplatten, deren Konstruktion und Anwendung wir in dem Abschnitt über Maschinenformerei noch näher kennen lernen werden

C. Die Schablonensormerei.

Je nach dem Material, in welchem die Form ausgeführt wird, hat man Schablonenformerei in Sand, Masse und Lehm zu unterscheiden.

a) Die Schablonen-Sandsormerei.

Die Schablonen-Sandsormerei eignet sich für alle großen Rotationskörpermodelle wie Riemen- und Seilscheiben, Räder aller Art, Turbinenlaufräder, Schalen usw. — Modelle dieser Körper in Holz ausgeführt, verziehen sich in der Regel sehr schnell, werden unrund und liefern dann fehlerhafte Abgüsse. Man erhält dann unegale Stärken am Umfang und sonstige Mängel, die beim Formen mit Schablonen nicht eintreten können.

Wenn nun auch in der Hauptsache Drehkörper mit Schablonen geformt werden, so lassen sich doch auch andere Gußkörper mit Schablonen formen, namentlich bei gewissen Herdgußarbeiten lassen sich durch Anwendung von Ziehschablonen Rippen in Platten, Schwungrad- und Riemenscheibenarme usw. durch Ziehen formen. Bei Benutzung dieser Schablone muß man durch entsprechend geformte Führungsleisten dafür sorgen, daß die Schablone in der Hand des Formers eine sichere und dem zu formenden Gegenstand genau entsprechende Führung erhält. Diese Führungsleisten werden zunächst in die richtige Lage gebracht, auf dem Sandbetl gegen Verschiebung gesichert, und kann dann mit der Schablone gearbeitet werden, indem man sie mit der einen Hand an der Leiste entlang führt, während man mit der andern den herausgeschnittenen Sand beseitigt. Diese einfache Arbeit ist wohl allseitig bekannt und bedarf deshalb nicht der näheren bildlichen Erläuterung.

b) Apparate und Werkzeuge zur Schablonenformerei.

Wie bereits vorstehend gesagt, gewinnt die Schablonenformerei erst dann ihre eigentliche Bedeutung für jeden Gießereibetrieb, wenn sie dazu herangezogen wird, mit ihrer Hilfe große und kleine Rotations- und überhaupt runde Körper herzustellen, die sonst sehr erhebliche Kosten für Modelle erfordern.

Man bedarf hierzu allerdings gewisser Vorrichtungen, die in ihrer Konstruktion sehr einfach sind und in Gießereien, die mit einer mechanischen Werkstatt verbunden sind, selbst hergestellt werden können.

Um nämlich diese Drehkörper mit Schablone zu formen, braucht man «inen feststehenden Drehpunkt, um den die Schablone mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen bewegt werden kann, und bildet diesen Drehpunkt eine feststehende Spindel, die in einem Spindelstock steckt, der int Gießereiboden auf einem aus Ziegeln gemauerten oder am besten aus Sandstein bestehenden Fundamentblock ausgeschraubt ist. Je nachdem man nun im Betrieb seltener oder öfter derartige mit Schablone zu formende Gegenstände herzustellen hat, wird man mit nur einem oder mehreren Spindelstöcken auskommen, die man so anordnet, daß sie mit dem Kran beim Abheben der Kasten bedient werden können. Sie müssen also mit ihrem Mittelpunkt innerhalb des Kreises liegen, den der Zughaken des Drehkranes im Maximum beschreibt. Beim Laufkran ist man mit ihrer Anordnung an einen bestimmten Platz in der Gießhalle nicht gebunden.

~]l    Man legt nun die Fundamente für die

Fig- 536.

Spindelstöcke so tief in den Gießereiboden, daß sie bei andern Formarbeiten nicht hinderlich sind. Es genügen für vier bis sechs Spindel-stöcke (Fig. 536 und 539, St) zwei schmiedeeiserne Spindeln, die mit 5—6 cm Durchmesser genügend stark gewählt sind. Die Spindeln (F Fig. 537 und 8 Fig. 536) müssen sauber gedreht sein und werden unten für den Sitz im Spindelstock schwach konisch ausgeführt. Die Spindel soll straff in dem Spindelstock sitzen, so daß sie nur mit Anstrengung in ihrem Lager zu bewegen ist. Da sie den festen Mittelpunkt für die leicht drehbare Schablone bildet, muß sie feststehen und würde nur die Arbeit erschweren, wenn sie sich mit der Schablone in ihrem Lager dreht. Länger wie 1,5 m ist in der Regel die Spindel nicht, und ist zu empfehlen, ihren Sitz in dem Spindelstock nicht zu kurz zu nehmen. Die Länge richtet sich nach der Tiefe, in welcher der Spindelstock unter die Herdsohle versenkt wird. Wenn die Spindel 65—70 cm über die Herdsohle hervorragt, so genügt das vollständig.

Für einfache Rotationskörper, wie z. B. für gußeiserne Schalen, runde Deckel usw., genügt der in Fig 536 dargestellte einfachere Apparat. Er besteht aus dem auf dem Fundament ausgeschraubten Spindelstock St, in welchem die Spindel 8 fest gelagert ist. Auf der Spindel leicht drehbar, aber dennoch genau horizontal geführt, sitzt ein gußeiserner Arm von 1—1,2 m Radius-

länge, der an dem einen Ende eine Nabe (12—15 cm hoch) erhält, in welcher sich die Spindel führt. Die Nabe erhält eine Warze, in welche ein Muttergewinde eingeschnitten wird für die Stellschraube H, die zur Feststellung des Schablonenarmes in bestimmter Höhe dient. In diesem Falle müßte sich die Spindel in dem Spindelstock mit der festgestellten Schablone drehen lassen.

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Da dies aber schon deshalb nicht gut ist, weil sich beim Eindringen von Sandkörnchen in den Spindelstock die Spindel leicht festfrißt, so ist es ant besten, unter dem Schablonenarm auf die Spindel einen Stellring aufzuschieben (tote R bei Fig. 537), welcher mittels Stellschraube festgestellt werden kann. Der Former hat also erst die am Gußarm befestigte Schablone in die richtige Lage zu bringen, schraubt sie in dieser Lage mit der Schraube H fest, schiebt von unten herauf den Stellring auf der Spindel bis an die Nabe des Gußarmes heran, schraubt den Stellring fest und löst nun die Schraube H wieder, so daß nun der Stellring das Widerlager für den leicht drehbaren Schablonenarm bildet.

Letzterer erhält nun zwei lange Schlitze. Desgleichen eine auf ihm verstellbare Gußplatte. Die Verstellbarkeit ermöglichen zwei Schrauben mit Flügel-

Fig. 538.

Ö-ig. 539.

muttern M. Auf der verstellbaren Platte wird die Schablone befestigt, und zwar mit Hilfe der beiden Schrauben M. Die Löcher für dieselben müssen natürlich in ihrer Weite nnb Entfernung mit dem Arm und den Schrauben übereinstimmen.

Um den Support in vertikaler Richtung, also hoch und tief, nach Bedarf einstellen zu können, wird an der Spindelführung N ein schmiedeeiserner Bügel B mittels zweier Schrauben befestigt, der Gabelform hat und an den beiden offenen Enden Löcher für die beiden Schrauben erhält, mit denen er an N befestigt wird. Der Bügel erhält in der Mitte seiner Biegung eine Warze, in welche ein Gewinde für die Spindel S₂ eingeschnitten wird, welche mit ihrem Ende auf der Apparatspindel F aufsitzt. Sobald nun mittels der Spindel S₂ der Support seiner Höhe nach richtig eingestellt ist, wird die Gegenmutter M auf den Bügel B herabgeschraubt und fest angezogen, so daß auch eine Verstellung in der Höhenlage während der Arbeit nicht eintreten kann.

Der in Fig. 537, 538 und 539 dargestellte Apparat ist etwas komplizierter, doch ist seine Anschaffung für kompliziertere und auf Genauigkeit Anspruch machende Arbeiten (Räder und Riemenscheiben) unbedingt zu empfehlen.

Hierbei kommt zu dem Spindelstock St und der Spindel F als Schablonenarm eine Supportvorrichtung, welche eine sehr genaue Einstellung der Schablone in horizontaler und vertikaler Lage gestattet.

Die Holzschablone, welche an der abgeschrägten schablonierenden Kante zur besseren Festigung mit dünnem Bandeisen beschlagen ist, wird an dem als Supportschlitten ausgebildeten Gleitstück festgeschraubt und kann mittels der Schraubenspindel 8^ horizontal nach Bedarf verstellt werden. Gut ist es, die Spindel mit einer Vorrichtung zu versehen, welche ein Verstellen des Gleit-stückes während der Arbeit verhindert (z. B. durch Gegenmutter oder Klemmschraube).

Durch die Apparatspindel wird in der Regel an ihrem oberen Ende ein 1" Loch gebohrt, damit man eine Eisenstange hindurchstecken kann, die das Herausziehen der Spindel nach beendeter Arbeit erleichtert.

Große Vorsicht ist nötig, um den Spindelsitz im Spindelstock vor dem Eindringen von Sand zu bewahren. Gut ist es, zu diesem Zweck das Loch im Spindelstock bis unten durchzuführen und im Fundamentblock eine Vertiefung einzuarbeiten, in welcher sich einfallender Sand ansammeln kann. Die obere Öffnung wird am besten durch einen gut passenden Stöpsel, der die ganze Sitzfläche mit überdeckt, verschlossen, und ist vor Benutzung der Spindelsitz sauber zu reinigen und einzufetten, was auch vor dem Zufüllen wieder zu ge-schehen hat.

Es liegt in der Natur der Sache, daß der Former, welcher mit Schablonen arbeitet, nicht nur Verständnis für die technischen Zeichnungen besitzt, sondern sie auch bei seiner Arbeit auf die herzustellende Form übertragen kann. Dies ist bei diesem Formverfayren um so nötiger, weil ihm hier zur Herstellung der Form nur Teile des Modells zu Verfügung stehen, so daß er mit Hilfe dieser Teile die Form nach der Zeichnung zusammensetzen muß.

Daß dies mit Hilfe der Schablonen und sonstigen notwendig werdenden Modellteilen allein nicht möglich ist, ist klar. Der Former braucht zu dieser Arbeit noch besondere Hilfsmittel, die in gewissem Sinne denselben Zweck wie

die Reißschiene und der Zirkel verrichten, deren sich der Konstrukteur bei Anfertigung der Zeichnung bedient.

Zunächst ist es nötig, daß in jeder. Gießerei, die mit Schablonen formen läßt, neben dem Modellbuch ein Schablonenregister geführt wird, in welchem die Schablonennummer, die äußere Form und die Hauptmaße des Gegenstandes, für den die Schablonen bestimmt sind, und die Zahl der dazu gehörigen Modellteile eingetragen sind. In einer letzten für Bemerkungen freibleibenden Rubrik

Fig- 540.

sind alle sonstigen Angaben einzutragen, die sich bei der ersten Benutzung der Schablonen ergeben, so daß man bei öfters wiederholter Abformung des betreffenden Gegenstandes die Zeichnung nicht mehr braucht.

Die Hilfswerkzeuge, welche zum Übertragen der Zeichnung auf die Form nötig werden, bestehen in einigen Meßlatten und Richtscheiten verschiedener Länge und einer Teilscheibe.

Fig. 540 zeigt eine Meßlatte. Dieselbe wird aus astfreiem Kiefernoder Tannenholz geschnitten und enthält bei G eine gabelartige Ausbuchtung, die in ihrer Weite dem Spindeldurchmesser entspricht. Die Kante a, b muß genau durch den Spindelmittelpunkt gehen und erhält einen Beschlag M aus Messing- oder Zinkblech, auf dem sehr genau ein Maßstab aufgetragen wird, der vom Spindelmittelpunkt (als Nullpunkt und in Metern nach Schwindmaß) ausgeht. Auch die Ausbuchtung für die Spindel wird an ihrem Umfange mit einem Zinkblechstreifen beschlagen, um dem Ausbrechen des Holzes vorzubeugen.

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Fig. 541.

Da es sich beim Schablonenformen meist um Rotationskörper handelt, die in . der Hauptsache aus einer Nabe und einem äußeren Kranz bestehen, die durch eine Anzahl Arme oder Speichen miteinander verbunden sind, so muß der Former nun die Speicheneinteilung nach der Zeichnung auf das Formbett übertragen, und bedarf hierzu einer Teilscheibe (Fig. 542/43) und eines Richtscheites (Fig. 541). Diese Teilscheibe besteht aus einem leichtgehaltenen Gußkörper. dessen Ausbildung Fig. 542 u. 43 angibt; dieselbe erhält einen Außen-

durchmesser von 650—700 mm. Die lange Nabe Na paßt mit ihrer Bohrung genau auf die Spindel und ist mit einer Stellschraube St versehen, die ein Feststellen der Scheibe auf der Spindel ermöglicht. Außerdem ist in die Nabe Na, dicht über dem Speichenkreuz, eine Nute Nu eingedreht, in welche die Aussparung des Richtscheites paßt.

Der Umfangsflansch der Teilscheibe zeigt nun eine Anzahl Löcher mit beigeschriebenen Zahlen, die neben den Löchern gut sichtbar einzuschlagen sind. Die Zahlen beziehen sich auf die jeweilige Armteilung des zu formenden Gegenstandes (4, 5, 6, 8, 12 Arme) und geben die genaue Einteilung für die jeweilige Anzahl der Arme an.

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Fig- 542.

Fig. 513.

Die Einrichtung und Form des Richtscheites ist aus Fig. 541 zu ersehen; dasselbe unterscheidet sich nur durch die Form von der Meßlatte. Die Gabel erhält die Weite der Nute Nu, und die Kante a, b, welche auch hier genau durch den Mittelpunkt der Spindel bezw. der Nabe Na geht, wird mit einem Blechstreifen beschlagen, um die Kante möglichst scharf und gerade zu erhalten.

Will man nun mit Hilfe dieser beiden Vorrichtungen die Armeinteilung eines Rotationskörpers (Schwungrad, Riemenscheibe usw.) auf die Form übertragen, so wird zunächst die Teilscheibe auf die Spindel geschoben, bis sie auf dem vorher gut wagerecht ausgerichteten Formbett aufliegt. Dann wird das Richtscheit mit seiner Gabel in die, in die Nabe der Teilscheibe eingedrehte Nute Nu eingesetzt und an dem Anschlagbolzen A, der in einem der Teillöcher auf dem Kranz der Teilscheibe steckt, mit der Kante a, b angelegt. Soll nun beispielsweise der zu formende Körper 6 Speichen oder Arme erhalten, so wird der Anschlagbolzen A in eines der mit 6 bezeichneten Teillöcher gesteckt, das Richtscheit angelegt, die Richtung des Armmittels an der Kante a, b des Richtscheites auf dem Sandbett angerissen und am Ende der Richtlinie ein dünner

Holz- oder Eisenstab in den Sand gesteckt. In gleicher Weise verfährt man nun mit dem nächsten mit 6 bezeichneten Teilloch und so weiter der Reihe nach herum, bis alle 6 Armmittel festgestellt worden sind.

Oft ist aber das Formbett nicht ganz eben, weil vorspringende Teile in der Form vorhanden sind. Man kann dann das Richtscheit nicht glatt auflegen und muß mit Hilfe der im Richtscheit vorgesehenen Löcher Holzklötzchen unterschrauben, die diese Unebenheiten des Formbettes ausgleichen.

Während man diese mitgeteilten Vorrichtungen ganz gut in der eigenen Werkstatt herstellen kann, gibt es auch im Handel diesbezügliche Apparate zu kaufen, und bietet u. a. ein Einteilapparat manchen Vorteil, indem man mit seiner Hilfe genau und schnell arbeiten kann. Derselbe besteht aus einem Kreuzwinkel mit Meterteilung auf dem Unterschenkel und einem großen Transporteur, der in seinem Halbkreisumfange in 180 Grade eingeteilt ist.

Der Apparat fußt auf dem Prinzip, daß man mit Hilfe des Zentriwinkels, welchen je zwei Radien eines gleichseitigen Vieleckes im Kreise bilden, die Richtung der Armmittellinie bestimmen kann. Die Größe des Winkels findet man, indem man den ganzen Umfang, also 360°, durch die Zahl der Arme teilt. Dementsprechend erhält man:

bei 4 Armen einen Zentriwinkel von 90°

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12

Für die am häufigsten vorkommenden Einteilungen sind bei dem Apparat entsprechende Anbohrungen vorgesehen, in die ein am Lineal befindlicher Dorn eingesetzt wird.

Die Schablonen sind aus möglichst astfreiem, harzreichen Holz (Nadelholz) anzufertigen. Sie werden an der schablonierenden Kante etwas abgeschrägt und an der scharfen Kante, um die Abnutzung zu verhüten, mit einem dünnen Weißblechstreifen beschlagen. Die Genauigkeit der Kanten muß öfter revidiert werden, und zwar am besten auf einer genau horizontal gehobelten Richtplatte, wie sie in allen Werkstätten zu finden ist.

Bei Herstellung des Formbettes um den Spindelstock herum ist noch einiges zu beachten. Man gräbt zunächst den Gießereiboden um den Spindelstock herum bis auf die Oberkante des Fundamentes herab auf, setzt die Spindel ein, häuft um den Spindelfuß Koks oder Holzkohlen an, so daß der Kokshaufen den Spindelfuß und seine Umgebung vollständig bedeckt. Von dem Kokshaufen aus legt man ringsherum um die Spindel und zentral zu ihr Strohseile bis herauf zur Herdsohle, um den bis zum Spindelfuß herabdringenden Gasen, die sich beim Guß in der Form entwickeln, einen Ausweg zu schaffen. Dieser Unterbau wird mit altem, grobem Sand bedeckt, darüber

42*

kommt feiner Formsand, der in den oberen Lagen gut festgestampft wird, und kann hierauf die Arbeit des Formens beginnen.

e) Das Schablonenformen ohne und mit Modellteilen.

Die Zahl der Gegenstände, welche nur mit Hilfe von Schablonen geformt werden können, ist ziemlich beschränkt, denn bei den meisten Gußteilen dieser Art machen sich beim Abformen gewisse Modellteile nötig.

Nur mit einfachen Schablonen lassen sich z. B. flache und Winkelringe formen, sowie auch flache Verdampfungsschalen, wie sie in der chemischen Industrie vielfach gebraucht werden.

Fig- 544.

Für das Abformen gußeiserner Ringe ist das Schablonierverfahren schon deshalb besonders geeignet, weil man eine absolut runde Form erhält, während Holzmodelle für solche Gußkörper bei öfterem Gebrauch und längerem Liegen im Sande sehr bald deformieren — unrund werden. Hat man aber von einer Sorte einfacher Ringe viele Abgüsse herzustellen, dann empfiehlt es sich, ein eisernes Modell herzustellen, denn auch die Schablone nutzt sich ab, und das Formen mit eisernem Modell stellt sich dann immer noch billiger, als die Arbeit mit der Schablone.

Das in Fig. 544—546 dargestellte Beispiel eines großen, aber sehr flachen Ringstutzens, wie er z. B. an großen Schüttrümpfen angebracht wird bietet insofern eine Abwechslung, als hier das Einschneiden des Flansches f in die Form besondere Maßnahmen bedingt.

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Fig. 545.

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Hierbei wird der Oberkasten mit Schablone 81 in der bereits angegebenen Weise geformt, und muß auch hier die Kante bc gut konisch gemacht sein, damit der Sandballen gut aushebt, während die Schlußnute die in der Figur gezeichnete Form erhält.

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Fig- 546.

In die Handform ist nun außer der Eisenstärke des Ringes auch noch der Flansch f einzuschneiden, der selbstredend nicht in der Schablone mit ausgeschnitten werden darf.

Die Schablone erhält also nur die Begrenzungsform, welche durch die äußere Ringfläche ohne den Flansch f gegeben ist, und wird zunächst in der gewöhnlichen Weise mit dieser Schablone die Unterform aus dem Herdbett geschnitten. Ist das geschehen, so wird mit Hilfe der beiden Schrauben r und s der kleine Blechschieber A auf die Schablone geschraubt, welcher genau die Breite der einzuschneidenden Flanschenstärke erhält und in einem langen Schlitz verstellbar ist. Dieser Schieber wird nun nach und nach während des Einschneidens soweit herausgeschoben, bis die richtige Form des Flansches ausgeschnitten ist. Zum Egalisieren des Flansches empfiehlt es sich dann noch, ein Segment aus Holz auszuschneiden, welches genau dem Durchmesser und der

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Fig- 647.

Stärke des Flansches entspricht und, an einer Latte befestigt, um die Spinde! gedreht werden kann.

So kann z. B. der in Fig. 547 A dargestellte Deckel mit zwei Schablonen und entsprechenden losen Modellteilen geformt werden. Hier braucht man zwei lose Modellteile und eine Hilfsschablone. Während in Fig. A der Deckel im Schnitt gezeichnet dargestellt ist, zeigt Skizze B die lose Nabe n mit den vier Rippen r und der Kernmarke K als zusammenhängendes Modellteil, welches sich mit dem Oberkasten abhebt. Auch das auf der Unterseite des Deckels vorspringende Stück der Nabe muß lose als Modell hergestellt werden und wird nach Fertigstellung des Formbettes in dieses eingedrückt.

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Fig. 548.

Die Form für den Oberkasten wird mit Schablone 81 (Fig. 547) eingeschnitten, das Rippen kreuz B mit der Nabe eingesetzt, der Oberkasten aufgestampft und abgehoben. Dann wird mit der Schablone SII das Formbett für die Unterform ausgedreht. Sind in dem Boden des Zylinderdeckels Aussparungen o vorgesehen, wie in Fig. 547 C dargestellt, so müssen diese mit Hilfe des Rahmens C mit der Hand eingeformt werden. Dieser Rahmen ist bei a mit einem ¹/i Kreisausschnitt versehen, der genau der Rundung der Formspindel entspricht, damit er an diese angelegt werden kann. Der Former muß nun, genau der Lage der Rippen im Oberkasten entsprechend, den Rahmen so einlegen, daß die Aussparung o genau in die Mitte zwischen zwei Rippen r zu liegen kommt. Da der Rahmen C genau der Stärke des Bodens entspricht, so braucht er nur den Raum o mit Sand auszufüllen, glatt zu streichen und den Rahmen C an den aufgeleimten Klötzchen abzuheben, um das für die Aus-sparung nötige Sandstück in der Form herzustellen.

Sind beide Formhälften fertig gemacht, so wird der Kern K eingelegt

und der Oberkasten OK aufgesetzt. Die geschlossene Form zeigt dann im Schnitt die in Fig. 548 gezeichnete Zusammensetzung.

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Fig. 549.

Bei der in Fig. 549 gezeichneten Rippenplatte ist das Formverfahren etwas anders. Auch hier wird die kleine Nabe, sowie die große n mit den vier Rippen r lose als Modell hergestellt, dagegen ist der in Fig. 547 C gezeichnete Rahmen als volle Scheibe mit den vier Aus-

sparungen nötig, damit sich die Aussparungen o mit dem kleinen Nabenteil im Oberkasten abdrücken und mit diesem abheben.

Das Formverfahren ist nun hier etwas anders, wie schon die Form der Schablone 81 Fig. 550 erkennen läßt. Diese entspricht in ihrer Begrenzung

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Fig. 550.

zunächst bei a b dem inneren Durchmesser des Ringes, schneidet aber von b aus stark konisch so tief nach unten, daß unter die Kernmarke noch eine runde gußeiserne Formplatte P eingelegt werden kann, die zum Aufbau des Kern-stückes Kst Fig. 551 dient.

Man wird also zunächst mit der Schablone 81 das Formbett ausdrehen. Dann wird die Formplatte P, die mit Ösenschrauben versehen ist, eingelegt und der Nabenkörper mit den Rippen r nach unten so eingesetzt, daß seine Oberfläche mit der Kastenschlußfläche, also mit der Oberkante der Scheibe, abschneidet. Nun wird das Formstück gemacht, also das Nabenkreuz mit Sand ausgefüllt und festgestampft, wobei man darauf achten muß, daß die Ösen der Schrauben, bezw. die Stellen, wo sie sich befinden, gut gemerkt werden. Hierauf wird die Modellscheibe mit den vier Aussparungen o so aufgelegt, daß sie im richtigen Verhältnis zu den Rippen in die Form zu liegen kommt, zu welchem Zweck Dübel an den Nippen vorzusehen sind, und legt man endlich das Modell der niedrigen Nabe mit der oberen Kernmarke oben auf.

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Nun stampft man den Oberkasten auf und hebt mit ihm die kurze Nabe ab. Dann hebt man die Modellscheibe ab und nach ihr das Modell des Nabenkreuzes, muß jedoch vorher noch die Ösen der Schrauben frei machen, um an ihnen das nun auf der Platte P ruhende Kernstück Kst ausheben zu

können. Nun schneidet man mit der Schablone 811 die für das Formbett nötige Grundform ein, macht alle drei Formen fertig und erhält nach ihrer Zusammensetzung die in Fig. 551 skizzierte fertige Form.

d) Das Formen mit Schablone und Kernen.

Gießereien, die öfter Zahnräder anfertigen, werden auch im Besitz einer Zahnräderformmaschine sein, die im Grunde genommen aus der einfachen Formspindel, dem Spindelstock mit' Support hervorgegangen ist. Während man früher sehr mühsam mit Hilfe eines Zahnteilmodells die Zähne in die ausgedrehte Schablonenform mit Hand einbauen mußte, ermöglicht heute die Formmaschine mit ihrem Teilmechanismus, genau der Zähnezahl und ihrer Teilung entsprechend, die Zähne sehr exakt in den für sie int Formbett ausgedrehten Kranz einzuformen. Im übrigen ^braucht man aber auch bei der Zahnradformmaschine Schablonen und Modellteile, um die ganze Form herzustellen, und vertritt dann eben die Ständersäule und der Supportarm der Maschine die Stelle der Formspindel und des einfachen Schablonensupports. Die Herstellung der Form geschieht — bis auf das Formen der Zähne — bei beiden Apparaten in ganz gleicher Weise.

Bei den Kegelrädern ist die Teilung der beiden Formen |infolge der stark konischen Form der Radkränze sehr einfach zu bewirken, und kann man deshalb für das Formen der Radarme bei ihnen von der Bildung besonderer Kernstücke absehen.

Man wird zum Beispiel für ein Holzkamm-Kegelrad die Nabe mit dem Armkreuz, sowie die untere Nabenscheibe als Modell anfertigen, die Aussparungen in den horizontal liegenden Speichen in bekannter Weise mit einem Rahmenmodell einformen, das an die Spindel angelegt wird, und den Radkranz mit Schablonen formen.

Hierzu gebraucht man je eine Schablone für den Decklasten und das Formbett und schneidet an letzterer einen Zapfen an, der in das Formbett eine Rinne dreht, welche die Kerne für die in den Kranz einzugießenden Zahnlücken aufnimmt, deren Einteilung am besten mit der Zahnradformmaschine erfolgt.

Will man die Zähne ohne Maschine formen, so muß als Modell ein Teilstück des Kranzes mit einigen Zähnen angefertigt werden. Man legt das Segment mit den Zähnen nach unten in die für den Zahnkranz ausgedrehte Rinne und stopft die Lücken mit Sand aus. Das Segmentstück wird an einer Latte befestigt, die an ihrem Ende einen halbrunden Ausschnitt erhält, welcher genau dem Spindeldurchmesser entspricht, und muß natürlich der Mittelpunkt des Ausschnittes genau mit dem Mittelpunkt des zu formenden Rades übereinstimmen. Durch Herumlegen des Segmentes und jedesmaliges Ausstopfen der Zahnlücken mit Sand wird dann der Zahnkranz geformt. Genauer und auch schneller geschieht das aber mit der Formmaschine, für welche nur je eine Lücke als Modell hergestellt zu werden braucht.

Bei den Stirnrädern kommt man mit diesem Formverfahren nur dann aus, wenn die Speichen f"-förmigen Querschnitt haben, wie Fig. 552 zeigt. Die Figur gibt auch an, wie die beiden Schablonen an ihren Schneidkanten zu profilieren sind.

Haben aber die Arme der Stirnräder -s— - oder I-Querschnitt, so ist es am besten, den Armstern und die Radkranzinnenflächen durch Kernstücke

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Fig. 552.

zu formen, deren Anzahl der Zahl der Arme des zu formenden Rades entspricht.

Auch hierzu sind zwei Schablonen nötig, von denen die eine für den Deckkasten dessen Grundprofil erhält, während die andere nach dem äußeren Zahnprofil das Formbett bis auf den Grund der unteren Nabenfläche ausschneidet und das Armkreuz durch Kernstücke gebildet wird, die dann ähnlich find, wie wir sie weiter hinten in Fig. 553 und 554 dargestellt haben. Soviel Ernte als der Radstern enthält, soviel sind Kernstücke einzusetzen, die in einem dem Armprofil entsprechenden Kernkasten geformt werden.

e) Das Formen der Riemenscheiben und Schwungräder.

Die Riemenscheiben mit ihrem dünnen Kranz und verhältnismäßig dicken Naben und Armen werden ebenfalls vorteilhaft mit Schablonen geformt; denn die Holzmodelle dieser Scheiben leiden bei öfterem Einformen sehr stark, werfen sich und geben unrunde Scheiben, die ein erhebliches Mehr an Arbeit für das Abdrehen und Ausbalancieren, sowie an Material erfordern. Um die unrunde Beschaffenheit auszugleichen, werden solche Modelle in der Form gewöhnlich stark ausgeschlagen, so daß alle Abmessungen stärker werden, was natürlich mit einer Gewichtsvermehrung gleichbedeutend ist.

Das Formen der Riemenscheiben mit Schablone gestaltet sich noch einfacher als das Formen der Räder mit Schablone, denn man braucht hierzu nur einen Kernkasten (Fig. 553 u. 554), sowie nur eine Schablone (Fig. 555).

Der Kernkasten enthält einen Arm und den zu ihm gehörenden Teil des Kranzes, die Nabe und die beiden Kernmarken. Kranz- und Nabenteil werden etwa bei a und b von dem Arm getrennt, und erhält der Arm an beiden Enden je einen Zapfen, der in entsprechende Löcher im Kranz- und Nabenteil paßt. Ist nun in dem geschlossenen Kasten der Kern eingestampft, so nimmt man zunächst die Seitenwände fort, zieht dann das Kranz- und Nabenteil

nach außen ab und zuletzt das Armmodellstück von der Nabenseite her aus dem Kern heraus.

Die einzige Schablone (Fig. 555', welche man zu der Formung der Scheibe braucht, schneidet oben mit der Oberfläche der oberen Kernmarke ab.

Ftg. 553.

Fig. 554.

die also mit der Deckfläche des Deckkastens zusammenfällt. Sie schneidet senkrecht nach unten bis an den Rand des Scheibenkranzes, springt um dessen Stärke nach innen und schneidet von hier aus schräg nach unten bis zur gleichen Tiefe der unteren Fläche der unteren Kernmarke, so daß also das Formbett in der Tiefe genau der Höhe des Kernkastens entspricht, die durch die beiden Kernmarkenflächen begrenzt wird.

Figur 555 zeigt rechts die Schablone und links die geschlossene Form mit den eingesetzten Kernstücken K im Schnitt.

Komplizierter gestaltet sich die Herstellung von Scheiben mit profiliertem Kranz. Von den Riemenscheiben mit ein oder zwei angegossenen Rändern können wir hier absehen, denn sie sollten überhaupt nicht mehr Verwendung finden, weil sie unpraktisch sind und die Riemen sehr stark abnutzen.

Ftg. 555.

Dagegen ist es nötig, anzugeben, wie zum Beispiel größere Kettenrollen mit Schablon: geformt werden, deren Kranz eine tiefe Rille erhält^ die sich den Abmessungen der in ihr laufenden Kette anpassen muß.

In Fig. 556 links ist das Kranzprofil einer solchen Scheibe gekenn-zeichnet und gleichzeitig die Form der beiden Schablonen angegeben, mit denen die Form in das Sandbett geschnitten wird.

Zuerst wird die Form für den Decklasten mit Schablone S, ausgeschnitten, die bis auf die Oberfläche des Scheibenbodens herunterreicht, sich der äußeren Begrenzung des Rillenkranzes anschließt und seitlich bis zur Kastenschlußkante die Oberfläche des Rillenkernes K bei a deckt.

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Fig. 556.

Die zweite Schablone S₂ für das Formbett wird seitlich durch die Marke des Rillenkernes a, b, c begrenzt. Sie schneidet also außer der unteren Scheibenform gleichzeitig das Widerlager für den Rillenkern aus dem Bett heraus.

Die Nabe mit dem Armkreuz wird als Modellstück hergestellt und in bekannter Weise eingeformt, desgleichen etwaige Aussparungen in dem Scheibenboden.

Der Kern K für die Rille wird mit zwei besonderen Kernschablonen (Fig. 557) aus Masse geformt, und zwar zunächst das Kernbett B mit Schablone S₃ und auf dieses, nachdem es gut getrocknet ist, der Kern K mit Schablone S₄. (Fig. 557)

Beim Zusammensetzen der Form wird in das Formbett zunächst der Rillenkern K eingelegt, dann der mittlere Kern für die Durchbohrung der Nabe und der Kasten geschlossen.

Schwungräder erfordern ebenfalls sehr teure Modelle und kommen in so verschiedenen Größen und Abmessungen vor, daß gerade bei ihnen die

Fig. 657.

Ersparnis an Modellkosten ganz bedeutend ist, wenn man sie mit Schablonen formt.

Bei den meisten Rädern dieser Art hält es nicht schwer, nach dem bisher Mitgeteilten die Form der Schablonen selbst zu bestimmen. Arm und Nabe

werden in bekannter Weise als Kerne geformt mit Hilfe von KernkLsten, welche die Einrichtung haben, die wir in Fig. 553 und 554 dargestellt haben.

v. Die Lehm- und Masseformerei.

Wesentlich verschieden von der Formerei in Sand ist die in Lehm, und können in diesem Material die einfachsten wie die kompliziertesten Stücke ausgeführt werden unter Zuhilfenahme von Schablonen und Formstücken. Die Lehmformerei kommt in vielen Gießereien neben der Sandformerei zur Anwendung.

Der Lehm ist kein direktes Formmaterial und wird in der Lehmformerei zum Ausmauern der Steine, zu Kernen usw. verwendet. Lehmkerne erhalten im Innern ein Eisengestell, um ihnen die nötige Festigkeit zu geben, und bedient man sich zum Beispiel bei den Rohrkernen einer durchgehenden Spindel

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Fig. 558.

(Fig. 558), welche mit Stroh oder Holzwolle umwickelt wird; diese Umwickelung gibt dem auf sie aufgetragenen Lehm alsdann einen guten Halt, sowie Schutz gegen Reißen und Abfallen.

Die Masse ist das eigentliche Material für die Formerei mit Schablone. Sie besteht aus fettem Sande, feuerfestem Ton oder Lehm mit beiden gemischt. Als Zusatz wird noch genommen Pferde- oder Kuhdünger, Häcksel, Gerberlohe usw. Diese Stoffe werden zu einem gut bildsamen Brei verarbeitet, der nach der Trocknung eine die Gase gut durchlassende und rissefreie Masse gibt. Das Formverfahreu ist bei großen Stücken kurz folgendes:

Der Gegenstand wird zunächst zur Formgebung in lufttrockenen Lehmsteinen mit Lehm ausgemauert (Fig. 560) und zum Ausgleich der Unebenheiten und zur Vorbildung der ungefähren Form mit einer Schicht Lehm überzogen. Dieses rohe Formgestell wird gut getrocknet und nach vollendeter Trocknung die eigentliche Form in Masse ausgeführt, welche auf das Lehmbett aufgetragen wird. Gut ist es, die Masse mit feingesiebtem Koksstaub zu versetzen. Kohlenstaub ist nicht zu nehmen, weil er eine starke Gasentwickelung verursacht, die bei den dickwandigen Lehmformen vermieden werden muß, weil man sonst leicht blasigen Guß erhält.

Die Masseformen werden alle getrocknet und nach dem Trocknen ge-schwärzt. Sie eignen sich nicht für Abgüsse mit scharfen Abstufungen und tiefen Hohlkehlen; letztere werden besser in Lehm geformt.

Wir lassen hier noch einige Beispiele der Lehmformerei folgen, aus denen

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Fig. 559.

zu ersehen ist, daß sie im Prinzip mit der Schablonenformerei in Sand eng verwandt ist.

Zur Führung der Schablone dienen hierbei verschiedene Vorrichtungen. Je nach der Art des auszuführenden Stückes wird man zur Führung der Schablone eine feststehende oder hängende Spindel benutzen, während für andere ein einfacher Spitzdorn genügt, der in einem tiefen Körner sich dreht, während die Schablone mit der Hand auf der Platte geführt wird, in welcher sich der Körner für den Dorn befindet (Fig. 562). Bei den Rohrkernen liegt die Schablone fest und die Spindel mit dem Kern wird gedreht (Fig. 558), in andern Fällen wieder, z. B. beim Formen der Kerne für kleine Rohrkrümmer»

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Ftg. 560.

führt sich die halbrund ausgeschnittene Ziehschablone an einem Brett, welches nach der Krümmung des Rohres geschnitten ist und auf dem Kernbrett befestigt wird. Man erhält dann zwei Kernhälften, die getrocknet und nach dem

Trocknen zusammengebunden werden, so daß man einen vollen gekrümmten Kern erhält (Fig. 559).

Zylindrische lange Kerne für Säulen und Rohre werden auf drehbarer Spindel mit festliegender Schablone geformt, wie Fig. 558 zeigt.

Auf zwei Böcken a ist eine Eisenspindel (Gasrohr) mit Zapfen z in entsprechenden Nuten fest gelagert und an einem Ende mit einer Kurbel ver-

Fig. 661.

sehen, mit deren Hilfe sie langsam um ihre Achse gedreht werden kann. Wie schon vorstehend gesagt, wird die Spindel mit Strohseil oder Holzwolle fest umwickelt und auf diese Unterlage der Lehm aufgetragen. Mit der Schablone B, die auf den Böcken a fest aufliegt und der Stärke des Kernes entsprechend uuf den Böcken befestigt wird, gibt dann der Former dem Lehm auf der Spindel die für den Kern vorgesehene Gestalt.

Zum Formen großer Rohrkrümmer (Fig. 559) eignet sich die Lehm-formerei sehr gut und braucht man hierzu drei Schablonen (Fig. 560—562). Die Form wird vierteilig ausgeführt, und zwar je ein Ober- und Unterteil in der Abmessung ABCD und zwei Seitenteile E F C A und GH DB (Fig. 559).

Auf der Eisenplatte P wird die Spindel Sp in geeigneter Weise befestigt und die Schablone 8i für das Unterteil aufgeschraubt. Die Unterlage für die Form wird nun aus lufttrockenen Lehmsteinen M roh ausgemauert

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Fig. 562.

und erhält nach der Schablone schon annähernd die Form der Schablone, die Hierbei zum Messen dient. Auf diesen Unterbau wird dann der Formlehm -aufgetragen und mit der Schablone sauber ausgedreht.

Das Oberteil wird in einem Bett B aus Formsand mit Schablone Sn

geformt und erhalt, wie Fig. 561 zeigt, eine dem Unterteil entsprechende Lehmstärke M, die nach der Schablyne sich den Schlußmarken einfügt, welche - -auch im Unterteil (Fig. 560) eingedreht sind.

Endlich werden mit Schablone Sni die beiden Seitenteile nach Fig. 562 gedreht. Sie enthalten je einen Flansch des Rohrkrümmers und die Kernmarke für den einzulegenden Kern, der in Lehm, wie beschrieben, mit einer Ziehschablone auf dem Kernbrett gezogen wird.

Die Formflächen werden nach dem Trocknen geschwärzt und zusammengestellt, fest verbunden und zum Guß fertiggemacht.

Das Formen in Lehm und Masse verlangt von dem Former große technische Fertigkeit, die er sich nur durch die Praxis aneignen kann, während das vorstehend Mitgeteilte nur eine Anleitung zur Ausführung des Formens mit Schablonen geben soll.

E. Die Maschinensormerei.

Mit dem Wachsen der Ansprüche der Industrie in Maschinenguß konnte man bald den Bedarf in Massenartikeln wie Lagern, Riemenscheiben, Rohren usw. mit Handformerei nicht mehr decken, und aus diesem Bedürfnis heraus hat sich dann die Formmaschine entwickelt.

Die ersten Formmaschinen dienten zum Formen von Zahnrädern und wurden bereits Mitte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts eingeführt. Diese Maschinen können aber im Sinne der modernen Technik als Formmaschinen nicht bezeichnet werden, weil sie eigentlich nur Teile der Form auf mechanischem Wege herstellen helfen. Sie sind nach der Art des Apparates gebaut, der zur Schablonenformerei (Fig. 538) benutzt wird, und bieten den großen Vorteil, daß man mit ihrer Hilfe die Zahnkränze sehr scharf und mathematisch richtig in der Zahnteilung herstellen kann.

Die ersten Handformmaschinen für Massenartikel, die wir in der Praxis kennen lernten, dienten zum Formen von Roststäben und waren sehr einfach gebaut. Im Laufe der Jahre haben sich viele Systeme von Formmaschinen gebildet, und noch immer kommen neue Konstruktionen auf den Markt. Wir können an dieser Stelle selbstredend nur einigen dieser Maschinenformen Beachtung schenken und haben für diese Darstellung Maschinen des kgl. Hüttenwerkes Wasseralfingen in Württemberg gewählt.

Während für kleinere und mittlere Betriebe die Handformmaschine bevorzugt wird, betreibt man dieselben in größeren Werken hydraulisch oder mit Preßluft.

Bei vielen, namentlich kleinen Gußteilen empfiehlt es sich, die Modelle in Plattenform auszugestalten, so daß jede einzelne Modellplatte eine ganze Anzahl Einzelmodelle ein und desselben oder auch verschiedener Gegenstände enthält.

Die Modellplatte erleichtert die Formarbeit ganz bedeutend, weil alle Modelle von vornherein in ihrer Lage gesichert sind und ebenso die Einguß.

sandte und Windpfeifen nicht mehr eingeschnitten zu werden brauchen, denn auch sie sind auf der Modellplatte schon vorhanden und drücken sich in der Form mit ab.

Für leichtere Arbeiten sind die Handformmaschinen mit Wendeplatte vorteilhaft. Die Maschine dient ebensowohl für die Erzeugung kleiner und feinster Massenartikel, als für die Herstellung großer, schwerer Maschinenteile, welche nur einzeln oder in geringer Anzahl geformt werden sollen. Sie gestattet die Verwendung von Reliefplatten oder beliebigen vorhandenen Modellen in Holz, Eisen, Blei usw. und ergibt eine gegen die Handarbeit erhöhte Leistung.

Die Modelle werden entweder zweiteilig auf der drehbaren Modellplatte angeschraubt,, oder man verwendet Reliefplatten aus Gips, Weißmetall usw. Häufiger vorkommende Modelle können auch vorteilhaft auf separate Modellplatten geschraubt werden, welche auf die beiden Seiten der Wendeplatte zu befestigen sind.

Man setzt auf beide Seiten der Wendeplatte je eine Formkastenhälfte. Zum genauen Einstellen dienen zwei besondere Zentrierstifte, welche in entsprechende Bohrungen der Formkasten genau passen und durch eingeschobene

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Fig. 563.

Keile die Kasten festhalten. Auch läßt man oft die Zentrierstifte an den Kasten festsitzen und durch die Platte frei hindurchgehen, wobei das Festhalten des Kastens durch Vorreiber erfolgt.

Man füllt und stampft nun zuerst den nach oben liegenden Kasten ein, hebt sodann mittels des Hubrades die beiden seitlichen Zahnstangen so weit, daß die Platte mit den Kasten gewendet werden kann, und stampft den anderen Kasten ein. Hierauf löst man die Haltekeile und hebt unter leichtem Klopfen gegen die Modellplatte die letztere von dem untenliegenden Kasten ab, wendet um und setzt eine neue Kastenhälfte ein.

In Fig. 563 ist eine normale Abhebeformmaschine für Handbetrieb

dargestellt. Die Wendeplatte, an welcher zwei Modellplatten angeschraubt werden können, ist in stabilen gußeisernen Böcken drehbar gelagert und wird durch Fixierstifte in horizontaler Lage festgehalten. Die Formkasten werden auf den Modellplatten durch die auf beiden Seiten der Wendeplatte angeordneten drehbaren Kastenhalter befestigt.

Die Trennung der Form vom Modell geschieht bei beiden Maschinen mit Hilfe eines Wagens durch Kolbenführung, welche ein ganz paralleles Abheben der Form vom Modell gewährleistet.

Bei der Abhebeformmaschine für Handbetrieb wird der Abhebekolben durch einen Hebel, welcher mittels Zahnsegment auf den Kolben wirkt, in Bewegung gesetzt, bei der hydraulischen Formmaschine durch einen Steuerschieber.

Die Handhabung dieser Abhebeformmaschinen ist eine einfache und handliche. Auf die obere Modellplatte der Maschine setzt der Former, nachdem er die Wendeplatte mit dem Fixierstift festgelegt hat, einen Formkasten auf, befestigt ihn mit den beiden Kastenhaltern und stampft ihn auf. Dann dreht er die Wendeplatte mit der Form nach unten, legt die Wendeplatte wieder durch den Fixierstift fest und schiebt den Abhebewagen über den Abhebekolben. Nunmehr hebt er mittels des Kolbens den Wagen, bis letzterer an dem ausgestampften Formkasten anliegt und dreht die Kastenhalter zurück. Jetzt kann der Former durch langsames Zurücklegen des Handhebels bezw. langsames Zurückdrehen des Steuerschiebers die Form vom Modell abheben. Es bleibt ihm nun noch die Arbeit, den Abhebewagen unter der Maschine vorzuziehen und die Form zur Gießstelle zu tragen.

Die normalen hydraulischen Formmaschinen sind für das Formen gewöhnlicher zweiteiliger Forinkasten eingerichtet und ermöglichen, im Gegensatz zu den Abhebeformmaschinen, das Pressen der Form sowohl, als auch das Abheben derselben vom Modell.

Die in Fig. 564 dargestellte Maschine dieser Art ist dem vorgenannten Werk unter Nr. 84541 patentiert.

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Charakteristisch für dieses Maschinensystem ist das Fehlen eines besonderen Oberbaues, indem die Wendeplatte zugleich als Gegendruckplatte bei der Pressung dient. Durch diese Bauart ist die Handhabung der Maschine eine sehr bequeme und der Druckwasserbedarf auf das Geringste beschränkt. Dem Preßkolben der Maschine ist in einem zweiteiligen Zylinder eine doppelte Führung gegeben, wodurch eine vollkommene Geradführung erreicht wird. welche die exakte Abhebung der Form vom Modell zur Folge hat.

Fig- 564.

43

Diese Maschinen sind zum Formen der verschiedenartigsten Gegenstände verwendbar, soweit diese sich in solchen zweiteiligen Formkasten von Hand formen lassen, deren lichte Weite und Höhe bei den einzelnen Größen der Maschine angegeben ist.

Das Formen mit diesen Maschinen erfolgt auf folgende Weise:

Auf die Modellplatte, welche auf der Wendeplatte befestigt ist, wird der Kasten und auf diesen der Preßrahmen aufgesetzt und ersterer mittels der Kastenhalter festgelegt. Dann wird der Kasten bis an den oberen Rand des Preßrahmens mit Sand gefüllt und durch die eine Blechplatte abgeschlossen, welche in den Preßrahmen eingelegt und in diesem durch Federbolzen festgehalten wird. Nun wird die Wendplatte gedreht, bis der Formkasten über die Preßvorrichtung zu hängen kommt, und mittels des Fixierstiftes wieder festgelegt. Durch Öffnen des Steuerschiebers wird der Preßkolben nach oben bewegt und preßt die Form dadurch, daß die Kolbenplatte in den Preßrahmen eindringt und den Formsand um die Höhe dieses Rahmens zusammenpreßt.

In gleicher Weise wird nun über der zweiten Modellplatte der Formkasten befestigt, gefüllt und zur Pressung gebracht. Dadurch ist der vorher gepreßte Kasten wieder über der Wendeplatte, und es kann die Blechplatte samt Preßrahmen abgenommen und der noch überstehende Sand über dem Kasten abgestrichen werden. Wird dieser Kasten nun wieder nach unten gedreht, so kann das Abheben vom Modell mittels des Wagens erfolgen.

Für große Formen, welche sehr ungleiche Kastenhälflen erfordern, bringt man an den Maschinen noch eine Wendevorrichtung an.

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F'g. 565.

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Früher wurden zum Einformen und Abgießen eines Gegenstandes oder mehrerer Gegenstände in ein und derselben Form, wie bei der Handformerei auch bei der Maschinenformerei, stets zwei Formkastenteile, ein Unterteil und ein Oberteil, verwendet; es wurde also, wie Fig. 565 zeigt, bisher je nur eine Seite beider Formkastenteile zum Formen verwendet.

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Fig. 666.

Fig 667

Der Gedanke, beide Seiten eines mit Formsand gefüllten Formkastenteiles mit Prägung zu versehen und durch einen durchlaufenden Anguß zu verbinden, d. h. „doppelseitig gepreßte Formen" herzustellen, welche nach zwei Seiten ausgenützt werden können — einerseits als Formoberteil, andererseits als Formunterteil — wurde zuerst von dem Kgl. Hüttenwerk Wasseralfingen zur Ausführung gebracht. Fig. 566 zeigt, wie mehrere doppelseitig gepreßte Formen aufeinandergestellt, zu einem Foim-kastenbündel vereinigt und durch den durchlaufenden Anguß gemeinschaftlich abgegossen werden können. In Fig. 567 ist die Herstellung doppelseitig gepreßter Formen schemalisch dargestellt.

Beim Ausgießen der in Fig. 566 dargestellten Form entstehen Gußbündel, wie solche in Fig. 568 und 569 dargestellt sind. Fig. 570 zeigt den Schnitt durch vier auseinandergesetzte und abgestoßene Formen von Näh-maschinen-Schwungrädern, in welche auch die Rillen zum Einlegen des Treibriemens mit eingegossen sind.

Die Herstellung doppelseitig gepreßter Formen erfordert immer eine Gegendruckplatte Damit aber der Formkasten zur Pressung zugerichtet werden

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Fig. 668.

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Fig. 669.

kann, muß entweder die Gegendruckplatte oder der Preßtisch nach der Seite beweglich sein. Nach dem erstgenannten Prinzip — Beweglichkeit der Gegendruckplatte — ist die Kniehebelformmaschine mit umlegbarer Gegendruckplatte (Fig. 571) gebaut.

Diese Maschine kann als „Universal-Formmaschine" für kleine Massenartikel der Eisen- und Metallgießerei bezeichnet werden.

Bei dieser Kniehebelformmaschine erfolgt sowohl das Pressen der Form wie auch das Abheben der letzteren von den Modellplatten mittels eines Handrades, welches durch eine Schnecke auf einen Kniehebel mit Zahnsegment wirkt. Die untere Modellplatte ist auf dem Preßtisch befestigt, die obere Modellplatte dagegen wird in einen Preßrahmen eingelegt und greift in diesen ein. Die ganze Preßvorrichtung ist in ein rundes Gehäuse eingebaut, in welchem zugleich der Preßtisch geführt ist. Das Abheben der Form von den Modellplatten geschieht durch vier Abhebestifte und ebensoviele Abhebehülsen, welche im Preßtisch geführt sind und die so wirken, daß zuerst die Stifte die obere Modellplatte von dem Kasten und dann bei weiterer Abwärtsbewegung des Preßtisches die Abhebhülsen den Form- r kästen von der unteren Modellplatte abheben Das Formen F mit der Maschine geht in folgender Weise vor sich

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F'g. 570.

Auf die am Preßtisch befestigte Modellplatte wird p ein Formkasten und auf diesen ein Preßrahmen gesetzt, p Nachdem der Angußstift in die Modellplatte eingesteckt ist, wird der Formkasten bis zum oberen Rand des Preßrahmens mit Saud aufgefüllt, die obere Modellplatte in den Preß-rahmen eingelegt und die Gegendruckplatte bis zu den An-schlügen darüber geschoben. Nun wird durch Drehung des Handrades der Preßtisch so weit gehoben, daß die obere

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Modellplatte vollständig in den Preßrahmen eingedrückt ist, bezw. die Gegendruckplatte an dem Preßrahmen anliegt. Durch Zurückdrehen des Handrade» wird der Preßtisch samt der gepreßten Form soweit abgelassen, bis der seitlich an der Maschine angeordnete Fixierstift die Rückwärtsbewegung hemmt. Dann wird die Gegendruckplatte wieder zurückgelegt und der Angußstift durch die obere Modcllplatte aus der Form herausgezogen. Jetzt erfolgt das Abheben der Form von dem Modell, indem der Fixierstift zurückgezogen und der Preß-risch bis zu seinem tiefsten Punkt abgelassen wird. Nach Entfernung Der oberen Modellpwtte samt Preßrahmen kann der Formkasten weggetragen werden. Zwecks Herstellung einer zweiten Form ist der Preßtisch wieder bis zur Festhaltung durch den Fixierstift zu heben.

Zum Aufsetzen mehrerer Formen übereinander werden Führungsstifte benutzt, welche ein genaues Zusammensetzen der Formen sichern.

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Fig. 571.

Mährend die vorstehend besprochenen Formmaschinen .inv für gewisse Gußkörper mit Vorteil Verwendung finden, hat man in oen Drehtisch-Formmaschinen ein Hilfsmittel geschaffen, das sich mit Leichtigkeit allen Anforderungen anpassen läßt.

Ein ins Auge springender Vorteil der Drehtischformmaschine ist der, das an ihr zu gleicher Zeit zwei oder drei Former beschäftigt werden können. Dabei läßt diese Maschine eine solche Arbeitsteilung zu, daß lein Arbeiter den andern in seiner Tätigkeit hindert, so daß die Leistungsfähigkeit mit der Maschine sich tatsächlich im Verhältnis der Arbeiterzahl steigern läßt, ja bisweilen noch darüber hinauswächst. Die Maschinen können so auf die denkbar rationellste Weise ausgenützt werden.

Kommt es dabei vor, daß die Produktion den Bedarf übersteigt, so läßt sich diese Schwierigkeit dadurch leicht heben, daß auf der Drehtischformmaschine gleicherzeit nach dreierlei Modellen geformt werden kann. Zudem gestatten

oie normalen Drehtischformmaschinen meist Verwendung verschiedenartiger und verschieden hoher Formkasten nebeneinander.

In Fig. 572 bringen wir eine solche Maschine für hydraulischen Betrieb mit drei im Drehtisch geführten Wendeplatten.

Die Notwendigkeit, Formkasten mit sehr hohen oder doch sehr schweren Formen nach unten abzulassen, führte zur Bauart der Drehtischformmaschine mit Wendeplatten, die durch im Drehtisch geführte Zapfen in vertikaler Richtung beweglich sind.

Der hydraulische Preßkolben wirkt mittels eines entsprechend ausgebildeten Preßarmes auf diese Zapfen und preßt so den auf der Wendeplatte aufsitzenden Formkasten samt Preßrahmen gegen die Gegendruckplatte. Damit der gepreßte Formkasten nach unten gedreht werden kann, sind zu beiden Seiten jeder Wendeplatte Kastenhalter angeordnet.

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Fig. 572.

Die Abhebevorrichtung, die hier ganz uuit der Maschine getrennt ist, besteht in einem hydraulischen Abhebezylinder, über den auf Schienen ein Abhebewagen geschoben werden kann. Der Wagen wird gehoben, bis der nach unten hängende Formkasten auf ihm aufsitzt. Dann werden die Kastenhalter zurückgedreht, so daß der Formkasten beim Ablassen des Abhebezylinders sich von dem Modell trennt und auf dein Wagen zur Gießstelle gefahren werden kann.

Die Wendeplatten, die dem aus Stahlformguß hergestellten Tisch eine sternförmige Gestalt geben, können ans beiden Seiten mit Modellplatten versehen werden.

Diese Maschine dient zur Herstellung von Laufrädern. Der in Fig. 57a

dargestellte Schnitt durch die Gußform zeigt, daß zur Herstellung einer Form drei Formteile nötig sind, von denen nur das mittlere eine doppelseitige Pressung verlangt, insofern, als es zu beiden Seiten ganz ebene Flächen darbieten muß. In diesem Falle stellt also die obere Modellplatte einfach eine ebene Platte dar, die jedesmal auf den Preßrahmen aufgesetzt wird, bei der Pressung in denselben einzugreifen und den Sand um die Höhe des Nahmens zu pressen hat. Die unteren Modellplatten dagegen, die alle mit Modellen versehen sind, verteilen sich auf je eine Seite der drei L_ Wendeplatten. Da auf jeder Wendeplatte zwei Modellplatten befestigt werden können, so lassen sich auf der Maschine gleicherzeit zweierlei Größen von Laufrollen

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F-g. 573.

nebeneinander herstellen.

Geformt wird mit dieser Maschine wie folgt:

Von den drei an der Maschine beschäftigten Arbeitern setzt der erste auf die ihm von der Abhebevorrichtung her zugeschobene Wendeplatle einen Formkasten samt Preßrahmen auf, füllt ihn mit Formsand und legt dann die obere Modellplatte in den Preßrahmen ein. Unterdessen hat der zweite Arbeiter die vorher zugerichtete Form über die Preßvorrichlung gebracht und gepreßt. Der dritte Arbeiter hat die Aufgabe, die über die Abhebevorrichtung gebrachte Form zu wenden, auf dem über die Vorrichtung geschobenen Wagen abzulassen und auf die Gießstelle zu tragen. Bei dieser Arbeitsweise können 3 Arbeiter in 10 Stunden bequem 120 komplette Laufradformen herstellen und noch abgießen.

Auch zum Formen von Kasserolen und Kochtöpfen hat man Spezial-Drehtisch-Formmaschinen.

Entgegen der sonst gebräuchlichen Art. die Kochgeschirrformen auf der Formmaschine in zwei Formkastenteilen herzustellen, hat man für die Fabrikation der Kochgeschirre dreiteilige Formen eingeführt, wie nebenstehende Skizze 574 zeigt.

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Es besteht die Kochgeschirrform aus dem Formunterteil mit Kern, betn Formmittelteil mit Griff-Formen (Mantel) und dem Formoberteil mit eingepreßtem Eingußlauf. Durch diese Trennung in drei Einzelformen ist erreicht, daß die komplette Kochgeschirrform auf Formmaschinen ganz gleichmäßig gepreßt werden kann.

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Die denkbar rationellste Fabrikation für Kochgeschirre erreicht man dann ferner dadurch, daß man für jedes der drei Formteile eine besondere Drehtischformmaschine mit hydraulischer Preßvorrichlung zur Anwendung bringt, so daß sich jede der drei Maschinen den speziellen Anforderungen des auf ihr zu fabrizierenden Formteils möglichst vollkommen anpaßt und auf

jeder der drei Formmaschinen gleicherzeit nach drei verschiedenen Modellgarnituren geformt werden kann.

Durchziehformmaschinen kommen für Gegenstände zur Verwendung, die sehr hohe und nahezu senkrechte Flächen besitzen und dadurch das Abziehen der Form vom Modell erschweren.

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Bei den bisher gezeigten Formmaschinen wurden die Formen vom Modell entweder durch Abheben der fertigen Form von der Modellplatte nach oben oder aber durch Ablassen dieser Form von der Modellplatte nach unten getrennt. Diese einfache Art der Abhebung würde aber bei Gegenständen wie Rippenheizröhren, kleinen Motorzylindern u. dergl. ein Losreißen einzelner Sandteile von der Form zur Folge haben.

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Fig. 575.

Dem helfen die Durchziehformmaschinen ab, indem bei ihnen der Formsand an der Durchziehplatte einen Halt hat, während das Modell durch die Durchziehplatte hindurch aus der Form ausgezogen wird.

Freilich erhöht die dabei bedingte ganz exakte Ausführung des Modells wie der zugehörigen Durchziehplatte auch die Preise der Modellgarnituren ganz beträchtlich. Deshalb ist die Anwendung einer Durchziehformmaschine nur da zu empfehlen, wo ein Massenbedarf an einem Artikel vorliegt.

Eine Drehtischformmaschine mit Durchzugvorrichtung ist in Fig. 575

dargestellt.

Insbesondere ist diese Anwendung der Drehtischformmaschinen für die Fabrikation solcher Gegenstände sehr vorteilhaft, deren Gesamtform außer einem mit Durchziehvorrichtung herzustellenden Formteil noch anderer glatter oder doppelseitig gepreßter Formteile bedarf.

Ein Beispiel hierfür gibt das Formenbündel Fig.

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576, welches, im Schnitt gezeichnet, vier von einem Anguß aus abgegossene kleine Riemenscheiben zeigt, für welche sowohl die mit einer Durchziehvorrichtung hergestellte doppelseitig gepreßte Zwischenform und Ringform, als auch der Kern auf ein und derselben Drehtischformmaschine geformt sind. Ein weiteres Beispiel gibt die Fabrikation von Schienenstühlen, für welche sowohl eine mit Durchziehvorrichtung hergestellte, als auch eine glatt gepreßte, mit Anguß versehene Formhälfte nötig ist.

Fig. 570

Neben der Durchziehvorrichtung besitzen diese Maschinen auch noch eine Abhebevorrichtung, so daß bei doppelseitiger Pressung auch die obere Modellplatte mechanisch ausgehoben werden kann.

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Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die Drchtischformmaschine in dieser Anwendung für die verschiedenen Spezialartikel die leistungsfähigste Maschine ist.

Beim Formen mit diesen Maschinen setzt der Former den Formkasten samt Preßrahme auf einen der Einzelaushubtische der Maschine auf, füllt ihn bis zum oberen Rand der Preßrahme mit Formsand, wobei er den Sand bei sehr hohen Formen, wie sie dies bei den Schienenstühlen ergeben, teilweise mit der Hand an das Modell festzudrücken hat, dann preßt man die Form und bringt sie über die Abhebevorrichtung, zieht erst das Durchziehmodell aus ihr aus und hebt dann die fertige Form noch aus den Kastenführungsbolzen aus.

Kernformmaschinen

sind in allen Gießereien von großem Vorteil, weil der Bedarf an einfachen, geraden und prismatischen (kreisrunden, ovalen, vier- oder vieleckigen) Kernen auch in kleinen Gießereien ziemlich groß ist. Man beschäftigt in den Gießereien mit der Herstellung von Kernen meist jugendliche Arbeiter, und der Ausschuß von Kernen ist in der Ziegel ziemlich groß aus dem sehr einfachen Grunde,

Fig. 577.

weil ihre Herstellung nicht mit der Sorgfalt geschieht, die für diese Arbeit nötig ist, von jugendlichen Arbeitern aber meist nicht geleistet werden kann.

Bei der Gleichmäßigkeit der Kerne leistet eine für ihre Herstellung bestimmte Maschine bei gleichmäßiger Festigkeit und exakter Form der Kerne wesentlich mehr am Tage, als einige Kernmacher bei äußerstem Fleiße. Mithin spart man durch diese Maschinen ganz erheblich an Arbeitslohn und hat mit weniger Ausschuß an fertigen Kernen zu rechnen.

Es sind von diesen Maschinen verschiedene Konstruktionen im Gebrauch, und erfreut sich namentlich die 'in Fig. 577 abgebildete „Perfekt"-Maschine der Firma E. Brabandt in Berlin SO. großer Beliebtheit.

Wie die Abbildung 577 erkennen läßt, ist sie für Handbetrieb eingerichtet. Das Schwungrad, an dem mittels Handgriff gedreht wird, setzt in dem staubdicht verschlossenen Kasten ein Räderwerk in Bewegung, welches mittels der oberen Welle in dem. vorgebauten Stopfkasten, in den der Sand not: oben eingefüllt wird, einen Sandverteiler in Bewegung setzt, der den

Sand nach unten bringt? Unten besindet sich der Stopfer, welcher durch der schon genannten Mechanismus betätigt wird und den Sand in der Kernbüchse über eine Nadel drückt, die ein durch den Kern gehendes Luftloch erzeugt.

Ftg. 578

Aus dem Mundstück, welches die Querschnittsform des zu bildenden Kernes hat, tritt dann der fertige Kernstrang heraus, der auf bestimmtes Maß abgeschnitten wird. Eine Kollektion von Kernen, die auf dieser Maschine geformt sind, ist in Fig. 578 dargestellt.

F. Die eisernen Gutzsormen.

Wir haben bisher nur die aus Sand, Masse und Lehm hergestellter, Formen kennen gelernt und wollen hier zunächst noch die bleibenden Formen erwähnen, die zur Herstellung von Hartguß Anwendung finden. Wenn das flüssige Eisen auf kältere Metallflgchen stößt, so wird es abgeschreckt, und es bildet sich an dieser Stelle des erkaltenden Gusses eine Schale weißen, strahligen, harten Eisens, die 10—85 mm tief in den sonst grauen Guß eindringt. So gießt man z. B. Roststäbe, die auf der Feuerkante eine feuerbeständige Hartgußschicht erhalten sollen, indem man die mit Maschine geformten Kasten, bei denen die Modelle mechanisch nach unten aus der Form gezogen werden, mit der oberen Roststabseite auf glatt gehobelte Eisenplatten setzt, formt und gießt. Die Stäbe haben dann eine kräftige Hartgußschale auf der Feuerkante und stehen im Feuer recht gut.

Nach dem Guß eiserner Schalen oder Kokillen, in welchen die meisten Hartgußgegenstände hergestellt werden, nennt man den Guß auch Schalenoder Kokillenguß. Bekannt sind die in Hartguß hergestellten Walzen, Hartguß-Wagenräder, Herzstücke und Kreuzungen für Eisenbahnen usw. Um die teuren Eisenformen gegen Zerspringen bei der Berührung mit dem flüssigen Eisen zu schützen, wärmt man sie vor dem Guß etwas an, aber alsdann ist die Hartgußschicht auf dem Guß nur sehr dünn. Wenn es also darauf ankommt, eine möglichst kräftige Hartgußschicht zu erhalten, so muß die Form kalt gehalten werden und ist zur Sicherung gegen Zerspringen entsprechend stark in ihren Querschnittsverhältnissen zu machen oder mit aufgezogenen Schmiedeeisenbändern zu umgeben, die der unvermeidlichen Spannung das Gleichgewicht halten.

G. Die weitere Behandlung der Formen.

Das Trocknen der Formen ist bei allen Formen aus Lehm oder Masse nötig. Es geschieht entweder in Trockenkammern oder an Ort und Stelle durch entsprechende Apparate. Die Trockenkammern sind meist längliche 1,8—2 m hohe dunkle Löcher, die zum Schaden der Formen und der in ihnen arbeitenden Menschen eigentümlicherweise noch heute in dieser widersinnigen, ungesunden und unpraktischen Weise ausgeführt werden. Luft und Licht schaden sicher den zu trocknenden Formen nicht, um so mehr aber der Qualm und Rauch in diesen unrationell geheizten Kammern den Menschen, die in dieser Luft arbeiten müssen. Unsere Technik ist Gott sei Dank weit genug vorgeschritten, um bessere Trockenräume schaffen zu können.

Dieselben brauchen durchaus nicht zu ebener Erde allein zu liegen, sie können im Gegenteil wie andere Baulichkeiten in Etagen übereinander aufgeführt werden, sie erhalten Fenster zur reichlichen Beleuchtung und eine gut ventilierte Luftheizung von der Zentralstelle aus (Kalorifer). Die Hauptsache bei jeder Trocknung ist nicht das Heizen, die große Hitze, sondern die schnelle Abführung der mit dem aus den Formen entweichenden Wasserdunst geschwängerten Luft. Wird diese kräftig durch einen Exhaustor abgesaugt und entsprechend gut vorgewärmte, frische (trockene) Luft zugeführt, so vollzieht sich die Trocknung der Formen im dritten Teil der jetzt in den alten, dunklen Löchern hierfür nötigen Zeit. Die Temperatur und Luft im Trockenraum ist selbst im geschlossenen Zustande erträglich und nicht lebensgefährlich, während sich in den alten Trockenkammern schon mancher Former den Keim zur Schwindsucht, zu Gliederreißen und anderem Siechtum geholt hat.

Recht praktisch zum Trocknen größerer, schwer zu befördernder Formen sind die an Ort und Stelle aufzuhängenden Koksöfen. Der Apparat besteht aus einem äußeren Mantel und inneren Feuerraum. An dem ersteren wird ein mit zwei regulierbaren Drosselklappen versehenes Rohr, durch welches die kalte Luft vom Gebläse aus in den Apparat gelangt, angebracht. In der Mitte ist das Rohr für den Abzug der erhitzten Luft angeordnet, während über dem Boden sich der Rost befindet.

Um ein Trocknen der Gußformen am Platze ihrer Herstellung zu ermöglichen, ist der Trockenofen so eingerichtet, daß er am Kran über der Form aufgehangen werden kann. Durch entsprechend regulierbare Stellung der Klappen in der Windleitung wird es ermöglicht, die volle erzeugte Wärme auszunützen und die heiße Luft genau in derjenigen Temperatur der Form zuzuführen, welche zum raschen Trocknen notwendig ist.

Der Anschluß an die Windleitung wird mittels Schlauchs bewirkt, und dient hierzu diejenige Leitung, welche zum Betriebe der Kupolöfen vorhanden ist.

Der feststehende Trockenofen gleicher Konstruktion dient zum Ersatz der meistens sehr unvollkommenen Feuerungen in den Trockenkammern; auch kann derselbe in der Nähe der Dammgruben seinen Platz finden, um direkt in denselben die gemauerten Formen zu trocknen. Mittels der angeführten Einrichtung ist es möglich, die erforderliche Temperatur in dem Trockenraume zu erzeugen.

Die Aufstellung der Formen für den Guß hat auch nach bestimmten Regeln zu geschehen, denn beim Eingießen des Eisens in die Formen entsteht an verschiedenen Stellen in der Form eine Druck, der unter Umständen sehr stark sein kann, und muß man deshalb schon vor dem Gießen diesem Druck Rechnung tragen und die Form gegen seine Wirkung entsprechend sichern. Bei einem stehend gegossenen Rohr, z. B. von 4 m Länge, beträgt der Druck in der tiefsten Stelle der Form beim Gießen ca. 3 Atm. Mithin müssen die Formkastenhälften so miteinander verbunden sein, daß sie dem Druck widerstehen können. Man erreicht das damit, daß man die Dübelstifte mit einem Schlitz versieht und durch diesen einen Keil treibt, sobald die Kasten aufeinander gebracht sind. Diese Sicherung ist natürlich nur bei Formen angebracht, die, wie die Rohrformen, eine andere Sicherung nicht zulassen. Bei den üblichen flachen Kasten mit großer Sandfläche hilft man sich durch Beschweren der Kasten mit aufgelegtem Roheisen, massiven oder extra angefertigten Beschwerungsgewichten, die aber stets auf dem eisernen Rand des Kastens und nicht auf der Sandfläche aufliegen dürfen, weil int letzteren Falle durch die Belastung die Form eingedrückt werden könnte.

Formen, die nicht in einem festen Kasten untergebracht sind, wie z. B. die Glockenformen, werden in eine Dammgrube gesetzt und mit Sand umstampft. Auch die Stellung der Form beim Gießen ist nicht gleichgültig. Alle mit dem flüssigen Eisen in die Form eingeführten fremden Körper, wie Staub. Schlacke, Sand usw., sowie die sich entwickelnden Gase und Dämpfe suchen, da sie spezifisch leichter als das Eisen sind, nach dem höchsten Punkt der Form zu gelangen und bilden dort beim Erstarren Blasen und Löcher. Mau hat darauf Rücksicht zu nehmen und die Form so zu stellen, daß diese Blasenbildung nicht an Stellen stattfinden kann, die absolut dicht und rein im Guß sein müssen. Maschinenteile, bei denen es darauf ankommt, daß sie besonders dicht im Guß sind, wie z. B. Dampfmaschinen-, Pumpen- und andere Zylinder, gießt man deshalb mit einem sogenannten verlorenen Kopfe. Hierunter hat man eine Verlängerung des Zylinders zu verstehen, die später abgeschnitten wird. Das Gießen mit verlorenem Kopf hat den großen Vorteil, daß sich in ihm alle mitgerissenen fremden Bestandteile des flüssigen Eisens absetzen. Außerdem erhöht aber diese Verlängerung auch die Tiefe der Form und infolgedessen auch den Druck in der Form beim Gießen. Man spricht in diesem Fall deshalb wohl auch vom Gießen unter Druck, und es empfiehlt sich selbst bei Armaturteilen Einguß und Steiger möglichst dick und lang zu machen, um hierdurch auch einen höheren Druck in der Form zu erhalten und durch ihn einen reinen und dichten Guß.

Wir haben im Verlauf unserer Darstellung schon öfter die Bezeichnung Einguß, Windpfeifen und Steiger gebraucht, ohne eine nähere Erklärung dieser Begriffe zu geben.

Der Einguß ist die Einführungsöffnung für das flüssige Eisen. Seine richtige Größe und Lage kann nur mit Hilfe praktischer Erfahrungen bestimm: werden, und seine lichte Weite muß so bemessen sein, daß die Form schnell gefüllt wird. Er darf aber auch nicht zu groß sein, weil sonst die Form zu schnell gefüllt werden würde, und die sich in der Form entwickelnden Gase und Dämpfe, sowie die eingeschlossene Luft würden nicht schnell genug aus der Form entweichen können. Man hat bei der Bestimmung der Lage des Eingusses vor allen Dingen darauf zu achten, daß das einfließende Eisen die Luft vor sich her treibt, und daß durch den Eisenstrom die Form nicht zerstör: werden kann. Ist die Form sehr viel gegliedert, hat sie also eine Anzatil Ansätze und Ausläufe, so muß der Einguß so angelegt werden, daß durch ihn die Füllung der Form recht gleichmäßig erfolgt. Man hilft sich im letzten Falle auch dadurch, daß man zwei oder mehr Eingüsse anlegt und durch Ein-fchneiden entsprechender Verteilungskanäle in die Form für gute Verteilung des Eisens sorgt. Ist eine solche Form falsch angelegt, so können sich in ihr die einzelnen Eisenströme nicht schnell genug vereinigen, sie beginnen zu früh zu erstarren, und es entsteht Kaltguß, d. h. das Gußstück hat von vornherein unganze Stellen, ja oft fehlen ganze Stücke darin.

Schaum und Schlacken lassen sich auch dadurch gut vom Einguß fernhalten, daß man in einen sogenannten Sumpf gießt. Man versteht hierunter eine große muldenförmige Vertiefung, die man durch Überbauen eines Formkastens über dem Einguß anlegt und mit Sand auskleidet, so daß in ihr das Eisen beim Eingießen und vor dem Einfließen in die Form Schaum und Schlacken ausscheiden kann.

Windpfeifen nennt man die Abzugskanäle für die Luft aus der Form. Sie werden nur dann angelegt, wenn viel Luft in der Form eingeschlossen und nach außen abzuführen ist, und zwar an dem zuletzt zu füllenden Punkte der Form, damit keine Luft in der Form zurückbleiben kann. In vielen Fällen genügen zur Windabführung schon die Steiger, welche ebenfalls als senkrecht nach oben geführte Kanäle vom höchsten Punkt der Form abgehen. Man bringt sie an, um bei geschlossenen Formen den Stoß des Eisens gegen die obere Decke der Form zu mildern. Dieser Stoß ist besonders stark, wenn der Einguß hoch über dem höchsten Punkt der Form liegt und weit ist.

Sollen die Steiger zum Dichtwerden des Gußstücks beilragen, also wie ein verlorener Kopf wirken, so müssen die Querschnitte der Steigetrichter unter allen Umständen mindestens denselben Querschnitt haben, wie der Teil des Stückes, wo die Steiger aufgesetzt werden. Ein weiterer Grund, weshalb der Querschnitt reichlich bemessen sein muß, liegt darin, daß der Steiger in vielen Fällen so lange zum Pumpen offen gehalten werden muß, bis das Eisen in der Form erstarrt ist. Bei geringem Querschnitt der Steiger ist die unter denselben befindliche Stelle fast stets porös, da der Steiger zuerst erstarrt und das flüssige Eisen aus dem Gußstücke herauszieht. Sollte dennoch die Ober-ffäche des mit einem schwachen Steiger gegossenen Gußstücks rein erscheinen.

so werden sich in den meisten Fällen die Lunker im Innern des Stückes befinden. Hat man starkwandige, kurz gedrängte Stücke, so ist es nicht nötig, viele Steiger anzubringen, weil bei genügender Dimensionierung weniger, aber kräftigere Steiger in dem nachfließenden Eisen beim Erstarren keine Hohlräume entstehen lassen.

Der Steigetrichter soll in allen Fällen, wo es sich um die Herstellung dichter Gußstücke handelt, mindestens ebenso hoch aufgebaut werden, wie der Gießtrichter. Durch das Ablaufen des Eisens aus dem Steigetrichter entleert sich der Gießtrichter. Beim nochmaligen Durchgießen wird die in dem Gieß-rrichter befindliche Schlacke mit in die Gußform gezogen. Außerdem ist zu beachten, daß durch das Überfließen des Eisens beim Nichtausbauen oder zu niedrigem Aufbauen der Steigetrichter leicht Unglücksfälle eintreten können.

Die Steigetrichter, welche zum Pumpen und Nachgießen dienen, sollen sich nach oben nicht erweitern und möglichst zylindrisch sein. Hat der Trichter eine zu große Oberfläche, so wird das flüssige Eisen in demselben zu schnell an der atmosphärischen Luft abgekühlt, derselbe friert zu früh ein und ermöglicht keine Zuführung von flüssigem Material mehr, weshalb sich später unter dem Trichter Lunkerstellen zeigen. In Trichtern richtigen Querschnittes bleibt das Eisen lange flüssig und kann infolgedessen hinreichend Material an das Gußstück abgeben. Nachsaugesteiger werden häufig auch 200—400 mm höher aufgebaut als der Einguß. Nachdem das Stück gegossen ist, wird in die Nachsaugesteiger heißes, flüssiges Eisen direkt eingegossen. Sollten Einguß und andere kleine Luftabführungssteiger noch bluten, so werden dieselben mit Wasser so lange gekühlt, bis sie steif geworden sind. Fortwährend wird nun versucht, den oder die Nachsaugetrichter mit Eisen voll zu halten.

Sind mehrere Pumptrichter an ein und demselben Stück angebracht, so müssen die Former die Pumpstäbe gleichzeitig in die Trichter stoßen, um das Stück dicht zu pumpen. Es wird hierdurch ein gleichmäßiger Druck auf das in der Form befindliche Eisen ausgeübt. Bei ungleichmäßigem Auf- und Niedergehen mit den Pumpstäben wird das Eisen nur von dem einen Pumptrichter zu dem andern herausgepumpt. Der Pumpstab wird hierbei sehr viel flüssiges Eisen aus dem Trichter ziehen, und letzterer wird sich so schnell abkühlen, daß das nachzugießende Eisen im Trichter zu frühzeitig erstarrt. Ferner darf der zu pumpende Trichter nicht bis oben voll gegossen werden, weil dadurch ebenfalls die Abkühlung des Trichtereisens eine zu frühzeitige wird. Beim Pumpen hat man in erster Linie sein Hauptaugenmerk darauf zu richten, daß das Stück gepumpt wird und nicht der Trichter, der Pumpstock also genügend tief eingeführt wird.

Ein weiteres sehr wichtiges Mittel zur Erzielung dichter Güsse ist eine ausreichende und richtige Abführung der Kernluft. Das Formmaterial selbst darf natürlich nicht derart beschaffen sein, daß es unter der Einwirkung des Mssigen Metalles Gase entwickelt, es darf also keine kohlensauren Verbindungen enthalten. Bei der Abführung der Kernluft, sowie der die Gußform anfüllen-

den Luft ist nicht außer acht zu lassen, daß die Luft durch das flüssige Eisen erhitzt wird und ihr Volumen demgemäß auf ein Vielfaches des Volumens bei gewöhnlicher Temperatur vergrößert. Bei der Temperatur des flüssigen Eisens vergrößert die Luft ihr Volumen auf das Fünffache. Die größte Sorgfalt ist dem zweckmäßigen Abführen der Luft aus den Kernen zuzuwenden. Bei kleinen Kernen genügt das Einstechen von Luftlöchern mittels des Luftspießes. Größere Kerne werden durch Einlegen von kleinen Koksstücken oder Strohseilen zwischen dem Kerneisen luftig gemacht. Der zur Herstellung solcher Kerne verwendete Kernsand ist außerdem mit Pferdedünger gehörig zu vermischen, oft mischt man auch etwas Kolophonium zu, wodurch der Kern nach dem Trocknen in der Trockenkammer sehr porös und luftdurchlässig wird. Sind die Kerne senkrecht in die Gußform eingesetzt, so muß die Luft durch den Oberkasten herausgeführt werden. Dies geschieht durch senkrechte Kanäle, die schon beim Einstampfen des Modells hergestellt werden. Die während des Gießens den Kanälen entströmenden Gase müssen ungehindert entweichen können. Mittels eines Lehmstückes werden die Gasabzugskanäle etwas aufgebaut, damit dieselben während des Gießens nicht durch verschüttetes Eisen zugegossen werden und dadurch die Gasabfuhr gehindert wird. Ausgemauerte schwach-wandige Lehmkerne müssen nach dem Einsetzen mit Koksstücken und losem Sand ausgefüllt werden, um Explosionen zu vermeiden. Aus den in der Dammgrube eingedämmten Gußformen leitet man die Luft durch eingestampfte Rohre ab, die ihrerseits wieder in Verbindung mit Kernluftkanälen stehen. Die Luftabführung der Kerne muß, wenn irgend möglich, so ausgeführt werden, daß die Luft nach oben entweichen kann. Sollte trotzdem die Luft nach unten abgeführt werden müssen, so muß für reichlichen Querschnitt der Gasabzugskanäle gesorgt sein. Es darf ein Kanal zum Abführen der Kernluft niemals geringeren Querschnitt besitzen, als der Querschnitt des Luftabführungskanals im Kern selbst. In Fällen, in denen die Kernluft nach unten abgeführt wird, sorgt man durch Anlegung eines Koksbettes und durch Einlegen von Strohseilen für gute Luftabführung.

S.

Der Lifengiesterei-Betrieb.

Der wichtigste Apparat für jede Gießerei ist der Schmelzofen, und von den verschiedenen Arten Öfen, die zu diesem Zweck konstruiert worden sind, ist wieder

A. der Schacht- oder Kupolofen

am besten zum Schmelzen von Eisen geeignet, weil sich bei ihm die festen Brennstoffe immer in unmittelbarer Berührung mit dem schmelzenden Metall besinden. Ihre Bedienung ist einfach und die Ausnutzung der Wärme günstiger als bei anderen Öfen. 1000 kg Roheisen erfordern zirka 50—80 kg Koks und einschließlich des Füllkokses 70—120 kg. Der Abbrand beträgt 4—6°/#.

Die Leistung des Kupolofens ist um so günstiger, je vollständiger der Brennstoff zu Kohlensäure verbrannt wird. Diese Verbrennung zu Kohlensäure wird befördert durch rasches Schmelzen und schwache Windpressung, also durch reichliche Windmengen und große Windeinströmungsöffnungen; sie wird erschwert durch allzu beträchtliche Höhe des Ofens. Innere Form des Kupolofenschachts zylindrisch oder schwach nach unten sich erweiternd, um das Niederrücken der Schmelzungsmaterialien zu erleichtern; Stärke der Ofenwände 0,2—0,3 in. Höhe des Abstichs etwa 1 in über Sohle. Ofenmantel aus 8 mm Blech, nicht so gut sind gußeiserne Platten von 25 mm Stärke. Querschnitt des Schachtes im Schmelzraume auf 1000 kg stündlich zu schmelzenden Roheisens 0,07—0,13 qm (bei porigem Koks und schwachem Gebläse größer, bei dichtem Koks und kräftigem Gebläse, also raschem Verlaufe des Schmelzens, kleiner). Höhe des Schachtes 2,5—3,5 m.

Der Gesamtquerschnitt der Windeinströmungsöffnungen soll mindestens Vs, besser noch */₄ oder ’/₂ des Schachtquerschnitts betragen.

Bei dem vielbenutzten Krigarschen Kupolofen liegt der Eisensammelraum nicht direkt senkrecht unter dem Schacht und Gestell des Ofens, sondern seitlich (Vorherd) und ist mit jenem nur durch eine enge schlitzartige Öffnung verbunden. Hierdurch erhält der Ofen folgende Vorzüge: Es ist in diesem Ofen eine sehr geringe Menge von Füllkoks nötig, da bei der eigentlichen Windzuführung der gesamte Koks, der sich im Schmelzraum bis hinab auf den Herd besindet, mit dem Windstrom in steter Berührung bleibt und somit der Koks sämtlich in voller Wirkung zur Verbrennung gelangt.

Beim Schmelzen tropfen Eisen und Schlacke durch den Koks hindurch. Auf dem Schmelzherd angekommen, fließen diese sofort durch den Schlitz nach dem Vorherde ab. Es bleibt das Eisen nicht länger in Berührung mit dem schwefelhaltigen Koks und sammelt sich so lange im Vorherde an, bis zum Abstich genügend vorhanden ist. Die Schlacke wird von Zeit zu Zeit aus einer der Seitenöffnungen abgelassen, jedoch braucht dieses nur bei Güssen über 3000 kg zu erfolgen.

Das Abstechen des Eisens wie auch der Schlacke hat auf den Niedergang der Gichten im eigentlichen Schmelzraum keinen Einfluß, und findet dadurch das nachteilige Gleiten der Gichten an den Winddüsen vorbei nicht statt. Hierdurch wird ein regelmäßiges Schmelzen erzielt.

Der Vorherd wird nur durch Torf, Holz oder Holzkohle vorher gut ausgetrocknet.

Durch seine eigentümliche Zuführung nimmt der Wind von dem in Glühhitze befindlichen Koks eine große Wärme auf und kommt mit einer hohen Temperatur im Schmelzpunkt zur Wirkung, wodurch eine intensivere Schmelzhitze erzielt wird, ein Vorteil, der bei keinem anderen Kupolofen erreicht wird.

Infolge aller dieser zusammenwirkenden Vorteile ist ein sehr niedriger, relativer Verbrauch an Schmelzkoks, nämlich von 6 kg pro 100 kg des auf

gegebenen Eisens, erreicht. Dabei ist das geschmolzene Eisen vom ersten bis letzten Abstich gleich hitzig und dünnflüssig, sehr rein und weich.

Der ökonomische Betrieb des Ofens ist allein von der Windmenge, dem Winddruck und der Windverteilung abhängig. Wird wenig Wind unter geringem Druck in den Kupolofen geblasen, so ist keine gleichmäßige Windver-teilung und, davon abhängig, Koksverbrennung zu erzielen. Außerdem wird der Koks nur zu Kohlenoxyd zersetzt, also nur ein Drittel seiner ausnutzbaren Wärme im Schmelzschachte selbst brauchbar gemacht. Man erkennt dies daran, daß aus der Esse lange Flammen herausschlagen. Erst hier, bei Verbindung des Kohlenoxydes mit der im Überschüsse vorhandenen freien Luft, findet dann die vollständige Zersetzung zu Kohlensäure statt, doch geht die erzeugte Wärme nutzlos verloren.

Ein fernerer Nachteil liegt darin, daß beim langsamen Schmelzen der durch Wärmestrahlung entstehende Verlust — auf das kg geschmolzenes Eisen berechnet — wegen der hierzu erforderlichen längeren Zeit ein größerer ist.

Die aufsteigenden Verbrennungsgase treffen auf immer kälter werdende Schichten des niederdrückenden Schmelzgutes und geben so ihre Eigenwärme an diese ab. Bei genügender Schachthöhe wird also schließlich der Fall eintreten, daß die Gase sich auf die Temperatur der umgebenden Luft abkühlen. Man geht jedoch nicht über drei, höchstens vier Meter Schachthöhe oberhalb der Winddüsen hinaus, weil sonst der Widerstand der Eisensäule zu bedeutend wäre, um von der Verbrennungsluft, die unter einem Drucke von höchstens 600 mm Wassersäule steht, überwunden werden zu können. Dieser Druck reicht erfahrungsgemäß aus, um im Schachte eine gleichmäßige Windverteilung zu erzeugen; ihn der Schmelzsäulenhöhe wegen zu steigern, ist in Anbetracht des erforderlichen Kraftaufwandes und der Amortisation der dann zu hohen Anlagekosten unrentabel.

Auch genügt die angegebene Schachthöhe bei normalem Betriebe zum Entziehen der Eigenwärme der Gase.

Die Einführung einer zu großen Windmenge in den Schmelzschacht hätte anderseits zur Folge, daß die Gase infolge zu großer Geschwindigkeit nicht nur keine Zeit zur Wärmeabgabe haben, sondern auch noch den nutzlosen Luftüberschuß erwärmen müssen; doch ist dies sofort zu erkennen, und hilft man sich einfach durch teilweises Schließen der Windzuführung.

Den wichtigsten Punkt für die Beurteilung der Güte eines Kupolofens bildet die Art der Windverteilung. Bei Ingangsetzung eines Ofens muß zunächst der Herd genügend vorgewärmt werden, um eine schädliche Abkühlung des flüssigen Eisens zu vermelden. Während dieser Periode muß demnach die Luft so zugeführt werden, daß die Hitze nach unten gedrückt wird. Später ist das Luftquantum zu vergrößern und auf eine größere Höhe mit durchweg gleicher Hitze zu verteilen, um rasch und billig schmelzen zu können. Gleichzeitig muß Vorsorge getroffen werden, in der Schmelzzone etwa nur zu Kohlenoxyd zersetzten Koks noch in größerer Höhe, aber innerhalb des Schmelzschachtes,

Durch nochmalige Zuführung von Luft zu Kohlensäure zu verbrennen, ohne aber die Hitze dort oben derart zu steigern, daß der Schmelzkoks vorzeitig verbrennt. Im Augenblicke des Heruntersickerns vor den Winddüsen und des Ansammelns unter denselben ist das flüssige Eisen wegen der dann größten Oberfläche am meisten dem oxydierenden Einflüsse der Verbrennungsluft ausgesetzt. Alan muß also bestrebt sein, es diesem Einflüsse so schnell wie möglich zu entziehen, d. h. den Schmelzprozeß zu beschleunigen. Sind aber größere Eisenmassen auf einmal zu vergießen, so empfiehlt es sich, diese durch Ansammeln in einem Vorherde dem Einflüsse der Verbrennungsluft zu entziehen. Ein Nachteil der Öfen ohne Vorherd ist auch darin zu finden, daß beim Abstechen von Eisen die Schmelzsäule in dem entstandenen Hohlraum plötzlich nachstürzt und so • auch ungeschmolzene Eisenbarren und unverbrannter Koks an den Düsen vorbeirutschen, die erst durch das nachfolgende flüssige Eisen aufgelöst bezw. verbrannt werden. Dieser Übelstand ist um so schlimmer, je größere, flüssige Eisenmassen im Ofen anzusammeln sind.

In allen Fällen, in denen der Ofen nur alle halbe Stunden oder noch seltener abgestochen wird, sind daher Öfen mit Vorherd im Betriebe billiger.

Ein für Kupolöfen sich eignender Schmelzkoks muß vollkommen gleichmäßig dicht und schwer sein, glatte, glänzende, hellgraue Oberflächen, muschelige Bruchflächen haben und beim Anschlagen klingen. Blasiger, leichter, ungarer Koks, der sich durch seine schwarze Farbe verrät, ist zu verwerfen, da er das Eisen weiß macht und durch das Gewicht der Schmelzsäule leicht zerdrückt wird. Der beste Schmelzkoks ist der westfälische und hier wieder der beste der sogenannte PatentkokZ der Zechen Hibernia und Shamrock. Bei der Vollkommenheit der Kohlenwäschen können die Kokereien einen Maximal-Aschengehalt von 6—7 °/o für guten Schmelzkoks garantieren. Durch die bald allgemein eingeführte Gewinnung von Teer und Ammoniak bei der Fabrikation des Kokses gewinnt die Güte des letzteren nicht.

Für die Ermittelung des geringsten Verbrauchs an Schmelzkoks ist maßgebend, daß 1 kg Kohle bei vollständiger Verbrennung rund 8000 Wärmeeinheiten, 1 kg Koks mit etwa 7 °/₀ Asche dementsprechend 7500 Wärmeeinheiten erzeugt. 1 kg Roheisen enthält im flüssigen Zustande etwa 300 Wärmeeinheiten, demnach kann 1 kg Koks theoretisch 7500 : 300 gleich 25 kg Roheisen zum Schmelzen bringen, d. h. der theoretische Koksverbrauch des Kupolofens ist 4°/₀. Unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Wärmeverluste sind also alle Ofensysteme, welche nur 6% und noch weniger Koksverbrauch garantieren wollen, mit gerechtfertigtem Mißtrauen zu betrachten.

B. Die Gebläse.

Nächst dem Schmelzofen ist das Gebläse einer der wichtigsten Hilfsapparate im Gießereibetrieb.

Um eine lebhaftere Verbrennung und somit eine höhere Hitze zu erzeugen, bringt man mittels der Gebläse einen künstlichen Luftzug hervor. Die Stärke

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desselben wird mittels einfacher Manometer, Glasröhren in II-Form, gefüllt mit Quecksilber oder Wasser, gemessen. Einer Wassersäule von bestimmter Höhe entspricht eine 13,596mal niedrigere Quecksilbersäule.

Im modernen Gießereibetrieb begegnen wir vorwiegend drei Arten Gebläse, die wir hier in Kürze besprechen wollen.

SS

Fig. 579.

Unsere Fig. 580 und 581 zeigen die Einrichtung eines Rotations« gebläses (System Lehmann), wie es die Wilhelmshütte in Waldenburg (Schlesien) baut.

Die Figuren zeigen das Gebläse während des Arbeitsganges mit den Entsprechenden Kolbenstellungen. Vorausgeschickt sei noch, daß das Gebläse nach jeder Seite umlaufend zu verwenden ist, d. h. sowohl 8 'Saugseite D Druckseite, als auch D Saugseite S Druckseite sein kann, entsprechend einer Rechtsoder Linksdrehung des Arbeitskolbens Z. Unter der Annahme, daß 8 Saug-

rß

Fig. 581.

Fig. 580.

feite, stellt Fig. 580 das Gebläse beim Beginn des Saugens dar. Der Kolben Zi tritt aus der Kammer des unteren sogenannten Steuerkolbens und saugt bei seiner Weiterbewegung, ebenso wie ZIV, aus 8 Luft oder Gas an, so lange, bis die Kolben in Stellungen wie Fig. 581 gelangt sind, in denen der Kolben Zj die Saugseite abgeschlossen hat und nun die zwischen den Kolben

Das Eigentümliche der Gebläse sind die Umströmkanäle oder -Aussparungen, Y und Yi, durch die sich die Konstruktion von anderen unterscheidet. Denkt man sich in den Figuren die Kanäle als nicht vorhanden, so ergibt eine Betrachtung nachstehendes: Beim Ein- und Austreten der Kolben Z aus den Kammern K muß die in der Kammer K enthaltene Luft- oder Gasmenge durch die Öffnung X austreten bezw. durch diese Öffnung die Kammer sich füllen. Da nun gerade bei der größten eintretenden Kolbenmasse diese Öffnung X ein Minimum ist, so wird die in der Kammer enthaltene Luft- oder Gasmenge komprimiert bezw. mit großer Beschleunigung aus der Kammer herausgepreßt und damit die ganze Druck-Luft- oder Gasmenge beschleunigt werden. Auf der Saugseite muß die Luft oder das Gas mit bedeutend größerer Geschwindigkeit die Kammer anfüllen und wird einen Rückstoß auf die anzusaugende Luftoder Gasmenge ausüben. Da nun die Zeit des vollständigen Ein- oder Aus-tretens eines Kolbens höchstens ¹/₈₀ bis l/₄₀ Sekunde beträgt, so entsteht ein bedeutender Stoß. Bei der nun rasch aufeinander folgenden Zahl der Erschütterungen wird sich außer frühzeitiger Abnutzung ein großer Kraftverbrauch ergeben, denn jeder Stoß in einer Maschine bedingt stets einen unnützen Verbrauch an Kraft.

befindliche Luft- oder Gasmenge nach der Druckseite gefördert wird, ein Vorgang, der sich bei jeder Umdrehung, entsprechend der Kolbenzahl, wiederholt. Ist D als Saugseite gewählt, so findet der entsprechende umgekehrte Vorgang statt.

Bei allen rotierenden Gebläsen sind nun diese Stöße vorhanden und bedingen neben raschem Verschleiß der Kolben, Wellen, Lager usw. und geringer Betriebssicherheit den ungünstigsten Wirkungsgrad.

Rootsgebläse und Krigars Schraubengebläse werden seit längerer Zeit in ihren kleineren Nummern in Gießereien, in ihren größeren auf Metallhütten vielfach verwendet. Besonders die Rootsgebläse benutzt man in neuerer Zeit in Gießereien mit Vorliebe.

Man machte den letzteren früher den Vorwurf, daß bei ihnen die Anwendung von Dichtungsmasse für die Flügel unumgänglich nötig sei, und daß dadurch häufige Erneuerungen und Reparaturen bedingt würden. Dieser Vorwurf läßt sich nicht mehr aufrecht erhalten. Man beseitigt die angeführten Übelstände jetzt dadurch, daß man an Stelle der bisher benutzten Dichtungsmasse Dichtungsleisten aus festgeschlagenem Filz anwendet. Dieselben führen im Zusammenarbeiten mit einer gehobelten Arbeitsfläche eine gute Dichtung. Die Haltbarkeit dieser Dichtung haben mehrjährige Erfahrungen bestätigt.

Die Rootsgebläse arbeiten sehr günstig, d. h. sie brauchen wenig Kraft zur Lieferung verhältnismäßig großer Windmengen; auch ist der Windverlust bei ihnen sehr gering. Die Krigarschen Schraubengebläse haben einen fast vollkommen geräuschlosen Gang. Doch steht ihrer weiteren Verbreitung der hohe Preis bei verhältnismäßig geringer Leistung entgegen.

In Fig. 579 ist ein Rootsgebläse dargestellt, das in seinem Innern zwei

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Die Windberechnung, wenn sie theoretisch genau und richtig durchgeführt werden soll, erfordert ziemlich umständliche Formeln, die sich aus dem Düsenquerschnitt, Pressung des Windes, Gegendruck, Temperatur und anderen Größen zusammensetzen. Für die Praxis genügen folgende Anhaltspunkte:

gegeneinander arbeitende Flügel enthält, die ineinander greifen und ähnlich wirken wie das eben besprochene Rotationsgebläse.

Die Hochdruck-Ventilatoren werden für geringere Windpresfungen von 10 bis 30 mm Quecksilber in neuerer Zeit wieder viel verwendet. Sie machen 1500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, arbeiten jedoch mit geringem Nutzeffekt. Die neuen Konstruktionen mit nachstellbaren Achsenlagern arbeiten fast ganz geräuschlos. Für die Lagerung ist die Stopfbüchsenform mit zwei Stellschrauben zu empfehlen, weniger die einfache Büchse mit durch Doppelmuttern stellbarem Keil, da hierbei ein Festbrennen der Flügelradwellen sehr leicht stattfindet. Die nochmalige Lagerung der Wellen außerhalb der Antriebsscheiben ist zwar sehr solide, in der Praxis aber unbequem, weil die Ventilatorriemen nicht gebunden oder mit Riemenschrauben geschlossen werden können, sondern endlos zusammengenäht sein muffen und dann nur bei sogenannter fliegender Anordnung der Riemenscheiben ohne Mühe aufgelegt werden können. In der Anschaffung sind Ventilatoren wesentlich billiger als Rootsgebläse, etwa 75°/₀.

Ein Schmelzofen gebraucht mit sämtlichen Verlusten in der Minute das 1,3 fache seines Rauminhaltes an Kubikmetern gepreßten Windes.

Der Windbedarf kann auch aus dem Koksverbrand berechnet werden, und zwar gebraucht man im Kupolofen auf 1 kg westfälischen Koks (einschließlich Füllkoks) 8 cbm Wind, auf 1 kg sächsischen oder schlesischen 7‘/e cbm, oder auf 1 Tonne Eisen etwa 800—1000 cbm Wind.

und soll in keinem Falle geringer

mm

Die Windleitungen werden am besten aus gußeisernen Röhren hergestellt, welche bei genügender Weite schon, unbeschadet der guten Wirkungsweise des Gebläses, eine beträchtliche Länge haben dürfen. Gemauerte Windkanäle ergeben große Reibungsverluste, auch, wenn sie nicht sorgfältig ausgefugt werden, bedeutende Verluste durch die Fugen des Mauerwerks, welcher Übel-stand sich besonders bei stark gepreßtem Winde (Rootsgebläse) bemerkbar macht. Hölzerne Windleitungen finden sich wohl auch noch, doch sind sie ihrer Feuergefährlichkeit wegen, namentlich in der Nähe der Öfen, ganz zu vermeiden. Die Windpressung beträgt 300—500 als 250 mm Wassersäule sein.

Koks und Roheisen werden in Gichten gesetzt, wobei auf 1 kg Koks 15—20 kg Roheisen kommen. Rechnet man auf den Quadratmeter Gichtfläche 75 kg Koks Gicht, so werden die Gichten je nach der Weite des Ofens aus 20—30 kg Koks und 300—400 kg Roheisen bestehen, wozu noch 10—20 kg reiner Kalkstein zur Bildung einer dünnflüssigen Schlacke kommen.

Bei Verwendung von Roheisenmasseln, die nicht in Sand, sondern in Kokillen gegossen werden, ist der Kalksteinzusatz entsprechend geringer. In

neuerer Zeit sucht man den Kalkstein durch Flußspat zu ersetzen. Bei Gebrauch des letzteren werden die Schlacken dünnflüssiger und das Eisen sowie die Öfen reiner und freier von Schlackenansätzen, auch ist der Verbrauch 30 °/# geringer.

C. Die Beurteilung des Roheisens.

Die Beurteilung des Roheisens im Gießereibetrieb ist nicht so einfach. Das Roheisen wird nach alter Gewohnheit in grobblättriges Nr. 1, mittel-körniges Nr. 2 und feinkörniges Nr. 3 eingeteilt, Nr. 4, 5 usw. sind schon hart und meliert, d. h. graues Eisen ist mit weißem gemengt. Nr. 1 soll den meisten Graphit halten. Diese Unterscheidung ist sehr trügerisch, weil dasselbe Roheisen bei langsamer Abkühlung großblättrigen, bei schneller feinkörnigen Bruch zeigt.

Ein besseres Unterscheidungsmerkmal ist die Farbe; je dunkler (schwarzes Eisen von Buderus) das Eisen ist, desto graphitreicher, besser ist es. Will man zwei Eisensorten miteinander vergleichen, so feile man von jeder etwa 1 g ab, siebe durch ¹/₂ mm Sieb ab und verreibe das feinere auf weißem glatten Papier. Diejenige Sorte, welche den dunkleren Fleck hinterläßt, ist die graphitreichere, weichere. Die Probe ist sehr zuverlässig.

Schwach gewölbte oder ebene Oberfläche der Roheisenmasseln weist auf wenig Schwindung hin, eingesunkene Oberfläche ist ein Zeichen starker Schwindung. Viel Garschaum zeigt viel Graphit und Silizium, welche beide das Weichbleiben beim Umschmelzen befördern, an. Sogenannte „Wanzen"ausscheidungen sind Anzeichen von großem Mangan- und Schwefelgehalt, welche das Eisen hart machen. Ein großer Schwefelgehalt, welcher sich durch den Geruch nach faulen Eiern beim Befeuchten mit Essig oder Salzsäure verrät, erzeugt Rot-bruch und ist sehr schädlich.

Ein großer Phosphorgehalt erzeugt Kaltbruch und ist bei Maschinenguß zu vermeiden, weil auch die Festigkeit des Gusses sehr darunter leidet. Der Rost von phosphorreichem Gußeisen sieht viel Heller, gelb, aus, während die Farbe des verrosteten phosphorarmen Eisens das gewöhnliche Rostbraun ist.

Hellere Flecken, sowie rundliche im Eisen eingebettete Absonderungen von hellerem Bruche weisen auf den äußerst schädlichen Gehalt von Arsen, Antimon und Schwefel bin. Derartiges Eisen darf, mit starkem Essig oder verdünnter Schwefelsäure zusammen auf eine Silbermünze gebracht, dort keinen braunen oder schwarzen Fleck von Schwefelsilber, Arsen oder Antimon hinterlassen, sonst ist es untauglich.

Je größer der Schwefelgehalt des Schmelzkoks ist, desto mehr Kalkstein muß beim Schmelzen zugesetzt werden.

Die Säurefestigkeit eines Gußstückes wird dadurch ermittelt, daß man 1 g mit doppeltschwefelsaurem Kali in einem kleinen Ton- oder Porzellantiegel solange schmilzt, bis keine Dämpfe mehr entweichen; die Schmelze wird in Wasser'gelöst, der Rückstand, gewogen, gibt in Prozenten umgerechnet, die Säurefestigkeit, wenn Unangreifbarkeit gleich 100 gesetzt wird.

Nach Runge greifen schwächere Säuren bei gewöhnlicher Temperatur weit stärker an als konzentrierte Säuren. Gußeisen verlor im Mittel 2,22 °/₀ seines Gewichts bei einstündigem Aufenthalt in Schwefelsäure von 60⁰ Be bei 200 °. Holzkohleneisen und Hartguß halten sich beim Siedepunkte der schwächeren Sorten am besten, bei niederen Temperaturen halten sich die verschiedenen Eisensorten ziemlich gleich, schottisches Eisen wird am stärksten angegriffen.

Ebenso wie die Säurefestigkeit wird die Aikalienfestigkeit durch Schmelzen mit Ätzkali im Graphittiegelchen oder in einer kleinen Blechschale ermittelt.

Die Säurefestigkeit für Sulfcitschalen soll 80, die Alkalienfestigkeit für Svdaschmelzkessel 95 betragen.

Säure- und Alkalienfestigkeit können unmöglich in derselben Eisenmischung gleichzeitig vorhanden sein. Erstere erfordert viel chemisch gebundenen Kohlenstoff, wenig Graphit, viel Mangan und wenig Silizium, letztere viel Graphit, wenig gebundenen Kohlenstoff, viel Silizium und wenig Mangan.

Je nachdem der Guß in der Praxis Verwendung findet, müssen die Einsätze eine bestimmte Mischung erhalten. So verlangen gewisse Gegenstände aus Gußeisen, welche fortwährend hohe Hitzegrade auszuhalten haben, große Hitzefestigkeit, z. B. Glühtöpfe für Draht und Temperguß, Glühkisten für Bleche, Seitenwände der Durchweichungsgruben in Stahlwerken usw. müssen aus kohlenstoffarmem Eisen von stahlähnlicher Beschaffenheit hergestellt werden. Für Gegenstände, welche großen Temperaturschwankungen, starker Erhitzung und plötzlicher Abkühlung ausgesetzt sind, z. B. Rohre für Heißwindapparate, Kokillen für Eisen- und Stahlwerke, eignet sich nur ein graphitreicheres, sonst aber sehr reines Holzkohlen- oder Hämatit-Eisen. Mit der Verwendung von Ferrosilizium in den Gießereien sind in neuerer Zeit sehr gute Resultate erzielt worden. Durch einen verhältnismäßig geringen Zusatz desselben wird die Qualität billigen Brucheisens, sogenannten Brandeisens, sehr verbessert, sogar WeißesRoheisen gibt mit 20"/, Ferrosilizium von etwa 10 °/₀ Siliziumgehalt einen weichen, festen, feinkörnigen und grauen Guß.

Die Zugfestigkeit des englischen, schottischen und rheinisch-westfälische» Roheisens schwankt von 10—15 kg für 1 qmm und ist bei den deutschen Marken höher als bei den ausländischen; die Druckfestigkeit liegt zwischen 23 und 29 kg für 1 qmm.

Bewährte Mischungen von Eisensorten zu einigen Guffartikeln.

Nähmaschinen. . . 50"/, Buderus I oder Main-Weserhütte I,

20 „ Deutsches phosphorreiches Eisen Nr. 111 Phönix, Hörde oder ähnliches,

30 „ Bruch

oder 60 „ Buderus I, 40 Bruch. Dampfmaschinen . 50 „ Buderus I,

10 „ Stahlschienen,    ♦

20 „ Blankenburger II oder ähnliches, 20 „ Bruch.

30 % Lothringer Minetteeisen IU,

Kunstguß

40 „ Buderus II,

30 „ Bruch.

Roststäbe

40 „ Lothringer Eisen IV,

30 „ Deutsches Nr. III,

30 „ grauer Bruch.

Satz für Hartguß. 30 „ Schmalkaldener Spiegeleisen,

70 „ Holzkohlen-Roheisen.

Schrotwalzen... 60 „ Spiegeleisen,

20 „ Schmiedeeisen,

20 „ alte Stahlschienen.

Um Hartguß in Kokillen herzustellen, setzt man je nach der Güte des grauen Eisens hartes (weißes) Spiegeleisen zu, und zwar zur Hälfte hart und zur Hälfte weich oder ¹/t hart und */₄ weich. Man kann auch kleinere Gußstücke härten, wenn auch nur oberflächlich, indem man die Formen mit Borax ausstäubt und den Gegenstand bald nach dem Gerinnen in Wasser abkühlt. Ein anderes Verfahren besteht darin, das zu härtende Stück rotwarm zu machen und es schnell in verdünnter Schwefelsäure und Salpetersäure abzulöschen. Man nehme dazu auf 10 Liter Wasser 60 g Schwefelsäure und ebensoviel Salpetersäure.

Bei großen massiven Gewichtsstücken, etwa 5 Tonnen und mehr, können 30—40% an geschmolzenem Roheisen gespart werden, wenn die Form mit Masseln oder Eisenstücken, die gut mit Teer gestrichen sind, ausgesetzt ist.

Beim Umschmelzen von Holzkohlen-, Roh- oder Brucheisen mit Koks ist zu beachten, daß in diesem Falle das Eisen hart wird und sich daher zu leichteren Teilen, die bearbeitet werden sollen, nicht verwenden läßt.

D. Fehlgüsse.

Die Ursachen zur Entstehung von Fehlgüssen werden in der Praxis recht oft an falscher Stelle gesucht und Kleinigkeiten beim Gießen nicht beachtet, die sich später erst als Fehler am fertigen Gußstück zeigen.

Über diese Ursachen gibt Dr. Wüst-Duisburg in „Stahl und Eisen", Jahrg. 1901, eine interessante Darstellung, indem er sagt:

Die Ursachen des Entstehens von Fehlgüssen können schon in der unrichtigen Wahl der verschiedenen Roheisensorten sowie des Brucheisens liegen. Ebenso spielt die Beschaffenheit des Brennstoffes, des Kalksteines sowie die Führung des Schmelzprozesses eine große Rolle. Es sollen jedoch bei den nachfolgenden Betrachtungen diese Bedingungen zur Erzielung eines gesunden Gusses als erfüllt angesehen werden und die Voraussetzung statthaben, daß der Schmelzapparat ein den jeweiligen Zwecken durchaus entsprechendes, genügend hitziges Eisen liefert.

Das geschmolzene Eisen läuft nun durch die Abstichrinne in die Gießpfanne, und hängt es von der Beschaffenheit derselben in erster Linie ab, ob

ein reiner Gnß erzielt werden kann ober nicht. Die Pfanne muß gut ausgeschmiert und scharf getrocknet sein. Zum Ausschmieren verwendet man ein Gemenge von etwa */g Ton und ²/₈ magerem Sand, welche Bestandteile mit ungefähr dem doppelten Volumen Pferdedünger vermischt werden. Nachdem die aufgetragene Masse getrocknet ist, werden die entstandenen Risse sorgfältig verschmiert und die Pfanne geschwärzt. Die Schwärze muß jedoch feuerbeständiger sein als die gewöhnliche Schwärze. 1 Volumenteil Graphit und Va Volumenteil trockener Ton werden mit ¹/₂ Teil Schamotte oder Tiegelmehl vermischt. Trotzdem auf diese Weise das Pfannenfutter einen unschmelzbaren Überzug erhält, so ist es doch nicht, namentlich bei Pfannen mit größerem Inhalte, gänzlich zu vermeiden, daß das Pfannenfutter allmählich wegschmilzt und schlackenbildende Bestandteile an das Eisen abgibt. Man mauert deshalb in verschiedenen Werken die größeren Pfannen mit dünnen feuerfesten Steinen aus, wodurch dieser Mißstand bedeutend vermindert wird.. Auch sind Versuche mit einem Pfannenfutter aus einem Gemenge von 3 Teilen Kokspulver, 2 Teilen Graphit und 'j₂ Teil Ton nebst Sirup als Bindemittel befriedigend ausgefallen. Ein sehr einfaches und doch gutes Pfannenfutter, welches hauptsächlich int Ruhrgebiete gebraucht wird, ist der Bottroper gelbe Sand. Die zuvor von allen Schlackenausätzen und allem Futter gereinigte Pfanne wird mit Ton bestrichen und mit dem Bottroper Sand ausgeschlagen. Zuerst wird der Boden der Pfanne in einer Stärke von 70—80 mm festgestampft, dann legt man dicke Strohhalme an die Seitenwände der Pfanne, biegt die Enden der Strohhalme am oberen Ende der Pfanne um und befestigt dieselben, indem man sie mit einem Seil am äußeren Umfange der Pfanne zusammenbindet. Die Strohhalme, welche etwa 50—100 mm voneinander entfernt liegen, werden, nachdem die Pfanne mit einer Schicht Sand von 50—60 mm ausgeschlagen ist, herausgezogen. Die dadurch entstandenen Kanäle erleichtern das Trocknen und Brennen der Pfanne, sowie das Entweichen der Gase aus dem flüssigen Eisen. Die Trocknung geschieht am einfachsten, indem man in der Pfanne selbst ein Koksfeuer anlegt. Nachdem die Pfanne genügend getrocknet, d. h. rot gebrannt ist, läßt man dieselbe erkalten, die hierbei sich etwa bildenden Risse werden zugeschmiert, und dann wird die ganze Pfanne mit Schlichtlehm überstrichen. Sobald derselbe einigermaßen getrocknet ist, wird eine fette Schwärze, bestehend aus Graphit mit einer kleinen Menge Ton, aufgetragen.

Wenn das Eisen in der Pfanne ist, muß dasselbe vor Abkühlung geschützt werden. Zu diesem Zweck bedeckt man die Oberfläche des flüssigen Eisens mit ausgesiebter Holzkohle, gemahlenem Koks und auch mit Sägespänen. Das Abstehen des Eisens in der Pfanne hat eine gute Wirkung auf die Beschaffenheit desselben. Die beim Schmelzprozeß aufgenommenen Gase haben hierbei Gelegenheit zu entweichen, ferner können die Begleiter des Eisens, Mangan und Silizium, auf das in ziemlichen Mengen im Ofen gelöste Eisenoxydul einwirken und dasselbe zerstören, dadurch, daß Manganoxydul und Kieselsäure gebildet werden, welche als spezistsch leichtere Körper aufsteigen und an der Oberfläche des Metalls in die Schlacke gehen. Der im Eisen gelöste Kohlenstoff tritt ebenfalls mit dem Oxydul in Reaktion. Es bildet sich hierbei das gasförmige Kohlenoxyd, welches aus dem Metallbade austritt und an der Luft verbrennt.

Der aus dem Koks beim Schmelzprozeß aufgenommene sowie etwa schon im Roheisen vorhandene Schwefel tritt mit dem Mangan ebenfalls in Reaktion und bildet Schwefelmangan, welches gleichfalls an die Oberfläche des flüssigen Metalls steigt und zur Schlackenbildung beiträgt.

Alle diese Einwirkungen der Fremdkörper des Eisens auf den gelösten Sauerstoff und den Schwefel sind günstig zur Erzielung eines fehlerfreien Gusses. Sie sind um so vollständiger, je heißer das Metall ist. Es ist daher unbedingt notwendig, daß der Ofen hitzigeres Eisen liefert, als es das Vergießen desselben verlangt. Mattes Eisen reinigt sich nicht in dem Maße, es ist zu dickflüssig, die Unreinigkeiten, sowie die gelösten und gebildeten Gase steigen nicht vollständig zur Oberfläche, und der Guß wird mit Fehlern behaftet sein.

Es ist notwendig, daß das Eisen mit einer Körperschicht bedeckt wird, welche den Sauerstoff der Luft abhält. Als solche Körper wurden Holzkohle, Koks und Sägemehl erwähnt. Dieselben verhindern beim Abstehen des Eisens in der Pfanne eine Aufnahme von Sauerstoff an der Oberfläche des Metalls. Die Eisensauerstoffverbindung würde sodann von dem Metalle wieder gelöst werden, und die Einwirkung der Fremdkörper auf das Eisenoxydul würde von neuem beginnen. Das Bedeckthalten des flüssigen Metalls mit den erwähnten Körpern hat demnach nicht nur den Zweck, die Abkühlung zu vermeiden, sondern soll außerdem noch die Aufnahme von Sauerstoff aus der Luft verhindern.

Um das Metallbad von den Gasen und gelösten Oxydulverbindungen zu reinigen, wendet man häufig Zusätze zu demselben an. Mau kann dieselben in solche unterscheiden, welche nur mechanisch wirken, und wieder in solche, die chemische Einwirkungen ausüben. Zu den ersteren gehören die Metalle Blei, Zink und Zinn. Die beiden ersteren Metalle haben ein geringeres Vereinigungsbestreben zu dem Eisen, während sich das Zinn wohl mit demselben legiert. Geringe Mengen dieser Metalle, aus 100 kg Eisen 1—2 g, werden auf den Boden der Pfanne gebracht oder auch im Metallbade untergetaucht. Bei der Temperatur des flüssigen Eisens verdampfen die genannten Metalle und reißen beim Aufsteigen durch das Metallbad die gelösten Gase sowie etwa ausgeschiedene tlnreinigkeiten mit an die Oberfläche. Ein Umrühren des Metalles vor dem Vergießen leistet jedoch dieselben Dienste. Keineswegs können aber diese genannten Metalle das Eisen von gelöstem Oxydul befreien; sie sind dazu nicht imstande, weil ihre Verbrennungswärme niedriger ist als die des Eisens.

Zu der zweiten Gruppe von Körpern gehört das Aluminium, Natrium und Magnesium. Die beiden letzteren sind nur wenig in Anwendung. Das Natrium kam vor einigen Jahren in Form von Ferronatrium von England

aus in den Handel, doch hat man in neuerer Zeit nichts mehr davon gehört. Auch die Anwendung des Magnesiums ist nur eine vereinzelte geblieben. Nur das Aluminium hat einige Bedeutung erlangt. Es wird sowohl als reines Metall als auch als Ferroaluminium verwendet. Das Aluminium wird in Mengen von 0,02—0,05 °/₀ dem Metallbade zugesetzt. Man legt dasselbe häusig nur auf den Boden der Pfanne, wirft es auf das flüssige Metall oder setzt es erst im Gießtümpel zu. Jedoch ist nur das Verfahren vorteilhaft, wenn das Aluminiummetall in das flüssige Eisen durch geeignete Vorrichtung untergetaucht wird. Auf diese Weise zugesetzt, wird dasselbe vollständig zur Wirkung kommen, bei allen anderen Zusatzmethoden verbrennt eine große Menge des Aluminiums nutzlos. Das Aluminium zerstört gelöste Oxyde unter allen Umständen, auch dann, wenn das Eisen schon sehr matt ist, indem Aluminium-oxyd gebildet wird, das in die Schlacke geht. Durch die Zerstörung der gelösten Oxydulverbindungen wird das vorher matte Eisen wieder dünnflüssig und anscheinend hitzig. Es hat dies seine Ursache darin, jdaß die gelösten Oxydulverbindungen, ähnlich wie Schwefel, das Metall sehr dickflüssig machen; nach der Entfernung derselben ist das Metall wieder dünnflüssig, das sogenannte Spiel des Eisens beginnt wieder, woraus der Beobachter schließt, daß das Metall hitziger geworden ist. Es kann jedoch leicht durch Rechnung gezeigt werden, daß die geringen Mengen Aluminium bei ihrer Verbrennung den großen Massen flüssigen Eisens eine bemerkenswerte Temperaturerhöhung nicht erteilen können. Die Reinigung von Roheisen durch Aluminium ist aber nur m dem Falle angezeigt, wenn das Eisen sehr matt und die Temperatur so weit erniedrigt ist, daß die Zerstörung der gelösten Oxydulverbindungen durch das im Roheisen enthaltene Mangan und Silizium nur in geringem Maße bewerkstelligt wird.

Wenn zum Gießen geschritten werden soll, so wird die Oberfläche des Eisens mit Hilfe von Schaufeln, Kratzen oder auch des Krampstockes von der Schlacke gereinigt. Die Unreinigkeiten werden hierbei immer nach der Pfannenstielseite herausgeworfen. Auf die Oberfläche des abgekrampten, abgeschäumten Eisens wirft man trockenen Formsand, nachdem der ganze Pfanneninhalt gut umgerührt wurde. Der Formsand bildet auf dem Eisen eine leichtflüssige, zusammenhängende Schlacke, die das Eisen vor weiterer Oxydation schützt und sich beim Gießen abzieht, so daß dieselbe nicht in den Gießtümpel gelangt. Beim Gießen selbst wird die Schlacke außerdem mit dem Krampstock oder einem sonstigen geeigneten Werkzeug abgewehrt.

Seit einigen Jahren ist Poetter in Dortmund eine Pfanneneinrichtung patentiert^ die außerordentlich zweckmäßig ist. Die Pfanne besitzt in der Nähe der Schnauze eine nicht bis zum Boden gehende Scheidewand. Man gießt also beständig Eisen unterhalb der Pfannenoberfläche in die Gußform, wodurch die auf derselben schwimmenden Unreinigkeiten Fehlgüsse nicht veranlassen können.

Die Einrichtung des Gießtrichters. In Gießereien, in welchen

Öfen. Herde, Töpfe und dergleichen gegossen werden, benutzt man hauptsächlich keilförmige Trichter; man schneidet den Eingußkanal mit der Trüffel oben aus so daß dadurch der für das Gießen erforderliche große Querschnitt entsteht. Diese Trichter sind gewöhnlich auf dem Modell selbst aufgesetzt, also nicht angeschnitten und nicht aufgebaut, was hier nicht von Nachteil ist. Bei größeren Gußstücken benutzt man Gießtrichter, die auf dem Oberkasten aufgesetzt sind und gewöhnlich aus gußeisernen Rahmen bestehen, welche innen mit Formmaterial ausgekleidet sind. Die Größe des Gießtrichters muß so beschaffen sein, daß derselbe bei Beginn des Gießens sofort voll gehalten werden und die sich bildende Schlacke frei im Trichter schwimmen kann, ohne von dem Eisenstrahl getroffen zu werden, weil sonst Gefahr vorhanden ist, daß die Schlacke in den Eingußkanal hineingerissen wird. Der Vortümpel oder Vor-lauf muß muldenförmig ausgebildet sein, und kann man zur Bildung desselben einen entsprechend geformten, gut getrockneten und geschwärzten Lehmkuchen einlegen Man ist dann sicher, daß selbst bei hoher Schüttung des Eisens das Fonmnaterial im Vortümpel nicht verletzt wird. Wird jedoch durch irgend einen Umstand das Gießen unterbrochen, so tritt die auf dem flüssigen Eisen im Gießtrichter schwimmende Schlacke ungehindert in die Gußform, wodurch unter Umständen ein Fehlguß entstehen kann.

Ein vollständiges Zurückhalten sämtlicher Unreinigkeiten ist jedoch durch einen Gießrrichter mit Zuhalter ermöglicht. Die Form ist fast dieselbe wie oben, die Zwischenwände sind ebenfalls vorhanden, der wesentliche Unterschied besteht in der Anbringung eines Stopfventils, das beim Angießen so lange oeu Einguß verschließt, bis der Gießtrichter ganz mit Eisen gefüllt ist, darnach hebr man mit Hilfe eines Hebels das Ventil und läßt dasselbe so lange aufgezogen stehen, bis der Guß vollendet ist. Es ist natürlich beim Gießen daraus zu achten, daß der Gießtrichter stets mit Eisen vollgehalten wird. Wird das Gießen unterbrochen, so kann der Einguß durch das Ventil wieder geschlossen werden. Der Zuhalter besteht aus Guß- und Schmiedeeise,i und wird vor dem Gebrauch tüchtig geschwärzt; derselbe wird ferner vor dem Gießen auf die Eingußöffnung gut aufgeschliffen, so daß dichter Abschluß vorhanden ist. Ähnliche Vorrichtungen sind schon seit langer Zeit tu der Metallgießerei beim Gusse dünnwandiger großer Gegenstände, wie Statuen usw., in Gebrauch. Das Metall wird hier in einen großen, durch zahlreiche Eingüsse mit der Form in Verbindung stehenden Sumpf gegossen. Die Eingußöffnungen werden mittels mit Lehn, überkleideten eisernen Stopfen so lange verschlossen gehalten, bis der Sumpf mit Metall gefüllt ist und sodann zu gleicher Zeit die Stopfen hochgezogen In der Eisengießerei wird dieselbe Einrichtung beim Gusse großer dünnwandiger Brunnenschalen seit längerer Zeit angewendet.

E. Gießereikrane.

Wichtig sind Krane. Für größere Werkstätten Laufkrane, die jedoch selten ganz ausgenutzt werden können und, wenn nicht sehr solide und einfach

konstruiert, durch unangenehme Reparaturen und dadurch verursachten Aufenthalt sehr kostspielig werden.

In neuester Zeit verwendet man bei Laufkranen statt gewöhnlichsr Kranketten oder Gallescher Gelenkketten mit gutem Erfolge Drahtseile. Das Seil besteht aus 1 mm starken, verzinkten Stahldrähten, und haben die Seilrollen den 20 fachen Seildurchmesser Ein Seil kostet die Hälfte einer Krankette und den sechsten Teil einer Gallescher. Kette. Bei Betrieb der Laufkrane durch Hanfseile hat man, um Betriebsstörungen durch Seilbruch vorzubeugen, ein fertig gesplissenes Seil zum Auflegen bereit zu halten. Beim Betrieb durch Menschenkraft stehen die Arbeiter am besten auf einer unter dem Kran seitwärts hängenden Bühne

Die meiste Anwendung finden Drehkrane. Auf gute Fundamentierung und sorgfältige Lagerung des oberen Zapfens ist hier besonders zu achten. Die Übersetzungsverhältnisse müssen möglichst den unter den Kranen zu formenden Gegenständen und den dabei vorkommenden Lasten angepaßt sein, damit nicht Zeit und Arbeitskraft vergeudet und der Formerlohn verteuert wird. Für besondere, oft vorkommende Gegenstände sind besondere Hebevorrichtungen zu bauen, um an Arbeitslohn zu sparen. Besonderer Wert ist auf gute und sichere Bewegung der Laufkatze zu legen. Beim Auf- und Zudecken der Formen sowie beim Einlegen von Kernen kommt es auf die richtige Stellung der Katze fehl an, bei Betrieb durch endlose Ketten läßt sich toter Gang nie vermeiden, welcher durch das Längen der Kette auch wenn häufig nachgezogen wird, bedingt ist Besser ist eine Bewegung der Laufkatze durch auf dem Ausleger ruhende Zahnstangen, hierbei können nie größere Schwankungen, als durch den Spielraur. de.. Zähne bedingt, vorkommen.

Kettenhaken werden bee eingehängten Hängeeisen oder Lastketten beim Abweichen der Lalt von der Senkrechter sehr beansprucht und sind dementsprechend stärker zu halten Ähnliches findet bei den Lastketten statt, die oft, wenn Stangen u. dgl nid), hinreichen, statt senkrecht fast ganz wagerecht gespannt sind und dann viel stärker beansprucht werden als bei senkrechtem Zuge der Last. Um wieviel höhe. diese Beanspruchung ist, findet man für die Praxis genau genug, wenn man die Hälfte der Entfernung der Aufhängepunkte voneinander durch deren senkrechten Abstand von dem Kettenhaken dividiert.

Beispiel: Ein Formkasten von 4 m im Quadrat, 8000 kg wiegend, sei in der Mitte der vier Seitenwangen an vier Ketten aufgehängt, und zwar befinde sich der Aufhängepunkt 1 m über dem Kastenzapfen, dann ist der Zug in den Ketten:

2000 kg).

^ = 4000 kg (nicht M

Die zulässige Belastung für Flaschenzugseile beträgt 1000 kg auf den qcm. Krankelten aus Rundeisen von d mm Durchmesser dürfen mit 10 d² kg belastet werden.

F. Die Gießpfannen.

Gießpfannen für kleineren Inhalt sind meistens aus Gußeisen, Handpfannen für 10 kg haben 15 cm mittleren Durchmesser und sind 12 cm tief mit 1,2 m langem Stiel. Scherenpfannen für 50 kg Inhalt, 26 cm Durchmesser, 23 cm tief, werden von drei Mann an 2,4 m langer Schere, solche für 100 kg, 35 cm Durchmesser, 28 cm tief, von fünf Mann an 2,9 m langer getragen. Die Scheren von 26—36 mm Rundeisen sind an einem Ende gegabelt zum Zweck des Kippens.

Die größeren Kranpfannen sind meist aus Eisenblech; 5—8 mm Stärke genügt für die größten Pfannen, doch tut man besser, für Pfannen, die täglich oder doch häufiger gebraucht werden, 10—15 mm zu nehmen, da die Seitenwände und Böden beim Ausschlagen der Pfannenreste sehr leiden. Die Bleche sind lose zu nieten, die Nietköpfe innen flach zu schlagen und nicht zu Verstemmen, damit die aus dem Futter der Pfannen sich entwickelnden Gase leicht entweichen können. Zu diesem Zwecke ist es auch gut, den Pfannenboden mit einigen Abzugslöchern von 10 mm Durchmesser zu versehen. Die Form der Pfanne soll nicht zylindrisch sein, sondern nach oben weiter, etwa 1:10, um das Entfernen des unbrauchbaren Futters zu erleichtern, der Boden flach, nicht gewölbt, um eine bessere Standfestigkeit der Pfanne, die namentlich beim Transport auf Plattformwagen wichtig ist, zu erreichen. Die Höhe der Pfanne' darf den Durchmesser derselben nicht viel überschreiten und muß so bemessen sein, daß man bequem unter die Abstichrinne kommt. Die Drehzapfen sind in der Mitte der Höhe; fehlt ein Schneckenradvorgelege an der Pfanne, so muß eine Klappe zum Feststellen des Bügels angebracht sein. Maße der Pfannen für 1000 kg Inhalt: 63 cm mittlerer Durchmesser, 70 cm hoch, für 1500 kg 75 und 75 cm, für 3000 kg 85 und 85 cm und für 6000 kg 110 und 110 cm.

Die größeren Pfannen haben Kippvorrichtung mittels Schneckenrad und Schnecke, das Rad etwa 50 cm Durchmesser und 40 mm Zahnteilung.

G. Die Prüfung der Festigkeit des Roheisens.

Die gebräuchlichste Vorrichtung zur Prüfung des Gußeisens ist die in Fig. 582 dargestellte Maschine, welche die Firma Erdmann Kircheis in Aue i. S. baut. Dr. Wüst-Duisburg hat mit der Maschine eingehende Prüfungen vorgenommen und gibt über ihre Anwendung Vorschriften, die für jeden Gießer wissenswert erscheinen.

Es müssen zunächst aus den zu prüfenden Eisensorten Probestäbe gegossen werden, und geschieht dies unter Zuhilfenahme besonderer Formen.

Man setzt den Oberkasten auf einen mit Löchern versehenen Aufstampfboden. In die Löcher werden die Metallmodelle eingestellt und mit gut gesiebtem Sand (halb Modell-, halb Haufensand) umstampft.

Nachdem der Kasten aufgestampft ist, wird abgestrichen und die Fläche

Poliert. Sodann wird der Sand um die Modelle herum befeuchtet, dieselben wenig gelockert und herausgenommen. Die Form wird geschwärzt und getrocknet. Das Schwärzen geschieht am zweckmäßigsten durch Hindurchgießen von Graphitwasser durch die Formen mit Hilfe eines geeigneten Gefäßes. Der Kasten wird vorher von der Platte abgehoben und auf Holzklötze gestellt. Der Unterlasten wird auf einer zweiten mit einem Ansatz versehenen Platte aufgestampft, derselbe braucht nicht getrocknet zu werden. Der Ansatz des Aufstampfbodens Paßt in die Ausdrehung des Kastenrandes. Ein Deckkasten ist nicht erforderlich; das flüssige Metall wird direkt in die einzelnen Formen gegossen. Sobald die Probestäbe erkaltet sind, werden dieselben aus der Gußform herausgenommen und von anhängendem Formsand dadurch gereinigt, daß

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dieselben mit einem Slück harten Koks gut abgerieben werden. Nachdem dies geschehen, sind die Stäbe gebrauchsfertig, sie werden auf die Maschine gebracht und gebrochen.

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Der Lagerständer A, an dessen Außenseite sich die Durchbiegungsskala M nebst Zeiger befindet, nimmt den Probestab auf. Die beiden Stabenden werden durch abnehmbare Kappen auf den Schneiden festgehalten, so daß dieselben bei eintretendem Bruch nicht umhergeschleudert werden können. Während des Einlegens des Stabes ist die Wage arretiert, was mit Hilfe des an der vertikalen Spindel C rechts oben befindlichen Handrades D geschieht. Nun wird der die Durchbiegung des Stabes anzeigende Stift durch Herausschrauben genau den Stab eingestellt und das Laufgewicht G durch das am rechten Ständer

befindliche Handrädchen E, welches mittels Ritzel und Zahnrad im Eingriff mit dem das Laufgewicht bewegenden Kettenrädchen steht, auf den Anfangspunkt eingestellt. Durch Lösen der Arretierungsvorrichtung wird der Stab der Belastung ausgesetzt und durch langsames und gleichmäßiges Drehen des Handrades E das Laufgewicht G allmählich auf dem Hebel h vorwärts geschoben, bis Bruch erfolgt, wobei fortwährend die Stellung des die Durchbiegung angebenden Zeigers bei M beobachtet werden muß, da derselbe nach erfolgtem Bruch sofort wieder auf den Nullpunkt zurückschnappt. Der ganze Versuch mitsamt dem Einlegen des Stabes nimmt noch keine Minute in Anspruch.

Durch Multiplikation der Bruchbelastung mit der Durchbiegung erhält man Vergleichswerte für die Widerstandsfähigkeit von Gußstücken, welche Druck und Stoß ausgesetzt sind.

In nachstehender Tabelle sind Durchschnittsresultate, welche mit obiger Maschine erhalten wurden, aufgeführt.

Verwendung

Anzahl

des

der

erzeugten Gusses Versuche

Mittlere Bruchbelastung in kg

Mittlere Durchbiegung in mm

Zu- oder Abnahme der Bruchbelastung

Zu- oder Abnahme 5er Durchbiegung

Geschosse . . .

Maschinen . . .

Klavierplatten . .

Preßzylinder . .

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4021

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1,65

1,68

1,61

1,48

1,58

1,61

1,56

1,66

1,55

+ 204

+ 0,03

+- 1

+- 219

— 232 + 200

— 0,13

+ 0,10

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Schwungräder. . Bremsklötze . . .

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Roheisensorte . .

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Mittel

CO Ui

CO

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+ 0,08

+ 0,10

Ges. Durchschnitt.

580

3973

1,53

Aus dieser Aufstellung geht hervor, daß durch zweckmäßiges Gattieren die Qualität des Gusses auf Grund der durch die Bruchfestigkeitsprüfung erhaltenen Aufschlüsse gesteigert wurde.

Druckwasser- und Druckluftaulagen.

Das Bestreben, an Handarbeit zu sparen und sie durch die leistungsfähigere mechanische Kraft zu ersetzen, hat dahin geführt, die dem hydraulischen, also dem Wasserdruck, und der gepreßten Luft innewohnende Kraft zu diesem Zweck auszunutzen.

Während man nun zum Betrieb der Kern- und Formmaschinen mit Vorliebe Druckwasser benutzt, wird die Preßluft mehr zum Betrieb von Werkzeugen verwendet, und bieten beide Arten der Krafterzeugung für größere Betriebe wesentliche Vorteile.

A. Druckwasser-Anlagen.

Abgesehen von der Rohrleitung, die beiden Arten der Krafterzeugung eigentümlich ist, braucht man für hydraulische Anlagen nur eine Druckpumpe von entsprechender Leistung und einen Akkumulator (Kraftsammler).

Beide Apparate werden mit Rücksicht auf spätere Erweiterung der Anlage so groß gewählt, daß ihre Kraft dafür ausreicht.

Die in Fig. 583 dargestellte Doppel-preßpumpe des Kgl. Hüttenwerkes Wasseralfingen ist für elektrischen Antrieb eingerichtet und arbeitet mit den beiden Pumpenstiefeln kontinuierlich auf den in Fig.

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584 dargestellten Akkumulator. Dieser besteht im wesentlichen aus einem in einem

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Fig. 584.

Fig. 583.

Zylinder dicht geführten Kolben, welcher durch ein Gewicht von 1000—5000 kg belastet wird.

Der Arbeitsgang der Anlage ist kurz folgender:

Durch die Pumpenleitung, die am Zylinder des Akkumulatorkolbens endet, wird das Wasser in den Pumpenzylinder gedrückt, und mit dem wachsenden Druck im Zylinder hebt sich der Kolben mit dem Gewicht. Wird nun an

irgend einer Stelle der vom Druckzylinder des Akkumulators abgehenden Arbeitsleitung Druck entnommen, was bei jeder Betätigung der an ihr hängenden Arbeitsmaschinen der Fall ist, so senkt sich das Akkumulatorgewicht der Druckabnahme entsprechend. Da aber die Druckpumpe kontinuierlich weiter arbeitet, so wird der entnommene Druck sofort wieder ersetzt und der Kolben mit dem Gewicht Hochgetrieben. Das ist die ungemein einfache Einrichtung des ganzen Betriebes.

B. Druckluft-Anlagen.

Diese haben für den modernen Gießereibetrieb eine (wesentlich größere Bedeutung als die Druckwasseranlagen, weil man mit ihrer Hilfe auch Werkzeuge wie Handstampfer, Meißel, Siebe usw. betreiben kann und durch sie einen ganz bedeutenden ökonomischen Arbeitseffekt erzielt.

Zur Erzeugung der Druckluft bedient man sich der

a) Kompressoren.

Auch von diesen Maschinen gibt es eine ganze Anzahl Systeme, von denen wir diejenigen der Firma Pokorny & Wittekind, A.-G. in Bockenheim bei Frankfurt a M. zur Darstellung bringen.

Für den Betrieb vou Preßluftwerkzeugen finden in ausgedehntestem Maße Eiiizylinder-Stufen-Kompressoren mit Erfolg Verwendung. Früher baute mar, nur zweistufige Kompressoren ntu getrenntem Niederdruck- und Hochdruckzylinder. Die Neuerung an diesen Maschinen besteht darin, daß man Niederdruck-unb Hochdruckstufk in einem Zylinder vereinigte und die Kompression durch einen Differentialkolben bewirkt. Da die in der Niederdruckstufe vorgepreßte Luft in einem Zwischenkühler auf etwa Ansaugetemperatur zurückgekühlt wird, sind alle Vorteile der früher üblichen Zweizylinder-Verbund-Anordnung gegeben, welche bekanntlich in großer Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit bestehen. Der Einzylinder-Stufenkompressor besitzt nicht mehr bewegte Teile als ein normaler einstufiger Kompressor da auch nur ein Triebwerk vorhanden ist. Seine Rauminanspruchnahim ist ebenfalls nicht größer wie die eines normalen einstufigen Kompressors Die Einzylinder-Stufenkompressoren erhalten Gabelrahmen und gekröpfte Welle. Der Zylinder wird mit sorgfältiger Mantel- und Deckelkühlung sowie Kühlung des Schieberkastens versehen; er erhält Köstersteuerung. Letztere ist eine mit Rückschlagventil kombinierte Kolbenschiebersteuerung, bei der sowohl Ansaugen wie Fortdrücken zwangläufig durch einen Kolbenschieber gesteuert werden.

In Fig. 585, 586 und 587 ist die Steuerung, „Patent Köster", durch Schnitte eines normalen Luftzylinders dargestellt.

Der Lufteintritt erfolgt aus dem Raum 8, an welchen die Saugleitung angeschlossen wird. In Fig. 585 ist der Kolben nach links gehend gezeichnet, so daß aus dem Raum 8 durch den Kanal C Luft hinter die rechte Kolbenseite tritt. In der Kolbenmittelstellung hat der Schieber die Kanäle CG ganz geöffnet, so daß die Luft ohne Drosselung die Kanäle passieren kann.

Auf der linken Kolbenseite wird die vorher angesaugte Luft komprimiert, und sobald dieselbe die Spannung der Druckluft im Raum E und der Druckleitung erreicht hat, öffnet sich das Ventil B und der Kolben schiebt die gepreßte Luft aus dem Zylinder. Während der Kolben diese Arbeit ausführt, bewegt sich der Schieber A nach links und schließt die Kanalkante genau in dem Zeitpunkt ab, in welchem der Kolben in die Totlage gekommen ist. Da die rechte Kolbenseite zugleich den Saughub beendet hat, so ist auch der rechte Zylinderkanal genau in diesem Zeitpunkt abgesperrt, so daß also der Schieber die Verbindung der linken Kolbenseite mit dem Druckraum E und der rechten Kolbenseite mit dem Saugraum 8 zugleich aufgehoben hat. Während jetzt

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Fig. 586.

der Arbeitskolben umkehrt und sich nach rechts bewegt, geht der Schieber aus seiner Mittellage weiter nach links bis in die Endstellung und verbindet die linke Kolbenseite mit dem Saugraum 8, die rechte mit dem rechtsseitigen Druckraum E. Der Schieber vermittelt also, indem er eine um etwa 90° gegen die Kolbenbewegung Zersetzte Bewegung ausführt, den Eintritt und Austritt der Luft, er öffnet sowohl den jeweiligen Saug- und Druckkanal kurz nach Hubbeginn und sperrt genau im Hubende, wenn das Ansaugen einerseits und das Fortdrücken anderseits beendet ist, die Kanäle ab.

Es ist nur ein Rückschlagventil vorhanden, das dazu dient, ein Rückströmen der Luft aus Druckleitung und Druckraum in den Zylinder zu verhindern. Der eigentliche Schluß des Kompressionshubes wird durch den Schieber begrenzt. Dem Rückschlagventil steht zum Schließen die volle Zeit eines Hubes zur Verfügung; es kann sich daher unter der Einwirkung einer sehr geringen Federspannung in entlastetem Zustande ganz allmählich auf seinen Sitz aufsetzen. Der

Schluß des Ventils erfolgt vollkommen geräuschlos und sanft, so daß Ventilbrüche so gut wie ausgeschlossen sind und der,Kompressor nahezu geräuschslos arbeitet. Da die Luft beim Austreten nur die unbedeutende Federspannung des Rückschlagventils zu überwinden hat, sind die Druckwiderstände sehr gering. Saugwiderstände sind infolge Fehlens von Säugventilen überhaupt nicht vorhanden. Der Zwischenkühler, in dem die in der Niederdruckstufe vorgepreßte Luft aus

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(5.

Fig- 586.

etwa Ansaugetemperatur zurückgekühlt wird, ist stehend auf dem Zylinder angeordnet. Er enthält eine sehr reichlich bemessene Kühlfläche aus Messingrohren. Infolge der stehenden Anordnung des Kühlers baut sich die Maschine sehr kompakt, und alle Teile sind bequem zugänglich. Ein weiterer Vorteil der stehenden Anordnung des Kühlers ist es, daß Gruben im Fundament vermieden sind und die Maschine auf einen massiven Mauerklotz, eventuell aber auch auf eine Trägeroder Balkenunterlage, aufgesetzt werden kann. Dieses ist besonders dann von

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großer Bedeutung, wenn man die Maschine für Montagezwecke benötigt und sie von Zeit zu Zeit versetzen muß.

Zur Regelung der Saugleistung dient eine selbsttätige Ausrückvorrichtung. Diese besteht im wesentlichen aus einem Ventil, das unmittelbar am Saugrohrstutzen des Schieberkastens der Saugleitung vorgeschaltet wird. Am Ventil befindet sich ein Relais, das durch eine dünne Rohrleitung mit dem Druckluftbehälter in Verbindung gebracht ist. Sobald nun der durch die Feder am Relais in einfacher Weise einstellbare Höchstdruck im Behälter überschritten wird, bewirkt das Relais das Schließen des Ausrückventils. Der Kompressor kann dann keine frische Luft mehr ansaugen und läuft leer weiter, bis der Druck um etwa 0,5 bis 1 Atm. gesunken ist. Hierauf gibt das Ventil die Saugleitung wieder frei, und es beginnt von neuem Ansaugen und Komprimieren. Diese Regelvorrichtung zeichnet sich durch eine unübertreffbare Einfachheit aus. Sie ist dabei sehr wirtschaftlich, da bei geschlossener Saugleitung der Kraftbedarf des Kompressors nahezu gleich der Leergangsarbeit ist. Der Apparat ist in vielen hundert Ausführungen erprobt und als durchaus sicherwirkend befunden worden.

Bei kleineren Leistungen Pflegt man den Antrieb des Kompressors durch Riemen zu bewirken. Dieses kann natürlich von allen möglichen Kraftmaschinen, wie Elektromotoren, Explosionsmotoren, Lokomobilen usw. aus geschehen. Bei größeren Leistungen ist indessen der direkte Dampfantrieb das Zweckmäßigste.

Bei dem Einzylinder-Stufenkompressor, direkt gekuppelt mit Einzylinder-Dampfmaschine, liegt unmittelbar am kräftigen Gabelrahmen der Luftzylinder und dahinter der Dampfzylinder. Beide ruhen auf einer gemeinsamen Grundplatte und sind außerdem durch eine kräftige schmiedeeiserne Zugstange starr miteinander verbunden. Der Luftzylinder erhält die zuvor beschriebene Konstruktion, der Dampfzylinder in der Regel Doppel-Kolbenschiebersteuerung und Leistungsregler. Letzterer ermöglicht es, die Umdrehungszahl und damit die Saugleistung während des Betriebes in weiten Grenzen verändern zu können. Die Regelung kann auch selbsttätig geschehen. In diesem Falle bringt man eine Vorrichtung an, welche bei Überschreiten des eingestellten Höchstdruckes im Druckluftbehälter die Füllung des Dampfzylinders selbsttätig verringert, so daß die Maschine mit reduzierter Umdrehungszahl weiterläuft. Wenn der Druck im Behälter infolge der größeren Luftenlnahme sinkt, stellt die Regelung selbsttätig wieder auf größere Füllung ein, die Maschine läuft schneller und fördert dementsprechend mehr Druckluft. Eine Drosselung des Dampfes findet nicht statt, so daß die Regelung sehr wirtschaftlich ist.

Die Firma baut ferner den gleichen Kompressor, gekuppelt mit Tandem-Verbund-Dampfmaschine. Diese Ausführung empfiehlt sich insbesondere bei größeren Leistungen, da sie eine wesentliche Reduktion des Dampfverbrauches ermöglicht. Die Antriebsdampfmaschine erhält bei mittleren Leistungen Doppelkolbenschiebersteuerung, bei größeren Präzisions-Ventilsteuerung. Die Konden-

sation wird entweder unter oder über Flur gelagert. Auch ist es möglich, die Maschine an eine Zentralkondensation anzuschließen.

Entsprechend den neueren Erfahrungen legt man jetzt die- Luftzylinder unmittelbar an die Rahmen und die Dampfzylinder dahinter. Auf diese Weise ist erreicht, daß die Dampfzylinder nach allen Richtungen frei der Wärmeausdehnung folgen können, ohne andere Teile zu beeinflussen. Insbesondere sind Zwängungen der Kolbenstangen in den Stopfbüchsen und dadurch bedingte Reibungsarbeiten vermieden, wodurch naturgemäß dauernd ein hoher mechanischer Wirkungsgrad gewährleistet ist. Es sind bei zahlreichen Abnahmeversuchen mechanische Wirkungsgrade bis zu 93°/₀ erzielt worden, Wirkungsgrade, die man noch vor einigen Jahren an Kompressoren für unmöglich hielt.

Je nach der Größe der Leistung sowie nach den Luft- und Dampfdrücken werden die Maschinen mit Bajonett- oder Gabelrahmen versehen. Die Rahmen liegen in ihrer ganzen Länge auf dem Fundament auf und sind mit diesen fest verbunden

Die Luftzylinder erhalten, wie schon zuvor erwähnt, sorgfältige Kühlung aller mit der eintretenden Lust in Berührung kommenden Teile, insbesondere aber der Zylindermäntel und -deckel Sie werden mit der Köstersteuerung versehen Der Zwischenkühler liegt unter Flur.

Die Antriebsdampfmaschine, die sowohl als Verbund- wie als Zwillings-maschim ausgebildet werden kann, wird fast stets mit Präzisions-Ventilsteuerung sowie Leistungsregler oder selbsttätiger Regelung ausgerüstet.

Die Kompressoren der Maschinenbau-A.-G. Balcke, Bochum, finden ebenfalls Anwendung Mil Betrieb von Preßluftanlagen und sollen hier bezüglich ihrer Konstruktion besprochen werden

Wie uns die Firma mitteilt, unterscheidet sie ihre Modelle je nach der Höhe des benötigten Druckes in Niederdruck-, Mitteldruck- und Hochdruck-Kompressoren. Erstere sind einstufig angeordnet, werden bis zu 4, auch 5 Atm. gebaut und dienen für Arbeitsmaschinen und Werkzeuge, bei denen nur ein Druck bis zu 5 Atm. nötig wird Die Mitteldruck-Kompressoren erzeugen bis zu 15 Acm Druck, und bei Hochdruck-Kompressoren kann er bis zu 500 Atm. gesteigert werden.

Für der- Gießereibetrieb kommen nur die Niederdruck- und einige Mitteldrucktypen in Frage. In Fig 588 und 589 sind Niederdruckkompressoren in stehender und liegende-.' Anordnung dargestellt.

Dre Ventile, der wichtigste und für den Praktiker das beste Kriterium für die Güte der Konstruktion bietende Teil der Maschine, sind durchweg als starre Tregelstahlplatten. auf Stahlsitze sauber aufgeschliffen, ausgebildet und werden mit Federn belastet. Es ist somit ausgeschlossen, daß ein Bruch oder ein übermäßiger Verschleiß der Ventile selbst bei jahrelangem Betriebe und ungünstigen Verhältnissen durch Staub, Schmutz und Sand eintreten kann. Die Anordnung der Vennle ist überall so getroffen, daß man dieselben nach Entfernung des kleinen zugehörigen Deckels samt ihrem Sitz leicht und

rasch aus dem Zylinder herausnehmen und außerhalb des Kompressors nachsehen und eventuell nachschleifen kann.

Die Triebwerke werden, was bei Verwendung in Gießereien von besonderer Wichtigkeit sein dürfte, öldicht und staubdicht gekapselt und mit einer selbsttätigen Ölumlaufschmierung ausgerüstet, so daß das ganze Triebwerk dauernd im Ölbade arbeitet und einer starken Abnutzung hierdurch vorgebeugt ist.

Die Zylinder erhalten bei allen Modellen eine wirksame Wasserkühlung, was wesentlich zum wirtschaftlichen Arbeiten und zur langen Lebensdauer der

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Ftg- 588.

Maschinen beiträgt, wenn dieselben auch bei vorübergehendem Betriebe ohne Kühlwasser unbeschadet betrieben werden können.

Die Tourenzahlen der stehenden sowohl wie der liegenden Kompressoren (Fig. 589) erscheinen zunächst ziemlich hoch, sie sind aber, wenn man die Kolbengeschwindigkeit in Rechnung zieht, und wenn man berücksichtigt, daß die Lager und Zapfen, wie die Zeichnungen deutlich und ohne rechnerische Prüfung auf den ersten Blick zeigen, ganz besonders reichlich bemessen sind, sehr mäßige. Anderseits ist zu berücksichtigen, daß mit wachsender Umdrehungszahl die Verluste durch Lässigkeit in den Kolbenringen und in den Ventilen sich wesentlich vermindern, so daß hinsichtlich guten Nutzeffektes volumetrisch sowohl wie mechanisch der raschlaufende Kompressor dem langsamlaufenden überlegen ist, ganz abgesehen von dem Vorteil, die der erstere hinsichtlich geringen Raumbedarfes und billigeren Preises vor dem letzteren hat. Die Erfahrung lehrt auch tatsächlich, daß diese schnellaufenden Kompressoren sich in jahrelangem, ununterbrochenem Betriebe vortrefflich bewähren und keinerlei irgendwie nennenswerte Abnutzung an Lagern und Zapfen aufweisen. Hierzu trägt wesentlich natürlich auch die Ausführung und die Verwendung ausgesucht guter Materialien bei der Herstellung bei. So werden z. B. die Zapfen sämtlich aus Compoundstahl oberflächlich glashart und geschliffen ausgeführt, ferner wird für die Kolbenringe ein ganz besonders erprobtes Gußmaterial verwendet und ebenso für die Ventile eine Tiegelstahlqualität, welche eigens zu diesem Zwecke von einem Spezialwerk hergestellt wird.

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Fig. 589.

Diese stehenden Kompressoren sind trotz ihrer gedrängten und vollständig geschlossenen Bauart doch leicht zugängliche Maschinen, wie ohne weiteres aus den Abbildungen ersichtlich ist. Nach Abnahme der Deckel des Triebwerkgestelles kann man ohne Schwierigkeit an die Lenkstange und an die Kurbelwelle gelangen, und nach Abnahme des oberen Deckels den Kolben nach oben sofort herausziehen. Über die Zugänglichkeit der Ventile, für deren untere Reihe eine geräumige Laterne oberhalb der Kreuzkopfführung vorgesehen ist, wurde vorher schon gesprochen.

Neben diesen stehenden Kompressoren führt die Firma für höheren Druck als 5 Atmosphären zum Betriebe von Preßluftwerkzeugen und sonstigen Preßluftmaschinen auch eine Reihe von liegenden Kompressoren aus, welche zweistufig ausgebildet und mit Mantel- sowie Zwischenkühlung versehen sind. Der Kolben ist als Differentialkolben ausgebildet, dessen großer Durchmesser die einfach wirkende Niederdruckstufe und dessen kleiner Durchmesser mit der Differenzfläche des großen die Hochdruckstufe bildet. Vorn trägt der hohle, also in wirksamer Weise innen mit Luft gekühlte Kolben gleichzeitig den Kreuz-

kopfzapfen. An bett Zylinder schließt sich unmittelbar das kurzgebaute, ebenfalls dicht geschlossene Triebwerk nach bekannten Konstruktions-Normalien. Die Ventile der Niederdruckstufe sind, um auf möglichst kleinem Raum möglichst große Querschnitte unterzubringen und nicht zu große Luftgeschwindigkeiten zu erhalten, als Stahlplattenventile in Etagen-Ringanordnung zweisitzig und zweispaltig angeordnet. Ventil und Ventilsitz sind lösbar mittels Gewinde so verbunden, daß man das Ventil als Ganzes aus dem Ventilgehäuse herausziehen kann, so daß leichteste Zugänglichkeit und rasches Demontieren gewährleistet ist, und das Andrücken bezw. Abdichten der Ventilsitze im Zylinder erfolgt in zuverlässigster Weise durch die Ventilgehäusedeckel selbst. Für die Hochdruckstufe sind die Ventile ebenfalls als zweispaltige Ringventile, jedoch nicht in Etagenanordnung, ausgeführt und arbeiten hier auf Sitzen aus Siemens-Martinstahl. Die Anordnung der Belastungsfedern gewährleistet ein außerordentlich sanftes und doch hinsichtlich Öffnung und Schluß ungemein exaktes Arbeiten der Ventile und damit einen vorzüglichen Nutzeffekt dieser Kompressoren. Ventilgehäuse und Zylinder sind vollständig wassergekühlt, ebenso der hintere Deckel, während der Kolben wie schon bemerkt, außerdem durch seine Konstruktion von innen durch Luft ausgiebig gekühlt wird. Die ganze Bauart des Kompressors ist auch hier unter Wahrung leichtester Zugänglichkeit aller eine solche erfordernden Teile außerordentlich gedrängt und raumsparend, so daß auch diese Kompressoren den Anforderungen modernen Schnellbetriebes in jeder Hinsicht weitgehendst gerecht werden. Es ist besonders Bemerkenswertes über die Konstruktion des Triebwerkes nicht zu sagen Die Kurbelwellenlager werden für die gekröpfte Welle als Ringschmierlaget ausgebildet und nach Skelettbauart mit Weißmetall ausgegossen Diese Skelettbauart der Glyco-Gesellschaft ist in gießerei-technischer Hinsicht insofern vielleicht von besonderem Interesse, als eine Bearbeitung der gußeisernen Schalen an der inneren mit dem Weißmetall ver-bunbenen Fläche, oder ga- ein Verzinnen derselben nicht erforderlich ist, sondern rs werden besonders präparierte verzinnte Skelettbleche gleich in die Form eingelassen und mit der gußeisernen Schale, welche um dieselben herumgegossen wird, im Rohguß fest verbunden. Nachträglich erfolgt dann das Ausgießen der Schale mit Weißmetall, welches sich seinerseits unmittelbar mit dem verzinnten Skelett verbindet, so daß gewissermaßen Gußeisen, schmiedeeisernes Skelett und Weißmetallausguß ein unzertrennliches Ganzes bilden.

Bei den Mehrstufen-Kompressoren wird zur wirksamen Kühlung der Luft .zwischen der Niederdruck- und Hochdruckstufe noch ein Zwischenkühler eingeschaltet. Die Zwischenkühlung hat den Zweck, eine möglichst niedrige Endtemperatur bet komprimierten Luft dadurch zu erzielen, daß man dieselbe nach der ersten Kompressionsstufe möglichst wieder auf Anfangstemperatur zurückkühlt und sie kalt der Hochdruckstufe zuführt Ein guter Zwischenkühler soll nicht nur hinsichtlich seiner Kühlfläche reichlich bemessen und hinsichtlich der Luft- und Wasserführung zweckmäßig konstruiert sein, sondern es muß auch verlangt werden, daß derselbe, wenigstens bei größeren Ausführungen, leicht auseinandergenommen und

gereinigt werden kann. Jeder erfahrene Praktiker wird wissen, daß sowohl die Preßluft durch mitgerissenes Öl und sonstige Unreinigkeiten als auch das Wasser durch Kesselstein und Sinkstoffe aller Art die damit in Berührung kommenden Flächen mit der Zeit inkrustiert und verunreinigt. Dadurch wird selbstverständlich der Effekt des Zwischenkühlers mit der Zeit mehr und mehr nachlassen und damit das rationelle Arbeiten des Kompressors beeinträchtigt werden. Außerdem ist es eine alte Erfahrungssache, daß beiderseitig fest eingepaßte Kühlrohre, deren Befestigung in den Rohrböden durch Einwalzen erfolgt, sehr leicht und oft undicht werden, weil sie der Wärmeausdehnung und Kältezusammenziehung nicht in notwendigem Maße folgen können. Um diesen Tatsachen Rechnung zu tragen, baut die Firma ihre größeren Zwischenkühler sämtlich mit ausziehbarem Rohrsystem. Die kleine Stopfbüchse am Jnnendeckel, in welche etwas gefolgte Hanfschnur gelegt wird, genügt vollständig zur zuverlässigen Abdichtung, und das ganze Rohrsystem kann nach Abnahme des einen Deckels ohne weiteres herausgezogen und äußerlich und innerlich abgespritzt bezw. abgekratzt werden. Eine beliebige freie Ausdehnung der Rohre beim Arbeiten des Zwischenkühlers ist ohne weiteres gewährleistet.

Die Verwendung der Kompressoren für Betrieb von Preßluftwerkzeugen, Sandstrahlgebläsen und ähnlichen periodisch benutzten und je nach dem Arbeitsprozeß ab- und angestellten Werkzeugen bringt es mit sich, daß der Preßluftverbrauch von einem Maximum stark schwankend bis zu gänzlichem Absperren sämtlicher Verbrauchsstellen auf- und niedergeht. Meist steht der Kompressor an einem von der Arbeitsstelle entfernten Platze, und es ist untunlich, jedesmal, wenn der Preßluftverbrauch aufhört, auch die Maschine abzustellen. Bei vielen Anlagen findet man, um dem Rechnung zu tragen, einfach ein Sicherheitsventil am Druckwindkessel angeordnet, welches bei Absperrung der Verbrauchsstellen und Ansteigen des Druckes über die eingestellte Grenze abbläst. Das ist zwar einfach, aber höchst unwirtschaftlich, denn der Kompressor läuft dann mit vollem Kraftverbrauch weiter. Die Firma hat, um den gleichen Zweck mit größter Ersparnis an Betriebskrast zu erzielen, eine Vorrichtung konstruiert, welche bei Überschreitung eines bestimmten, einstellbaren Höchstdruckes durch Aufhören der Preßluftentnahme selbsttätig den Kompressor auf Leerlauf schaltet und ihn bei Wiederbeginn der Preßluftentnahme ebenso selbsttätig wieder auf Förderung einstellt. Der Apparat besteht aus einem in die Saugleitung des Kompressors eingeschalteten, durch eine Feder offen gehaltenen Absperrventil und einem Vorsteueravparat, welcher durch ein Kupferröhrchen mit dem Druckraum des Druckwindkessels oder des Kompressors selbst in Verbindung steht. Am Vorsteuerapparat ist eine Feder angebracht, durch deren Einstellung genau der Druck einreguliert werden kann, bei welchem der Kolben des Vorsteuerapparates von links nach rechts geschoben und dadurch der Preßluftdruck hinter den Kolben des Federgehäuses, welcher seinerseits das Absperrventil in der Luftsaugleitung betätigt, geleitet wird. Sobald nun Druck hinter diesen Kolben tritt, wird dieser die Feder zusammendrücken und

den Ventilteller auf den Sitz niederdrücken, so daß der Kompressor keine Luft aus der Atmosphäre mehr ansaugen kann, und leer, lediglich mit seiner geringen eigenen Reibung, so lange weiterläuft, bis durch Nachlassen des Druckes hinter dem Steuerkolben die Feder letzteren wieder nach links drücken kann. Dadurch wird ein Kanal frei, welcher den Druck hinter dem Kolben ins Freie entweichen läßt, so daß nunmehr die Feder in ihre Anfangsstellung zurückgeht und das Ventil für die Lufteinsaugung wieder geöffnet wird. Diese Vorrichtung, welche man schon an ungemein zahlreichen Kompressoren angebracht hat, bewährt sich in der Praxis ganz vorzüglich und hat den großen Vorteil, daß sie sehr einfach und unempsindlich gegen äußere Einflüsse, auch selbst gegen Staub und Sand, die in Gießereien ja schließlich unvermeidlich sind, ist.

b) Preßluft-Werkzeuge.

Die mit Preßluft betriebenen Werkzeuge, soweit sie für den Gießerei-und Formereibetrieb in Frage kommen, beschränken sich auf Sandsiebe, Stampfer, Hebezeuge und Putzmeißel bzw. Hämmer.

Die Firma Pokorny L Wittekind in Bockenheim baut Preßluft-Werkzeuge seit nahezu 6 Jahren und ist die erste deutsche Firma, die den Amerikanern in größerem Maßstabe die Spitze bot.

Besonders in letzter Zeit hat sie sich auch mehr den für die Gießerei (bzw. Formerei) in Frage kommenden Werkzeugen gewidmet und die älteren Konstruktionen durch neue ersetzt, welche in der Steuerung exakter und besser regulierbar, im Schlag kräftiger, im Luftverbrauch günstiger und außerdem handlicher im Gebrauch sind.

Sie führt zur Zeit drei Größen von Preßluft-Stampfern aus, welche Kolbenhübe von ca. 33, 25 und 18 cm haben. Am gangbarsten sind die kleineren von 25 und 18 cm Hub, und scheint sogar in neuerer Zeit der 18 cm Hub am meisten bevorzugt zu werden.

Diese Stampfer werden entweder mit Ventilhahn oder mit Konushahn ausgerüstet. Außerdem werden dieselben entweder mit vierkantigem Kolbenschaft oder mit rundem Schaft geliefert. Stampfer mit vierkantigem Schaft gestatten die Benutzung von beliebig geformten Stampfplatten.

Die Stampfer 18 und 25 werden auch mit einer Kappe mit seitlichem Griff geliefert; diese Anordnung wird vorteilhaft verwandt beim seitlichen sowie Unterstampfen von Modellen in Gruben. In letzter Zeit haben diese Stampfer auch mehrfach Verwendung gefunden zum Ausstampfen der Konverter für das Bessemer- und Thomas-Verfahren.

Die Steuerung dieser Stampfer ist einfach und arbeitet äußerst exakt; der Stampfer läßt sich dadurch für jede Schlagstärke und für jeden Arbeitsdruck gebrauchen (der normale Arbeitsdruck beträgt, wie auch bei andern Preßluft-Werkzeugen, fünf bis sechs Atmosphären).

Die Luft tritt durch das geöffnete Einlaßorgan hinter die kleine Fläche eines Ventils und drückt dieses nach unten. Hierdurch wird die Einströmung unter dem Kolben geöffnet, der Kolben hebt sich, während über demselben durch Kanäle im Zylinder sowie solche im Ventilgehäuse Auspuff erfolgt. Sobald der Kolben die obersten Kanäle überdeckt hat, verdichtet er die jetzt noch in dem Zylinder eingeschlossene Luft, und schließt diese das Ventil nach oben. Jetzt erfolgt Einströmung über dem Kolben und Auspuff auf der unteren Seite, der Kolben kehrt um und wird nach unten geschleudert. Der Kolben überschleift die oberen Kanäle im Zylinder und führt hierdurch einen Ausgleich der das Ventil belastenden Drucke herbei. Sobald die Auspuff-kanäle^des Zylinders durch den Kolben freigegeben werden, schnappt das Ventil infolge der Druckabnahme in dem Zylinder nach unten, der Einlaß für die obere Kolbenseite wird geschlossen, der Einlaß unter dem Kolben geöffnet, und das Spiel beginnt von neuem.

Die Stampfer sind auch in bezug auf die Einzelteile gut durchkonstruiert und ausprobiert, die Ausführung erfolgt in Spezialwerkstätten mit peinlichster Sorgfalt. Die Lagerung des Kolbens ist die denkbar beste, der Kolben selbst besteht aus harter Phosphorbronze, und die Kolbenstange läuft in einer sehr langen Büchse aus Phosphorbronze. Gegen Eindringen von Sand schützt eine am vorderen Ende vorgesehene Stopfbüchspackung.

Die Meißelhämmer sind ebenfalls mit einer neuen, präzis arbeitenden Steuerung versehen, die jeden unnötigen Luftverlust, wie er bei anderen Steuerungen durch vorzeitiges Öffnen von Auspuffkanälen eintritt, vermeidet.

Diese Hämmer werden zurzeit in sieben verschiedenen Größen hergestellt, von denen die kleineren Modelle am meisten zum Putzen von Grauguß Verwendung finden. Besonders der leichtere dieser Hämmer wird mit einer Regulierung für die Schlagstärke versehen, es ist dies eine leicht verstellbare Hubbegrenzung für das Einlaßventil. Schwerere Hämmer werden selten für das Putzen von Grauguß gebraucht, doch finden solche beim Putzen von Stahlguß ausgedehnte Verwendung.

Die normalen und leichteren Hämmer für Gußputzarbeiten find mit Sechskant-Büchsen versehen, die für die gangbaren Meißelschäfte passen. Die schweren Hämmer dagegen erhalten Büchsen für stärkere Meißel. Nicht unerwähnt möchte ich lassen, daß die mittleren Größen auch in Stahlwerken verwandt werden für vorgeschmiedete Barren zum Ausmeißeln der Schlacken sowie Riß- oder sonstiger schlechter Stellen, die beim Auswalzen schädlich für das Material sind.

Die Arbeitsweise der normalen Hämmer verläuft folgendermaßen:

Die Luft strömt durch das mittels des Daumenhebels geöffnete Einlaßorgan hinter die kleine Fläche des Steuerventils und schiebt dieses nach vorn. Hierdurch wird die Luftzufuhr hinter dem Kolben geöffnet, und erfolgt gleichzeitig Auspuff vor dem Kolben durch die Aussparung im Ventil. Der Kolben wird nach vorn geschleudert. In seiner Endstellung strömt unter Vermittelung der im Kolben angebrachten Einschnürung Luft hinter die große Fläche des Ventils, wo.urch das Ventil nach hinten geschoben wird. Jetzt ist die Luft-

zufuhr hinter dem Kolben abgesperrt und durch die Aussparung im Ventil der Auspuff für diese Zylinderseite geöffnet, während vor dem Kolben der Auspuff geschlossen und die Einströmung geöffnet ist. Der Kolben wird zurückgeschoben, bis    derselbe    mit seiner vorderen Kante    Kanäle freigibt,    die

einen Druckausgleich    zwischen    der großen Ventilfläche und der Ringfläche    des

Ventils herbeiführen. Da jetzt die Belastung des Ventils nach der einen Richtung größer ist,    als der    nach der anderen Richtung    wirkende Druck,    der

die große Ringfläche    belastet,    so wird das Ventil wieder    nach vorn geschoben

und das Spiel beginnt von neuem.

Um die Vielseitigkeit der Anwendung von Preßluft auf Werkzeuge zu zeigen, lassen wir hier Typen dieser Werkzeuge folgen, wie sie die Deutsche Niles-Werkzeugmaschinen-Fabrik in Oberschöneweide bei Berlin baut.

Die Steuerung des in Fig. 590 abgebildeten Niles-Hammers wirkt in folgender Weise:

Das Ventil ist ein Differenzial-Ventil und besitzt zwei Ringflächen, eine kleinere und eine größere. Das Ventil wird also einerseits umgesteuert

Ftg. 690.

durch den auf der kleinen Ringfläche ständig lastenden konstanten Druck und anderseits durch den durch Kompression im hinteren Zylinderteile entstehenden Überdruck.

Die vordere Endkante des Steuerventiles steuert den Einlaß für die hintere Kolbenseite, die in dem Steuerventil befindliche Ringnute steuert die vordere Kolbenseite.

Das Steuergehäuse hat drei Ringnuten. Die eine Ringnute ist ständig durch Kanäle mit dem Lufthammer in Verbindung. Die zweite Ringnute ist durch Kanäle ständig mit der vorderen Kolbenseite verbunden und die dritte Ringnute ist ständig durch Kanäle mit dem Auspusfraum und dieser wiederum durch Bohrungen mit der Außenluft in Verbindung.

Außerdem besitzt der Arbeitszylinder noch Bohrungen, die als Auspuff für die hintere Kolbenseite dienen und mit dem Auspuffraum und durch Bohrungen ebenfalls mit der Außenluft in Verbindung stehen.

Ist der Drücker des Hammers von dem Arbeiter heruntergedrückt, so steht ständig Preßluft in der Kammer. Hat nun das Steuerventil die in der Zeichnung angedeutete Stellung eingenommen, so tritt die Druckluft durch

Kanäle und die erste Ringnute hinter den Schlagkolben und treibt denselben nach vorn. Während des ganzen Vorwärtsganges verharrt das Ventil in der bezeichneten Stellung deshalb, weil der Gesamtdruck auf die Kolbenfläche um die Differenz der Fläche größer ist.

Mg- 691.

Während der Arbeitskolben nach vorn fliegt, ist die ganze vordere Kolbenseite durch die Kanäle, Ringnuten, Aussparung und weitere Kanäle mit dem Auspuff in Verbindung. Es ist also keine Kompression vor dem Kolben und der Schlag nach vorn auf das Werkzeug ein sogenannter ⁽mer.

Hat der Arbeitskolben nun diesen Schlag nach vorn ausgeführt, so legt er gewisse Kanäle frei, und das hinter dem Kolben befindliche Druckmittel

steht nun durch andere Kanäle mit der Außenlnft in Verbindung. Es findet also ein großer Druckabfall statt.

Nun kommt einerseits der ans das Steuerventil konstant wirkende Druck zur Geltung und steuert das Ventil um, d. h. es verbindet durch seine Ringnute die anderen Ringnuten miteinander; es strömt dann das Druckmittel vor den Arbeitskolben und schlendert denselben zurück.

Hat die hintere Schlagkolbenkante den Auspuff wieder überdeckt, so wird die hinter dem Schlagkolben befindliche Luftmasse zusammengepreßt, und zwar so hoch, daß bei Beendigung des Hubes des Arbeitskolbens eine so große Kompression erreicht ist, um das Steuerventil wieder in seine erste Lage zu bringen. Es beginnt nun das Spiel von neuem.

Fig. 592.

Wie schon gesagt, sind für den Gießereibetrieb die mit Preßluft betriebenen Stampfer von großem Vorteil wegen ihrer großen Leistungsfähigkeit. Das Arbeiten mit diesen Werkzeugen geht ruhig und stoßfrei vor sich, und wird die Handhabung eines Stampfers ans Fig. 591 gut ersichtlich.

Zum Einstampfen sehr großer Kasten bedient man sich'des Kranstampfers, der an dem Kranhaken angehangen und von dem Arbeiter dirigiert wird, und für das Einstampfen kleiner Kästen auf der Formbank des kleinen Bankstampfers.

Die Steuerung der Stampfer ist ebenso eingerichtet, wie die der Preßlufthämmer, nur tritt an Stelle des Meißels der Stampfer.

Auch zum Sandsieben wird die Preßluft mit Vorteil im Gießereibetrieb verwendet, und bedient man sich hierbei des in Fig. 592 rechts abgebildeten Sandsiebes. Die Bewegung des Siebes, welches in einem Gestell aufgehangen ist, erfolgt durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens nach demselben Prinzip, wie bei den Hämmern und Stampfern, und ist die Wirkung eine durchaus exakte und gleichmäßige.

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Ftg. 593.

Auch beim Putzen des Rohgusses tun die mit Preßluft betriebenen Werkzeuge gute Dienste.

Außer den schon mitgeteilten Meißelhämmern (Fig. 590) bedient man sich auch des in Fig. 593 abgebildeten Abklopfers, dessen Handhabung auL Fig. 594 ersichtlich wird.

Er arbeitet doppeltwirkend durch Ausnutzung der Reaktion des Kolbens und gestattet eine genaue Regulierung der Schlagstärke während des Betriebes.

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Derselbe Apparat kann auch beim Abklopfen des Kesselsteins im Kessel und auf den Siederöhren Verwendung finden und wird auch zum Abklopfen von Walzzunder und Rost im Eisenhochbau verwendet.

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Für größere Hubhöhen können Preßluft-Motor-Winden und -Flaschenzüge (Fig. 596a Winde mit Schnecken-

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Fig. 596a.

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Die Preßluft-Hebezeuge werden int Gießereibetriebe zum Abheben der Formkästen und zum Anhebendergefüllten Gießpfannen benutzt. Sie zeichnen sich durch stoßfreie und gleichmäßige Wirkung und sehr geringen Luftverbrauch aus, da zum Heben und Senken zusammen nur eine Füllung nötig ist. Die Geschwindigkeit beim Hoch- und Abwärtsgang ist regulierbar. Die Apparate können in jeder Stellung festgestellt werden und sind absolut betriebssicher; ein Herabstürzen der Last ist ausgeschlossen, selbst bei plötzlichem Bruch der Leitungsschläuche.

Fig. 595 zeigt solche Hebe-zeuge bis zu 10 000 kg Tragfähigkeit.

Fig. 596 b.

rad-Übersetzung und zweizylindrigem Motor und Fig. 596b Flaschenzug mit Stirnrädervorgelege, wobei der Motor weggelassen ist. im Längsichnilt nach Originatzeichnung. Tragfähigkeit 1500 kg) benutzt werden. Die Betriebssicherheit ist die gleiche.

Bei diesen Apparaten sowohl, als auch bei den Preßluft-Bohrmaschinen (Fig. 597), wird also die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine rotierende umgesetzt, nur kommen bei den letzteren statt 2 Arbeitszylindern deren 4 zur Anwendung. Die hohe Umlaufszahl wird ebenfalls durch ein Rädervorgelege verringert.

Sehr ausgedehnte Verwendung findet die Preßluft im Kessel-, Schiffsund Eisenhochbau zum Einziehen der Niete. Beim Nieten mit Hand verwendet

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man außen den in Fig. 698 abgebildeten Niethammer und innen zum Vorhalten einen Vorhalter. Während bei dem Niethammer dasselbe Prinzip wie bei dem Meißelhammer angewendet wird und der Kolben eine hin- und

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hergehende Bewegung macht, der der Satzkopf folgt, ruht bei dem Vorhalter der volle Druck der Leitung auf dem Niet und hält ihn im Loch fest.

Zur Ausführung schwerer und Massen-Nietarbeiten dienen wesentlich vorteilhafter gegen Handarbeit die K n i e -hebel-Nietmaschinen. In Fig. 699a bis c sind solche mit Universal-Aufhängung dargestellt: Fig. 699 a dient besonders zur Nietung von Feuerloch-—(L und Fußringen an Lokomotiv- 2C.    .

Kesseln. Diese Maschinen werden für i einen Enddruck bis zu 160 Tons gebaut, mit Ausladungen bis 3000 mm und für Niete bis zu 32 mm Durchmesser. Der NietstempelistnachderBlechstärke einstellbar, setzt ruhig auf, wonach die Nietung mit stetig zunehmendem Drucke erfolgt.

Fig. 699 a.

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Die Gnfjpuherei.

Die Gußputzerei geschieht int modernen Gießereibetriebe ebenfalls mechanisch, und zwar vielfach mit den im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Preßluftwerkzeugen in Gestalt von Meißeln, Abklopfern und rotierenden Stahldrahtbürsten, die alle vortreffliche Dienste leisten durch schnelle und kräftige Putzarbeit.

Vielfach findet man aber auch in Werkstätten das Putzen im Säurebad angewendet, wo die Gnßteile eine nachträgliche Verschönerung durch elektrolytische oder chemische Metallfärbung erfahren.

Das Putzen im Säurebad ist namentlich dann am Platze, wenn festgebrannter Sand zu entfernen ist und die Gußfläche durch das Abmeißeln Schaden erleiden würde. Das Verfahren besteht darin, die Gußteile in verdünnte Schwefelsäure zu legen und solange darin zu lassen, bis die Gußkruste sich gelöst hat und abspringt.

Am rationellsten ist

A. Das Putzen mit Sandstrahlgebläse.

Der nachstehenden Abhandlung über diese Maschinen sind die Konstruktionen der Firma Alfred Gutmann, Aktiengesellschaft für Maschinenbau, Ottensen-Hamburg zugrunde gelegt worden.

Neben der Glasindustrie sind es zweifellos die Eisen- und Metallgießereien, welche sich die mannigfachen Vorteile er Sandstrahlgebläse in ausgedehntester Weise dienstbar gemacht haben. Wie eine moderne Gießerei für Massenartikel nicht mehr der Formmaschinen zu entbehren vermag, so zählen auch die Sandstrahlgebläse nicht mehr zu den entbehrlichen Maschinen.

Unter den Gußputzmaschinen stehen die Patent-Drucksandstrahlgebläse, und unter diesen, je nach Art der zu behandelnden Gußstücke, die Rotationstische und Transport-Sprossentische, obenan Erstere dürfen, innerhalb gewisser Grenzen, wohl als Universal-Gußputzmaschinen bezeichnet werden.

Die Rotationstische eignen sich zum Putzen aller Arten Maschinen- und Handelsguß; die normale freie Durchgangshöhe beträgt 350 mm, doch kann dieselbe für Spezialzwecke bis auf 700 mm erhöht werden.

Die Bedienung der Rotationstischanlagen beschränkt sich darauf, den zu putzenden Guß auf die Tischplatte, welche langsam rotiert, zu legen, die Stücke» nachdem sie den Sandstrahl einmal passiert haben, umzuwenden und sie nach dem zweiten Durchgang vollständig gereinigt zu entfernen. Die Wirkung des Patent-Drucksystems ist dabei eine so intensive, daß die vorerwähnte einfache und kurze Behandlungsweise auch für Stahlguß genügt.

Die Leistungsfähigkeit der Rotationstische hängt nicht allein von der Größe und dem Gewichte der zu behandelnden Stücke ab, sondern auch von der Art, wie die Tischoberfläche belegt wird. Dies soll möglichst dicht ge-

schehen; Lücken, Aussparungen u. dgl. sollen stets mit kleinen Stücken ausgefüllt werden. Die Befolgung dieser Vorschrift empfiehlt sich nicht allein der Leistungsfähigkeit halber, sondern auch zur Schonung des Tisches selbst.

Daß der Guß durch diese Putzmethode mittels des Sandstrahls auch

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Fig. 600.

in Vertiefungen, Profiluuterscheidungen u. dgl. gründlicher gereinigt wird, als dies seither durch Handarbeit möglich war, ist aber nicht der einzige Vorteil, der die Beschaffung eines Sandstrahlgebläses da durchsetzen sollte, wo es noch nicht vorhanden ist. Der Sandstrahl beschädigt, trotz seiner intensiven Wirkung, in keiner Weise zarte Konturen, was von der alten Putzerei nicht behauptet werden kann. Schließlich erhalten die dem Sandstrahl ausgesetzten

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Dieser Behandlung müssen Gegenstände unterworfen werden, die zwecks nachfolgender Verzinkung, Verzinnung und bergt, seither mittels Säurebades gereinigt wurden. Da für diese Zwecke jedoch weniger die Rotations- und Sprossentische in Frage kommen, sei auf das „Dekapieren" der Metalle, unter Verwendung des Sandstrahles, hier nicht näher eingegangen.

Gußstücke bei reinster Oberfläche eine allseitig gleichmäßige, stumpfe, blaugraue Farbe, welche den Stücken ein vorteilhaftes Aussehen verleiht und sie leichter verkäuflich macht. Die letzterwähnten Vorzüge sind aber besonders für Kunst-, Herd- und Ornamentengießereien schwerwiegend.

Aber nicht allein bei Gußwaren, die unbearbeitet weitere Verwendung finden, bei denen es also auf ein sauberes, gleichfarbiges Äußere ankommt, zeigen sich die Vorteile der Sandstrahlputzerei, sondern auch beim Maschinenguß, der teilweiser oder gänzlicher weiterer Bearbeitung unterworfen wird.

Jeder Fachmann weiß, wie sehr schneidende Werkzeuge, z. B. Fräser, Reibahlen, Dreh- und Hobelstähle angegriffen werden, wenn sie die Gußhaut oder die Zunderschicht eines Schmiedestückes beseitigen müssen. Was dem Werkzeug nur unter Schädigung seiner Schneidkanten möglich ist, das gelingt dem Sandstrahl leicht und binnen kürzester Frist schon während des Putzprozesses, d. h. er befreit das Guß- oder Schmiedestück von seiner Oxydschicht. Eine etwas längere Einwirkung des Sandstrahles hat zur Folge, daß die behandelten Gegenstände dekapiert werden, so daß das reine Metall offen zutage tritt.

Dies vorausgeschickt, wollen wir in nachstehendem eine Abhandlung über den konstruktiven Werdegang der Rotationstische und Transport-Sprossentische mit Patent-Drucksandstrahlgebläse geben.

Bis zum Jahre 1897 führte die Firma die von ihr erfundenen Notationsund Sprossentische nur mit den sogenannten „Schlitzdüsen" aus, während sie Patent-Drucksandstrahlgebläse bereits seit dem Jahre 1894 baute. Bei den guten Eigenschaften der letzteren war es naheliegend, daß man trachtete, das Patent-Drucksystem auch bei den Rotations- und Sprossentischen zu verwerten. Die Leistung der Apparate mußte dadurch beträchtlich erhöht und der nötige Kraftaufwand vermindert werden. Für viele Betriebe von wesentlichem Vorteil mußte aber die Eigenschaft dieser neuen Maschinen sein, daß sie durch Verwendung des sogenannten „Freistrahles" auch Gegenstände zu behandeln vermögen, die sich zufolge ihrer Größe oder ihres Gewichts nicht mehr auf dem Tisch selbst unterbringen lassen. Um sich des „Freistrahles" bedienen zu können, ist es nur nötig, die Schlauch- oder Rohrverbindung zwischen Rotationstisch und Patent-Druckgebläse zu lösen und an deren Stelle den Handschlauch mit der Düse zu befestigen, was unter Verwendung praktischer Schlauchschellen binnen kürzester Frist auszuführen ist.

Da der Freistrahlschlauch bis zu 80 m lang sein kann, vermag man wohl in den meisten Fällen zu der außerhalb der Putzerei gelegenen Stelle ;u gelangen, auf der das Freiputzen vor sich gehen soll. Auch zum Ausblasen großer und komplizierter Kerne, wie sie bei Dampfzylindern, Zylindern und Kolben von Drehkolbenpumpen und Gebläsen, Hochofenformen usw. vorkommen, eignet sich der Freistrahl vorzüglich, ja, es darf wohl behauptet

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Fig. 601.

werden» daß eine gleich saubere und schnelle Entfernung,der Kerne auf keinem anderen Wege zu erreichen ist, sofern Kerneisen vor der Sandstrahlbehandlung entfernt werden.

Bei Ausarbeitung der Neukonstruktionen behielt man die Tischgrößen, welche sich in der Praxis bewährt hatten, bei.

Bevor wir unsere Schilderung moderner Rotationstische schließen, ist es nötig, noch die Bestreuung derselben und deren ausschlaggebenden Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Anlage zu besprechen.

Es ist ohne weiteres klar, daß ein gleichmäßiges Putzen der sich auf der Tischoberfläche beflndlichen Werkstücke nur dann erfolgen kann, wenn der * Sandstrahl jede Flächeneinheit — sagen wir: jeden Quadratzentimeter — gleich intensiv bestreut, d. h. ihm in der Zeiteinheit das gleiche Quantum Putzsand unter gleichem Druck spendet. Trifft das aber nicht zu, dann tritt eine Minderung der Leistung insofern ein, als in der Zeiteinheit ein Teil in Wirklichkeit fertig, ein anderer vielleicht erst halbfertig geputzt wird. Die Ungleichmäßigkeit in der Bestreuung wird natürlich bei großen Gegenständen, die vom Tischmittel bis zur Peripherie reichen, am auffälligsten. Die Folge ist, daß Partien, die eigentlich schon hinlänglich gereinigt sind, nutzlos auf dem Tische verweilen müssen, bis die übrigen als fertig betrachtet werden können. Dies bedeutet aber nicht allein Zeit-, sondern auch Krafwerlust.

Inwieweit es gelungen ist, einen Mechanismus zu koustruieren, welcher die zurzeit beste Bestreuung von Rotationstischen ermöglicht, soll aus nachfolgender Beschreibung hervorgehen.

Bei der Wichtigkeit einer möglichst gleichmäßigen Bestreuung mußte man darauf bedacht sein, an Stelle des den anfänglichen Ausführungen zugrunde liegenden Kurbelantriebes, weil die durch ihn bewirkte Bestreuung nicht allen Anforderungen entsprach und zudem seine gleitenden Teile häufigem Verschleiße unterworfen waren, etwas Besseres zu setzen, und dies geschah dadurch, daß man die ursprüngliche hin- und hergehende Düsenbewegung in eine kreisende veränderte und die Geschwindigkeit zu einer intermittierenden ausbildete, die sich der jeweiligen betroffenen Tischpunktbewegung möglichst genau anpaßte. Erschwert wurde diese Aufgabe dadurch, daß die kreisenden Düsen die Punkte der Parallelkreise teils radial, teils tangential treffen.

Das gesteckte Ziel erreichte man dadurch, daß man den Antrieb der kreisenden Düsen durch „Unrunde Räder" betätigte.

Im Bestreuungsprinzip und der Leistung entspricht der vorstehend geschilderten Ausführung völlig der Rotationstisch ohne irgendwelche Gummischläuche. (Siehe Abbildung Fig. 600.) Hier werden dieselben durch stark-wandige Stahlröhren, an den Biegungen mit größeren Wandstärken, ersetzt. Da diese jede Bewegung verbieten, mußte die Zuleitung zentral, und zwar unter Verwendung zweckentsprechend konstruierter Stopfbuchsen, erfolgen.

Da die Rotationstische im wahren Sinne Universal-Gußputzmaschinen sind, kann es nicht auffallen, wenn sie hinsichtlich der Leistung unter besonderen Verhältnissen von Spezial-Gußputzmaschinen übertroffen werden. Zu letzteren zählt der in Fig. 601 dargestellte Transport-Sprossen tisch (D. R. P. 100 820), der sich vornehmlich zum Putzen langer Gegenstände, wie Säulen, Abfallröhren, Rippenheizkörper, Platinen u. dgl., eignet.

Die Bestreuung bewirkt man bei den Sprossentischen ausschließlich mittels kreisender Düsen und zentraler Rohrzuführung; die Anordnung ist somit schlauchlos, wie bei den Rotationstischen. Die Transportvorrichtung besteht aus einem oder zwei endlosen Kettenbändern mit ausgeschraubten gußeisernen Quersprossen. Da durch geeignete Konstruktionsvorkehrungen der Sandstrahl die Kette selbst nicht zu erreichen vermag, ist hierdurch größte Lebensdauer derselben gewährleistet. Indem ferner sich die tragenden Kettenräder unabhängig auf nicht laufenden Wellen drehen, ihre Bewegung also erst durch die Transportkette erhalten, sind Hemmungen, insbesondere das sogenannte „Klettern", ausgeschlossen.

B. Entstaubung der Sandstrahlgebläse-Anlagen.

Durch eine von kräftigen Exhaustoren bewirkte Aspiration hat man es erreicht, daß die Rotations- und Transport-Sprossentische im Arbeitsraume selbst so staubfrei funktionieren, daß jede Belästigung der Bedienungsmannschaft ausgeschlossen ist.

Dagegen bestanden noch zwei Übelstände, nämlich der große Verschleiß der Exhaustoren und die Staubbelästigung außerhalb des Arbeitsraunies.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die mit vielen scharfen Sandpartikeln gefüllte Luft, welche der Exhaustor abzusaugen hat und die sein Gehäuse passieren muß, dieses sowie die Flügel auf die Dauer empfindlich angreift; die notwendigen Folgen sind alsdann kostspielige Reparaturen und Betriebsstörungen.

Sehr häufig ist es eben der vom Exhaustor ausgeblasene Staub, welcher sich sowohl dem eigenen Betriebe, als auch der Nachbarschaft recht lästig macht. Bedenkt man, daß z. B. bei einem großen Rotationstisch mit Kompressorbetrieb während zehnstündiger Arbeitszeit und je nach Härte des Putzsandes 0,3 bis 0,5 cbm des letzteren zu Staub zerschlagen werden, daß zu diesem Quantum auch noch der abgeblasene Form- und Kernsand tritt, so ist es wohl erklärlich daß hierdurch mit der Zeit eine kleine Versandung der nächsten Umgebung hervorgerufen werden kann. Namentlich bei windigem Wetter wird dieser Staub weit umhergetrieben, so daß die Fenster von Wohn- und Bureauräumeu, die sich in der Nähe einer größeren Sandstrahlgebläse-Anlage befinden, mitunter nicht geöffnet werden können. Ebenso peinlich gestalten sich die Verhältnisse für Lackierereien, Druckereien usw.

Nach langen Versuchen ist es gelungen, eine Staubseparation zu konstruieren, die zuverlässig jede Staubbelästigung von Sandstrahlgebläsen nach außen hin verhindert und den Exhaustoren dadurch eine erheblich längere Betriebsdauer gewährleistet, daß sie, zwischen diesen und den Sandstrahlgebläsen eingebaut, die staubgeschwängerte Luft erst vollkommen filtriert, bevor dieselbe den Exhaustor passiert. Hierauf ist es denn auch zurückzuführen, daß der

Verschleiß des Exhaustors sich einzig auf die naturgemäße Abnutzung der Lager und Wellenlaufstellen beschränkt.

Unter Verwendung eines Staubfilters Fig. 602 kann nun die Installierung von Sandstrahlgebläse-Anlagen auch dort erfolgen, wo dies im Hinblick auf Staubbelästigung aus hygienischen Gründen seitens der Behörden bisher untersagt wurde.

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Fig. 602

Die Wirkungsweise der Staubfilter ist folgende: Der Exhaustor wird mit dem Staubfilter am oberen Stutzen oder Kanal verbunden, während die vom Sandstrahlgebläse kommende Saugleitung am Fuße des Staubfilters Anschluß findet. Der Exhaustor saugt nun die in die Filterschläuche eintretende Staubluft durch das Gewebe, das natürlich die Staubpartikel zurückhält. Nach einiger Zeit werden aber die Schläuche derart mit Staub gesättigt sein, daß die Luftdurchlässigkeit und damit das Filtrationsvermögen schwinden, und ist deshalb eine Reinigung nötig. Diese erfolgt nun in beliebig einzustellenden Intervallen durch den Apparat selbst. Ein Daumen des Abklopfmechanismus legt eine Klappe um, wodurch eine Schlauchbatterie von der Absaugleitung ausgeschaltet wird. Gleichzeitig tritt das Klopfwerk in Tätigkeit und befreit die Schläuche gründlich vom anhaftenden Staube, der, von einem energischen Gegenluftstrom erfaßt, in den Rumpf getrieben und durch eingebaute Rückschlagfingerklappen endgültig am Rücktritt verhindert wird. Nach erfolgter Reinigung einer Batterie besorgt der Mechanismus wieder automatisch den Anschluß derselben an die Saugleitung, und der vorbeschriebene Vorgang wiederholt sich mit einer anderen Schlauchbatterie. Der Kraftverbrauch dieser Staubfilter ist ein so minimaler, daß dieserhalb ihre Verwendung nirgends ausgeschlossen erscheint; hingegen ist wohl zu berücksichtigen, daß der Einbau eines Staubfilters einen etwas größeren Exhaustor bedingt, um den Widerstand der Filterschläuche zu überwinden und doch an der Sandstrahlgebläse-Anlage das zur Staubabsaugung erforderliche Vakuum zu schaffen.

Die gedrungene Form und leichte Montage der Staubfilter gestatten auch deren Einbau in bereits vorhandene Anlagen, und zwar in den meisten Fällen ohne jede Betriebsstörung. Die Filter können, ganz den örtlichen Verhältnissen entsprechend, hängend oder stehend Aufstellung finden.

C. Putzhäuser.

In den letzten Jahren sind eine große Reihe von Konstruktionen geschaffen, welche bezwecken, die Arbeit des Sandstrahles, sowohl was Leistungsfähigkeit als was Staubfreiheit anbetrifft, nach Möglichkeit zu vervollkommnen.

Diejenigen Apparate, welche bezüglich dieser Gesichtspunkte auf einer hohen Stufe angelangt sind, gehören durchweg zu den automatisch arbeitenden; die Sandstrahldüsen sind in beliebiger Weise geführt und bestreuen die Werkstücke durch zweckmäßigen Antrieb.

Für eine große Reihe von Verfahren sind solche Sandstrahlgebläse außerordentlich zweckmäßig, deshalb haben sie sich auch einen so vielseitigen Eingang verschafft.

Nun gibt es aber noch eine große Menge von Objekten, welche sich wirklich rationell auf automatischen Apparaten nicht bearbeiten lassen, wenn nicht ganz besonders teure und komplizierte Spezialkonstruktionen geschaffen werden, und ferner gibt es Fälle, in denen auch solche nichts nützen, wenn nämlich das zu bearbeitende Material von ungleichartiger Widerstandsfähigkeit dem Sandstrahl gegenüber ist.

Sei es nun, daß Bleche von der Zunderschicht befreit werden sollen, sei es, daß von Gußstücken die Emailleschicht zu entfernen ist, oder aber, daß die zu blasenden Stücke sehr komplizierte Formen oder außerordentlich große Abmessungen haben, in allen diesen Fällen ermöglicht das rationellste Bearbeiten das Freistrahl-Sandgebläse. Es liegt ja auf der Hand, daß ein automatisch

Bei der Bearbeitung mit dem Freistrahl dagegen ist es vollständig in das Belieben des Arbeiters gestellt, nach Erfordernis auf einer Stelle intensiv zu blasen, über die andere leicht hinwegzugehen.

wirkender Apparat gleichmäßig das Stück bestreut, ohne Rücksicht darauf, ob an der einen Stelle der Widerstand größer, an der anderen Stelle geringer ist. Es muß daher bei einem solchen das ganze Stück so lange bearbeitet werden, bis auch die letzte Stelle genügend bearbeitet erscheint. Daß auf diese Weise, namentlich bei dauerndem Betrieb, viel Arbeit verloren geht, ist augenscheinlich.

Die Erkenntnis dieser Tatsache ist nicht neueren Datums. Freistrahlgebläse sind schon in geringerem Maße seit vielen Jahren in Anwendung, jedoch hat sich für große Betriebe mit dauernder Arbeitszeit das Verfahren bisher wegen der außerordentlichen Staubbelästigung und des großen Sandverbrauches nicht einbürgern fönnen.

Wohl baute man besondere Häuser, in denen der Freistrahlprozeß vorgenommen werden sollte, jedoch waren alle Konstruktionen, die darauf hinausliefen, nur von bescheidenem Wert. Sie repräsentierten mehr die Absicht, etwas Brauchbares zu schaffen, als den Erfolg.

In dem in Fig. 603 dargestellten Putzhaus wird der Arbeiter nicht im geringsten von Staub belästigt, der Sand geht nicht verloren, sondern wird automatisch von der Verbrauchsstclle in das Gebläse zurückbefördert.

Über das Prinzip möge folgendes gesagt sein:

Das bisherige Verfahren, den Staub aus Putzhäusern zu entfernen, bestand darin, durch gitterartig ausgebildete Fußbodenplatten nach unten abzusaugen, während gleichzeitig oben in der Decke Luftöffnungen für das Einströmen frischer Luft verteilt waren.

Es ergab sich hieraus, daß die Luftgeschwindigkeit, welche in diesem Raume herrschte, höchst gering war und nicht genügte, um den herumfliegenden Staub fortzureißen, bevor er in die Nähe der Atmungsorgane des Arbeiters gelangte.

Das neue Verfahren besteht nun darin, daß Luft von hoher Geschwindigkeit in bestimmter Zone durch den Putzraum geführt wird und zwar derart, daß der Staub diese Zone passieren muß und von ihr fortgerissen wird, ehe er in die Nähe der Almungsorgane der Arbeiter gelangt. Es liegt auf der Hand, daß nach diesem Verfahren mit verhältnismäßig geringstem Kraftverbrauch die denkbar größte Entstaubung erzielt wird. Zur Wiederbenutzung des Sandes wird derselbe durch eine Schnecke sowie einen Elevator dem Patent-Drucksandstrahlgebläse wieder zugeführt. Eine eingebaute Staubseparation sorgt für gründliche Trennung des Sandes von beigemengtem Formsand und Staubteilen.

Die konstruktive Ausführung gestaltet das Putzhaus, wie Fig. 603 zeigt, derart, daß Luftzonen in schräger Richtung durch den Raum geführt werden. Die Wirkung ist so intensiv, daß selbst bei der stärksten Staubentwicklung die

Entfernung des Staubes im Moment des Entstehens geschieht. Als weiterer Schutz des Arbeiters dient noch die Einführung eines gewissermaßen abgeteilten Arbeitsplatzes.

Das Haus ist mit einer breiten Tür und reichlichen Fensterflächen ausgeführt und besitzt eine Drehscheibe, welche gestattet, auf dem Geleis Gußstücke bis 10000 kg hineinzufahren und zu putzen.

Der Erfolg, der sich bei der Ausführung dieser neuen Konstruktion ergibt, hat veranlaßt, einen Schritt weiter zu gehen und eine Kombination zu schaffen zwischen der Ausführung der Rotationstische und dem neuen Freistrahl. Die Vorzüge des Rotationstischprinzips sind so augenscheinlich, daß es nicht nötig ist, auf dieselben näher einzugehen.

Die neue Anordnung ist folgende: Der Notationsboden, welcher zum Teil den Fußboden des Putzhauses bildet, bewegt sich nicht kontinuierlich, sondern wird je nach Erfordernis stets um 180 Grad gedreht. Er besitzt in derMitte eineScheide-wand, so daß das Putzhaus abgeschlossen ist und keine falsche Luft in dasselbe treten kann.

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Fig. 603.

Die Arbeitsprozedur ist ungefähr die, daß erst die eine Hälfte des Tisches voll Gußstücke gepackt und der Tisch in das Putzhaus hineingedreht wird. Hier werden die Stücke durch den Arbeiter abgestrahlt, und, wenn alle dem Sandstrahl zugekehrten Seiten

geputzt sind, wird der Tisch, der inzwischen auf seiner anderen Hälfte außerhalb des Putzhauses mit neuen Gußstücken belegt ist, um 180 Grad gedreht. Der außerhalb des Tisches stehende Arbeiter nimmt dann entweder die fertig geputzten Stücke herunter und ersetzt sie durch neue oder dreht die nicht fertig geputzten Stücke so herum, daß sie beim zweiten Passieren des Putzhauses die unbearbeiteten Seiten dem Sandstrahl zukehren. Der Tisch ist so konstruiert, daß er zu ebener Erde liegt, so daß auch große Stücke auf einem Wagen durch die Tür der Seitenwand in das Putzhaus hineingefahren werden können.

6.

Die Metallgießerei.

Das Formen der Modelle für Metallguß geschieht im großen ganzen auf dieselbe Weise wie für Gußeisen, und die wenigen Abweichungen, die einige Spezialfälle der Metallgießerei erfordern, liegen dem Maschinenbau nicht nahe genug, um hier erwähnt werden zu müssen.

Der Metallgießer hat während des Schmelzens der Legierungen hauptsächlich auf das Fernhalten von Oxyden von der Oberfläche des Schmelzgutes zu sehen, ebenso auf ein genügendes Vermischen der Metalle durch zweckentsprechendes Umrühren mit einem Holzstabe. Das Umrühren darf jedoch nicht unmittelbar vor dem Ausgießen in die Gußformen vorgenommen werden, da sonst das Metall zu schnell abkühlt und einen mangelhaften Guß zur Folge hat. Man läßt vielmehr nach dem Umrühren den Tiegel noch etwas im Feuer, so daß die Legierung vollkommen leichtflüssig wird; sofort nach dem Herausheben muß die Schlacke abgezogen und der Tiegel in die Formen entleert werden. Die Oxydation der Oberfläche des Gusses hält man durch Bestreuen mit gepulverter Holzkohle, Glas oder Borax fern. Am üblichsten und vorteilhaftesten ist das Bestreuen mit Holzkohlenpulver, da Glas und Borax von dem geschmolzenen Metall ansaugen. Wird zum Durchrühren ein Eisenstab genommen, so darf derselbe nicht zu lange mit dem Metall bezw. der Legierung in Berührung bleiben, da die Auflösung dieses Stabes eine Verunreinigung herbeiführen würde.

Ein zu heißes Eingießen darf nicht stattfinden, sonst wird der Guß rauh und unansehnlich. Hat man feine Objekte zu gießen, so überzieht man die Form am besten mit feinem Ruß, zu welchem Zwecke man sich einer kleinen Lampe bedient, die mit Terpentinöl gefüllt ist, der Docht derselben wird lang herausgezogen und die umgekehrte Form über die stark rußende Flamme hin-und hergezogen; auf diese schlägt sich dann eine gleichmäßige Rußschicht nieder. Bei der Herstellung größerer Gußstücke, z. B. Armaturen, Plätteisen usw., muß die geeignete Beschwerung der Formkasten gut ausprobiert und zweckmäßig angewandt werden, während besonders schwere Stücke, Glocken usw., von unten nach oben gegossen werden, d. h. man läßt das Metall durch einen Kanal von unten in die Form eintreten und in derselben hochsteigen.

Obwohl in der Metallgießerei fast ausschließlich aus dem Tiegel gegossen wird, so gießt man doch auch große schwere Stücke (Statuen, Glocken) direkt aus dem Ofen. Die Gegenstände sind dann in der Dammgrube abgeformt, die sich natürlich möglichst nahe am Ofen befinden muß, von dem eine mit Masse ausgekleidete Rinne nach der Form führt. In unmittelbarer Nähe der Gußform bringt man den sogenannten Sumpf an, eine mit Masse ausgekleidete, ummauerte Öffnung im Erdboden. Das Metall fließt nun von dem Ofen erst in den Sumpf, der an der, der Gußform zugekehrten Seite mit einem Eisenschieber, der mit Lehm bestrichen wird, verschlossen ist. Hat sich die nötige Metallmasse in demselben gesammelt, so wird der Schieber aufgezogen und das Metall strömt in die Gußform. Es wird hierdurch eine größere Geschwindigkeit des fließenden Metalles erzielt.

Das Gießen mittels Tiegels geschieht einfach dadurch, daß man denselben mit einer geeigneten Zange anfaßt und ihn in die Gußform durch passende Eingußöffnungen entleert. Das Maul der Zange endigt in zwei Halbringe, welche das Umklammern des Tiegels leicht und mühelos gestatten. Die Schenkel-enden sind rechtwinklig gebogen, so daß die Handhabung der Zange keine Schwierigkeiten durch Rutschen usw. bereitet. Der Tiegel muß stets mit einem eisernen Deckel gut verschlossen sein; auch muß man auf gleichmäßiges Feuer rundum gut acht geben.

Oft kommt es vor, daß an einer Stelle zu starker Zug herrscht, oder daß aus irgend einem anderen Grunde der Koks schneller verbrennt, wodurch ein ungleiches Schmelzen, ja sogar ein unvermutetes Springen des Tiegels herbeigeführt werden kann; deshalb drückt man mit einem geeigneten Eisenstabe das Brennmaterial oft rings um den Tiegel herum nieder und schüttet an allen ausgebrannten Stellen Koks nach. Noch bedeutend nachteiliger wie dieses Ausbrennen ist das Ausbrennen der Koksschicht, auf welcher der Tiegel steht. Um dem dadurch bedingten Sinken des Tiegels vorzubeugen, stellt man ihn auf eine feuerfeste Unterlage, wodurch die unmittelbare Einwirkung der Zugluft, die durch den Rost strömt, von dem Boden des Tiegels abgehalten wird. Den Deckel des Tiegels wählt man nicht zu klein, am einfachsten legt man eine nicht zu schwere Eisenplatte auf und schüttet zur Beschleunigung des Schmelzprozesses auch oberhalb des Deckels brennenden Koks, da dessen Entzündung zu langsam von statten gehen würde.

Bei allen Tiegelöfen hat man für eine gute Essenregulierung Sorge zu tragen. Benützt man Holzkohlen als Brennmaterial, so wird die Sohle bezw. der Rost des Ofens etwas tiefer gelegt, als wenn Koks in Anwendung kommt. Die Gicht (der Sinnenraum des Ofens) ist oben durch eine in starken Scharnieren bewegliche eiserne Klappe verschlossen, während die Verbrennungsgase durch den Fuchs (Abzugskanal nach der Esse) abgeleitet werden. Man hat derartige, die einfachste Art der Gießereiöfen darstellende Tiegelschachtöfen zur gleichzeitigen Bedienung von 2, 3, 4 bis 5 Tiegeln. Für eine höhere Zahl von Tiegeln treten die Flammöfen an deren Stelle, wobei das Schmelzen

der in den Tiegeln befindlichen Metalle durch die offenen Flammen erfolgt, also ohne Umgebung der Tiegel mit Brennmaterial.

Diese Tiegelöfen althergebrachter Konstruktion find meist recht schlecht und bilden in ihrer geradezu primitiven Konstruktion einen Hohn auf die Errungenschaften der modernen Technik.

Diese veralteten Tiegelöfen bestehen in der Regel aus einem einfachen Schachte von entsprechender Weite und Höhe, unter dem sich ein gewöhnlicher Planrost befindet. Der Schacht hat am hinteren, oberen Ende eine Abzugsöffnung, welche mit einem Abzugskanal oder auch mitunter direkt mit dem Kamin in Verbindung steht. Nachdem in diesem Schmelzschachte auf dem Roste ein genügendes Feuer entwickelt ist, wird der gefüllte Tiegel auf einer entsprechenden Unterlage ruhend in ersteren hineingesetzt und das Brennmaterial um denselben herum aufgeschichtet. Eine rationelle Verbrennung kann, da die kalte Verbrennungsluft nur von unten durch den Rost Zutritt zum Brennmaterial    hat,    .auf    diese Weise nicht stattfinden. Infolgedessen ist auch

die Brennzone    um    den    Tiegel herum    eine beschränkte. Vor allen Dingen

aber entweichen    die    Gase    unausgenutzt    mit ganz erheblich hoher Temperatur

in den Kamin;    die    noch    sehr wertvolle    Hitze geht einfach verloren, und be

sonders dieser Verlust bedeutet eine Brennmaterialverschwendung, welche auf die Länge der Zeit berechnet als ganz wesentlich zu erachten ist.

Ordnet man dagegen den Schacht derartig an, daß die Verbrennungsluft denselben umspülen kann, ehe sie das Brennmaterial trifft, so wird sie entsprechend hoch erwärmt und kühlt zugleich die äußere Wandung des Schachtes, diesem damit eine längere Haltbarkeit gebend. Ordnet man außerdem in zweckmäßiger Entfernung von dem Roste mit den, den Schmelzschacht unigebenden Luftkanälen kommunizierende Eintrittsöffnungen in der Wandung des Schachtes an, so wird dadurch eine intensivere Verbrennung und damit auch eine entsprechend höhere Brennzone im Schmelzschacht selbst erreicht. Um weiter die abziehenden hochtemperierten Gase nicht nutzlos entweichen zu lassen, empfiehlt es sich, unmittelbar an den ersten Schmelzschacht einen zweiten anzubauen, welcher mit dem ersteren derartig verbunden ist, daß die entweichenden Gase letzteren in absteigender Richtung durchziehen müssen. Setzt man in diesen zweiten Schacht nun ebenfalls einen gefüllten Tiegel, so müssen die dem ersten Schacht entweichenden Brenngase diesen Tiegel umspülen und ihre Hitze an denselben abgeben, bevor sie nunmehr in den Abzugskanal gelangen. Die Folge hieraus ist leicht zu erkennen. Der Inhalt des zweiten Tiegels wird .durch die unausgesetzte Einwirkung der Brenngase auf denselben mindestens doch erweicht, sozusagen verschmolzen, was insofern einen wesentlichen Vorteil dahingehend bedeutet, als dadurch später im ersten Schmelzschacht die Schmelzperiode ohne Zweifel wesentlich abgekürzt werden muß. Leichtflüssige Metalle werden sogar im zweiten Schacht schon auf diese Weise zu schmelzen sein, und bei Anwendung von Gebläse steht dies wohl eventuell auch für strengflüsfige Metalle außer Zweifel.

Schließt man mehrere Tiegelschmelzöfen an einen gemeinsamen Abzugskanal an, so kann man die entweichenden Gase für Glühzwecke recht gut verwenden, indem der Glühofen unmittelbar an die oder den Schmelzofen angebaut und durch die entweichenden Gase beheizt wird.

Es ist zu verwundern, daß man in der Metallindustrie solchen im Grunde genommen so durchaus einfachen und billigen Anordnungen, welche die Praxis allein schon ergeben müßte, recht selten begegnet. Die wesentlichen pekuniären Erfolge wiegen doch die so geringen Mehrkosten in der Anschaffung und Verbesserung solcher Anlagen infolge der größeren Leistungsfähigkeit usw. in kürzester Zeit auf. Nun möchten wir aber auch warnen, bei derartigen Kombinationen zu lang bemessene Luftzuführungskanäle anzuordnen, insbesondere bei Anwendung natürlichen Zuges, da der Luft durch die Länge der Kanäle ein zu großer Reibungswiderstand entgegengesetzt wird, so daß bei längerer Ausdehnung der Zug ganz wesentliche Beeinträchtigungen erleidet.

Es würde sich empfehlen, wo dies die Dispositionen zulassen — wie Wohl in den meisten Fällen — die Verbrennungsluft in vorbeschriebener Weise direkt unter die Roste und, den Mantel des Schmelzschachtes umspülend, durch die in letzterem zweckmäßig angeordneten Luftdüsen dem Brennmaterial zuzuführen und dagegen die entweichenden Gase einmal zum Vorwärmen bezw. Schmelzen in erwähnter Weise, weiter aber auch noch zum Trocknen der Formen usw. auszunutzen. Die Vorbedingungen für die Ausnutzung der abziehenden Wärme zu Trockenzwecken usw. sind hierbei sehr günstige und lassen verschiedenartige Verwendung entsprechend den jeweils gegebenen Dispositionen zu.

Auf diese und ähnliche Weise lassen sich sehr zweckmäßig häufig leider recht wenig beachtete, unscheinbare Nebensächlichkeiten in praktischer und pekuniärer Hinsicht vorteilhaft ausnützen, ohne daß damit immer hohe Ausgaben verknüpft sein müssen. Ganz besonders für kleine und mittlere Gießereibetriebe dürsten durch vorstehende Schilderungen manche geeignete Gesichtspunkte gegeben sein.

Ein in der Praxis sehr beliebter und durch seine Leistungen auch bewährter Tiegelschmelzofen ist der durch Patent Nr. 179311 geschützte kipp-bare Tiegelschmelzofen der Firma Basse & Selbe in Altena in Westfalen (Fig. 604 und 605).

Die Hauptmängel der beweglichen Öfen waren bisher: 1. Beim Heben und Kippen wurde dem Ofen die Zufuhr der Gebläseluft abgeschnitten. 2. Die Gebläseluft wurde nicht genügend stark vorgewärmt.

Der Basse & Selvesche Tiegelschmelzofen hat eine kontinuierliche Windzufuhr, d. h. die Gebläseluftzuführung wird bei dem Ofen auch im gehobenen Zustande nicht unterbrochen. Durch diese Anordnung tritt kein Erkalten des Metalls während des Ausgießens ein, und wird hierdurch erreicht, daß der letzte aus dem Tiegel ausgegossene Tropfen flüssigen Metalls genau denselben Wärmegrad hat wie das zuerst ausgegossene Metall. Es können daher, da kein Erkalten des Metalls stattfindet, die kleinsten Gießformen in beliebiger Anzahl Verwendung finden, und wird hierdurch der Ofen für Gießereien, die sich mit der Herstellung kleiner und der kleinsten Gegenstände besassen, geeignet. Es ist sogar möglich, während des Ausgießens von leicht schmelzbaren Metallen, wie Aluminium usw., solche nebst Koks noch nachzusetzen, und somit eine größere Anzahl Gießformen zu verwenden, als dem ursprünglichen Tiegelfassungsvermögen entspricht, oder wenn es vorkommen sollte, daß eine oder mehrere Formen infolge Unvorsichtigkeit der Former auslaufen, so kann während des Ausgießens des Tiegels ruhig eine entsprechende Menge Metall nachgesetzt werden. Fig. 604 zeigt einen Schnitt durch den eigentlichen Ofen.

Der Ofen besteht aus einem zylindrischen Eisenblechmantel, in dessen unterem Teile auf Winkeln ein eiserner Windring ruht, dessen oberer Rand

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Fig- 604.

Aussparungen für die Windzuführung hat. Auf diesen Windring wird das feuerfeste Herdfutter montiert, und zwar so, daß die in dem Futter befindlichen Kanäle genau mit den Aussparungen zusammenpassen. Im Boden des Eisenblechmantels ist eine Traverse angeordnet, auf der der Aschenkasten befestigt ist, der gleichzeitig den Bodenabschluß des Ofens bildet. Auf der Traverse steht ein Teller aus Stahlguß, in den man einen feuerfesten Untersatz aus Graphit oder Schamotte einsetzt und auf den alsdann der Tiegel zu stehen kommt. Dieser wird an seinem oberen Rande durch verschiedene feuerfeste Stützen gehalten, deren eine gleichzeitig den Ausfluß des flüssigen Metalls vermittelt. Der Raum zwischen dem Tiegel und dem feuerfesten Herdfutter ist für die Aufnahme des Koks bestimmt und verhältnismäßig schmal gehalten, so daß das Brennmaterial nur in geringen Mengen zur Aufgabe gelangen kann, wodurch im Verein mit der vollständigen Verbrennung und der günstigen Ausnutzung der Hitze erreicht wird, daß in bezug auf den Koksverbrauch Ersparnisse erzielt werden. Der 'obere Teil des Ofens wird durch einen dicken feuerfesten Deckel abgeschlossen, derselbe ruht auf dem Herdfutter. In dem Deckel sind die Löcher für die Aufgabe des Brennmaterials im Kreise angeordnet und eine mittlere größere Öffnung, in welcher ein Trichter aus feuerfestem Material angebracht wird, durch welchen das Metall in den Tiegel eingesetzt wird und welcher auch gleichzeitig dazu bestimmt ist, die etwa über den Tiegel hinausragenden Metallstücke aufzunehmen. Dieser Aufgabetrichter berührt den Tiegel nicht, sondern es verbleibt vielmehr ein kleiner Zwischenraum, so daß die entweichenden glühenden Verbrennungsgase gezwungen sind, durch diesen Trichter ihren Weg zu nehmen und dadurch das etwa im Trichter befindliche Metall bis auf annähernd Schnielztemperatur

vorzuwärmen. Dadurch, daß diese Verbrennungsgase ihren Weg über den Tiegel nehmen müssen, wird ferner die atmosphärische Luft von dem Tiegel-

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brechung des Betriebes Nachbeschickung sowohl an Metall als auch an Brenn« material erfolgen kann; es ist nicht einmal notwendig, das Gebläse abzustellen.

Die Windzufuhr und die Hebevorrichtung gehen aus Fig. 605 hervor. Die Windzufuhr bei dem neuen Ofen geschieht in der Weise, daß der von einer Transmission oder einem Motor angetriebene Ventilator die erzeugte Preßluft dem Hauptrohr a zuführt. An diesem Hauptrohr a sind zwei Flanschenstutzen angeordnet, an die sich zwei aufsteigende schmiedeeiserne Rohre b anschließen, die seitlich in die an beiden Seiten des Ofens angebrachten hohlgegossenen Dreharme c münden. Diese beiden Dreharme sind in Höhe der Ausgnßöffnung angenietet, und zwar liegt die Ausgußöffnung genau in der Richtung der Drehzapfenachse, so daß also keine Verschiebung der Ausgußöffnung beim Heben des Ofens stattfindet. Aus den beiden Dreharmen tritt die Gebläseluft durch die nach hinten führenden und nach unten gebogenen Rohre d seitlich durch den Blechmantel in den bereits oben erwähnten Windring e ein.

Die Form des Windringes zeigt Fig. 604. Derselbe besteht aus la. feuerbeständigem Guß. In dem oberen Rande befinden sich Aussparungen, . durch die die Gebläseluft in die darüber befindlichen Kanäle des Herdfutters und von hier durch abwechselnd von links nach rechts tangential angeordnete Blaslöcher in den Verbrennungsraum gelangt. Außerdem erhält der Windring jedoch noch an der inneren Wand Blaslöcher, durch die ebenfalls der Gebläsewind hindurchtritt und dann nach oben in den Verbrennungsraum steigt.

Die Ränder des Windringes schließen fest an den Blechmantel an, und kann daher kein Entweichen des Windes nach unten hin stattfinden.

Durch eine derartige Anordnung der Windzuleitungsrohre wird eine kontinuierliche Luftzufuhr ermöglicht, und wird dieselbe auch bei gehobenem Ofen — sei es in vertikaler, horizontaler oder schräger Lage — nicht unterbrochen. Ob der Ofen ruht oder bewegt wird, die Gebläseluft wirkt immer weiter. Hierdurch wird eine bedeutend höhere Haltbarkeit der Tiegel — jedoch ohne Anwendung einer besonderen Tiegelschutzmasse — erzielt, und ist dies darauf zurückzuführen, daß der Tiegel keinen Temperaturschwankungen und somit keinen wechselnden Spannungen unterworfen ist.

Ein weiterer Vorteil dieser Luftzuführung besteht darin, daß der Gebläsewind in den aufsteigenden wie auch in den nach unten führenden Rohren, besonders in dem Windring und den Kanälen des Herdfutters bedeutend vorgewärmt wird und somit bei hoher Temperatur in den Verbrennungsraum eintritt. Hierdurch wird eine vollkommene Verbrennung und damit eine intensivere Wärmeentwicklung erzielt, sowie verhindert, daß nicht genügend vorgewärmte Luft mit dem Tiegel in Berührung kommt.

Der erforderliche Winddruck ist ein mäßiger und beträgt nicht mehr als 2—6 cm Wassersäule; Rein-Nickel erfordert bis zu 8 cm Wassersäule. Eine zu starke Windzuführung ist unter allen Umständen zu vermeiden, weil dadurch der Effekt des Schmelzens nicht nur nicht erhöht, sondern der Ofen und namentlich der Tiegel, sowie die feuerfesten Teile einer stärkeren Abnutzung ausgesetzt werden und der Koksverbrauch in unnützer Weise erhöht wird. Wenn der Ofen ordnungsmäßig montiert ist, so muß eine Windpressung von 2 bis alleräußerst 5 cm Wassersäule vollständig ausreichend sein. Bei Messing- und Bronzeguß genügen fast stets 2 bis 3 cm. Es ist jedem Ofen ein Manometer beigefügt, welcher wie folgt anzubringen ist:

Es wird ein Gasrohr von 1" lichter Weite in den Windkanal direkt hinter dem Hauptzuleitungsrohr eingeführt, so daß dasselbe mit dem Mauerwerk abschneidet Das Rohr wird an der Wand hochgeführt und erhält an geeigneter Stelle ein Reduktionsstück, auf welches dann der an dem Manometer befindliche Gummischlauch aufgesetzt wird, so daß der Nullpunkt der Manometerskala sich in Augenhöhe befindet. Der Manometer zeigt die Windpressung in der Weise an, daß der Wasserstand, welcher auf 0 eingestellt ist, beim Einströmen des Windes in dem einen Schenkel herunter- und im anderen heraufgedrückt wird. Für die Messung des Druckes ist der Abstand der Wasserhöhe in dem einen Schenkel gegen den anderen maßgebend. Wenn also an der einen Seite der Wasserspiegel auf 2 oberhalb 0 steht, an der anderen auf 2 unterhalb 0, so sind 4 cm Wassersäule Pressung im Ofen. Die Windzufuhr vom Ventilator zum Hauptrohr erfolgt entweder durch einen gemauerten Kanal von 200 mm Q oder es können auch Rohre aus Zinkblech oder sonstigem Material von 200 mm 0 verwandt werden. Die Regulierung des Windes erfolgt durch die in den Stützen an. Dreharm angeordneten Drosselklappen.

Sehr praktisch und einfach ist auch die Hebevorrichtung, deren Wirkungsweise aus Fig. 605 hervorgeht. Mittels eines Handrades, welches von einem Manne mit Leichtigkeit bedient werden kann, erfolgt durch ein doppeltes Winkelradgetriebe der Antrieb einer Schraubenspindel. An dieser Spindel ist eine Mutter aus Grauguß mit Rotgußbüchse beweglich angeordnet, durch die eine horizontale Achse hindurchgeht, die seitlich in Schlitze zweier Hebelarme eingreift. An dem einen Ende jedes Hebelarmes setzt sich nach oben ein Arm an, der an einen an den Ofenmantel genieteten Ring mit Zapfen angreift Auf der anderen Seite der Hebelarme ist ein Gegengewicht gelagert, welches zum Ausbalancieren der Gesamtofenlast dient. Wird nun das Handrad gedreht, so bewegt sich die Mutter auf der Schraubenspindel, und hierdurch wird dann der Ofen gehoben resp. gesenkt.

Das Handrad zum Heben des Ofens ist zirka 2 m von dem Ofen entfernt, und ist daher einerseits der Arbeiter, der das Handrad bedient, der ausstrahlenden Hitze des Ofens nicht ausgesetzt, andererseits werden die den Ausgußtiegel bedienenden Arbeiter hierdurch nicht behindert.

Der Koksverbrauch beträgt bei Kupfer etwa 13°/₀, bei Messing etwa

10-12%.

Beim Eingießen des Metalles in die Form treten oft, wenn die letztere nicht genügend getrocknet wurde, Gase an den Abzugsöffnungen aus; dieselben

müssen sofort angezündet werden, um durch deren Verpuffung und Rückwirkung auf die Gußform Zerstörungen vorzubeugen. Die Temperatur der Gußform muß zu dem einzugießenden Metall in einem gewissen Verhältnis stehen, da, wenn die Form zu kalt ist, möglicherweise das Metall schon erstarrt, noch ehe die schwachen Teile der Form genügend scharf ausgefüllt sind. Im Gegensatz hierzu darf jedoch das Metall auch nicht zu überhitzt sein, weil es sonst zu sehr schwindet, d. h. sich mehr zusammenzieht, wie vorgesehen war. Das Schwinden des Metalls ist ein für jeden Gießer höchst wichtiger Faktor, mit dem er sicher zu rechnen verstehen muß, um immer einen scharfen Guß zu erzielen und die häufig vorkommenden Blasen im Innern zu vermeiden. Diese Blasen sind von den durch ausströmende Gase hervorgerufenen sehr Wohl zu unterscheiden; denn während diese eine glatte Wand besitzen, sind jene rauh. Ein Zusatz von Zinn vermindert den Übelstand. Nach vielen vergeblichen Mühen erfand man als wirksames Mittel hiergegen den sogenannten „verlorenen Kopf", ein Aufsatz auf das Gußstück, welcher ebenso wie die Gußform mit flüssigem Metall angefüllt wird und aus dem, je nach dem Verhältnis des Schwindens in der Gußform, Metall nachfließt, um alle entstehenden Hohlräume im Gußstück auszufüllen.

Allerdings ist es wirtschaftlich nur möglich, den Kopf bei größeren Gußstücken in Anwendung zu bringen; doch sucht man bei kleineren Gegenständen durch verschiedene mechanische Mittel oder Vergrößerung der Form um das Schwindmaß der Entstehung dieser Hohlräume (Bunker) entgegenzuwirken. Von großem Nachteil sind die Löcher, wenn sie an der Oberfläche in Form von kleinen Poren auftreten. Messing schwindet um 0,017, Zink um 0,012.

Eine besondere Art des Gießens hat sich vornehmlich in den Zinkgießereien recht vorteilhaft eingebürgert, indem man dort den Sturz- oder Schwenkguß einführte. Hierbei wird das Material in die Form gegossen, und sobald sich an den Wänden derselben eine harte Kruste gebildet hat, wird die Form umgedreht, so daß die Öffnung des zu gießenden Hohlkörpers nach unten kommt; man sticht nun in diese Kruste ein Loch und läßt das im Innern befindliche, noch flüssige Metall ausfließen. Man erreicht hierdurch, daß man ohne Kern einen ziemlich gleich-starkwandigen Gegenstand erhält. Die Form wird ganz ebenso hergestellt, als wenn man einen vollen Körper gießen wollte, also auf die denkbar einfachste Art. Man verwendet den Sturzguß bei häufig wiederkehrenden Artikeln, z. B. Lampenfüßen, Vasen, Tellern, Schreibzeugen usw., ferner bei Büsten, Statuetten, Kapitälen, Metallformen usw. Dasselbe Verfahren wird ausgedehnt in der Zinngießerei angewandt.

Sehr oft hat der Metallgießer mit blasigem oder porösem Guß zu kämpfen, und es ist dieser Übelstand mitunter von überaus nachteiligen Folgen begleitet. Verhältnismäßig am häufigsten tritt dies beim Gießen von Kupfer auf. Dasselbe nimmt während des Einschmelzens Sauerstoff in reichlicher Menge auf und gibt diesen beim Erkalten wieder ab, wodurch es sich aufbläht und die Blasen im Innern sowie die Poren an seiner Oberfläche entstehen.

Einen dichten Kupferguß zu erzielen ist nur möglich unter Zusatz eines Metalles, welches dem Kupfer den Sauerstoff entzieht, bezw. die Sauerstoffverbindungen zerlegt, wobei der Sauerstoff aus dem schmelzenden Kupfer austritt. Als derartige Metalle verwendet man am häufigsten Phosphorkupfer, Phosphorzinn und Mangan. Die Wirkung des Phosphors kann man recht deutlich beobachten, wenn man in einen mit geschmolzenem Kupfer gefüllten Tiegel nur eine Kleinigkeit Phosphor hinzusetzt; denn ist vorher die Oberfläche schmutzig und griesig, so wird sie sofort nach dem Phosphorzusatz glatt und klar werden, und die Oxydschicht ist verschwunden. Der Phosphor hat also ein viel größeres Bestreben, den Sauerstoff aufzusaugen und mit ihm zu verflüchtigen. Was hierbei von dem Verhalten des Kupfers gilt, hat gleichfalls mehr oder weniger Bezug auf die Kupferlegierungen. Es ist ganz gleich-giltig, ob man Phosphorkupfer, Phosphorzinn oder Phosphorbronze zusetzt, doch ist das Phosphorkupfer deshalb vorzuziehen, weil sich dessen Anwendung nicht allein auf die Darstellung der Phosphorbronze rstreckt, sondern auf Kupferlegierungen allerart, auch ohne Zinngehalt, wie Messing, Neusilber, owie auch auf reines Kupfer. Ebenso wird Mangan in Form von Mangankupfer als Zusatz verwendet. Mangan hat eine weniger nachteilige Wirkung auf den Guß bezüglich dessen Sprödigkeit, wie Phosphor, von welchem schon ein geringer Überschuß die Festigkeit und Dehnbarkeit des Gusses sehr beeinträchtigen kann. Mangan läßt sich jedoch nicht allein sehr schwierig in reinem Zustande Herstellen, sondern es ändert auch die Farbe des Kupfers oder seiner Legierungen, weshalb man meistenteils Phosphorkupfer verwendet. Der Zusatz geschieht, indem man das dünnflüssige Kupfer aus dem Feuer hebt, die schützende Holzkohlenschicht auf seiner Oberfläche beiseite schiebt und unter Umrühren 10—15 s/₀ Phosphorkupfer hinzufügt, worauf nochmals rasch umgerührt und sodann gegossen wird. Alle Luft muß gleichfalls von dem Schmelzgute sorgfältig ferngehalten werden, was man am besten dadurch erzielt, daß man auf der Oberfläche ein Stückchen Kreide oder Marmor schwimmen läßt, wodurch in deren glühendem Zustande Kohlensäure entwickelt wird.

Während bei der Bronze der Zinnzusatz der Legierung eine große Festigkeit gibt, erhöht bei dem Messing das Zink dieselbe gleichfalls nicht unerheblich und befördert die Schmelzbarkeit, Gießbarkeit und Billigkeit desselben. Da man es hiernach an der Hand hat, den Preis der Legierung beliebig zu stellen, so ist man hierdurch auf die schiefe Ebene gekommen, den Zinkzusatz wegen seines niedrigen Preises immer 'mehr zu vergrößern, wodurch jedoch auch die Qualität des Messings in gleicher Weise schlechter wurde. Da man deshalb oft gezwungen worden ist, poröses, schlechtes Messing zu verarbeiten, so sei hier noch ein sogenanntes Flicklot angegeben, das manchem Metallarbeiter leider oft die einzige Hilfe bei der Bearbeitung von Messinggußwaren ist: 1 Teil Antimon, 7 Teile Zinn. Finden sich bei der Bearbeitung einzelne größere Löcher, so werden diese mit einem Messingpfropfen verschraubt, ver-stemmt oder vernietet und eventuell noch hart verlötet, wobei man jedoch auf die Farbe des Hartlotes Rücksicht nehmen muß, damit die Lötstelle nicht auffällt. Treten bei Zinkguß die berüchtigten kleinen, für das bloße Auge unsichtbaren Poren auf, was man namentlich nach dem Beizen oder Galvanisieren bemerkt, so zieht man die Zinkgußstücke sofort nach der Behandlung mit Säure usw. durch eine heiße Soda- oder Pottaschelösung und spült tüchtig ab.

Legierungen sind Gemische von Metallen, die man durch Vermischen verschiedener Metalle im geschmolzenen Zustande erhält. Bei der Bildung von Legierungen findet in der Regel eine starke Wärmeentwicklung statt. Der Schmelzpunkt der Legierungen liegt stets niedriger als das Mittel aus der Summe der Schmelzpunkte der zur Bildung der Legierung verwendeten Metalle. Die Festigkeit der Legierung erfährt meist eine Steigerung gegenüber der Festigkeit der Grundmetalle, und sowohl die Härte als das spezifische Gewicht der Legierung nimmt meist gleichfalls zu. Eine Ausnahme hiervon macht das Magnalium-Metall, das aus Aluminium und Magnesium legiert wird und im legierten Zustand ein spezifisches Gewicht erhält, welches niedriger als das des Aluminiums ist, welches den vorwiegenden Bestandteil der Legierung bildet, während die Härte ganz wesentlich zunimmt und — angeblich — stahlartig sein soll.

Während die Farbe der Legierung nicht immer der Färbung der einzelnen Grundmetalle entspricht, wird durch das Legieren die Dehnbarkeit geringer und auch die Leitungsfähigkeit der Metalle für Wärme und Elektrizität nimmt durch das Legieren ab.

Der praktische Wert der Legierungen besteht darin, daß man durch geeignete Zusammenstellung dem Material bestimmte Eigenschaften geben kann, wie sie für besondere technische Verwendungszwecke erforderlich sind. Wir lassen nachstehend eine Kollektion Legierungsrezepte folgen, die sich in der Praxis bewährt haben.

A. Bronzen.

Die Bezeichnung Bronze ist heute ein ziemlich weitgehender Begriff. Man versteht unter ihr allgemein eine Kupferlegierung, bei welcher das Zinn die Festigkeit und die Härte des Kupfers, erhöht. Die Bronzen sind im Gefüge wenig kristallinisch und finden in der Industrie und im Gewerbe in den verschiedensten Zusammenstellungen Verwendung.

1.    Geschützbronze (Kanonenmetall) aus 90—91 Teilen Kupfer und 10—9 Teilen Zinn.

2.    Glockenmetall (Glockengut oder Glockenspeise) aus 70—80 Teilen Kupfer, 30—20 Teilen Zinn. Glockenmetall ist sehr leicht schmelzbar, sehr dünnflüssig, gelblichgrau, spröde und feinkörnig.

3.    Spiegelmetall. Dieses enthält 30—35 Teile Zinn und 70—65 Teile Kupfer, ist stahlgrau, sehr spröde und gut politurfähig. Die antiken Metallspiegel enthalten viel Blei.

4.    Bronzen für Statuen und Schmuckgegenstände. Statuenbronze enthält gewöhnlich 86 Teile Kupfer, 7 Teile Zinn, 4 Teile Zink und 3 Teile Blei, sie soll dünnflüssig, hart und gut ziselierbar sein, schöne Farbe besitzen und Patina gut annehmen.

5.    Münzlegierungen. Moderne Kupferscheidemünzen enthalten in Deutschland, Frankreich, England, Schweden und Spanien: 95 Teile Kupfer, 4 Teile Zinn und 1 Teil Zink; in Italien: 96 Teile Kupfer, 4 Teile Zinn; in Dänemark: 90 Teile Kupfer, 5 Teile Zinn und 5 Teil Zink.

Die Nickelscheidemünzen enthalten 75 Teile Kupfer und 25 Teile Nickel, die Silbermünzen in Deutschland und Frankreich enthalten 900 Tausendstel Silber mit einer Toleranz von 0,3 °/₀ darüber oder darunter. 500 g Feinsilber werden in Deutschland in 20 Fünf-, 50 Zwei-, 100 Einmarkstücke oder 200 Fünfzigpfennigstücke ausgeprägt.

Die deutschen und französischen Goldmünzen enthalten 900 Teile Gold und 100 Teile Kupfer in 1000 Teilen mit einer gesetzlichen Toleranz von 0,2"/,. Das englische Lstr. enthält 7,322 g Gold, 0,666 g Kupfer, wiegt also 7,988 g. Der Feingehalt ist 916,666 g.

6.    Aichmetall. Dieses erhält durch Eisenzusatz einen bedeutenden Festigkeitsgrad. Eine gute Legierung geben 60 Teile Kupfer, 38,2 Teile Zink und

1,8 Teile Eisen.

7.    Bronze für Maschinenteile. Die Zusammensetzung der Bronzen für die verschiedenen Maschinenteile läßt sich am besten aus folgender Tabelle ersehen:

Bezeichnung

Kupfer

Zinn

Zink

andere

Metalle

Kolbenringe .

Kolbenringe .

Pumpenstiefel, ,

Pumpenstiefel, .

Exzenterbügel Exzenterbügel Räder . . .

Räder . . .

Dampfpfeifen Stopfbüchsen.

Gewichte, Reißzeuge.

Physikalische Apparate

8. Aluminiumbronze. Aluminium legiert sich sehr leicht mit Eisen, auch erhält man Eisenlegierungen durch Schmelzen von Chloraluminium mit Eisenteilen und Kalk oder von Tonerde mit Eisen, Eisenoxyd und Kohle. Stahl soll durch Zusammenschmelzen mit solchen Legierungen an Härte ge»

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Winnen. Gold wird durch 1 % Aluminium sehr hart, bleibt aber dehnbar und erhält die Farbe des grünen Goldes. Durch Kupfer wird Aluminium spröde, Kupferaluminiumlegierungen mit 6—10 % Aluminium sind strengflüssiger als Kupfer, fester als Bronze, sehr politurfähig, sie geben scharfen Guß, lassen sich nach wiederholtem Umschmelzen gut bearbeiten und verändern sich an der Luft sehr wenig. Aluminiumbronze wird für Zapfenlager, Gewehrläufe, K"nstsachen, Tischgeräte, Instrumente und andere Sachen verwendet.

Über farbige Aluminiumlegierungen sei an dieser Stelle folgendes an

gegeben:

Es ist jetzt gelungen, eine bemerkenswerte Legierung von Gold und Aluminium herzustellen, welche aus 78 Teilen Gold und 22 Teilen Aluminium besteht.

Diese Legierung, welche ein eigentümliches purpurartiges Aussehen besitzt, soll sich hauptsächlich zur Herstellung von Bijouteriewaren und zum Prägen von Geld eignen. Der letztere Zweck würde besonders deshalb in Betracht kommen, weil dann Fälschungen unmöglich wären, indem sich die eigentümliche Farbe vollständig ändert, wenn die angegebenen Gewichtsteile nicht ganz genau eingehalten werden. Indessen sind ernsthafte Bedenken vorhanden, diese Legierung in der Praxis zu verwenden, weil sie den Anforderungen bezüglich des Widerstandes und der Hämmerbarkeit nicht genügt. Infolge der anormalen Färbung darf man diese Legierung nicht zu den zahlreichen anderen Verbindungen rechnen, die zwischen den Metallen, bei welchen sich die Farbe nach derjenigen der Bestandteile richtet, möglich sind. Das Kupfer, das mit Zinn oder Zink vermengt wird, ergibt beispielsweise verschiedene Legierungen, deren Farbe sich nach der Zusammensetzung allmählich von rot in grün, bezw. weiß verwandelt. Bei der Verbindung zweier Metalle von weißem oder bläulichweißem Aussehen, wie Zink, Zinn, Silber oder Aluminium, erhält man Legierungen, deren Färbung nur unwesentlich von derjenigen der Bestandteile abweicht.

Von dieser Grundregel weicht die eingangs erwähnte Legierung ganz erheblich ab; übrigens gibt das Aluminium mit gewissen Metallen sehr stark farbige Legierungen, selbst wenn das zweite Metall vollkommen weiß ist. Das ist beispielsweise bei Platin, Palladium, Nickel und Kobalt der Fall. Die Legierung des Aluminiums mit einem dieser Metalle bereitet keine Schwierigkeit, vorausgesetzt, daß man nur mit kleinen Metallmengen operiert. Der Versuch läßt sich mittels eines Knallgasgebläses leicht ausführen, wobei man die Metalle in einem kleinen, in einen Block aus Holzkohle eingehauenen Tiegel vereinigt. In rotglühendem Zustande geht die Verbindung unter sehr intensiver Wärmeentwicklung rasch von statten. Bei Platin kann letztere sogar zu einer heftigen Explosion führen, weshalb einige Vorsicht geboten ist.

9. Tombak oder rotes Messing ist eine goldfarbige Legierung. Man erhält diese Legierung durch Zusammenschmelzen von Kupfer und Zink. Nur sehr selten wird auch eine verschwindend kleine Menge Zinn zugesetzt. Die

Gewichtsverhältnisse der einzelnen Bestandteile sind sehr wechselnd. Die Farbe des Tombaks oder Rotmessings ist dauerhafter und glänzender als die des reinen Kupfers; sie ist je nach dem mehr oder weniger großen Zinkgehalte vom intensiven Kupferrot bis zum Orangegelb abgetönt. Die Dehnbarkeit dieser Kupfer-Zink-Legierungen ist sehr bedeutend; sie ist bei den kupferreicheren Legierungen bedeutender als bei den zinkreicheren. Die zinkreicheren, mehr goldgelb gefärbten Legierungen werden besonders häufig zu unechtem Blattgold oder Gvldschaum, sowie zu Knistergold verarbeitet. Infolge seiner großen Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung ist dieses Material für manche Maschinenbestandteile wie kein anderes geeignet, weshalb es vielfach zur Anfertigung besonders starker Abnutzung unterworfener Maschinenteile, wie Exzenterringe und dergleichen, benutzt wird.

Einige hierher gehörige Zusammensetzungen sind folgende:

Bezeichnung

Kupfer

Zink

Grüne Goldfarbe.......

Sehr helle Goldfarbe.....

Helle Goldfarbe.......

Farbe der Pariser Schmucksachen

Dunkle Goldfarbe......

Rote Goldfarbe.......

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10. Manganbronze. Mangan steigert die Festigkeit des Kupfers und ruft, wie das Nickel, weiße Farbentöne hervor. Man hat Manganbronze aus diesem Grunde bereits als Ersatz für Nickel im Neusilber vorgeschlagen. Reines Mangan, d. h. ohne Beimischung von Eisen, ist sehr teuer.

B. Nickellegierungen.

Nickel gibt mit 33 Teilen Eisen eine Legierung, die weißer, ebenso dehnbar und weniger oxydierbar ist als Eisen. Meteoreisen enthält oft 10°/, Nickel.

Eine Nickelkupferlegierung mit 25°/, Nickel dient in Belgien und Deutschland, wie vorher schon gesagt, mit 12 ”/, Nickel in Nordamerika als Münzmetall. Der Hauptvorteil dieser Legierungen liegt in dem hohen reellen Wert des Nickels, der Schwierigkeit der Herstellung, großer Härte und geringer Oxydierbarkeit; anfangs silberweiß, später grau.

Das Suhler Weißkupfer zu Gewehrbeschlägen enthält 88—90 Teile Kupfer, 8,75 Nickel und 1,75 Teile Antimon.

Am wichtigsten sind die Kupfer-Zink-Nickellegierungen, welche das Neusilber bilden.

Neusilberschlaglot besteht aus: 34,9 Kupfer, 56,4 Zink, 8,7 Nickel.

Neusilber (Argentan, Packfong, Weißkupfer, Germansilver, Maillechort) ist fast silberweiß mit feinkörnigem Bruch, fühlt sich stets fettig an, hat ein spezifisches Gewicht von 7,18—8,95 und ist fast ebenso dehnbar wie Messing; in der Weißglut kann es pulverisiert werden, geht leicht zu polieren und widersteht sauren Flüssigkeiten besser als Kupfer und Messing. Das Neusilber besteht aus 50—66 Teilen Kupfer, 19—31 Teilen Zink, 13—18 Teilen Würfelnickel.

Versilbertes Neusilber kennt man im Handel unter den Bezeichnungen: Alfonide, Argyroide, Argyrophan, Semilargent, Alpaka, Perusilber, Chinasilber, Electroplate, Christoflemetall.

Nickelbronze dient zur Anfertigung von Gußwaren, 50—55 Teile Kupfer, 20 Teile Zink, 25 Teile Nickel, ist stahlartig, mit einem Stich ins Rötliche, sehr hart und politurfähig, ist wenig dehnbar, von schönem Klang und bildet ein vorzügliches Lagermetall.

C. Zinnlegierungrn.

Britanniametall ist eine Legierung von Zinn mit Antimon, meist auch mit Kupfer, oft etwas Zink. Das Britanniametall ist zuweilen stark bleihaltig, politurfähig, härter, steifer und klingender als Zinn, hat einen feinzacki^en Bruch und ist silber- bis Platinweiß.

Zusammensetzungen von Britanniametall sind aus nachstehender Tabelle

ersichtlich:

Bezeichnung

Zinn Antimon Kupfer

Zink

Eisen

Blech von Birmingham. . .

Blech von Lüdenscheid . . .

Blech für Löffel

CO ^ I "cd "o "cn "o O O O O 00

,    O    O    O    —I    LO

I    00    H    CD    00

i—T    co    co    cT    c<f

Britanniametall......

Blech zum Gießen.....

Blech, sehr spröde.....

Blech, hämmerbar, fast weiß.

Außer mit Kupfer, wie vorn angegeben, wird Zinn vielfach mit Blei legiert; die Legierung ist gewöhnlich zäher und härter als die einzelnen Bestandteile, sie ist weniger weiß als reines Zinn, läuft an der Luft an. Zu stark erhitzt, ist eine Zinn-Bleilegierung rotbrüchig. Diese Legierungen finden im Orgelbau vielfach Verwendung; sind sie sehr leichtflüssig, so verwendet

CO

CD O CD IO CO CO

1,25

man sie auch zum Löten. Zinn-Zinklegierungen sind härter als Zinn, aber weicher als Zink. Zinkhaltiges Zinn wird zu sehr dünnen Blättchen ausgeschlagen und ist bekannt unter dem Namen Silberschaum oder unechtes Blattsilber.

Eine Legierung von 96,5 Teilen Zinn und 2,4 Teilen Zink bildet die weiße Bronze.

D. Lote und Lötungen.

Lote sind ebenfalls Metallegierungen, welche dazu benutzt werden, zwei gleichartige oder ungleichartige Metallstücke miteinander durch Lötung zu verbinden, indem sie oberflächlich mit dem Lot an ihren Oberflächen verschmelzen. Naturgemäß muß der Schmelzpunkt des Lotes stets niedriger liegen, als der der zu lötenden Metallstücke. Je näher der Schmelzpunkt des Lotes dem der zu lötenden Metalle liegt, um so fester haften die Lote auf ihnen.

Es können nur metallisch reine Flächen gelötet werden, und muß man deshalb vor dem Löten die Lötflächen metallisch blank schaben, feilen oder beizen. Beim Erhitzen bedeckt man die Lötfläche mit schützenden oder den Schmelzfluß befördernden Substanzen, wie Talg, Kolophonium, Salmiak, Chlorzink, Borax, Glaspulver usw.

Ein neueres Verfahren für Hartlötung, das sogenannte Lengersche Verfahren, macht auch die Reinigung der Lötflächen vor dem Löten überflüssig, weil in der Löttinktur die zur Reinigung bezw. Lösung der Oxyde auf den Lötflächen nötigen Chemikalien enthalten sind. Dieses Verfahren macht auch die Anwendung von Borax überflüssig, die Schmelzung des Lotes erfolgt unter Luftabschluß, so daß ein Oxydieren der Lötflächen während des Erhitzens ebenfalls ausgeschlossen ist und das Lot glatt auf der ganzen Lötfläche durchfließt und festbindet.

Wir unterscheiden in der Technik zwei Arten, die Weich- und Hartlote, und geben nachstehend einige bewährte Rezepte:

Weichlot oder Schnellot für Weißblech, Zink, Messing, Blei und Kupfer besteht aus etwa 17 Teilen Zinn und 10 Teilen Blei. Mit reinem Zinn kann man nur Zinn löten, mit Blei Blei, mit Kupfer Eisen und mit Gold Platin.

Messingschlaglot. Hartlot für Eisen, Stahl, Kupfer und Messing besteht aus 7 Teilen Messing und 1 Teil Zink oder 3—4 Teilen Messing und 1 Teil Zink oder 5 Teilen Messing und 2—5 Teilen Zink.

Argentan sindet Verwendung zum Löten von feinen Eisen- und Stahl-

warem

Silberlot besteht aus Silber und Kupfer mit Messing und Zink. Goldkupferzinklegierungen nimmt man zum Löten von feinen Stahl

waren.

Leichtflüssiges Goldlot aus 2 Teilen Gold, 9 Teilen Silber, 5 Teilen

Kupfer, 1 Teil Zink dient zum Löten von minderwertigen Goldwaren, ooch dürfen letztere nicht gefärbt werden, da das Lot sonst sofort schwarz wird.

Neusilberlot besteht aus 1000 Teilen Neusilberblech (geschnitten), 100 Teilen Messing, 92 Teilen Zink und 33 Teilen Zinn.

Das Weichlöten. Man wendet es an bei Gegenständen aus Zink, Zinn, Zinn-Bleilegierungen, Britanniametall, Weißblech, verzinnten Bronzearbeiten usw. und überall da, wo das Hartlöten ausgeschlossen ist. Als Lote dienen hierbei reines Zinn, Schnellste und Wismutlote. Man gießt die Weichlote zum praktischen Gebrauch in die Form von Stäben und erhitzt sie mit dem Lötkolben, bei feineren Bijouterie- und Goldwaren wohl auch mit dem Lötrohr.

Als Lötmittel dienen Kolophoniumpulver, Lötwasser und Lötfett, bei Zink Salzsäure.

Weichlote nach Karmarsch:

oder:

10 Teile Zinn mit 20 Teilen Blei, schmelzen bei 240° C, .. 15 „ 10

10

10

10

..    223° ..

„ 200° ..

„ 100° „

4 Teile Zinn,- 4 Teile Blei, 1 Teil Wismut, schmelzen bei 160° C,

„ 155° „

145 o

» 125° ",

Das Hartlöten. Als Lote dienen hierbei die sogenannten Hart-, Strengoder Schlaglote, das Silber- und Emaillierlot. Zur Erwärmung der zu lötenden Gegenstände dient für größeren Betrieb das Kohlenfener, für kleineren das Lötrohr oder die Leuchtgasslamme in Verbindung mit Preßluft oder auch die Benzinlötlampen neuerer Konstruktionen. Zur Bedeckung dient gepulverter Borax mit Wasser angerührt. Für Silberarbeiten schmilzt man Borax mit Chlorkalium zusammen; bei gröberen Arbeiten (Eisen) hüllt man den Gegen-stand in Lehm ein.

Zum Löten von Eisen mit Eisen oder Stahl bedient man sich in der Regel des Kupfers oder strengflüssigen Messinglotes. Beim Löten von feinen Gegenständen nimmt man 12lötiges Silber,

zum Löten von Kupfer mit Kupfer — strengflüssiges Messinglot,

Schlaglot.

» ff ff ff ff Rkessing „    „    „ Messing.. Messing

„    „ Kupfer oder Messing mit Eisen

Hat man Gegenstände zum zweitenmal zu löten, die schon einmal gelötet waren (Nachlöten bei Reparaturen), so wählt man ein leichtflüssigeres Lot als gewöhnlich.

1.    Hartlot aus Messing und Zink darf nur aus dem zu lötenden Messing selbst hergestellt werden.

2.    Die scharfe Grenze der Verwendbarkeit eines Hartlotes für Messing liegt bei der Mischung: 46 Teile Kupfer und 54 Teile Zink; ein solches Lot ist aber, wenn auch im wesentlichen hämmerbar genug, für den allgemeinen Gebrauch zu schwerflüssig. Durch Zusatz von 3 °/₀ Zinn wird der Schmelzpunkt allerdings genügend erniedrigt, aber auch die Hämmerbarkeit so gut wie aufgehoben und damit die Haltbarkeit der Lötungen in Frage gestellt. Die Zusätze von geringen Mengen leichtflüssiger Metalle haben auf die Erniedrigung des Schmelzpunktes nur wenig Einfluß, sobald sie aber in solchem Maße zugesetzt werden, daß der Schmelzpunkt wesentlich herabgeht, wird in jedem Fall die Hämmerbarkeit aufgehoben.

3.    Kadmium ist zur Herstellung von leichtflüssigen Hartloten überhaupt unbrauchbar, da dieselben hierdurch im Feuer stark oxydieren und infolgedessen ungemein träge fließen.

4.    In bezug auf Hämmerbarkeit, Leichtflüssigkeit und gutes Verhalten während des Fließens blieb von den 53 geprüften Hartloten nur ein einziges übrig; dasselbe enthält neben Kupfer nur Zink und Silber. Danach hat die Reichsanstalt folgende Zusammensetzungen als praktisch ermittelt:

a)    gutflüssig. . 48 Teile Kupfer, 48 Teile Zink, 4 Teile Silber,

48    „

b)    leichtflüssig . 43    ..

50

.. 12 „

c)    schnellflüssig. 38    „

Die Dünnflüssigkeit dieser Lote wird ebensowenig wie ihre Hämmerbarkeit

von irgend einem anderen Lot erreicht, die letztere übertrifft sogar die der besten Kupferzinklote um das Doppelte. Sie werden beim Gelbbrennen nicht schwarz wie alle zinn- und stark zinkhaltigen, leichtflüssigen Hartlote, sondern zeichnen sich durch eine angenehme, goldähnliche Farbe aus, so daß auch Goldarbeiter und Bijouteriewarenfabrikanten mit Erfolg davon Gebrauch machen können.

Nach den Angaben der Reichsanstalt fabrizieren die Ulmer Messingwerke jetzt Hartlote, die sie unter der Bezeichnung „Silberschlaglote" 1, 2 und 3 in den Handel bringen. Da bei den ersteren die Schmelzpunkte zu nahe beieinander lagen, hat die genannte Firma ihren Silberloten folgende Zusammensetzung gegeben:

1. 50 Teile Kupfer, 46 Teile Zink, 4 Teile Silber gutflüssig,

48

2. 43

„ leichtflüssig,

52

3. 36

- 12 ..

Für den allgemeinen Gebrauch in den Werkstätten, namentlich aber zur Massenfabrikation, ist das Lot 2 das empfehlenswertere. Nr. 1 empfiehlt sich für erste Lötungen, während Nr. 3 für dritte Lötungen bestimmt ist und alle schnellflüssigen zinn- und stark zinkhaltigen Hartlote ersetzen soll. Die geringen, durch den Silbergehalt bedingten Mehrkosten werden reichlich durch die sichere Arbeit und gewonnene Zeit ausgewogen.

„ schnellflüssig.

Hartlötung mit Azetylen. Die entleuchtete Flamme des Azetylens eignet sich vorzüglich zur Hartlötung. Ihre Temperatur ist so hoch, wie man sie sonst nur mittels eines besonderen Gebläses erreichen kann. Lange Zeit vermochte man nicht die Flamme des Azetylens zu entleuchten, ohne zugleich dessen Explosivität zu erhöhen, denn zu ihrer Entleuchtung gehört die Mischung des Azetylens mit Luft vor der Brenneröffnung. Jetzt aber ist die Konstruktion eines vollkommen gefahrlosen Azetylenbrenners gelungen, der eine Temperatur von nahezu 2000⁰ entwickelt. Derselbe wird von der Berliner Allgemeinen Karbid- und Azetylengesellschaft geliefert. Da ferner das Azetylen sich durch seine Heizkraft auszeichnet, die 2¹/a mal so groß ist wie diejenige des Steinkohlengases, so ist sein Verbrauch in demselben Maße geringer, mithin sind die Kosten der Hartlötung mittels der Azetylensiamme weit niedriger, als es dem Preise des Azetylens entspricht. Der dritte Vorzug, den der Gebrauch des Azetylens vor demjenigen des Steinkohlengases und der Elektrizität voraus hat, liegt darin, daß er vom Orte gänzlich unabhängig ist. Die Anwendung des Azetylens ist also vorzugsweise da angebracht, wo kein Anschluß an eine Gasanstalt oder elektrische Zentrale erlangt werden kann, wo aber intensive und bequeme Erhitzung notwendig ist. Der Umstand, daß das betreffende Gas bekanntlich auch zur Erzeugung von sehr hellem und weißem Licht benutzt werden kann, erhöht natürlich noch seine Brauchbarkeit, und es dürfte daher unter anderem auch in Werkstätten, wo Hartlötungen vorgenommen werden, ganz besondere Verbreitung finden.

Bleilöten. Hat man die Fugen großer Bleiplatten zu verbinden, so schabt man die Verbindungsstellen rein und läßt die Lötsiamme darüber hingleiten, so daß das Blei zu schmelzen beginnt und ineinanderfließt.

Lötwasser bereitet man, indem man so lange Zink einer Quantität Salzsäure zusetzt, als sich in der Säure löst, und auch noch ungelöster Zink in ihr vorhanden ist. Dann läßt man die Lösung zirka 10 bis 12 Tage stehen. Hierauf kann man die klare Flüssigkeit abziehen und in Glasflaschen verwahren.

E. Moderne Metall-Schmelztechnik.

Bon

Gustav Palis, Metallurge.

Es sind in den letzten Jahren in der Schmelztechnik ganz wesentliche Erfolge erzielt worden, und zwar hat auch hier der Wettbewerb aller Nationen eingesetzt. Vorwiegend waren es vor Jahren hauptsächlich englische sowie französische Metallurgen, die auf diesem Gebiete hervorragende Leistungen zu verzeichnen hatten. In der Neuzeit ist es aber hauptsächlich de» deutschen Metallurgen gelungen, noch weitere Erfolge herbeizuführen, z. B. in schmiedbaren Bronzen („Huperts" Dürener Metallwerke), Phosphorbronzen (Dr. Künzel & Höper, Iserlohn), Reinnickel und Kupfernickellegierungen (Dr. Fleitmann, Schwerte), Aluminium und Atuminiumlegierungen (Wilhelm

Berg, Lüdenscheid, sowie Neuhausener Aluminiumwerke), Aluminogetische Metalle und Legierungen (Th. Goldschmidt), Nickelstahl (Krupp, Essen), Elektrostahl, naturharte Stahlmarken (Richard Lindenberg, Remscheid, Gebr. Böhler).

Zur Herstellung erstklassiger Waren aus Metall und Metallegierungen dient bekanntlich Sandfassonguß. Es ist aber nicht einerlei, was für ein Formsand benützt werden soll, und werden bei der Wahl des Formsandes vielfach Fehler begangen. Vor allem muß der Formsand gute Bindekraft besitzen und außerordentlich hohe Durchlässigkeit für Gase und Wasser. Ferner muß derselbe hochfeuerfest sein, das heißt ein möglichst großer Gehalt von Kieselsäure ist geboten, denn dieser verhindert mit das lästige Anbrennen des Formsandes an die Gußstücke. Um dem Formsand eine gute Bindekraft zu erteilen, ist es zweckmäßig, diesen durch Wasser mit mehr oder weniger Melassezusatz anzufeuchten. Für schwerere Gußstücke aus Rotguß und Bronze eignen sich sehr gut die westfälischen, für Neusilber, Nickelin und Messing ganz besonders der Hallesche und Fürstenwalder Formsand. Ein wesentlicher Faktor ist es, den Formsand zweckdienlich aufzubereiten. Hierzu sind entsprechende Vorrichtungen erforderlich, die schon besprochen wurden. Weiter ist auch auf die Angüsse und Eingüsse für die Gußstücke die erforderliche Rücksicht zu nehmen, das heißt, man wird praktisch die ersteren bei allen stark nachsaugenden Legierungen so gestalten, daß das Gußstück während des Erstarrens genügend nachsaugen kann, so daß keinerlei Hohlräume sich bilden können. Zur Verhinderung der berüchtigten Hitzbrüche wird man an den Übergangsstellen von schwachen zu starken Querschnitten entsprechende Verbindungskanäle in der Form ausschneiden, so daß während des Erstarrens die Kanäle die zum Hitzbruch neigende Stelle am Gußstück abschützen. Alle strengslüssigen Legierungen müssen vielfach mit mehreren Angüssen versehen werden, und nebenher sind bei größeren Objekten zwecks Nachsaugens auch noch verlorene Köpfe auszuschneiden. Ferner ist es grundverkehrt, die Formkästen nach dem beendigten Ausgießen sofort umzustürzen, da hierdurch ebenfalls Hitzbrüche entstehen. Dagegen ist es zweckdienlich, bei allen Legierungen, die ein stärkeres Schwindmaß haben, die Formkästenhälften unmittelbar nach dem Vergießen zu lüften. Durch diesen Eingriff sprengt das schwindende Metall leichter die nächsten Formsandumgebungen, wodurch die Hitzbruchgefahr wesentlich herabgedrückt wird.

Von wesentlichem Einfluß bei der Herstellung einwandfreier Metalllegierungen ist der Schmelzprozeß. Hierzu verwendet man die verschiedensten Schmelzofensysteme. Der älteste Schmelzofen ist der natürliche Zugofen resp. Tiegelschachtofen. Diese werden verschiedentlich so ausgeführt, daß mehrere zugleich an einen gemeinsamen Hauptabzugskanal angeschlossen werden, welcher dann in einen entsprechend großen Schornstein einmündet. Vielfach läßt man den Abzugskanal in Dampfschornsteine einmünden, wovor ich aber ganz besonders warne, da die praktische Erfahrung es festgestellt hat, daß bei dieser Anordnung das Schornsteinmauerwerk durch korrosierende Metalloxydgase, gemischt mit Rauchgasen, im Laufe der Zeit vollständig zerstört wird.

Eine besonders vorzügliche Tiegelschachtofenbauart ist die, wo der Rost mit Luftzuführungsschacht außerhalb des Schmelzraums eingebaut ist. Durch diese Anordnung wirkt die direkte Außenluft auf die Feuerungsgase außerordentlich saugend ein, so daß man nicht von schwerer Luft abhängig ist. Mittels dieses Ofensystems lassen sich außerordentlich beschleunigte Schmelzungen bei minimalem Koksverbrauch erzielen. Wird nun der Schmelzschacht mit drei oder noch mehr Abzugsfüchsen versehen, die mittels Drosselklappen regulierbar sind,

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Ftg. 606.

so werden die Schmelzresultate noch bessere. Dieses System ist besonders für Walzfabrikate zu empfehlen. Fig. 606 zeigt einen von mir konstruierten Schachtofen mit drei kombinierten Füchsen.

Weiter verwendet man sogenannte Schachtdomschmelzöfen. Dieselben sind bekannt als Jserlöhner und Lüdenscheider Schmelzöfen und eignen sich sehr gut für kleine Güsse mit Märker Schmelztiegeln. Der Dom kann zum direkten Trocknen der Sandformen benutzt werden.

Die Gebläse-Schmelzöfen sind in der Neuzeit wesentlich verbessert worden und dementsprechend immer mehr eingeführt; ganz besonders zeichnet sich der

Gebläse-Schmelzofen der Badischen Maschinenfabrik Durlach aus. Fig. 607 zeigt diesen Gebläseofen in kippbarer Form, welcher sich für größere Einsätze eignet, für kleinere Einsätze bewährt sich der neuere „Debus" -Gebläse-Schmelzofen. Allen Gebläse-Schmelzöfen haftet leider der Übelstand an,

Fig. 607.

für Qualitäts-Legierungen, speziell überall da, wo es auf hohe Festigkeit und Dehnung ankommt, nicht geeignet zu sein. Zum Niederschmelzen sind dieselben nicht gut anzuwenden, weil sie die schädliche Sauerstoffaufnahme der Schmelze aus den Feuerungsgasen außerordentlich befördern.

a) Desoxydationsverfahren.

Die Darstellung von Metallegierungen jeglicher Art ist in der Neuzeit zu einer hohen Entwicklung gelangt, und die Anforderungen, die die Technik in bezug auf Festigkeit, Dehnung und in erster Linie auf absolute Porenfreiheit und Dichte stellen, sind stetig höher geworden. Die Schwierigkeiten bei der Herstellung wirklich einwandfreier Sandfassonabgüsse, Walzstangen und Walzplatinen sind aber auch Hand in Hand stetig mit den höheren Ansprüchen gewachsen. Hieraus ergibt sich, daß man !gur Erzielung einwandfreier Endresultate die Schmelzbäder unbedingt desoxydieren soll. In diesem Punkte wird leider arg gesündigt, einerseits aus verkehrten Sparsamkeitsrücksichten und andrerseits aus nicht genügender Sachkenntnis. Man kann aber auch bei unzweckmäßiger Anwendung der Desoxydationsmittel unter Umständen das Gegenteil erzielen.

Die hauptsächlich in Frage kommenden Desoxydationsmittel sind folgen

der Art:

a)    Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Mangan, Titan, Chrom.

b)    Chlornatrium (Steinsalz), kohlensaures Kali kalziniert, kohlensaures Natron kalziniert, Kalisalpeter, Holzkohle, Chlorzink chemisch rein.

48

Diese Desoxydationsmittel haben ganz verschiedene Wirkungen, z. B. wirkt Phosphor desoxydierend auf Kupfer-, Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zink-, Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen, dagegen als Oxydationsmittel auf alle Kupfer-Zink-Nickel-Legierungen. Ebenso wirkt Phosphor auf die vorhin angezogenen Legierungen im Überschuß zugesetzt nicht verbessernd ein, sondern diese werden äußerst spröde und auch porös. Maugan, und zwar das reine, kohle- und technisch-eisenfreie Mangan, wirkt ebenfalls vorzüglich desoxydierend ein auf Kupfer, Kupfer-Zink, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Reinnickel, Neusilber, Argentan, Nickelin, ohne daß ein Mehrzusatz von Mangan, als zur Desoxydation erforderlich ist, eine Verschlechterung verursacht. Im Gegenteil wirkt ein Manganüberschuß verbessernd ein. Bei reinen Kupfer-Zinn-Legierungen, sofern der Zinngehalt 2°/₀ übersteigt, ist Mangan als Desoxydationsmittel vollständig auszuschließen, da es in diesem Falle eine Dekomponierung der Bronze bewirkt. Setzt man aber dieser reinen Zinnbronze Zink hinzu, so kann man unbeschadet mit Vorteil Mangan anwenden. Magnesium wirkt ebenfalls außerordentlich desoxydierend ein auf Reinnickel, Kupfer-Zinklegierungen, Reinaluminium, Eisen und Stahl, nur muß hierbei ebenfalls ein Überschuß vermieden werden, sonst wirkt das Magnesium zu stark härtend. Aluminium wirkt ebenfalls desoxydierend ein, wenn es bei Kupfer-Zinklegierungen, Kupfer-Zink-Eisenlegierungen, sowie beim Eisen- und Stahlguß richtig angewandt wird. Silizium kommt als Desoxydationsmittel in Frage bei der Herstellung von Silizium-Bronze, Telephon- und Telegraphendrähten und für Eisenguß. Titan wirkt ebenfalls desoxydierend auf Kupfer-, Mangan-Bronzen, sowie auf Eisenguß und Chrom auf Kupfer, Kupfer-Legierungen und Stahlguß.

Die chemischen Desoxydationsmittel wirken äußerst milde, und ist ein Überschuß keineswegs schädlich. Allerdings können diese Mittel nur sauerstoffzersetzend, sowie bis zu einem gewissen Grade auf unlösliche Metalloxyde reduzierend einwirken. Das kohlensaure Natrium und kohlensaure Kali in verschiedenen Verhältnissen zusammengemischt, wirken desoxydierend auf Kupfer-Zinklegierungen, und auf Kupfer-Zink-Eisenlegierungen. Das Chlornatrium (Steinsalz) wirkt reduzierend ein beim Rein-Aluminium, sowie auf verschiedene Aluminium-Legierungen in der Weise, daß die unlöslichen Metalloxyde zerlegt und zu Metall zurückgebildet werden. Diesen Zweck erfüllt auch beim Aluminium das Chlorzink. Kalisalpeter wirkt ebenfalls, in geringem Maße allerdings, reduzierend auf Aluminiumoxyde ein, Holzkohle in geringem Maße sauerstoffzersetzend beim Niederschmelzen von Metallegierungen. Bekanntlich sind die Aluminiumbronzen infolge der starken Schaumbildung schwierig zu vergießen. Durch neuere umfassende Versuche habe ich aber festgestellt, daß das Magnesium auf die Aluminiumoxydhäutchen außerordentlich reduzierend einwirkt, wenn man gleichzeitig neben dem Magnesium-Desoxydationszuschlag einen weiteren Zuschlag von Chlornatrium (Steinsalz) zusetzt, das mittels Chlorzink denaturiert ist. Selbstredend darf man die richtige Angußbeschaffen-

heit beim Vergießen von Aluminiumbronzen und Aluminium-Messing nicht außer acht lassen, wie ich später an Hand einer Abbildung ausführlicher zeigen werde.

b) Krätzrbildung.

In jedem Metallwerk entstehen bekanntlich täglich Metallabfälle, die man im allgemeinen Krätze nennt. Diese Krätzeansammlung ist nicht überall die gleiche, da hierbei mehr oder weniger Sorgfalt der Arbeiter, eine tadellose Schmelzanlage und der Umstand mitspricht, ob viel Altmetall, also kleinere resp. größere Metallbrocken verarbeitet werden. Diese Krätze wird wieder zu verwendbarem Metall aufbereitet, wozu man Pochwerke mit Wasserspülung anwendet. Für diese verhältnismäßig unrationelle Krätzeaufbereitung hat die

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Fig. 609.

Fig- 608.

Badische Maschinenfabrik Durlach sogenannte Krätzeseparatoren ausgeführt, die wesentlich ökonomischer arbeiten als die Pochwerke. Das zurückgewonnene Krätzmetall muß dann zunächst mittels Mag'netmaschine von etwaigen beigemischten Eisenteilchen gereinigt werden. Praktische Magnetmaschinen zum Enteisnen von Krätzmetall, Metall-Feil-, -Bohr-, -Frässpänen baut ebenfalls die Badische Maschinenfabrik, Fig. 608 und 609. Je nach Bedarf sind die Separatoren und Magnetmaschinen getrennt für sich in verschiedenen Größen zu benutzen. Sofern die Krätze nicht zu stark eisenhaltig ist, kann man das Eisen beim Einschmelzen des Krätzemetalls verschlacken, indem man auf den Tiegelboden per 100 kg Einsatz 3 kg pulverisierten Quarz, vermischt mit 1 kg Kryolith und ‘/» kg kalzinierten Borax, einträgt.

48*

c) Kerne.

Bekanntlich ist die Entfernung der Kerne bei vielen Gußstücken nicht so einfach. Hier hilft man sich dadurch, daß die Kerne äußerst locker geschaffen werden durch den Zusatz von Dextrin, welcher dem Form-Kernsand trocken zugemischt werden muß. Die so behandelten Kerne dürfen nicht zu scharf ausgeglüht werden, da sonst die Bindekraft verloren geht. Je höher der Dextrinzusatz ist, desto empfindlicher ist der Kern beim Ausglühen. Die Kerne mit Dextrinzusatz lassen sich leicht aus den Gußstücken entfernen; aus komplizierten Gußstücken erfolgt dies mittels hakenförmiger Bohrer, bei größeren Gußstücken mit leichter Mühe mittels Sandstrahl.

d) Kokillen.

Kokillenguß für Walzen. Der Kokillenguß ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung der flüssigen Metalle in der Kokille eine beschleunigte ist. Hieraus resultiert, daß der Abguß in allen Teilen von möglichst gleichmäßigem Gefüge ist, wodurch die fertigen Walzen bessere physikalische Eigenschaften erhalten als der Sandguß. Ausgeführt wird der Kokillenguß in Form von Platinen, Röhren, Rundstäben usw. Um sauberen Kokillenguß zu erzielen, sind auch entsprechend sorgfältig hergestellte Kokillen erforderlich. Einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des Kokillengusses hat die Wandstärke der Kokillen im Verhältnis zu dem Querschnitt des Abgusses. Je größer der Querschnitt des Abgusses ist, desto stärker muß auch die Wandstärke der Kokille bemessen werden. Das Eingießen des fiüssigen Metalles in die Kokille soll immer mittels eines Trichters geschehen. Der Trichter wird aus Eisenblech hergestellt und die Jnnenwandung mit einer Chamotte-Lehm-Mischung zirka 10 mm stark ausgefüttert. Die Öffnung des Trichters muß dem Kokillendurchmesser entsprechen, so daß das flüssige Metall mit kräftigem Strahl in die Kokille einfließen kann. Der Trichter soll so über der Kokille aufgestellt werden, daß die Luft aus der Kokille bequem nach außen hin entweichen kann. Man kann denselben auch aus Graphitschmelztiegelmasse Herstellen und mittels eines entsprechenden eisernen Halters über der Kokillenmündung aufstellen. Für Rundstäbe und Röhren wird man spitze Trichter anwenden, für Platinen hingegen solche von länglicher Form; den Boden versieht man dann mit einem entsprechenden Schlitz, durch den das Metall senkrecht in die Kokille einströmen kann. Damit das flüssige Metall sich an die Kokillenwandung nicht festsetzen kann und die Abgüsse eine möglichst glatte äußere Fläche behalten, muß man die Kokillen mit einem Stoff anstreichen, der zwischen Kokillenwandung und dem flüssigen Metall isolierend wirkt. Hierbei soll die Kokille eine Temperatur von zirka 100" 0 angenommen haben. Als Anstrichmasse dienen folgende Stoffe:

1. Kolophonium mittels Terpentin zu einer starkbreiigen Masse umgewandelt. Diese Masse wird dann bei mäßiger Temperatur flüssig gemacht und die Kokillenwandung mittels eines Pinsels imprägniert,

2.    3 Teile harziges Öl werden mit Kienruß und 2 Teilen Petroleum

zu einer dickflüssigen, streichbaren Masse verrieben, oder

3.    gelbe Faßseife mit gleichem Teile harzigen Öls zu einer streichbaren

Pasta, womit die Kokillenwandung recht gleichmäßig angestrichen wird.

Die hierfür in Frage kommenden eisernen Kokillen müssen aus einem möglichst graphitarmen Gußeisen hergestellt werden.

Auch für verschiedene Legierungen wird der Kokillenfassonguß angewandt. Die Kokillen werden dann aus Stahlguß und Messingguß hergestellt und kommen für Edelzinn-, Zinn-, Blei-, Aluminium- und Aluminiumlegierungen-Guß in Frage. Hierfür benützt man folgende Anstrichmittel:

1.    Graphit,

2.    Bolus mit Wasser zu einer streichbaren Farbe verrieben,

3.    Wasserglas in verdünnter Form mit einem Boluszusatz,

4.    gelbes Wachs.

Diese Kokillen müssen vor dem jedesmaligen Vergießen ebenfalls auf zirka 100° C angewärmt werden.

e) Metallgießerei.

Ich komme nunmehr zur Besprechung der technisch verwendbaren Metall-und Metallegierungsgüsse.

I. Kupferguß. Bekanntlich nimmt Kupfer während des Schmelzprozesses Sauerstoff aus den Feuerungsgasen auf; ferner bildet sich im geschmolzenen Kupfer gelöstes Kupferoxydul, wodurch das Kupfer porös und rotbrüchig wird. Aus diesem Grunde muß die Kupferschmelze desoxydiert werden. Zu diesem Zweck setzt man derselben kürzere Zeit vor dem beendigten Niederschmelzen hinzu: Auf 100 kg Einsatz bis 1 kg 30 prozentiges kohle- und eisenfreies Mangankupfer, oder bis 300 g 16 prozentiges Phosphorkupfer, oder bis 150 g 50 prozentiges Magnesiumkupfer und außerdem auf 100 kg Einsatz 300 g kalzinierten Borax. Die Kupferschmelze soll in Sandformen nicht früher vergossen werden, bis das bekannte Kupferspielen aufhört, und setzt man noch weiter für diesen Zweck auf 100 kg Einsatz 250 g 30 prozentiges Manganzink hinzu. Bei Kupfer-Kokillenguß für Walzfabrikate setzt man kein Zink hinzu und vergießt die Kupferschmelze möglichst heiß, unter keinen Umständen aber überhitzt. Sofern Magnesium zur Desoxydation angewandt wird, muß das Schmelzgut nach dem Magnesiumzusatz noch zirka 10 Minuten nachschmelzen, so daß das unlösliche Magnesiumoxyd sich an der Badoberfläche ausscheiden kann. Selbstredend wird nach jedem Desoxydationszuschlag und sobald das Kupfer fertig niedergeschmolzen ist das Schmelzbad vor dem Vergießen sorgfältig abgeschäumt. Da das Kupfer ein verhältnismäßig hohes Schwindmaß besitzt, muß der Einguß beim Sandfassonguß so kräftig ausgeschnitten werden, daß das Gußstück während des Erstarrens aus dem Einguß nachsaugen kann.

II.    Kupfer-Zinnlegierungen werden zur Herstellung von Glocken und Geschützen angewandt.

Glockenbronze-Legierung: Kupfer 77 bis 80 %, Zinn 23 bis 20%. Zur Desoxydation werden auf 100 kg bis 300 g 16 prozentiges Phosphorkupfer hinzugesetzt. Das Vergießen muß in Formen aus schwerem, fettigen Sand (Bottroper Formsand) stattfinden.

Geschützbronze-Legierung: Kupfer 90 bis 91 %, Zinn 9 bis 10 %, Phosphorkupfer 16 prozentig auf 100 kg Einsatz 300 g zur Desoxydation. Das Vergießen der Geschützbronze findet in eisernen Kokillen statt, die mit einem Stahlkern mit Formsandumhüllung montiert sind. Glockenbronze sowie Geschützbronze sollen möglichst bei mittlerer Schmelztemperatur vergossen werden; ein Überhitzen ist zu vermeiden.

III.    Maschinenbronze-Legierung, die vielfach für Schiffs- und Maschinenbau mit bestem Erfolg verwertet wird:

a)    Kupfer 86,50%, Zinn 8,90%, Zink 4,30%, Blei 0,40%, Phosphor 0,040%.

b)    Kupfer 87%, Zinn 9%, Zink 3,75%, Blei 0,30%, Phosphor 0,037%.

c)    Kupfer 86%, Zinn 9,70%, Zink 3,95%, Blei 0,34%, Phosphor 0,035°/,.

d)    Kupfer 86,30«/,, Zinn 9%, Zink 4,25%, Blei 0,30%, Phosphor 0,025%.

Wenn diese Bronzen niedergeschmolzen werden, so muß der Zink-

und Zinngehalt um ca. % bis % % erhöht werden mit Rücksicht auf den wesentlich größeren Abbrand. Der Phosphorgehalt ist beim Niederschmelzen mittels Tiegelschachtöfen und bei Verwendung von 16prozentigem Phosphorkupfer per 100 kg Einsatz in Wirklichkeit auf 150 bis 250 g zu berechnen. Wird mittels Gebläseöfen niedergeschmolzen, so ist der Phosphorgehalt bis zu 325 g zu steigern. Bedingung ist bei diesen Bronzen, Kupfer, Zinn und Zink nur bester Qualität zu verwenden. Diese Bronzen lassen sich sehr gut vergießen, sofern auf die Eingüsse, Formenbeschaffenheit usw. die nötige Sorgfalt verwandt ist. Ich gebe hier noch einige Bronzelegierungen für verschiedene Spezialzwecke bekannt.

Für Pumpenzylinder: Kupfer 88 «/„ Zinn 10 °/„ Zink 2 % und Phosphorkupfer 16 prozentig per 100 kg Einsatz 275 g.

Für Dampfschieber: Kupfer 82 %, Zinn 14,5%, Zink 2%.

IV.    Stahl-Phosphorbronze. Die Bezeichnung Stahl-Phosphor-bronze ist eine vollständig irreführende, da diese Legierungen mit Stahl überhaupt nichts gemein haben. Der Name Stahl-Phosphorbronze bezieht sich bei dieser Legierung darauf, daß dieselbe dem Stahl ähnliche physikalische Eigenschaften bezüglich Härte und Verschleiß besitzt. Diese Legierung soll seinerzeit von einem amerikanischen Metallurgen erfunden worden sein, von anderer Seite wird dagegen behauptet, der Erfinder sei ein englischer Metallurge. Meines Wissens wird die Stahl-Phosphorbronze schon seit längerer Zeit von einigen deutschen Firmen im Geheimverfahren ausgeführt, trotzdem gar kein Grund vorliegt, für diese Legierung die Bezeichnung Geheimverfahren anzu-wenden. Die Zusammensetzung ist folgende: Kupfer 83 °/₀, Zinn 12 ®/₀, Zink 3°/of Antimon 2 °/₀, Phosphorkupfer 16 prozentig auf 100 kg Einsatz 350 g. Der charakteristische Vorgang besteht darin, daß, nachdem die Bronze niedergeschmolzen, der Phosphorkupferzusatz erfolgt, der Tiegel mit der Schmelze aus dem Ofen entfernt und gut abgeschäumt worden ist, auf die Schmelzbadoberfläche auf 100 kg Einsatz 100 bis 250 g Roßmarköl aufgegossen und die Schmelze gut durchgerührt wird. Dieser Ölzusatz bewirkt eigentümlicherweise, daß die sonst eintretende teilweise Dekomponierung der Legierung verhindert wird. Im übrigen wird diese Legierung beim Vergießen usw. genau so behandelt wie alle Zinnbronzen. Bezüglich Phosphorkupfer bemerke ich noch, daß dieses Desoxydationsmetall ein Konkurrenz - Handelsartikel geworden ist. Infolge der Preisdrückerei wird nun oftmals nicht ganz einwandfreies Kupfer zur Darstellung von Phosphorkupfer benutzt, wodurch die Legierungen, welche mit derartigem Phosphorkupfer desoxydiert sind, ungewünschte Beimischungen erhalten, die dann später nachteilig einwirken können. Mir ist es gelungen, ein Amorphenphosphorpräparat herzustellen, welches keine anderen Metalle enthält. Da dieses Präparat zugleich auf jeder Metallschmelze einen Fluß bildet, mithin gegen die Feuerungsgase abschützt, ohne daß der Phosphor unzweckmäßig verloren geht, so ist dieses Präparat ein nach jeder Richtung hin ideales Phosphordesoxydationsmittel.

V. Mangan-Bronzen. Die Manganbronzen werden verwandt für Schiffszwecke und für Lokomotivstehbolzen; auch in der chemischen Industrie werden dieselben vielfach verwendet. Diese Mangan-Bronzen müssen in Kokillen vergossen werden, und zwar am besten in Form von Rundstäben. Die in Frage kommenden eisernen Kokillen werden entweder mit Öl-Petroleum-Ruß-oder mit Öl-Seifen-Anstrich versehen. Ebenso ist der früher erwähnte Gießtrichter dazu anzuwenden. Für Stehbolzen wird in der Regel eine 5 bis 6 pro-zentige Manganlegierung benützt, beim Schiffbau dagegen Manganbronze mit 7 °/₀ Mangangehalt mit geringem Phosphorzusatz. Die Darstellung dieser Spezial-Manganbronzen ist kurz folgende:

Zunächst wird eine Zwischenlegierung hergestellt in Form von 30 pro-zentigem Mangankupfer, wozu sich, wie überhaupt für alle Manganbronzen, das reine kohle- und technisch eisenfreie Mangan, Marke Th. Goldschmidt, Essen (Ruhr) eignet. Hierbei empfiehlt es sich zunächst, 70 kg Elektrolytkupfer unter einer Decke von 1 kg kalziniertem Borax zu schmelzen. Alsdann beginnt der Zusatz von 31,5 kg kohle- und eisenfreiem Mangan in etwa haselnußgroßen Stücken und in kleinen Portionen; dasselbe ist vor dem Zusatz auf zirka 500° C anzuwärmen. Nachdem der letzte Zusatz von Mangan erfolgt ist, läßt man die Charge noch ca. 1 Stunde lang nachschmelzen, und sobald man durch Umrühren festgestellt hat, daß kein Mangan mehr ungelöst ist, wird die Manganschmelze in bereitstehende, angewärmte und mit Öl angestrichene eiserne, kleine Blockkokillen vergossen, wobei sich die Schlacke auj_ben Blöcken ansammelt. Nachdem die Blöcke erkaltet sind, läßt sich die Schlacke

durch einige Hammerschläge von den Blöcken entfernen. Nunmehr wird das zu der fertigen Mangan-Bronzelegierung erforderliche Elektrolytkupfer für sich bis zur teigartigen Konsistenz niedergeschmolzen, worauf das erforderliche Quantum 30 prozentigen Mangankupfers unter gleichzeitiger Zugabe von zirka J/s kg kalziniertem Borax zugesetzt wird. Wenn dann das Ganze gut dünnflüssig ist, setzt man auf 100 kg Einsatz 100 g Aluminium hinzu, entfernt den Tiegel mit der Schmelze aus dem Ofen, schäumt gründlich ab und vergießt hierauf unverzüglich in die bereitstehende Kokille, die auf zirka 200° C erwärmt ist. Dieser Aluminiumzusatz bewährt sich bei der Darstellung von einer 5—6 prozentigen Manganbronze für Stehbolzen. Alle Manganbronzen bis zu 12 °/₀ Mangangehalt, sofern beste Kupfermarken verwendet werden, sind bei dunkler Rotglut schmiedbar. Die Manganbronzen für Sandfassongußzwecke haben folgende Legierungsverhältnisse:

a)    Kupfer 65 %, Zink 33 °/₀, Manganzink (20 prozentig) 7 °/₀,

b)    Kupfer 70°/o, Zink 25 °/₀, Manganzink (20 prozentig) 10 °/₀,

c)    Kupfer 65 °/#, Zink 38®/#, Mangankupfer (30 prozentig) 2°/₀,

d)    Kupfer 89 °/₀, Zink 9°/₀, Manganzinn (45 prozentig) 3‘/₂ °/₀.

e)    Kupfer 80 °/₀, Zink 15 °/₀, Manganzinn (45 prozentig) 5%.

Diese Manganbronzen zeichnen sich durch außerordentlich hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß aus. Beim Anschneiden der Formstücke dürfen die Eingüsse nicht zu knapp bemessen werden, so daß die Legierungen während des Erstarrens genügend nachsaugen können. Dargestellt werden die letzter» wie folgt: Zunächst wird das Kupfer für sich eingeschmolzen, dann auf 100 kg Gesamteinsatz zirka Vs kg kalzinierter Borax zugesetzt, hierauf das Mangankupfer resp. Manganzinn und zum Schluß das Zink, und zwar so, daß ein unnötiger Abbrand vermieden wird. Nachdem das Ganze gut dünnflüssig ist, wird die Schlacke abgezogen und das Schmelzgut mit starkem Druck in die bereitstehenden, etwas angewärmten Sandformen vergossen. Es empfiehlt sich, diese, wie bereits erwähnt, zu schwalken.

VI. Aluminiumbronze. Derartige Bronzen werden vielfach für Walzfabrikate angewandt und zeichnen sich ganz besonders durch schöne Farbentöne, hohe Festigkeit bei entsprechender Dehnung und gute Schmiedbarkeit bei dunkler Rotglut aus. Diesen Aluminiumbronzen haftet der Übelstand erheblicher Schaumbildung an, welche man etwas in der Weise reduzieren kann, daß man zu der fertig geschmolzenen Aluminiumbronze auf 100 kg Einsatz Vs kg mit Chlorzink denaturiertes Steinsalz zusetzt. Der sich bildende Fluß wird nach gutem Durchrühren der Bronze während des Vergießens gut zurückgehalten. Für alle Walzfabrikate werden diese Aluminiumbronzen in konische Rund- oder Stumpfvierkant-Kokillen vergossen, so daß etwaiger sich bildender Schaum am oberen Ende sich ansammelt. Die Kokillen sind für diesen Zweck mit Ruß-Öl-Petroleummasse anzustreichen und müssen zweckmäßig auf zirka 300 ⁰ C vorgewärmt werden. Infolge des hohen Schwindmaßes der Aluminiumbronzen dürfen diese nicht zu heiß vergossen werden, zu kühl natürlich auch nicht.

Die gebräuchlichsten Aluminiumlegierungen haben folgende Zusammen-

letzung:

a)    Kupfer 97 °/₀, Aluminium 3°/₀,

b)    Kupfer 95 °/₀, Aluminium 5 °/₀, •

c)    Kupfer 93 °/₀, Aluminium 7°/₀,

d)    Kupfer 91,5 °/₀, Aluminium 8,5 °/₀,

e)    Kupfer 87°/#, Aluminium 10°/o, Mangan 3°/o»

f)    Kupfer 86 °/₀, Aluminium 10 °/₀, Mangan 4°/₀,

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Fig. 610.

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Der Manganzusatz bezieht sich auf technisch kohle- und eisenfreies Mangan, Marke Th. Goldschmidt. Man kann auch sämtlichen Aluminiumbronzen einen Manganzusatz bis zu 3 % geben, wodurch die Festigkeit erheblich zunimmt. Für Sandfassongußzwecke ist es erforderlich, tangentiale Eingüsse mit Schaumzurückhalter anzuordnen und zwar bei großen Gußstücken möglichst zwei. Auch für den verlorenen Kopf ist Sorge zu tragen. Fig.610 stellt einen Zylinder dar wie derselbe für Aluminiumbronze anzuschneiden ist. Nach meinen umfassenden Versuchen habe ich festgestellt, daß man allen Aluminiumbronzen für Sandfassonguß einen Magnesiumzusatz bis zu %% geben soll. Dieser Magnesiumzusatz befördert ganz wesentlich die Reduzierung der Aluminiumoxyde.

VII. Aluminium-Zinn - Kupfer-Mangan-Legierungen. Diese werden vielfach zur Herstellung von Artikeln benützt, die teilweise aus Aluminiumblech und teilweise aus Aluminiumguß bestehen und werden ausgeführt in Sandfassonguß und auch in Fassonkokillenguß. Bei der Herstellung von Sandfassonguß ist es zweckmäßig, in nasse Formen zu vergießen, da hierbei das abgegossene Metall weniger Hitzbrüche erhält. Die Fassonkokillen sind während des Vergießens kühl zu halten, so daß eine schnelle Erstarrung stattfindet, und nach dem Vergießen wird man die Kokillen sofort öffnen, damit das Metall ungehindert schwinden kann. Diese Legierungen haben folgende Zusammenstellungen:

a)    Aluminium 85 °/₀, Zinn 10 °/₀, Kupfer 5 %,

b)    Aluminium 85 %, Zinn 7% %, Kupfer 7%%,

c)    Aluminium 90 °/₀, Zinn 5%, Kupfer 5°/₀,

d)    Aluminium 97 %, Kupfer 3 %,

e)    Aluminium 80 %, Zinn 8%, Kupfer 12%,

f)    Aluminium 80%, Kupfer 12%, Zink 8%,

g)    Aluminium 75%, Kupfer 15%, Zink 5%, Zinn 5%.

Aluminium - Mangan - Legierungen kommen speziell für den Automobil-und Schiffbau in Frage. Diese Legierungen zeichnen sich durch besondere Festigkeit nebst hoher Dehnung aus und sind besonders widerstandsfähig gegen die Einflüsse der Luft und des Wassers.

Durch geeigneten Wechsellegierungsgang lassen sich Festigkeiten bis zu 20 % und eine Dehnung bis zu 12 % erzielen. Die hierfür in Frage kommenden Legierungen sind folgende:

a)    Aluminium 96%, kohle- und eisenfreies 30prozentiges Mangankupfer 4%,

b)    Aluminium 90%, kohle- und eisenfreies 30 prozentiges Mangankupfer

10%,

c)    Aluminium 90%, kohle- und eisenfreies 30 prozentiges Mangantitan-Kupfer 10 %,

d)    Aluminium 97 %, 30 prozentiges Mangankupfer 2%, Magnesium 1%.

e)    Aluminium 90%, 30 prozentiges Mangankupfer 6%, 50 prozentiges Magnesiumzinn 4%.

Der Darstellungsgang der Aluminium-Kupfer-Legierungen ist folgender: Zunächst wird eine Zwischenlegierung hergestellt und zwar 50prozentiges Kupfer-Aluminium. Die Kupfer-Aluminiumlegierung stellt man dar, indem man zuerst 25 kg Kupfer bei möglichst niedriger Temperatur für sich einschmilzt, worauf man 25 kg Aluminium in ganz kleinen Portionen hinzufügt, ohne hierbei die Schmelze zu überhitzen. Hierauf wird dieselbe mittels des mit Chlor-zink denaturierten Steinsalzes desoxydiert. Nunmehr beginnt der eigentliche Darstellungsprozeß in der Weise, daß das abgewogene Quantum Aluminium mit dem berechneten Quantum Aluminium-Kupfer bei schwacher Rotglut niedergeschmolzen wird. Nachdem wird das Zinn zugesetzt, ohne auch hierbei die Schmelze erheblich zu erhitzen. Ganz schwache dunkle Rotglut ist einzuhalten. Zum Schluß wird die Schmelze ebenfalls desoxydiert durch Zusatz von denaturiertem Steinsalz. Diese Legierungen sind möglichst kühl zu vergießen. Die Darstellung der Aluminium-Mangan-Titan-Legierungen ist folgende: Zunächst wird eine 50 prozentige Mangankupfer - Aluminium - Zwischenlegierung bezw. Mangan-Titankupfer-Aluminium-Zwischenlegierung in der Weise hergestellt, daß das strengflüssige Metall unter einer Boraxdecke zunächst für sich geschmolzen, dann das Aluminium vorsichtig bei entsprechender Temperaturerniedrigung zugesetzt wird. Dadurch wird eine schädliche Aluminium-Überhitzung vermieden. Zum Schluß wird das Aluminium niedergeschmolzen und die Zwischenlegierung in kleinen Portionen unter Vermeidung zu hoher Schmelztemperatur zugesetzt. Kurz vor dem Fertigschmelzen setzt man dem Schmelzbade auf 100 kg Einsatz */, kg denaturiertes Steinsalz zwecks Reduktion der Aluminiumoxyde hinzu. Ich bemerke noch, daß mir die Zusammensetzungen der Cotias-Legierungen sowie auch deren Darstellungsverfahren bekannt sind, worüber ich Interessenten weiteren Aufschluß zu erteilen bereit bin. Diese Cotias-Legierungen sind bekanntlich Aluminium-Kupfer-Zink-Wismut-Zinn-Legierungen mit hoher Festigkeit und lassen sich fix und fertig in Stahlformen vergießen, ohne daß die Abgüsse nachzuarbeiten sind.

VIII. Neusilber- und Argentan-Legierungen. Bekanntlich neigen alle Kupfer-Zink-Nickellegierungen mehr oder weniger zur Porosität. Die Ursachen sind in ihrer Zusammensetzung begründet. Die wesentlichen Bestandteile sind Kupfer, Nickel und Zink. Besonders das Nickel hat die Eigenschaft, begierig Sauerstoff aus der Luft anzuziehen, wodurch es von vornherein oxydhaltig ist. Andrerseits entstehen jedoch auch während des Schmelzprozesses im Schmelzbade Oxyde, indem die Schmelze aus den Feuergasen Sauerstoff aufnimmt, was besonders der Fall ist, wenn die Schmelzdauer aus irgend einem Grunde verlängert wird, oder wenn Gebläseöfen verwendet werden. Je höher der Nickelgehalt dieser Legierungen ist, desto schwieriger gestalten sich die Endergebnisse bezüglich eines dichten, porenfreien Sandfasson- oder auch Kokillengusses für Walzfabrikate. Diese Übelstände sind einerseits durch eine zweckdienliche Desoxydation der jeweiligen Schmelze zu beseitigen, andrerseits müssen die Formen beim Sandfassonguß entsprechend vorbereitet werden, das

heißt, der Formsand muß mager und möglichst grobkörnig sein zwecks guter Luftdurchlässigkeit. Je höher der Nickelgehalt ist, desto strengflüssiger sind diese Legierungen, dementsprechend müssen die Ein- und Angüsse angeschnitten sowie auch für guten Luftabzug Sorge getragen werden. Ebenso sind diese Legierungen niemals in liegende, sondern in stehende Formen zu vergießen. Abbildung I in Fig. 611 erläutert eine Sandform für Neusilber-Legierungen und Abbildung II eine solche für Argentan- und Nickelin-Legierungen. Als Desoxydationsmittel für diese Legierungen kommt das kohle- und eisenfreie Mangan sowie Magnesium in Frage. Der Manganzusatz bewirkt auch noch einen schönen silberweißen Farbenton. Bezüglich des Magnesiumzusatzes zur Desoxydation sei noch erwähnt, daß ein Überschuß hiervon der Legierung durch Hervorrufung zu starker Sprödigkeit leicht schadet. Bei denjenigen Neusilber- und Argentan-Legiernngen, die speziell für Dreh- und Fräsarbeiten benützt werden, empfiehlt es sich, einen kleinen Blei-Zinnzusatz zu erteilen, wodurch die Schneidwerkzeuge nicht zu stark angegriffen werden. Neusilber-Legierungen:

a)    Kupfer 1000 g, Nickel 200 g, Zink 600 g, Mangankupfer (30 prozen-tiges) 75 g, Magnesium-Nickel (50 prozentiges) 3 g.

b)    Kupfer 1000 g, Nickel 400 g, Zink 625 g, Mangankupfer (30 prozentiges) 100 g, Magnesium-Nickel (50 prozentiges) 5 g.

Argentan-Legierungen:

a)    Kupfer 1000 g, Nickel 600 g, Zink 650 g, Mangankupfer (30 prozentiges) 100 g, Magnesium-Nickel (50 prozentiges) 8 g.

b)    Kupfer 1000 g, Nickel 650 g, Zink 650 g, Mangankupfer (30 prozentiges) 100 g, Magnesium-Nickel (50 prozentiges) 10 g.

Nickelin-Legierung:

a)    Kupfer 80 g, Nickel 25 g, Mangankupfer (30 prozentiges) 5 g.

b)    Kupfer 80 g, Nickel 20 g, Mangankupfer (30 prozentiges) 3 g.

Reinnickel für Sandfassonguß. Bekanntlich ist die Darstellung von Reinnickel-Sandfassonguß nicht so einfach und erfordert ein hohes Maß praktischer Erfahrungen sowie wesentliches metallurgisches Wissen. Die Schwierigkeit liegt einerseits in der außerordentlich hohen Strengflüssigkeit, sowie andrerseits darin, daß die Reinnickelschmelze aus den Feuerungsgasen Sauerstoff aufnimmt. Weiter müssen die Sandformen für diesen Zweck entsprechend hergestellt werden. Sv ist es z. B. unmöglich, Reinnickel-Sandfassonguß bezüglich Stückzahl der Abgüsse in ein und derselben Form ebensoviel zu erzielen als beim Messing-, Neusilber-, Bronze- und Rotguß usw.; man soll also nicht zu große Formkästen anwenden und in diese nur wenige Modelle einlegen. Hingegen sind außerordentlich kräftige Eingüsse vorzusehen und mehrfache Angüsse an ein und demselben Objekt. Die Angüsse müssen bei stärkerem Querschnitt der Abgüsse gewissermaßen als verlorene Köpfe ausgebildet werden, so daß beim Erstarren des Abgusses dieser aus dem Anguß entsprechend Material nach-

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Flg. Ir Sandform für Kupfer-Ztnk-Nickel-Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt. Fig. II: Desgleichen mit hohem Nickelgehalt.

A Ein- und Angüsse. B LuftkanLle. K Sandterne. E Eiseneinlagrn.

saugen kann. Fig. 612 zeigt, in welcher Weise beim Reinnickel-Sandfassonguß für Ventile die Form anzuschneiden ist. Reinnickelschmelzen müssen bei möglichst hoher Schmelztemperatur in beschleunigter Weise niedergeschmolzen werden. Würde man den Schmelzprozeß in langsamer Weise betätigen, so würde das flüssige Metall durch die längere Einwirkung der Feuerungsgase übergar, das heißt, das

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Doppelter Zweiweghahn nebst Zubehör.

A Abgüsse. B Einguß. 0 Angüsse. D Kerne. E Luftkanäle.

fertig abgegossene Metall würde stark porös und äußerst spröde ausfallen. Um nun schnelle Schmelzungen zu erzielen, muß man äußerst kräftig wirkende Schmelzöfen anwenden und zwar solche, bei denen die Außenluft direkt unterhalb des Rostes in den Feuerungsschacht eintreten kann. Gebläseöfen sind möglichst zu vermeiden, oder aber, man muß während des Schmelzprozesses die Reinnickelschmelze durch ein Flußmittel abschützen. Hierzu eignet sich kalz. Borax 3 Teile und Kryolith 1 Teil. Von diesem Gemisch rechnet man auf 50 kg Nickeleinsatz 1 kg. Zur Reduktion des Sauerstoffes muß die Rein-nickelschmelze mittels technisch kohle- und eisenfreien Mangans desoxydiert werden. Zum Schluß findet eine Nachdesoxydation statt mittels 50 prozentigen Magnesium-Nickels. Der Schmelzgang ist folgender: Reinnickel in Form von Nickel-würfeln wird gleichzeitig mit 1 bis 2 % Mangan flott niedergeschmolzen; wenn die Schmelze dünnflüssig ist, setzt man auf 50 kg Reinnickeleinsatz zirka 250 g 50prozentiges Magnesiumkupfer zu, zieht dann den Tiegel, schöpft gut ab und vergießt unverzüglich mit starkem Druck. Der Formsand für Reinnickel-Sandfassonguß muß hochfeuerfest sein, und wird man zwecks Verhinderung des Formsandanbrennens an den Abguß die Formen mit Graphit-China-Clay streichen. Die Formen müssen vor dem Vergießen gut angewärmt werden.

IX. Kupfer-Zink-Legierungen. Dieselben werden am meisten in der Metallindustrie verbraucht und bezüglich Qualität den jeweiligen Anforderungen angepaßt. Handelt es sich um die Herstellung gewöhnlicher Handelsware, so bestehen die Legierungen aus 65—70 % Kupfer und 30—35 % Zink. Es kommt häufig vor, daß derartige Legierungen möglichst hart sein sollen, dabei aber nicht spröde. Zu diesem Zweck setzt man diesen Legierungen bis l¹/* % einer Zwischenlegierung, bestehend aus 4 Teilen Blei und 2 Teilen Zink, hinzu. Weiter kann man auch diesen Legierungen zur Desoxydation für Sandfassonguß auf 100 kg Einsatz bis 100 g 16 prozentiges Phosphorkupfer zusetzen. Ebenso wirkt sehr günstig ein Manganzusatz in Form von 20 prozentigem Mangan-zink oder in Form von 30 prozentigem Mangankupfer bis zu 2 %. Im Falle der Anwendung von Mangankupfer kann man dann den Zinkgehalt entsprechend steigern. Für Walzfabrikate, bei denen es auf gute Dehnung ankommt, darf Blei und Zinn den Messinglegierungen nicht zugesetzt werden. Dagegen wirkt ein Manganzusatz in Form von 30 prozentigem Mangankupfer äußerst günstig auf diese Legierungen ein, und kann der Zusatz bis zu 2 % Mangankupfer stattfinden, wobei der Zinkgehalt dem Kupfergehalt entsprechend gesteigert wird. In der Neuzeit wird vielfach Messing-Sandfassonguß in sogenannte „nasse Sandformen" vergossen. Zu diesem Zweck mischt man dem Formsand Steinkohle- und Holzkohlepulver und Salmiaksalz (technisch) hinzu. Diesem sogenannten Naßguß setzt man 0,1—1% Aluminium hinzu. Der Aluminiumgehalt bewirkt ein glatteres Ausfließen in die nicht getrockneten Formen sowie auch Erzielung einer glatten Gußhaut. Ebenso wird in der Neuzeit Rotguß und Phosphorbronze in speziellen Fällen in nasse Formen vergossen, wobei der Formsand ebenfalls entsprechend präpariert werden muß. Ein etwaiger Aluminiumzusatz wird bei diesen Legierungen wenig oder ganz minimal bei Herstellung von Naßguß angewandt. Selbstredend kann überall da, wo es auf Qualitätsware ankommt, der Naßguß den Trockenguß (getrocknete Formen) niemals ersetzen. Die Legierungen für Walzfabrikate enthalten 65 bis

80 e/₀ Kupfer und 20 bis 35 °/₀ Zink. Ebenso sind diese Legierungen für Röhren und Stangenmaterial anzuwenden, sofern es hierbei in erster Linie auf hohe Dehnung ankommt. Ein Mangangehalt wirkt ebenfalls auf diese Legierung günstig ein. Weiter tut man gut, diesen Legierungen kurz vor dem Fertigschmelzen zur Desoxydation auf 100 kg Einsatz zirka 1 kg kohlensaures Natronkali zuzusetzen. Das Niederschmelzen der Kupfer-Zink-Legierungen wird in den verschiedensten Fachbüchern meistens unzweckmäßig erläutert. In der Praxis schmilzt man zunächst Kupfer für sich nieder, setzt dann Mangan-kupfer oder Manganzink zu, kühlt die Schmelze mit Schrotresten gleicher Legierung etwas ab (zur Verhinderung zu starken Zinkabbrandes), setzt dann das Zink hinzu und zum Schluß die Desoxydationsmittel, schäumt dann die Schmelze gut ab und vergießt, aber nicht überhitzt, in die bereitstehenden Formen.

Ich komme nun zur Besprechung der

X. Schmiedbaren Bronzen, wie Durana-, Delta-, Aellow- und Spreemetall, Rübel- und Parsons-Bronze. Alle diese Legierungen sind sämtlich in der Rotglut schmied-, walz- und stauchbar. Die wesentlichen Bestandteile sind: Kupfer und Zink. Daneben sind weiter enthalten: Eisen, Mangan, Aluminium, Nickel, teilweise auch Titan und Chrom in geringen Mengen. Diese Legierungen werden im Maschinen- und Schiffbau, sowie überall da benutzt, wo es darauf ankommt, ein Material anwenden zu müssen, das sich durch hohe Festigkeit sowie wesentliche Dehnung auszeichnet. Dieselben besitzen weiter ein hohes Maß von Widerstandsfähigkeit gegen die zerstörenden Einflüsse tion Seewasser, Alkali- und sauren Wässern. Zwecks Herstellung dieser Legierungen sind bestimmte Verfahren anzuwenden, die ein außerordentlich hohes Maß metallurgischer Sachkenntnis nebst reicher Praxis fordern. Ganz besonders erfordert die Darstellung von Sandfassonguß aus diesen Legierungen große vielseitige Erfahrung, und zwar deshalb, weil diese Legierungen während des Erstarrens außerordentlich nachbunkern, sowie bei starken Querschnitten an der Oberfläche Neigung zum Einsinken besitzen. Um nun tadellosen Sandfassonguß mit diesen schmiedbaren Bronzen herzustellen, muß man kräftige Eingüsse anwenden, in Verbindung mit starken Angüssen, so daß das erstarrende Metall aus dem Einguß genügend flüssiges Metall zwecks Nachsaugens aufnimmt. Weiter haben diese Legierungen infolge des hohen Zinkgehalts Neigung zur Schaumbildung. Um diesen Übelstand zu beseitigen, muß man am Gußstück sogenannte Schaumsteiger mit vorsehen. Diese Schaumsteiger haben noch den weiteren Zweck, gleichzeitig als verlorene Köpfe mitzuwirken. Außerordentlich zweckmäßig ist es, diese Legierungen zwecks Reduzierung der Zinkoxyde mittels des Natron-Kalisalzes zu desoxydieren. Im Nachstehenden gebe ich verschiedene Legierungsangaben über schmiedbare Bronzen:

a)    Kupfer 60 °/#, Zink 38 °/₀, Mangan 1 °/₀, Eisen 1 %.

b)    Kupfer 58 °/₀, Zink 39 %, Eisen 1,5 °/₀, Mangan 1 °/₀, Aluminium 0,5 °/₀-

c)    Kupfer 56 °/₀, Zink 40 e/₀, Eisen 2 °/₀, Mangan 1 °/₀, Aluminium 1 °/₀.

d)    Kupfer 55 e/₀, Zink 40 °/₀, Eisen 4 °/₀, Aluminium 0,5 ®/₀, Mangan 0,5 ®/₀.

e)    Kupfer 56 °/₀, Zink 40 °/₀, Mangan 3°/#, Eisen 0,5 °/₀, Aluminium 0,5 °/₀.

f)    Kupfer 59 °/₀, Zink 39 °/₀, Eisen 1,5 °/₀, Nickel 0,25 °/₀, Mangan 0,25 °/₀.

Die Einführung des Mangans in diese Legierungen findet in Form von

technisch kohle- und eisenfreiem 30 prozentigen Mangankupfer oder 20 pro» zentigen Manganzink statt, der Eisenzusatz zweckmäßig in Form von 12 pro» zentigem Ferrozink oder 10 prozentigem Ferroaluminium. Das Ferroaluminium stellt man dar durch Niederschmelzen von reinem, weißen Gußeisen mit Zusatz von Aluminium, das Ferrozink wie folgt: Zunächst wird Zink bei mittlerer Temperatur niedergeschmolzen. In das flüssige Zink werden dann feuerverzinkte Flußeisen-Stäbe eingesenkt. Hierauf verschließt man den Tiegel mit einem Deckel und erhitzt das Ganze auf ununterbrochene stetige schwache Rotglut zirka 10 Stunden lang. Bei diesem Prozeß löst das Zink das Eisen allmählich auf. Setzt man nun dem Zink noch Phosphor hinzu, so ist das Lösungsvermögen des Zinks zum Eisen ganz erheblich, und gewinnt man so ein 12 prozentiges Ferrozink. Der eigentliche Darstellungsgang der schmiedbaren Bronze ist folgender: Zunächst wird das Kupfer für sich niedergeschmolzen, hierauf das Eisen zugesetzt in Form von Ferroaluminium oder Ferrozink, daran anschließend das etwaige Aluminium und, nachdem man sich durch Umrühren überzeugt hat, daß das Eisen sich mit dem Kupfer vermischt hat, wird vorsichtig zur Verhinderung von zu starkem Zinkabbrand das Zink hinzugesetzt. Hieran anschließend erhitzt man die Schmelze ein wenig über den Schmelzpunkt, wobei aber ein Überhitzen strenge zu vermeiden ist. Dieselbe wird hierauf mit Schrotresten gleicher Legierung ein wenig abgekühlt. Vor dem Abkühlen wird zur Schluß-Desoxydation das Natron-Kali-Salz zugesetzt, nach dem Fertigschmelzen gut abgeschäumt und unverzüglich vergossen. Für Walz- und Schmiedefabrikate wird das flüssige Metall mittels des früher erwähnten Gießtrichters in Rund- oder Platinenkokillen vergossen.

Demnächst bringe ich eine neue schmiedbare Bronze, die allen bisherigen bekannten schmiedbaren Bronzen an Festigkeit und Dehnung, sowie an See-wasser- und Alkaliwasser-Beständigkeit ganz wesentlich überlegen ist. Am zweckmäßigsten hat sich in der Neuzeit das schmiedbare Duranametall bewährt, worauf ich interessierte Kreise besonders aufmerksam mache.

Ich werde nun noch kurz die sogenannten

Edelzinn-Legierungen besprechen. Diese bestehen wesentlich aus Zinn und Kupfer oder Zinn und Silber, werden vielfach für kunstgewerbliche Zwecke angewandt und entweder uni oder in moderner Altsilbertönung in den Handel gebracht. Die Darstellung dieser Legierungen ist folgende: Zunächst wird eine Zwischenlegierung hergestellt, bestehend aus 25% Kupfer und 75% Zinn. Zu diesem Zweck wird erst das Kupfer für sich bei mäßiger Temperatur niedergeschmolzen und hierauf in kleinen Portionen allmählich bei besonderer Vorsicht das Zinn hinzugegeben. Am Schlüsse darf die Schmelze nur ganz schwach

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rotwarm erscheinen und wird hierauf zu dünnen Platten in oben offene eiserne Kokillen gegossen. Nachdem beginnt das Einschmelzen der Endlegierung. Zu diesem Zweck wird von dem abgewogenen Zinnquantum zunächst */₄ Teil mit dem berechneten Kupferzinnquantum niedergeschmolzen, dann die weiteren ⁸/₄ Teile Reinzinn hinzugefügt, das Ganze hierauf in eiserne Blockformen gegossen und beim späteren eigentlichen Gebrauch umgeschmolzen. Diese Kupfer-zinn-Legierungen enthalten 6—8 % Kupfer.

7.

Metall-Dekorationsarbeiten.

Wenn dieselben im Maschinenbau auch weniger oft Anwendung finden, so ist es doch nötig, daß der Maschinenbauer auch die Grundzüge dieser Verfahren kennt, und dementsprechend werden wir die diesbezüglichen Arbeiten nicht fehlen lassen dürfen, wenn wir sie auch nur ganz kurz behandeln können.

A. Beizen und Brennen.

Um auf den Metallen eine reine Oberfläche zu erhalten und die durch eine frühere Bearbeitung entstandenen Oxyde zu entfernen, werden die Gegenstände gebeizt oder gebrannt. Hierzu bedient man sich der Schwefelsäure, der Salzsäure und der Salpetersäure, welche konzentriert, verschieden verdünnt oder miteinander vermischt angewendet werden, je nach Art der Metalle, die zu behandeln sind. Sobald die Gegenstände entsprechend gebeizt oder gebrannt sind, werden sie schnell und sorgfältig in kaltem, reinen Wasser abgespült, einige Stunden in heißes, reines Wasser getaucht und schnell in reinem Sägemehl ausgetrocknet. Man muß besonders darauf halten, daß Wasser und Sägemehl stets rein sind, da es oft vorkommt, daß die bereits sauber gebeizten und gebrannten Gegenstände durch Unreinheit des Wassers oder des Sägemehls wieder anlaufen.

Zum Beizen von Eisen verwendet man eine Mischung von 1 Teil Salzsäure, 5 Teilen englischer Schwefelsäure und 100 Teilen Wasser. Die Gegenstände werden drei bis vier Stunden in diese Beize gelegt, während welcher Zeit man sie wiederholt herausnimmt, mit reinem Wasser abspült und mit einer Stahldrahtbürste oder mit Bimssteinmehl tüchtig kratzt und scheuert, bis der Grund des Metalls schön klar erscheint. Sollen diese Eisengegenstände galvanisiert werden, so sind dieselben nach dem Beizen einige Stunden in heiße Ätzkali- oder Ätznatronlauge zu hängen, wodurch verhütet wird, daß das Eisen später, nach seiner Plattierung, durch diese durchoxydiert. Gegenstände, welche nicht galvanisiert werden, zieht man nach dem Beizen durch heiße Sodalauge, spült sie dann ab und trocknet sie schnell aus.

Gegenstände aus Kupfer und dessen Legierungen werden gelb oder glänzend gebrannt. Beide Verfahren haben in zwei Operationen stattzufinden, und zwar legt man die Waren, ehe man sie gelb- oder glanzbrennt, einige

Zeit in 18° Salzsäure (Vorbrenne, Beize) und taucht dann diejenigen Gegenstände, welche gelbgebrannt werden, schnell, aber direkt in eine Mischung von 100 Teilen Salpetersäure 40°, 2 Teilen Kochsalz und 3 Teilen Glanzruß, während die Waren, welche man glanzbrennen will, sofort schnell aus der Vorbrenne in eine Mischung von 100 Teilen Salpetersäure 40°, 125 Teilen Schwefelsäure 66°, l¹/^ Teil Kochsalz und 2 Teilen Glanzruß zu tauchen sind.

Um Messing körnig zu beizen, legt man die Gegenstände 10 bis 12 Stunden in eine Vorbeize aus 1 Raumteil Schwefelsäure, 1 Teil Salpetersäure und 8 Teilen Wasser, worauf man abspült und gelbbrennt. Haben die Gegenstände beim Gelbbrennen schwärzliche Flecke bekommen, so taucht man dieselben in eine Lösung von Zinkchlorid (Chlorzink), erhitzt sie gelinde bis zum völligen Trocknen und spült sie erst dann in Wasser ab. Soll das Beizen als Mittel zur Erkennung der Textur oder zur Auffindung unganzer Stellen dienen, so benutzt man ein Gemisch von 2 Teilen Salpetersäure mit 1 Teil englischer Schwefelsäure und spült gut ab.

Zinkwaren erhalten ein schönes Aussehen, wenn man sie wiederholt recht schnell in eine Mischung von 1'/, Teilen englischer Schwefelsäure 66° und 2¹/* Teilen Salzsäure 24°, welche gut zu mengen sind, taucht, jedoch nach jedesmaligem Beizen schnell und sorgfältig in reinem Wasser abspült und später recht schnell austrocknet.

Ein angenehm mattes Aussehen (Mattieren, Mattbeizen) erzielt man durch eine Nachbeize von 1 Teil Zink und 3 Teilen starker Salpetersäure, welcher eine Mischung von 8 Teilen Salpetersäure und 8 Teilen Schwefelsäure zugesetzt ist; die Beize wird in einer Porzellanschale zum Sieden erhitzt, dann wird der Gegenstand etwa ¹/₂ Minute eingetaucht, bis die stürmische Entwickelung von Salpetersäuredämpfen aufhört und die Oberfläche gleichmäßig erscheint. Der sich hierbei bildende, unansehnliche, dunkelgraugelbe Überzug wird endlich durch kurzes Eintauchen in eine der obengenannten Gelbbrennen entfernt; abgeputzt und getrocknet wird wie oben.

Oder: 200 Teile Salpetersäure, 100 Teile englischer Schwefelsäure, 1 Teil Kochsalz, 1 Teil Zinkvitriol. Diese Beize wird kalt angewendet, und die Gegenstände können ohne Nachteil 5 bis 20 Minuten darin verweilen.

Zum Beizen gravierter Zinngegenstände verwendet man eine gebrauchte Messingbeize, in welche man die Zinngegenstände taucht und dann, ohne abzuspülen, anwärmt. Nach erfolgtem Eintrocknen werden die hohen Stellen mit Kreideschleim und Leinwandlappen überputzt, was ein schönes Zinnantik ergiebt. Vor dem Beizen muß jedes Fettige durch Bürsten mit Wiener Kalk naß entfernt werden.

Zinkornamente werden mit Antimon-Butter und Cyanlösung gebeizt

Das ©ruinieren geschieht, indem die Objekte nach einem Bürsten mit Bimssteinpulver und gut abgespült in eine Lösung von 2 g salpetersaurem Quecksilberoxyd, 4 g Schwefelsäure und 10 1 Wasser getaucht werden; das hierdurch sofort entstehende Amalgam wird gut abgewaschen und der Gegenstand

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hierauf mit einem Pulver aus 16 g salpetersaurem Silberoxyd, welches unter Umrühren mit einem Kupferstreifen in 2¹/i 1 Wasser gelöst wird, und Fiberbürste bearbeitet. Nach diesem Rezept bildet sich das Pulver in loser Form, das durch Filtration und Auswaschen gereinigt wird und in diesem losen Zustande unbedingt bleiben muß; es ist nicht statthaft, dasselbe durch Ausdrücken des aufgesaugten Wassers zusammenzuballen. Beim Bürsten der Artikel schlägt man gelinde auf dieselben, auch straffe kurzhaarige Pinsel geben guten Erfolg. Ist das gewünschte Korn erzielt, so wird die Ware mit altem Bier und Messingkratzbürste gekratzt. Salpetersaures Silberoxyd ist auch unter dem Namen Höllenstein in allen Apotheken käuflich.

B. Patinieren und Färben von Metallen, a) Messing.

Um Messing-, Kupfer- oder Silberwaren usw. oder Gegenständen, welche mit genannten Metallen galvanisiert sind, ein schönes, altertümliches Aussehen zu geben, welches sich ganz besonders für Gegenstände mit erhabenen Stellen, mattem Grunde usw. eignet, verfährt man in folgender Weise: Die Gegenstände erwärmt man und überzieht die Stellen, welche einen Grund erhalten sollen, mit einer Mischung von 1 Teil Ruß., 2 Teilen feinem Graphit und 2 Teilen Terpentinöl. Diese Mischung setzt man danach zusammen, wie man den Grund haben will, ob schwarz, grau usw. Hat man die Stellen überzogen, so erwärmt man die Gegenstände wieder, damit der. Grund schnell trocknet; man ersetzt damit das Einbrennen desselben vollständig. Ist der Überzug getrocknet, so läßt man die Gegenstände erkalten, reibt dieselben hierauf mit einem mit Terpentinöl befeuchteten Lappen ab, putzt den ganzen Gegenstand mittels eines weichen Lappens und feinst pulverisierter Holzkohle und entfernt dann den Kohlenstaub mit einer ganz weichen Bürste. Nun erwärmt man den Gegenstand nochmals und überzieht denselben vollständig mit einem feinen, farblosen Lack.

Zu Lüsterfarben auf Messing usw. soll man 3 g unterschwefelsaures Natron in 30 g Wasser lösen und mit einer Auflösung von 1 g Bleizucker mischen. Diese Mischung zersetzt sich beim Erwärmen auf 70 bis 80° R und läßt Schwefelblei fallen. Ist ein Metall zugegen, so lagert sich ein Teil des Schwefelbleies auf demselben ab und erzeugt so, je nach der Dicke des abgesetzten Schwefelbleies, prachtvolle Lüsterfarben. Damit die Färbung gleichmäßig erfolgt, müssen die Gegenstände durch und durch gleichmäßig erwärmt werden.

Tombakfarbe auf Messing wird erzielt durch Eintauchen in ein Gemisch von 10 g kohlensaurem Kupferoxyd in Teig, 30 g Ätznatron, 200 g Wasser, jedoch hält diese Schicht nur das Abwischen mit Tuch aus, nicht aber scharfes Putzen mit Sand.

Um Messing tiefschwarz und glänzend zu färben, taucht man die gut entfetteten und dekapierten Gegenstände in eine Lösung von kohlensaurem

Kupfer in Salmiakgeist (0,910 spezifisches Gewicht), die man mit der Hälfte des Volumens vom verwendeten Salmiakgeist mit Wasser verdünnt hat und der man einige Messerspitzen Graphit zusetzt. Der Salmiakgeist darf nicht vorwalten, sondern es muß in der Flüssigkeit noch ungelöstes kohlensaures Kupfer vorhanden sein.

Zum Schwarzbeizen von Messing, Tombak und Silber eignet sich am besten Platinchlorid; man läßt dieses durch Stehen an der Luft zerfließen und reibt dann die Gegenstände damit ein, praktisch am besten mit den Fingern (der inneren Seite des Daumens). Nachher wäscht man die mit dem schwarzen Überzüge versehenen Gegenstände ab und poliert sie mit Leder und Öl. Das Platinchlorid ist zwar teuer, aber man kann mit einer kleinen Quantität sehr viel schwärzen.

b) Kupfer.

Brünieren von Kupfer. Ein Gemisch von weinsaurem Kupferoxyd (traubenförmig) mit Engelrot und Spodium wird mit Wasser zu einer dickflüssigen Masse angemacht, der zu brünierende Gegenstand damit gleichmäßig bestrichen, über glühenden Kohlen oder in einem Trockenschrank getrocknet und abgebürstet; um eine schöne gleichmäßige Färbung zu erhalten, muß dies mehrmals wiederholt werden. Nuancen in der Farbe, mehr licht- oder dunkelbraun, werden durch andere Verhältnisse von Spodium und Kupferoxyd erzielt. Gewöhnlich nimmt man von Engelrot 1 Teil, von beiden anderen Stoffen je 2 Teile zur Mischung. Es ist besonders darauf zu sehen, daß die drei Stoffe echt und unverfälscht sind, sonst ist das Resultat nicht das erwünschte. Spodium ist beinahe nirgends echt zu bekommen; man tut daher am besten, wenn man gebrannte Knochen nimmt und dieselben selbst pulverisiert. Die Erhitzung der Gegenstände muß ebenfalls sehr gleichmäßig vorgenommen werden, da sonst jene Stellen, welche stärker erhitzt wurden, sich etwas dunkler färben oder auch Flecken bekommen.

Zur Erzeugung grüner Patina auf Kupfer bestreicht man die Gegenstände mit einer Lösung von Salmiak in Essig; die Mischung besteht aus 7,5 g Salmiak, 7,5 g Kochsalz, 15 g Salmiakgeist und 11 Weinessig.

c) Zink.

Jrisfarben auf Zink. Die schönsten und ziemlich dauerhaften Farben von Grau, Grün, Gelb, Orange, Karminrot, Lila, Blau, Violett, Indigo erhält man auf gut gereinigtem Zink, wenn man die Gegenstände in ein Bad von 30 g weinsaurem Kupferoxyd, 40 g Ätznatron und 480 g destilliertem Wasser taucht; die Färbung ist in 2 Minuten violett, in 3 Minuten dunkelbraun, in 4¹/, Minuten grün, in 6‘/₄ Minuten goldgelb, in 8¹/» Minuten purpurviolett.

Schwärzen von Zinkblech. Gleiche Gewichtsteile chlorsaures Kali und Kupfervitriol werden in Wasser gelöst. Senkt man die mit verdünnter Salzsäure und feinem Quarzsand blank gescheuerten Zinkblechgegenstände in diese Auflösung nur auf einige Augenblicke ein, so überziehen sie sich mit einem locker darauf hastenden sammetschwarzen Überzüge; man wäscht sie hierauf schnell oberflächlich mit Wasser ab, läßt sie trocknen und taucht sie sodann in eine verdünnte Lösung von Asphalt in Benzol, schleudert die überflüssige Lösung davon ab und reibt nach erfolgtem Trocknen mit einem Bäuschchen Baumwolle.

Zum Schwarzfärben von Zink sind folgende Methoden bekannt: 15 Teile Kupfervitriol, 20 Teile kalz. Soda, 32 Teile Glyzerin werden zusammengerieben, 60 Teile Pfeifenton hinzugemischt und der Zinkgegenstand damit eingerieben. Nach Dulls löst man 100 g Antimonchlorür in lx/₈ 1 Alkohol, setzt 67 g Salzsäure zu und überpinselt mit dieser Flüssigkeit schnell das Zink. Dieser erste Auftrag der Lösung wird mit einem Lappen sofort wieder weggenommen, da die Färbung noch nicht gleichmäßig ist, und die Lösung nochmals aufgetragen. Diese läßt man so schnell als möglich trocknen und reibt den Anstrich dann zwei- bis dreimal mit Öl ein.

d) Eisen.

Das Brünieren usw. von Flintenläufen besteht darin, daß man die gehörig gereinigten Stücke mit einer rosterzeugenden Flüssigkeit so oft benetzt, bis das gewünschte Resultat erzielt ist, sodann sorgfältig abwäscht und abtrocknet und endlich mit Leinölfirnis, Spirituslack oder Fett einreibt. Als Brünierflüssigkeit dienen unter anderem: 1 Teil Scheidewasser mit 100 Teilen Wasser verdünnt; 2 Teile kristallisiertes Eisenchlorid, 2 Teile fettes Chlorantimon (Spießglanzbutter) und 1 Teil Gallussäure in 4 bis 5 Teilen Wasser; 1 Teil salpetersaures Silberoxyd in 500 Teilen Wasser; 1 Teil Kupfervitriol in 8 Teilen Wasser gelöst und mit einigen Tropfen Salpeter-Schwefeläther oder, um die Wirkung zu beschleunigen, mit x/₁₀ Teile Salpetersäure versetzt.

Künstliche Patina in dunkelbrauner Farbe erhält man durch Bestreichen der Gegenstände mit einem Brei aus 1 Teil Eisenoxyd und 1 Teil Graphit in verdünntem Spiritus. Nachdem der Brei mit einem weichen Pinsel aufgetragen ist, wird der Gegenstand in der Wärme getrocknet. Nach vollständigem Eintrocknen des Breies bürstet man das Pulver mit einer weichen Bürste ab und wiederholt die Manipulation, wenn der Ton nicht genügend dunkel ist. Ist dieses jedoch der Fall, so überwischt man den Gegenstand mit einem in Spiritus getränkten Leinwandläppchen oder Bürste und bürstet nach vollständigem Trockensein mit einer auf Wachs abgezogenen Bürste nach. Je höher die Trockentemperatur, desto dunkler die Farbe; letztere ist wetterbeständig.

Grüne Patina-Imitation erzielt man wie folgt: Die mit einer Lösung von 16g Salmiaksalz, 4g doppeltkohlensaurem Natron in 11 Essig eingepinselten Gegenstände werden in einen dicht geschlossenen Kasten gestellt, auf dessen Boden sich einige mit verdünnter (1 : 25) Schwefelsäure und Marmorstückchen gefüllte Schalen befinden. Nach jedesmaligem Trocknen und Abwaschen wird nochmals eingepinselt, bis die gewünschte Farbe erscheint. Diese beiden Verfahren schlagen niemals fehl. Um das altertümliche Aussehen zu heben, lackiert man die tiefen Stellen mit ganz verdünntem Kopallack, und noch ehe dieser vollkommen trocken ist, pudert man aus einem Mullsäckchen oder Puffer fein geschlämmten Grünspan auf die betreffenden Stellen und wischt sofort die hohen Stellen mit einem in Terpentin getränkten weichen Lappen ab, worauf nochmals ein trockener Lappen mit Wachs angewandt wird und überbläst endlich das Ganze mit einem kleinen Handblasebalg.

Für grünbraune Patina auf Bronze empfiehlt Dr. Barsch: a) Benetzen der Bronze mit sehr verdünntem Essig mit Hilfe eines Zerstäubers, aussetzen in eine an Kohlensäure reiche Atmosphäre (Branntwein-Gärstuben), b) Betupfen mittels eines Schwammes mit einer sehr verdünnten Lösung von Kupfernitrat, welcher Kochsalz zugefügt wurde, trocknen, abbürsten, c) Betupfen mit einer Lösung von 1 Teil Kleesalz, 4,5 Teile Salmiak, 100 Teile Essig, Abbürsten und öfteres Wiederholen des Verfahrens.

C. Ätzen der Metalle.

Ätzen bezweckt, auf einer Metalloberfläche, welche mit einem nach bestimmtem Muster durchbrochenen Schutzüberzug (Ätzgrund) versehen ist, durch Einwirkung von Säuren die nicht geschützten Stellen zu vertiefen. — Der Ätzgrund besteht gewöhnlich aus Gemengen von Harzen, Wachs, Pech usw., welche zusammengeschmolzen und auf den erwärmten Grund aufgetragen werden. Empfehlenswerte Mischungen sind: 2 Teile weißes Wachs, 2 Teile Mastix und 1 Teil Asphalt; 4 Teile weißes Wachs, 4 Teile Asphalt, 1 Teil Pech und 1 Teil Burgunderharz; 1 Teil Pech und 1 Teil Guttapercha; 1 Teil schwarzes Pech, bei gelinder Wärme mit 1,5 Teil Kolophonium, 1 Teil Dammarharz und 1 Teil Terpentinöl zusammengeschmolzen. Gegenstände, welche nicht erwärmt werden dürfen, bestreicht man mittels eines weichen, breiten Pinsels mit Ätzfirnis resp. einer Auflösung von Ätzgrund in Terpentinöl oder Benzin.

Als Ätzflüssigkeit, Ätzwasser sind gebräuchlich: Auf Eisen und Stahl eine Lösung von 15 g Quecksilbersublimat in 450 g Wasser mit 1 g Weinsteinsäure oder 16—20 Tropfen Salpetersäure oder Salzsäure mit gleichen Teilen Wasser vermischt, mit Zusatz einiger Tropfen weingeistiger Chlorantimon-(Spießglanzbutter-)Lösung; — auf Gold: verdünntes Königswasser; — auf Kupfer, Messing und Silber: verdünnte Salpetersäure; oder auf Kupfer und Messing: eine Mischung von 10 g rauchender Salpetersäure, 70 g Wasser, der man noch 2 g chlorsaures Kali in 20 g kochendem Wasser gelöst und für sehr zarte Ätzungen noch 100—200 g Wasser zusetzt, oder, um die schädlichen Dämpfe zu vermeiden, 3 g Salpetersäure auf 1 g Wasser mit Zusatz von 0,5 g gepulvertem doppeltchromsauren Kali (dieser Flüssigkeit muß von Zeit zu Zeit Chromsalz zugesetzt werden); oder eine Eisenchloridlösung, 200 g auf 0,5 1 Wasser. Hierbei muß mittels eines Fischpinsels der Gegenstand, welcher in der Ätze liegen bleibt, stets abgebürstet werden. Ist die Ätze schon zu stark mit Metall geschwängert, so wird durch Eisenoxyd die Lösung wieder gereinigt.

Zum Reinigen des Ätzgrundes verwendet man Terpentin. Wenn es sich um sehr scharfe Konturen, z. B. für Kupferdruckplatten, handelt, überzieht man die Fläche mit einer festanhaftenden dünnen Schicht Silber und diese mit Ätzgrund, in welchem nun die Zeichnung, Striche, Namen usw. mit der Radiernadel oder einer feinen Diamantspitze eingeritzt werden, worauf man mit Eisenchlorid ätzt.

Zum Ätzen wird das Arbeitsstück entweder in die Flüssigkeit gehängt oder mit einem Rande aus Wachs versehen und dann das Ätzwasser darauf gegossen. Die beim Einfressen entstehenden Bläschen müssen fortwährend mit Pinsel oder Federfahne entfernt werden, da unter den Bläschen keine Einwirkung stattfindet.

Zum Tiefätzen auf Zink, Kupfer, Messing und Stahl emfiehlt sich in ganz vorzüglicher Weise die Chromsäure, deren Verdünnung sich nach der zu erzielenden Wirkung richten muß.

Um Ornamente zu ätzen, richtet man sich eine Zinkplatte eben, schmirgelt sie fein ab, damit sie ein wenig körnig werde, und schreibt oder zeichnet nun entweder mit einer gewöhnlichen Stahlfeder oder mit einem guten Marderpinsel die betreffende Zeichnung auf, und zwar mit einer Farbe, die den Einwirkungen der Ätzsäure gut widersteht. Diese Farbe bereitet man durch Zusammenschmelzen von 10 g Asphalt, 10 g Dammar, 10 g Wachs, 2 g Ruß. Sollte sich das Gemenge während des Schmelzens entzünden, so schadet dies nicht, jedoch löscht man die Flamme durch Zudecken und Wegziehen des Löffels oder Gefäßes vom Feuer, um nicht unnütz Substanz zu verlieren. Obige Mengen werden in einer Flasche in 100 g Terpentinöl gelöst und vor jedesmaligem Gebrauch geschüttelt. Ist die Zeichnung aufgebracht, so überzieht man auch die Ränder und die Rückseite mit obiger Mischung und legt nun die Platte in das Ätzwasser, welches aus 5 g starker Salpetersäure, 5 g Kochsalz in 100 g Wasser besteht. Von Zeit zu Zeit wäscht man die Platte mit kaltem Wasser ab und sieht nach, ob nichts von der Zeichnung zerstört ist; wäre dies der Fall, so trocknet man die Stelle vorsichtig ab und bepinselt dieselbe mit obigem Grund neuerdings, worauf man dann unter beständiger Beobachtung weiterätzt. Nach 1—2 Stunden ist die Ätzung zirka 1 mm tief geworden, worauf man entweder den vertieften Grund mit einer Lackfarbe ausstreicht und die Buchstaben oder Verzierungen blank läßt, oder den tiefsten Grund mit Farbkitt eben ausfüllt und dann bronziert oder galvanisiert.

D. Emaillieren der Metalle.

Undurchsichtige Emaille, Schmelz, Glasschmelz, besteht aus einem Glassatz von leichter Schmelzbarkeit, welcher mit Zinnoxyd, Knochenasche (phosphorsaurem Kalk) oder Hirschhornsalz undurchsichtig gemacht wird; die größere Schmelzbarkeit wird erzielt durch Bleioxyde, Borax und phosphorsaures Natron, Färbungen durch Metalloxyde; z. B. Blau durch Kobalt, Rot durch Gold,

Gelb durch Silber oder Antimon, Grün durch Kupferoxyd und Chromoxyd, Violett durch Braunstein, Schwarz durch große Mengen Metalloxyd, namentlich durch eine Mischung von Braunstein, Kupferoxyd und Kobaltoxyd. Die Grundlage bildet dann ein Glas aus 3 Teilen Sand, 1 Teil Kreide, 3 Teilen kalziniertem Borax oder aus 3 Teilen Kristallglas, kalziniertem Borax, ¹/₄ Teil salpetersaurem Natron und 1 Teil Antimonoxyd. Um Emaillen vollständig getrennt zu halten, werden die zu emaillierenden Flächen oft zur Aufnahme der Emaillen kastenartig vertieft ausgearbeitet, so daß feine Metallflächen die Umrisse der Zeichnung bilden (Zellenemaille).

Das Niellieren (Tula) besteht darin, daß man eine Schwefelsilber enthaltende Masse auf Silber einschmilzt, welches zu dem Zwecke mit Stempeln, durch Gravieren oder Ätzen entsprechende Vertiefungen bekommen hat; die Masse wird erhalten durch Zusammenschmelzen von 750 Z Schwefelblumen mit 75 g Salmiak in einem Tiegel und Zugießen einer separat geschmolzenen Metallmischung aus 15 Teilen Silber, 100 Teilen Kupfer und 80 Teilen Blei. Nachdem sich Schwefel-verbindnngen gebildet, wird die ganze Masse über ein Reisigbündel in Wasser gegossen und fein gepulvert. Auf das Arbeitsstück aufgetragen und eingeschmolzen, entstehen sehr fest anhaftende schwarze, emailartige Zeichnungen (Niello). — Corviniello entsteht durch Einlegen von Elfenbein, Perlmutter usw. in Metall in der Weise, daß man das betreffende Muster mit der Laubsäge ausschneidet und dann in den ausgeschnittenen Stellen einen galvanoplastischen Niederschlag erzeugt. — Falsche Emaille auf ordinären Waren erhält man durch Ausfüllung von Vertiefungen in einer Metallfläche mit einem Kopallack, dem die gewünschten Farben zugesetzt sind.

Das Tauschieren besteht im Ausarbeiten von Figuren, Ornamenten, Inschriften usw. auf der zu verzierenden Metallfläche durch Gravieren von entsprechenden vertieften Linien und Ausfüllen derselben mit einem oder mehreren anders gefärbten Metallen. Man tauschiert auf möglichst harte Metalle: Eisen (Stahl), Bronze, Messing und gebraucht wieder Metalle wie Gold und Silber zum Einlegen. Die eingravierten Linien oder Nütten müssen unterschnitten, nach unten erweitert werden, dann legt man stehende MetaUstreifen auf und treibt sie mit dem Hammer ein.

Bei der aufgeschlagenen Arbeit stehen die Einlagen reliefartig aus dem Metallgrunde hervor.

Nach Bauers Verfahren legt man zwei Platten verschiedener Metalle aufeinander und verbindet sie durch Schweißen (Plattierung) oder Löten, oder man stellt einen gebrannten Niederschlag des Einlagemetalls auf dem anderen her. Dann prägt man mit Hilfe eines Stahlstempels, auf dem die Verzierungen erhaben graviert sind, dieselben unter einem Fallhammer oder im Prägwerke vertieft auf die zu verzierende Fläche ein und feilt oder schleift den erhöhten Rand weg. War die Tiefe der Prägung mindestens gleich der Dicke des aufgelegten Metalls, so erscheint jetzt die geprägte Stelle als eingelegte andersfarbige Arbeit.

Die galvanische Inkrustation verfolgt denselben Zweck. Man ätzt zunächst die Zeichnung vertieft ein, hängt den geätzten Gegenstand, ohne den Ätzgrund zu entfernen, in ein Gold- oder Silberbad, bis die Vertiefungen durch niedergeschlagenes Gold oder Silber ausgefüllt sind, entfernt dann den Ätzgrund und schleift oder poliert die Oberfläche glatt.

E. Schleifen, Poliere« und Dekapieren von Metallen.

Wenn man einen Gegenstand galvanisch plattieren will, so muß man zunächst die Beschaffenheit desselben beachten, aus welchem Metalle er besteht und in welchem Zustande, ob roh, gekratzt, geschliffen oder poliert, derselbe galvanisiert werden soll.

Jedes Metall erfordert bei den Vorarbeiten eine besondere Behandlung, und diese besteht hier zunächst im Kratzen, Schleifen und Polieren.

Die Schleifmaschine, auf welcher rohe Gegenstände behandelt werden, besteht aus gußeisernen Böcken, gußeisernen Lagern mit Schalen aus Bux-baumholz oder Metall und einer Stahlspindel. Die Riemenscheibe hierzu fertigt man heute aus Holz in der Größe, welche die Tourenzahl der Spindel erfordert, doch nie kleiner als 80 mm im Durchmesser. Auf dieser Stahlspindel werden Schleifscheiben aus Pappelholz befestigt. Die Holzscheiben werden mit Leder bespannt und mit Schmirgel beleimt. Dieses geschieht, indem man Leim recht heiß auf das Leder aufträgt und die beleimte Fläche im Schmirgel herumrollt. Nun läßt man diesen Überzug vollständig trocknen und wiederholt den Anstrich noch zwei- bis dreimal, doch muß jeder vorhergehende Überzug ganz trocken sein, bevor der folgende vorgenommen wird. Sind diese Überzüge ordentlich trocken, so läßt man die Scheibe auf Talg unter Anhalten eines runden Kieselsteins ablaufen, wodurch auf der Schleiffläche die vorhandenen Unebenheiten beseitigt werden. Solche Scheiben beleimt man mit Feuerschmirgel Nr. 58, sowie mit feinem Schmirgel Nr. 00 und Nr. 0000. Bei diesen Scheiben richtet sich die Zahl der Umdrehungen nach der Schmirgelnummer, und zwar hat die Scheibe mit Schmirgel Nr. 58 600, Nr. 00 570 und mit Nr. 0000 900 Touren per Minute zu machen.

Haben sich die mit Schmirgel beleimten Scheiben abgenutzt, so läßt man die auf dem Leder haftende Kruste durch heißes Wasser etwas erweichen, kratzt dann die Lederfläche mit einem stumpfen Messer ab und reibt das Leder mit frisch gelöschtem Kalk tüchtig ein, um hierdurch dem Leder alles Fett zu entziehen. Nach einigen Stunden entfernt man den Kalk wieder, und sobald das Leder gut getrocknet ist, kann man dasselbe von neuem mit Schmirgel beleimen, nachdem man es noch abgedreht hat.

Die Poliermaschine trägt auf der Spindel Filz-, Walroßleder-, Tuch-, Woll- oder Neffelscheiben, sowie Zirkularkratzbürsten von Borsten, Stahl- oder Messingdraht. Diese Spindel hat 2400 Umdrehungen per Minute. Die Maschine besteht aus einem gußeisernen Bock, gußeisernen Lagerstellen mit Weißmetall-schalen, einer losen und einer festen Riemenscheibe, einer Stahlspindel, an deren Enden zwei der Drehungsrichtung der Spindel entgegengesetzte Gewinde geschnitten sind, mit zwei Muttern und vier eisernen Backen von 150 mm Durchmesser, zwischen welchen die verschiedenen Scheiben eingeschraubt werden. Wolltuch- und Nesseltuchscheiben stellt man sich in der Weise her, daß man kreisrunde Lappen schneidet, diese aufeinanderlegt, das Zentrum der Spindel entsprechend ausschlägt, die Lappen zwischen die eisernen Backen auf der Spindel festschraubt und dann mit einem Messer rund abdreht. Zirkularkratzbürsten bestehen aus Holzscheiben, in deren Peripherie Bürstenbüschel in 2—9 Reihen eingezogen sind. Die neuere und praktischere Art dieser Bürsten sind jedoch Holzscheiben, auf welchen Bürstenbüschel vermittels eines kleinen Ringes beweglich an einem kleinen geschlossenen Haken, welcher in die Holzscheibe eingeschraubt ist, befestigt werden. Man benutzt bei diesen Bürsten eine größere Tourenzahl, umgeht jedoch bei deren Verwendung das Ausspringen der Borsten und Drähte.

Sind eiserne Gegenstände vor dem Galvanisieren zu schleifen, so werden dieselben, nachdem sie gehörig gebeizt und abgelaugt sind, auf der Feuerscheibe abgeschliffen und, nachdem die eiserne Fläche gleichmäßig bearbeitet, auf der Schmirgelscheibe Nr. 00, welche man mit einem Gemisch von Talg und Schmirgel Nr. 00 speist, so lange nachgeschliffen, bis die von der Feuerscheibe herrührenden Risse verschwunden sind, worauf der Gegenstand mit einer Zirkularborstenbürste mit Öl und Schmirgel Nr. 0000 auf Politur gebürstet wird. Will man den Gegenstand auf Hochglanz polieren, so übergeht man denselben noch mit der Schmirgelscheibe Nr. 0000, entfernt das Fett durch Petroleum und poliert den Gegenstand auf einer Holz- oder appretierten Filzscheibe mit Wasser und feingestoßenem Wiener Kalk oder Krokus.

Eiserne Gegenstände mit vertieftem Grunde werden, wenn dieselben sauber gebeizt sind, mit einer Zirkularstahldrahtbürste tüchtig gekratzt, bis der Grund metallisch rein und glänzend erscheint.

Glatte, rohe Gegenstände aus Kupfer und dessen Legierungen werden, nachdem man sie sauber gebeizt hat, mit Öl auf der Schmirgelscheibe Nr. 0000 vorgeschliffen und dann sofort auf der Nesseltuchscheibe mit Öl und Stangenrot, womit man die rotierende Scheibe bestreicht, auf Hochglanz poliert, dann bringt man etwas feingestoßenen Kalk an die Scheibe und glänzt die Gegenstände damit ab. Sind die Waren in rohem Zustande zu galvanisieren, so werden dieselben, nachdem sie metallisch rein gebeizt und gebrannt sind, mit einer Zirkularkratzbürste von Messingdraht tüchtig gebürstet.

Zinkguß wird nach dem Beizen sofort mit der Nesseltuchscheibe unter Verwendung von Rüböl und feingestoßenem Kalk poliert, während man roh zu galvanisierende Gegenstände mit der Zirkularmessingdrahtbürste tüchtig kratzt. Glatte Gegenstände von Zink, Kupfer, Messing usw., welche scharfe Kanten behalten müssen, sind auf einer feinen Filzscheibe mit Stangenrot und Stearinöl auf Hochglanz zu polieren.

Das Polieren der Plattierungen richtet sich ganz besonders nach dem metallischen Niederschlag. Gold und Silber werden mit dem Blutstein poliert, indem man die zu polierenden Stellen stets mit Bier feucht hält; sind jedoch die Plattierungen stark genug auf polierten Flächen gemacht worden, so kann man dieselben mittels weicher Leder- oder Tuchstreifen mit Stearinöl und feinem Kalk auf Hochglanz polieren, die Plattierung wird jedoch hierdurch stark angegriffen. Zur Politur von Nickel-, Kupfer- und Messingplattierungen, wenn dieselben auf Zink, Kupfer und dessen Legierungen, sowie auf glatten Eisengegenständen gemacht sind, benutzt man die Nesseltuchscheibe mit Stearinöl und feinem Kalk, während man galvanisierte Eisengegenstände, welche viel Vertiefungen haben, mit einer feinen Filzscheibe, die man mit Stearinöl und Stangenrot bestreicht, auf Hochglanz poliert.

Dekapieren. Nachdem die Waren durch Beizen und Brennen, sowie durch Kratzen, Schleifen und Polieren soweit vorgearbeitet sind, um dieselben galvanisieren zu können, werden die Gegenstände dekapiert und entfettet, indem man sie zunächst an Kupferdrähte anbindet oder aufreiht, um hierdurch später eine Berührung der Waren mit den Händen zu vermeiden.

Eiserne Gegenstände werden nach dem Schleifen zuerst mit Petroleum gebürstet und gewaschen, um das vom Schleifen herrührende Öl und Fett zu entfernen; dann trocknet man die Waren in Sägemehl ordentlich aus. Hierauf spült man die Gegenstände tüchtig in heißer 3° Ätzkali- oder Ätznatronlauge, dann in kaltem Wasser ab und bürstet die Waren mit einem dicken Brei aus frisch gelöschtem Kalk so lange, bis das Wasser auf allen Stellen der Ware haftet. Nach dem Erkalten werden die Gegenstände nochmals in reinem Wasser sorgfältig abgespült und sofort in das betreffende Bad gebracht.

Kupfer und dessen Legierungen werden in verdünnte heiße Zyankalium-lösung (1:5) getaucht, in kaltem Wasser abgespült und mit einem nicht zu dünnen Kalkbrei gebürstet, nochmals sorgfältig in reinem Wasser abgespült und sofort in das betreffende Bad gehängt. Zinkwaren entfettet man durch Bürsten mit recht heißer Sodalauge, indem man die Gegenstände während der Operation wiederholt in die heiße Lauge taucht, schließlich sorgfältig in reinem Wasser abspült und so in das galvanische Bad bringt.

Werden die galvanisierten Gegenstände aus dem Bade genommen, so spült man sie in recht heißem Wasser ab und trocknet dieselben schnell, aber sorgfältig in reinem Sägemehl aus.

Zum Schutz der polierten Flächen dient das Metallack-Spritzverfahren. Mit diesem Verfahren kann man prächtige Effekte in den verschiedensten Farbenstufen erzielen. Werden z. B. Metallwaren aus billigen Grundmetallen, wie Blei, Zink, Zinn, Bleilegierungen, Weißblech, Stahl, Eisenblech usw., vor der Behandlung mit dem Metallspritzverfahren mittels Sandstrahl mattiert und hieran anschließend gespritzt, so lassen sich täuschende schöne Metallveredlungen ausführen. Noch ansprechender ist der Erfolg bei figürlichen sowie stark dessinierten Reliefobjekten. Wenn man diese nach dem Mattieren zunächst mit einem Messing- oder Kupferniederschlag versieht und hieran anschließend mit dem Spritzapparat seitlich spritzend mit mehreren Farben überzieht, so entstehen prächtige Lichteffekte, die man als changierende leuchtende Tönungen bezeichnen kann. Derartige Metallverschönerungen sind vom Käufer in der Neuzeit sehr gut aufgenommen worden, allerdings wird mit dieser Methode nimmermehr die so hochentwickelte metallotechnische Metallveredlung irgendwie verdrängt.

F. Moderne Metallveredlung.

Von

Gustav Palis. Metallurge.

Die neuere Metallveredlung ist zurzeit zu hoher Entwicklung gelangt. Die Grundbedingungen hierzu sind in den immer höher gestellten Anforderungen der gesamten Metallindustrie zu suchen. Andererseits ist ein stetiger Wettbewerb eingetreten durch die Konkurrenz der an dem Welthandel teilnehmenden Nationen. So war es in erster Linie die französische Metallindustrie, die jahrzehntelang die Metallveredlung außerordentlich förderte und infolgedessen bis vor kurzer Zeit maßgebend blieb. Weiter ist die Metallveredlung ganz besonders von der japanischen Metallindustrie gepflegt worden, und kann man heute noch vielfach die äußerst ansprechenden japanischen Bronze-Patinierungen und Oxydierungen bewundern. Der englischen Metallindustrie war es vorbehalten im Jahre 1840 die elektrolytische Versilberung einzuführen (Richard Ellington und Wright). Aber auch die deutsche Metallindustrie hat die Metallveredlung im Laufe der Zeit zu hoher Entwicklung gebracht, und kann man heute wohl sagen, daß auf diesem Gebiete die deutsche Metallindustrie seit längerer Zeit die führende Rolle übernommen hat.

Bei der praktischen Ausführung der Metallveredlung kommt es wesentlich darauf an, die jeweiligen Metallwaren so zu veredeln, daß diese auf den Beschauer bestrickend einwirken. Mittels der modernen Metallveredlung ist es zurzeit möglich, nicht nur die sogenannten edlen Metalle zu verschönern, sondern auch die unedlen, sowie alle bisher bekannten Metalle so zu veredeln, daß selbst der Fachmann äußerlich nicht sofort erkennen kann, daß unter dem schönen Äußeren ein vollständig minderwertiges Grundmetall verborgen ist. Alle die neueren prachtvollen metallischen Färbungen, Oxydierungen, Patinierungen sind mittels der modernen Galvanostegie rationell und sicher herzuzustellen. Da zurzeit eine Unmasse sogenannter Hand- und Lehrbücher über die neuere Galvanostegie zu haben sind, will ich hier mit meinen Angaben eine fühlbare Lücke ausfüllen, das ist die neuere Praxis.

Zunächst ist es Grundbedingung, die Metallwaren für die Metallveredlung vorzubereiten. Diese Vorbereitung richtet sich ganz darnach, ob der Artikel für einen ganz billigen Preis auf den Markt gebracht werden soll, um eine große Masse Käufer zu finden, oder ob der Artikel dafür bestimmt ist, ein Kunstwerk darzustellen, wofür eine Minderheit selbst die höchsten Preise zahlender Käufer vorhanden ist. Ich beginne mit der Besprechung der Veredlung sogenannter kunstgewerblicher Metallwaren. Diese werden bekanntlich vervielfältigt mittels sorgfältig ausgeführter Modelle, durch Abformen, Abgießen, daran anschließend mechanisch bearbeitend durch Befeilen, Gravieren, Abdrehen, Schleifen, Polieren usw. Ich setze den Fall diese Metallwaren sind aus Kupfer, Bronze oder Messing hergestellt und sollen einen edlen äußeren Ton zeigen,

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Fig- 613.

so wird man diese Artikel zunächst mittels rotierender Zirkular-Schleifbürsten unter Anwendung von Öl, feinem Schmirgel, feinem Sand, resp. feinpulverisiertem Bimsstein sorgfältig stumpfglänzend matt bürsten, dann vom anhaftenden Schleifschmutz mittels des sogenannten Waschbenzins reinigen und daran anschließend entfetten. Zum Entfetten gebraucht man in neuerer Zeit vielfach die elektrolytischen Entfettungsbäder, die aber keineswegs für jeden Artikel sowie für alle Zwecke zu verwenden sind. Andernfalls bedient man sich der altbekannten Entfettung durch Abkochen in irgend einer guten Laugenlösung mit daran anschließendem gründlichen Abbürsten mittels Wiener Kalkbrei. Hieraus beginnt der eigentliche Veredlungsprozeß. Die billigeren Metallwaren werden ebenso vorbehandelt.

Diejenigen Metallwaren, bei denen es ganz besonders darauf ankommt, sie billig auf den Markt zu bringen, die dabei aber doch ein ansprechendes Aussehen haben sollen, als wie Zigarettenetuis, Gürtelschließer, Schirm- und Stockgriffe, moderne Möbelbeschläge, moderne Fenster- und Türgriffe, Raucherartikel usw., und bei denen die Grundmetalle aus Eisen, Eisenblech, Stahlblech, Weißblech, Zinkblech, Messingguß, Zinnguß, Bleiguß usw. bestehen, kann man äußerst billig zur weiteren Metallveredlung in der Weise vorbereiten, daß diese Artikel einfach mittels des Sandstrahlgebläses mattiert werden. Hierbei hat man es in der Hand, durch Anwendung eines feineren oder gröberen Sandes ein feines resp. gröberes Mattkorn zu erzielen. Da es zurzeit eine große Auswahl in zweckdienlichen Mattierapparaten gibt, hat sich nach meinen vielseitigen, vergleichenden Versuchen der neuere rationell arbeitende Mattierapparat (Fig. 613) der Maschinenfabrik von Wilhelm Nilson, Offenbach a. M., bewährt. Für größere Metallwaren eignen sich hingegen die großen Sandstrahlmattierapparate der Badischen Maschinenfabrik Durlach. Die mattierten Objekte werden vor dem jeweiligen Veredlungsprozeß im Kraftbetrieb gleichmäßig durchgekratzt mittels Zirkular-Messing- resp. Stahldrahtevent. Neusilberdrahtbürsten bei Drahtstärken von 0,05 bis 0,15 mm. Während des Durchkratzens läßt man mittels eines Tropfgefäßes eine starke Seifenwurzelabkochung auf die Bürste resp. das Objekt in ganz dünnem Strahl auftropfen. Vermöge eines angebrachten Tropffanges kann man diese Kratzflüssigkeit sammeln und wiederholt verwerten.

Zur Erzielung guter Endresultate ist es unerläßlich, sowohl vor dem Veredlungsprozeß als auch während desselben große Sorgfalt walten zu lassen; Personen mit schweißigen Händen dürfen niemals die zu veredelnden Objekte mit den bloßen Händen anfassen, sondern müssen die Finger mittels Gummi-singerlinge schützen.

a) Nickelbäder.

Der bisher am meisten durchgeführte Veredlungsprozeß von Metallwaren ist die Vernicklung. Diese hat sich seit zirka 30 Jahren zu einem gewaltigen Industriezweig entwickelt. Man unterscheidet hierbei billige, mittlere und solide Vernicklung und benützt hierzu die verschiedensten Nickelelektrolyte, die teilweise mehr oder weniger sicher arbeiten. Von den zurzeit in großer Menge auf dem Markt befindlichen fertigen, präparierten Nickelelektrolyten arbeiten ver-schiedentliche hieraus herzustellende Bäder ganz zufriedenstellend, wie „Persels" Nickelpräparat der Chemisch-technischen Industrie, G. m. b. H. in Berlin, Schnxllstarkvernicklungssalz „Prometheus" von Dr. F. Neubeck in Schwanheim d. M. usw. Gleichzeitig gebe ich hier einige Nickelbadformeln, die zu-verlässig arbeiten, bekannt:

I. Wasser

10 1,

Nickelammonsulfat, chemisch rein . . . 700—800 g,

Ammonsulfat, chemisch rein Magnesiumsulfat ....

200 „

75 „

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 2,2—2,8 Volt. Als Anoden sind solche aus Reinnickel halb gegossen und halb gewalzt anzuwenden. Dieses Bad arbeitet vorzüglich auf Eisen, Messing, Tombak, Neusilber, Kupfer. Zink und Britannia werden zunächst verkupfert oder vermessingt. Dieses Bad wird mittels Salmiakgeist auf einer stetig ganz schwach sauren Reaktion gehalten. Zur direkten Zink-Britannia-Vernicklung eignet sich folgende Formel:

II. Wasser

10 1,

Nickelammonsulfat, chemisch rein..... 650 g,

. 250 „ . 150 „

Chlorammonium, kristallisiert Borsäure........

Als Anoden sind gegossene Reinnickelanoden anzuwenden. Badstrom-spannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 2,3—3 Volt. Bereitet werden diese Bäder durch Auflösen der Chemikalien im halben Quantum siedend heißen Wassers. Die andere Hälfte Wasser wird kalt zugesetzt. Von Zeit zu Zeit ist dem Bade I Nickelammonsulfat zuzusetzen, und zwar per 10 1 Bad 100—200 g. Von den Leitsalzen hingegen werden hinzugesetzt per 10 1 Bad ein Zehntel Gewichtsmenge der Ursprungsformel. Bei Bad II wird bezüglich Korrektur genau so verfahren wie bei Bad I. Mittels der Vernicklung kann man sowohl blanke als auch matte Vernicklung erzielen. Ganz besonders prächtige Effekte werden erreicht, wenn man Metallwaren mit blanken und matten Dessins ausstattet. Dies erzielt man dadurch, daß man entweder die Objekte zunächst ganz Poliert und dann ganz mattiert oder auch mittels Schablonen und Sandstrahl die Objekte partiell mattiert und hieran anschließend schleift und poliert. Statt der Schablonen kann man mittels einer Leimfarbe die jeweiligen Teile, die nicht mattiert werden sollen, abdecken und dann mattieren. Z. B. angenommen eine Figur soll matte Fleischteile, hingegen blanke Gewandteile zeigen, so wird man die ganze Figur zunächst polieren, dann die blanken Gewandteile mit der Leimfarbe abdecken (aussparen). Nachdem die Leimfarbe gut ausgetrocknet ist, mattiert man die Fleisch teile mittels des Sandstrahlgebläses und wäscht darnach die Leimfarbe von den blank bleibenden Partien mittels warmen Wassers ab. Die Leimfarbe wird bereitet aus 5 Teilen aufgequollenem guten Kölner Leim, 1 Teil abgelöschtem Kalk, V* Teil Fischleim, 6 Teilen Wasser und Zurühren von geschlämmtem Bolus bis sich ein dickflüssiger Brei bildet. Die Leimfarbe muß warm angewandt werden.

Ferner kann man mittels der Vernicklung zur weiteren Verschönerung ein sehr edel aussehendes Nickeloxyd resp. Altnickel erzielen. Diese Tönung wird hergestellt wie folgt: Die in dieser Weise zu oxydierenden Metallwaren müssen zunächst mattglänzend hergestellt werden, entweder einerseits durch Bürsten mittels Fiberbürsten oder Mattieren mittels Sandstrahl, wie angegeben ist. Dann werden die Objekte mittels Zirknlar-Stahldrahtbürsten und Seifenwurzelabkochung durchgekratzt, sorgfältig dekapiert und hierauf stark vernickelt. Nach beendeter Vernicklung werden die Objekte an der Ansichtseite mittels Zirkular-Fiberbürsten, Wasser und Bimssteinpulver leicht durchgebürstet, dann nochmals dekapiert und in folgendem Arsenbade grauschwarz ausgefärbt:

10 1.

Wasser.........

1000 g,

300 „

arsenige Säure......

kohlensaures Natron, kalziniert

75 „

Kupfertrisalyt ......

10 „

Zyankali (100 prozentig) . .

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 2,8—3 Volt. Badtemperatur 15—20 ⁰ C. Als Anoden werden Eisenbleche angewandt. Die Anodenfläche soll immer halb so groß als die Warenfläche sein. Nebenher hängt man noch 2 kleine Kupferanoden in das Bad mit ein. Die Bereitung des Bades erfolgt durch ein halbstündiges Abkochen der Gesamtlösung unter einem Dunstabzuge. Von Zeit zu Zeit sind dem Bade per 10 1 100 g arsenige Säure, 8 g Kupfertrisalyt und 2 g Zyankali zuzusetzen. Nachdem die Objekte mit Arsen überzogen sind, wird mit mittelfeinem Bimssteinpulver, Wasser und einem Stofflappen an den hochstehenden Partien der Arsen-Niederschlag von Hand durchgerieben bezw. abgetönt. Dann werden die Objekte mittels heißen Wassers und trockener Sägespäne gut ausgetrocknet und nochmals mittels feinen Bimssteinpulvers längsstrich durchgebürstet. Zum Schluß wird zaponiert oder lackiert mittels mattglänzender farbloser Metallacke. Eine noch dunklere Nickeloxyd-Tönung wird erzielt, wenn man anstatt des Arsen-Niederschlages die neuere Schwarzvernicklung hierfür anwendet, z. B. das Schwarznickelelektrolyt „Negrit" der Chemisch-technischen Industrie, G. m. b. H., Berlin.

b) Kupserbäder.

Weiter wird zur Veredlung von Metallwaren die elektrolytische Verkupferung angewandt. Hierzu eignet sich das neuere Kupfertrisalyt-Elektrolyt der Chemischen Fabrik auf Aktien vorm. E. Schering, Berlin:

10

Wasser..........

10

Kupfertrisalyt.......

IV* .. 17* ,

kohlensaures Natron, kalziniert doppeltschwefligsaures Natron .

Badspannung bei 15 cm Elektrode»entfernung für Eisen 2,5—3 Volt, für Zink 3—3,5 Volt. Als Anoden sind solche aus reinem Elektrolytkupfer anzuwenden. Von Zeit zu Zeit ist dem Bade Kupfertrisalyt zuzusetzen. Zeigen die Anoden eine starke grüne Schlammbildung, so ist mittels Zyankali vorsichtig nachzuhelfen. Eine ganz leichte Schlammbildung soll bestehen bleiben. Mittels der Verkupferung lassen sich prächtige Tönungen erzielen,, einerseits

Wasser . . .

in Blanlkupfer, andrerseits in Mattkupfer, sowie auch in Altkupfer, Kupferbraun, Kupferblau und in prachtvollem Rosaoxyd. Blankkupfer und Mattkupfer wird analog hergestellt wie unter „Vernickelung" bei Blank- und Mattvernickelung angegeben. Altkupfer erzielt man dadurch, daß man die verkupferten Objekte direkt nach dem Verkupfern mittels Zirkular-Stahldrahtbürsten (gewellter Draht 0,08 mm Drahtstärke) unter Anwendung von Seifenwurzelabkochung durchkratzt, dann werden die Objekte durch eine lOprozentige Zyankalilösung leicht durchgezogen, in reinem Wasser gut abgespült und hierauf in einer Schwefelleberlösung schwarz ausgefärbt. (Schwefelleber 150—250 g, starker Salmiakgeist 25—50 g, Wasser 10 1.) Hieran anschließend werden die Objekte, wie bei Nickeloxyd angegeben ist, abgetönt und fertiggestellt. Die Altkupfertönung hat sich zu einem ganz besonderen Metallveredlungs-Jndustriezweig ausgebaut, und werden hierin die mannigfaltigsten Metallwaren ausgeführt. Kupferbraun wird in der Weise hergestellt, daß die verkupferten Objekte in folgender Lösung angesiedet werden:

10 1,

350—500 g, 150—250

Kupfersulfat . chlorsaures Kali

Die Badtemperatur ist bei der Verwendung Siedetemperatur. In diese Lösung werden die Objekte unter stetigem Bewegen zirka 5 Minuten lang untergetaucht, dann mittels feiner Messing-Zirkularkratzbürsten und Seifenwurzelabkochung leicht, aber recht gleichmäßig durchgekratzt, in Wasser gut abgespült und nochmals in die Lösung 5 Minuten lang untergetaucht. Nach dem fertigen Ausfärben kann man die Objekte zaponieren oder lackieren, oder man schattiert dre hochliegenden Partien so ab, daß das Kupfer durchscheint. Dann kann man mittels feiner farbiger Metallacke entsprechende farbige Lichter aufmalen und zum Schluß das Ganze mittels eines durchsichtigen, mattglänzenden Metalllackes überziehen. Dieses Verfahren ergibt die sogenannten „Wienerbronzen". Diese prachtvolle Tönung hat sich neuerdings viele Freunde geschaffen. Kupferblau wird in der Weise dargestellt, daß man die verkupferten Objekte, genau wie vorhin angegeben ist, vorbehandelt, dann in folgender Lösung tief marineblau ausfärbt. Entweder beläßt man die Artikel uni oder man behandelt die blaugefärbten Objekte wie vorhin bei „Wienerbronzen" angegeben ist. Lösung

10 1,

Wasser........

900 g, 300 „

unterschwefligsaures Natron essigsaures Bleioxyd. . .

Beim Ausfärben in dieser Blauoxydbeize entwickeln sich der Reihe nach folgende Farben: hellgelb, olivbraun, violett, hellblau, tiefblau, dunkelblau, graublau, mausgrau. Bereitet wird diese Beize wie folgt: In dem halben Wasserquantum wird das unterschwefligsaure Natron warm aufgelöst. In der zweiten Hälfte Wasser wird das essigsaure Bleioxyd warm aufgelöst, dann beide Lösungen vereinigt. Diese Beize zersetzt sich nach einiger Zeit und muß dann neu angesetzt werden. Man kann die Lösung durch vorsichtiges Zusetzen von essig-

saurem Bleioxyd 1—2mal auffrischen. Rosaoxyd, Reinkupfer oder stark verkupferte Metallwaren werden zunächst mittels feiner Stahldraht-Zirkularkratzbürsten leicht, aber gleichmäßig durchgekratzt, dann dekapiert und in einem Silberbade ganz leicht versilbert. Der Silberniederschlag wird nur so weit getrieben, daß die Objekte weiß aussehen. Dann werden dieselben an den oberen Dessins, wie unter Nickeloxyd angegeben ist, abgetönt, so daß das Kupfer durchleuchtet, in den Tiefen hingegen das Silber zurückbleibt. Man kann auch Kupfer- oder verkupferte Metallwaren billigerer Qualität einfach durch ein Silberbad mit etwas Zyankaliüberschuß durchziehen, hierauf mittels seinen Bimssteinpulvers nur ganz schwach abschattieren und erzielt so ein gut ansprechendes Rosaoxyd. Mit einiger Geschicklichkeit und etwas Kunstsinn kann der Ausführende das Rosaoxyd in allen möglichen prachtvollen Tönungen erzielen. Am ansprechendsten fällt das Nosaoxyd aus, wenn die zu veredelnden Metallwaren zunächst mittels des Sandstrahlgebläses mattiert werden.

c) Messingbäder.

Altmessing. Zunächst werden die Reinmessing- oder vermessingten Metallwaren, wie unter Nickeloxyd angegeben ist, vorbehandelt, dann im Arsenbade oder Schwarznickelbade „Negrit" grauschwarz resp. tiefschwarz oxydiert, hieran anschließend abgetönt, lackiert und zaponiert. Messingbraun wird genau so behandelt, resp. oxydiert, durchgerieben, zaponiert, wie unter Kupferbraun angegeben ist, und zwar wird mit derselben Kupferbraunbeize oxydiert. Man kann auch ein sehr schönes Messingbraun, uni wie auch abgetönt, durch Ein« tauchen in folgendem Oxydbade erzielen:

10 1,

Wasser......

-    150    g.

.    50    ,.

. 100 „

Schlippsches Salz .

Bergblau.....

stärkster Salmiakgeist

In diese auf ca. 25° C erwärmte Lösung werden die zu veredelnden Metallwaren ¹jt—¹/«s Stunde lang eingelegt, dann mittels heißen Wassers und trockener Sägespäne ausgetrocknet und hierauf mittels feiner Stahldrahtbürsten durchgekratzt, wodurch man die Tönung regulieren kann.

Messingtiefebenholzschwarz. Die zu veredelnden Reinmessing-oder vermessingten resp. Bronzewaren werden genau so vorbehandelt, wie unter Nickeloxyd angegeben ist. Ganz besonders prächtige Effekte kann man erzielen, wenn die Gegenstände vor betn Oxydieren mittels des Sandstrahlgebläses mattiert werden, dann wird mit Stahldraht-Zirkular-Kratzbürsten (Draht-stärke 0,10 mm) unter Anwendung von Seifenwurzelabkochung durchgekratzt, gut dekapiert und in folgender Schwarzoxydlösung tiefebenholzschwarz ausgefärbt:

Reinstes Bergblau . stärkster Salmiakgeist doppeltkohlensaures Natron ...    100 „

Wasser, abgekocht

1000 g,

5000 „ (0,910, 24»),

Bereitung: Zunächst wird das doppeltkohlensaure Natron in 750 g Wasser aufgelöst und dann diese Lösung mit dem Bergblau zusammen in kleinen Portionen verrührt. Daran anschließend wird der Salmiakgeist in kleinen Mengen hinzugerührt. Nachdem läßt man die Lösung 48 Stunden lang stehen und rührt in der Zeit das Ganze öfter mit einem Holzstabe tüchtig durch. Beim Gebrauch wird diese Lösung auf ca. 45" 0 erwärmt. Die tiefebenholzschwarz oxydierten Objekte beläßt man entweder uni oder tönt dieselben ab, wie unter Nickeloxyd auch angegeben ist. Diese abgetönten Gegenstände zeigen ebenfalls ein edles ansprechendes Aussehen, nur ist beim Austrocknen darauf zu sehen, daß die Temperatur 40" 0 nicht übersteigt, sonst nehmen die Objekte eine braune Färbung an.

Im Nachstehenden gebe ich mehrere sichere Messingbäderformeln bekannt: I. Messingbad für solide Niederschläge:

.    400 g,

.    300 „

.    150

. 175 ..

Kupfertrisalyt......

Zinktrisalyt.......

10 „

kohlensaures Natron, kalziniert doppeltschwefligsaures Natron Chlorammon, kristallisiert, chemisch rein . .

10 I.

Wasser...............

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 2,5—3 Volt. Als Anoden sind solche aus 70 Teilen Kupfer und 30 Teilen Zink (Elektrolytmarken) anzuwenden.

II. Schnell-Stark-Vermessingungsbad:

Kupfertrisalyt......

Zinktrisalyt.......

kohlensaures Natron, kalziniert.....100

doppeltschwefligsaures Natron * Chlorammon, kristallisiert, chemisch rein . . Wasser

600

300

bß -

.    150

10

10

r* -

Statt der mit * versehenen Leitsalze kann man eventuell anwenden:

100 g,

*    Kohlensaures Natron, kalziniert

*    schwefligsaures Natron, wasserfrei .... 200 „

20—50 ccm.

*    Salmiakgeist, 0,910

Die letztere Zusammensetzung eignet sich besonders für Zinkgegenstände. Badspannung usw. wie unter I.

III. Bronzebadformel:

Kupfertrisalyt . . .

Zinktrisalyt ....

Salmiakgeist, 0,910 . kohlensaures Natronsalz

schwefligsaures Natron, wasserfrei.....100

Wasser

. .    700

200

3    - >Q

20—50 ccm, . .    75 g,

10

Bezüglich Stromspannung ist wie unter I zu verfahren. Als Anoden sind Tombakbleche anzuwenden, bestehend aus 85 Teilen Elektrolytkupfer und 15 Teilen Elektrolytzink.

Bereitung des Messing- und Bronzebades:

In 2¹/, 1 Wasser werden die Leitsalze warm bei 50° C aufgelöst, dann die Trisalyt-Metallsalze hinzugesetzt und die Lösung mit 7¹/a 1 kaltem Wasser verdünnt. Zum Schluß wird kalt das Chlorammon resp. Salmiakgeist hinzugesetzt.

Zeigen die Anoden eine starke grüne Schlammbildung, so ist vorsichtig mit lOO prozentigem Zyankali nachzuhelfen, bis ein ganz leichter Schlammbelag sich anzeigt. Ganz blank sollen die Anoden während des Betriebes nicht sein, sonst hebt sich der Niederschlag vom Grundmetall durch Blasenbildung ab.

Von Zeit zu Zeit sind den Bädern nur Metall-Trisalyte hinzuzusetzen. Ebenso ist stetig das Badniveau einzuhalten durch Ersetzen der verdunsteten Badflüssigkeit mit Wasser. Diese mit Metall-Trisalyten zubereiteten Messingbäder haben eine lange Lebensdauer und arbeiten außerordentlich zuverlässig.

d) Silber- und Goldbäder.

Für die Veredlung von Metallwaren, bei denen es weiter auf den Preis riicht ankommt, wird Gold und Silber in der Weise angewandt, daß die Artikel in Blank- oder Matt-Gold und -Silber, teilweise auch zweifarbig (das heißt ein und derselbe Gegenstand wird gleichzeitig mit Gold und Silber elektroplattiert) ausgeführt werden. Weiter werden große Mengen kunstgewerblicher Metallwaren in Altsilbertönung ausgeführt, teilweise auch in Altgold resp. Musivgold. Zur Herstellung dieser Veredlung werden die Metallwaren genau so vorbehandelt, wie unter Nickeloxyd und Altkupfer angegeben ist. Da vielfach speziell für die Ausführung von Altsilber Kupfer-Zinn-Legierungen und auch Eisen als Grundmetall angewandt wird, müssen diese Metalle zunächst vor dem Versilbern entweder leicht verkupfert oder vermessingt werden. Diejenigen Metallwaren, bei denen das Grundmetall aus prima Neusilber oder hoch-nickelhaltigen Argentanlegiernngen besteht, müssen zum guten Festhaften des Silberniederschlages nach dem Dekapieren mit Quecksilber in folgender Verquickungsbeize behandelt werden:

. .    10 I,

50—100 g, 110—225 „

Wasser, abgekocht. . .

Zyanquecksilberkalium .

Zyankali, lOOprozentig

In diese Quickbeize werden die zu verquickenden Gegenstände zirka ¹/₄ Minute lang unter stetigem Hin- und Herbewegen untergetaucht, dann in reinem Wasser gut abgespült und mit einer Kalkbreilösung nachgebürstet, hierauf sorgfältig abgespült und unverzüglich in das Silberbad eingehängt. Der Versilberungsprozeß wird entweder in leichter, mittlerer oder schwerer resp. Gewichts-Versilberung ausgeführt. Dementsprechend wird man auch aus praktischen

Gründen Silberbäder mit mehr oder weniger Silbergehalt anlegen.    Zur

Bereitung der Silberbäder ist es für diejenigen Metallwarenfabriken, deren Jahresverbrauch an Silber 500 kg nicht übersteigt, rationeller, das erforderliche Silber für das Silberelektrolyt in fertig präparierter Form zu beziehen. Diejenigen Werke, die hingegen einen größeren Bedarf haben, werden eventuell einen größeren Nutzen haben, wenn sie das erforderliche Elektrolytsilber sich -selbst darstellen. Allerdings ist hierzu Bedingung das Vorhandensein eines entsprechenden Laboratoriums und Anwesenheit eines auf diesem Gebiete erfahrenen Praktikers. Auf Grund meiner vielseitigen, praktischen Erfahrungen habe ich festgestellt, daß sich die Silber- als auch Goldtrisalyte für die Praxis

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Sri«. 614.

s SBab^cfinfter, b Exzenteranlrieb, c vor- und rückwärtsbewegliche Warenstange, d Anodenstange, f, g Pendelgestänge, h Anodenhalter, n Kurbelschetbe, q, r Srromzuleitnngen.

sehr gut bewährt haben. Nach jahrelangen Bemühungen ist es mir gelungen, ein Silberelektrolyt zu kombinieren, mit dem es möglich ist, bis zu 30 °/)> an Feinsilber durch den Zusatz von zwei Zyan-Nichtsilber-Metallsalzen zu ersparen. Das aus diesem Elektrolyt niedergeschlagene Silber hat bezüglich Farbe dieselben charakteristischen Eigenschaften des Feinsilbers. Hingegen übertrifft dieser kombinierte Niederschlag bezüglich Härte und Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation ganz wesentlich die Feinsilberniederschläge. Eine weitere technische Verbesserung ist es, die Silber- und auch Gold-Elektrolyte während des Arbeitsganges in einer stetigen Bewegung zu erhalten. Hierdurch erzielt man eine feinere Struktur des Niederschlages, gleichmäßig starken Niederschlag

an allen Punkten der versilberten Objekte und schnelleres Arbeiten an und für sich durch Einschalten stärkerer Stromspannungen als bei stagnierenden Elektrolyten. Die Bewegung der Elektrolyte ist durchaus nicht neu, denn die

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Fig. 615.

% Ba^behälter, b Ständer, c, d Anodenring, e Warenring, f Träger, g Antrieb für den rechts und links rotierenden Warenring, i Drahtleitung am Warcnring, k Schleifring für die Stromzuleitung, 1 stehende Welle, n Dreh-Anode, o Pendel-Anode, p Drahtleitung am Anodenring, q, r Stifte zum Bewegen der Anoden, t, u, v Umsteuerung, y Antriebsriemen.

amerikanische Metallindustrie arbeitet schon seit Jahren mittels bewegter Elektrolyte. Die deutsche Metallindustrie hat sich diese technische Verbesserung bisher nur in vereinzelten Fällen nutzbar gemacht. Ich habe mich dieser Neuerung eingehend angenommen und hierfür sehr praktische und brauch-

bare Apparate konstruiert, die in Fig. 614 und 615 veranschaulicht werden und zwar:

a)    Apparate mit vor- und rückwärtsbeweglichen Warenstangen und pendelnden Anoden, Fig. 614;

b)    Apparate mit vor- und rückwärtsrotierendem Warenring und pendelnden resp. rotierenden Anoden, Fig. 615.

Diese Apparate ermöglichen durch die Vor- und Rückwärtsbewegung der zu elektroplattierenden Waren und Pendelung der Anoden resp. Vor- und Rückwärtsrotation eine stetige automatische Bewegung der jeweiligen Elektrolyte. Ein weiterer wesentlicher Vorzug dieser Apparate ist der ununterbrochene stetige Kontakt sowohl der Anoden als auch der Kathoden und die gleichmäßige Stromzuführung. Diese Apparate sind auch praktisch mit bestem Erfolge bei dem elektrolytischen Vernickeln, Verkupfern, Vermessingen, Verzinken usw. zu verwenden.

I.    Silberbad zur leichten und mittleren Versilberung:

10 1,

200 g.

Wasser, abgekocht oder destilliert Silbertrisalyt........

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung ca. 1,8—2,5 Volt.

II.    Silberbad zur starken Versilberung:

10 1,

Wasser, abgekocht oder destilliert

500 g.

Silbertrisalyt........

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 1,5—2 Volt.

III.    Silberbad für Gewichtsversilberung:

10 1,

Wasser, abgekocht oder destilliert.....

850 g.

Silbertrisalyt

Badspaunung bei 15 cm Elektrodenentfernung 1,5—2,5 Volt.

Als Anoden sind solche aus Feinsilber anzuwenden. Zeigen dieselben während des Arbeitsganges bei normaler Stromspannung einen dunkelgrauen Anflug, so fehlt es dem Bade an Zyankalium (100 prozentig) und ist solches per 10 I Bad mit 2—5 g vorsichtig zuzusetzen. Die Anodenfläche soll möglichst a/₈ mal so groß sein als die Warenfläche. Da die Anoden demnach den Silbergehalt des Bades nicht konstant halten können, muß von Zeit zu Zeit Silbertrisalyt zugesetzt werden. Den Silbertrisalyt-Bädern kann man auch zur Verbilligung von meinem Doppel-Zyan-Nichtsilber-Metallsalz prozentual zusetzen. Blank- und Mattversilberung zu erörtern, ist hier nicht weiter erforderlich, da sich diese Tönungen wie bei Nickeloxyd angegeben herstellen lassen. Die Altsilberausführung ist kurz folgende: Nachdem die Gegenstände fertig ver-silbert sind, werden diese längsstrich mittels Zirkularbürsten leicht durchgebürstet, in Wasser abgespült und in folgendem Oxydbade blauschwarz ausgefärbt:

Wasser ......

Schwefelkalium . . stärkster Salmiakgeist

. . 10 1,

100—150 g,

50— 75 „

Temperatur des Bades während des Gebrauches zirka 50° C. Nachdem die Objekte in dieser Lösung blauschwarz ausgefärbt sind, werden sie in Wasser abgespült und hierauf entsprechend abgetönt. Hierzu kann man sich sogenannter Glasfäden-Pinselbürsten und Wassers, oder eines Stofflappens und feinen Bimssteinpulvers bedienen. Kurz bevor die Gegenstände fertig schattiert sind, werden diese längsstrich mit ganz feinem Bimssteinpulver und Wasser leicht durchgebürstet. Hierzu, wie zum Abtönen, kann man sich in Kraftbetrieben auch der Zirkularbürsten bedienen. In diesem Falle wird das Tropfgefäß trichterförmig ausgebildet und mit einem Rührwerk versehen. Der Trichter wird dann mit einer dickflüssigen Lösung aus Wasser, 3 Teilen feinem Bims-fteinpulver und ¹/₂—2 Teilen Schlemmkreide angefüllt. Nachdem die Objekte gut ausgetrocknet sind, wird man diese nochmals mit ganz feinen: Bimssteinpulver oder feinstem weißen Sand längsstrich leicht nachbürsten, dann gut abstäuben, mit einem Putztuch längsstrich leicht nachreiben, und zum Schluß wird dann mittels eines guten Silbertauchzapon zaponiert.

Diese Oxydierung bildet eine chemische Oberflächen - Veränderung de-Silbers in Schwefelsilber, und wird hierbei selbstredend ein Teil vom Silber aufgebraucht. Demnach darf die Versilberung nicht zu schwach sein, sonst wird später bein: Abtönen das Grundmetall freigelegt. Ein anderes Verfahren zum Grauschwarz- resp. Tiefebenholzschwarzoxydieren der Versilberung, ohne hierbei das Silber anzugreifen, besteht darin, dieses Oxyd mittels äußerer Stromquelle und einem passenden Elektrolyten auszuführen. Diese Elektrolyts sind folgender Art:

Wasser.........

Schlippsches Salz.....

kohlensaures Natron, kalziniert

10 1,

500 g,

50 „

Badspannung bei 15 cm Elektrodenentfernung 2,5—3 Volt. Als Anoden sind zweckmäßig dünne Nickelbleche anzuwenden. Dieses Bad liefert anfangs einen grauen Farbton; je älter das Bad wird, desto schwärzer vollzieht sich die Oxydierung.

Tiefebenholzschwarze Oxydierung versilberter Metallwaren läßt sich ausführen mittels des beim Nickeloxyd angezogenen Schwarznickel-Elektrolyten. Dadurch, daß die Tiefen tiefschwarz und die höheren Dessins weiß erscheinen, wirkt diese Tönung besonders ansprechend.

Matt- und Blank-Gold wird erzielt, wie bereits bei der Blank- und Matt-Vernicklung angegeben ist, Altgold-Tönung der Tiefen durch Einreiben mit einer grauen oder schwarzen Erdfarbe. Musivgold wird dadurch erzielt, daß die Objekte zunächst in einem sauren Kupferbade mattverkupfert und hierauf, ohne das Matt zu verletzen, recht feurigsattgelb vergoldet werden.

Ziergold ist eine Ausführung, bei der ein und dasselbe Objekt Gold-und Silberdessins in der Weise aufweist, daß zunächst der Artikel ganz versilbert oder ganz vergoldet wird. Hierauf werden die jeweiligen Dessins mit einem

Alkalien widerstehenden Decklack ausgespart, welcher bereitet wird aus Mastix 2 Teile, Asphalt 6 Teile, Dammarharz 1 Teil, Wachs 2 Teile und Terpentin-zusatz, bis sich eine dickflüssige Farbe bildet.

Als Goldbad zur Ziervergoldung eignet sich folgende Formel:

10 1,

Wasser, abgekocht oder destilliert.......

150 g, 100—150 ..

gelbes Blutlaugensalz...........

kohlensaures Natron, kalziniert.......

20

Feingold als Goldammoniak oder Goldchlorid .

Badspannung bei 10 cm Elektrodenentfernung 2 Volt.

Als Anoden sind reine Retortenkohlenanoden zu verwenden oder solche aus gehärtetem, blau angelassenen Stahlblech.

Von Zeit zu Zeit muß diesem Bade Goldsalz zugesetzt werden. Durch Kombination eines geringen Zusatzes von Silbertrisalyt und Kupfertrisalyt lassen sich Nuancen von Rotgold, Grüngold usw. erzielen. Zu dieser Ausführung gehört allerdings viel Erfahrung, sonst gelingt diese Tönung nicht gut.

Zur Herstellung von Goldelektrolyten im allgemeinen haben sich die Gold-trisalyt-Bäderformeln in der Praxis ganz besonders bewährt. Ebenso lassen sich in diesen Goldbädern Eisen und Stahl direkt vergolden, in Fällen, wo ein vorhergehendes Verkupfern oder Vermessingen nicht tunlich ist. Handelswaren in Eisen und Stahl sollen unbedingt zunächst mit einem dunklen Messing- oder hellen Tombaküberzug versehen werden. Nachstehende Trisalyt-Goldbad-Formeln haben sich in der Praxis gut bewährt:

I. Goldtrisalyt

25 g,

phosphorsaures Natron, chemisch rein . 100—120 „

Zyankali 100 prozentig......

Wasser, abgekocht oder destilliert . . .

Temperatur ............

Badspannung bei 10—15 cm Elektrodenentfernung 2,5—3 Volt.

20 ..

10 1,

50—60° C.

II. Goldtrisalyt

50 g,

phosphorsaures Natron, chemisch rein . 75—100 „

Zyankali 100 prozentig.......

Wasser, abgekocht oder destilliert . . .

Temperatur...........

Badspannung bei 10—15 cm Elektrodenentfernung 2—3 Volt.

25 ..

10 1,

50—60° C.

Wird der Goldtrisalytgehalt per 10 1 auf 100 g gesteigert, so erhält man ein Schnell-Stark-Gold-Elektrolyt. Mittels der Goldtrisalyt-Elektrolyte kann man Stahl und Eisen direkt vergolden, nur muß hierbei der Zyankaligehalt geringer bemessen werden, eventuell ganz fortfallen.

Bezüglich des Größenverhältnisses der Anodensläche zur Warenfläche gilt als Norm: Nickel-, Tombak-, Kupfer- und Messing-Elektrolyte erfordern gleichgroße Anodenflächen, Gold- und Silber-Elektrolyte dagegen nur Vi f° große

Anodenflächen als die Warenflächen groß sind. Eventuell muß bei diesen Edelmetall-Elektrolyten die Stromspannung abgeschwächt resp. verstärkt werden.

Ganz besonders wird in der Neuzeit die Veredlung von Stahl- und Eisenartikeln betätigt durch Oxydation mittels basischer Ferrooxyde. Diese Oxydation wird auch als Schweizer-Manier, Tiefebenholz-Mattschwarz bezeichnet. Diese Stahlartikel in Form von Zigarettenetuis, Gürtelschließern, Schirm- und Stockgriffen, Portefeuillebügeln, Raucher- und Schreibtischartikeln sehen vermöge der tiefschwarz-matten äußeren Oxydation ungemein edel aus. Dieses Oxyd ist sehr haltbar und verhältnismäßig billig herzustellen. Ich habe dieses Verfahren gemeinsam mit der Firnm Eberle & Cie. in Augsburg-Pfersee neuerdings wesentlich verbessert, und können Interessenten durch mich die näheren Details erfahren.

Sach-ReMer.

189.

316.

616.

Abgestumpfter Kegel 13. Abbrand 610.

Ablaßhahn 655.

Abmessungen der Röhren 539. Abscherfestigkeit 105. Absoluter Heizeffekt 173. Absorption d. Wärmestrahlen

171.

Absperrschieber 569. Absperrventile 569.

Achsen 305.

Adhäsion 44.

Adjustierte Ketten 488.

Ätzen der Metalle 775. Äquivalent der Wärmeeinheit 176.

Äther 181.

Affinität 43. Aggregatzustände 45. Akkumulatoren 201. Allgemeine Wissenschaften 4. Aluminium-Legierungen 587. Ampere 195 Amperemeter 207. Anhaftekraft 44.

Anion 217.

Anlauffarben des Stahls 159. Anlaufhärte 604.

Anode 216.

Anreißen 20.

Anschweißenden 261. Anthrazit 592.

Anti-Kathode der Röhre 247. Anziehungskraft 43, 47. Anziehungskraft der Erde 67. Arbeit, von der 72. Arbeitsdynamometer 226. Arbeitseffekt 56. Arbeitsleistung 49.

Arbeitsstrom 199. Asphaltröhren 547. Astasierungsmagnet 207. atherman 171. Atmosphärendruck 126, 140. Atmosphärische Elektrizität

Atome 43.

Atomgruppen 43.

Auftrieb 124.

Aufzugseile 481. Ausdehnung der Körper 157. Ausdehnungs - Kuppelung

Ausfluß des Wassers aus Gefäßen 127.

Ausflußgeschwindigkeit 183. Ausflußkoeffizient 128. Ausgußleitungen 129. Ausrückvorrichtungen 333.

Bandsäge 638. Bariumplatincyanür 246. Barometer 139.

Basisches Thomasverfahren

Batterie, galvanische 196. Batterieschaltung 198. Baumwollriemen 386.

B efestigungsschrauben 255. Beharrungsvermögen 46. Benn-Kuppelung 329. Berechnung der Schwungräder 634.

Berührungselektrizität 190. Beffemereisen 602. Bessemerverfahren 610. Bewegung 40.

Bewegung des Wassers 127.

Bewegliche Kuppelungen 816, Bewegungswiderstände 64. Biegsame Metallröhren 538» Biegsame Wellen 305. Biegungsfestigkeit 106. Birnenverfahren 610. Blackband 588.

Blaupausen 32.

Bleiröhren 539. Bleirohr-Verschraubung 546. Blitz 189.

Bolzen und Bolzenverbin» düngen 274.

Bolzenzapfen 274. Branlysche Röhre 232. Brauneisenerz 588. Braunkohle 591.

Brennen und Beizen 770. Brennstoffe 591.

Bronzen 742. Bürstenkuppelung 331.

Chemie 43.

Chemisch reines Eisen 587. Chemische Wirkungen des elektr. Stromes 215. Chromstahl 621.

Crookessche Röhre 244.

Dalton-Gesetz 164. Dammgrube 651. Dampfkesselexplosionen 163, Dampfkesselnietung 283. Dampfstrahlpumpen 152. Daumenrad 467.

Dekapieren 778.

Deklination 205. Deklinationsnadel 205. Dekoupiersäge 643. Deprez-Galvanometer 207.

323.

318.

622.

272.

Desintegrator 645. Desoxydation 753. diatherman 171.

Dichte 44.

Dichte, elektrische 186. Dichtigkeit der Luft 141. Dichtigkeitsmaximum 158. Dichtigkeitsnielungen 282. Dichtungsmaterial 552. Differential-Flaschenzug 87. Diffusion 171.

Distanzrollen 267. Dochtschmierung 578.

D ohmen- Leblanc- Kuppelun g

Doppelhaken 494. Doppelhebel 76.

Dowsongas 595.

Drahtachse 67. Draht-Lastseile 477. Drahtseilscheiben 436. Drahtseiltriebe 434. Drahtseiltrommeln 485. Drahtspulen 209. Drehbewegung 41. Drehmoment 118. Drehspiegel 230.

Drehstrom 222. Drehungssestigkeit 117. Dreieck 9.

Dreiwegehähne 656.

Druck 47.

Druck des Wassers 121. Druckfestigkeit 104. Druckhöhenverlust 136. Druckluft 152. Druckluftanlagen 705. Druckmesser für Luft und Gase 145.

Druckpumpe 149. Druckwasseranlagen 704. Duplex-Packung für Stopfbüchsen 509. Durchdringungen 27. Durchgangshahn 555. Durchgangsventrle 559. Dynamik 39.

Dynamometer 48.

Eckventil 559.

Effekt 49.

Einarmiger Hebel 75.

Eisenkarbid 586.

Eiserne Gußformen 681. Eisenkern 212.

Elastizität 44.

Elastische Bolzen-Kuppelung

Elastische Kuppelung 317. Elastizitätsgrenze 44. Elemente 43.

Elemente der geradlinigen Bewegung 474.

Elemente, galvanische 196. Elementarmaschinen 72. Elektrisch betätigte Friktions-Kuppelung 331.

Elektrische Schmelzverfahren

Elektrische Strahlungen 241. Elektrizitätslehre 180. Elektroden 197, 216. Elektro-Dynamometer 223. Elektrolyse 215.

Elektrolyten 196, 216. Elektromagnet 205. Elektroskop 185.

Elevation 58.

Ellipse 25.

Eloeffer Kraftband 417. Emaillieren 776.

Energie 50.

Entlastete Keil - Verbindung

Entphosphorung 612. Erhaltung der Kraft 177.676. Erze 587.

Evolventenverzahnung 466. Expansionskraft 44, 140. Extraströme 228.

Exzenter 529.

Exzenterbügel 522. Exzenterstange 522.

Fadenlinienverzahnung 465. Faraday 220 Faser-Lastseile 475.

Federrad 446.

Fehlgüsse 695.

Feingewinde 257. Feinkorncisen 610. Feinperiode 608.

Feld, elektrisches 185.

Feld, magnetisches 207.

Ferromangan 602.

Feste Kuppelungen 312. Festigkeit 44.

Festigkeitskoeffizienten 102. Festigkeitslehre 99. Festigkeitsnietungen 282. Fette als Schmiermittel 674. Flachgängiges Gewinde 257. Flachieile 270. Flachlitzen-Seile 476. Flächenmaße 5. Flanschen-Rohrverbin-dungen 544.

Flaschenzüge 80.

Fliegendes Schwungrad 532. Fliehkraft 59. Fluoreszenzschirm 246. Flußmittel 589.

Flüssige Leiter 196. Fokusröhren 248.

Förderseile 478, 479. Formerei 644.

Formplatten 653. Formsand-Aufbereitung 64 4. Formstifte und -Haken 699. Freitragende Achse 306. Friktionsrollen 68. Frischfeuer 606.

Führungs keile 272. Führungsschienen der Gleit-blöcke 516.

Fundamentalversuch von Volta 191.

Fundamentschrauben 263. Funke, elektrischer 228. Funkenmikrometer 238, 241. Funkenstrecke 231.

Fußlager 350.

Fußpfund 49.

Fußvcntil 562.

Gabelzapsen 274. 292. Gallsche Kette 439.

Galvani 190.

Galvanismus 190. Galvanometer 205. Galvanoskop 203, 205. Gangspill 86.

Gärben 620.

Garperiode 609.

Garschlacke 608.

Gasförmige Brennstoffe 595.

391.

581.

230.

637.

501.

Gasgewmde 256. Gasometernietung 286 Gay-Lussac-Gesetz 141. Gebläse 599, 689. Gebläsekolben 500. Gefährlicher Querschnitt 108. Gesällverlust 136. 'Gefrierpunkt 154 Gegenkurbel 627. Geißler-Röhren 239. Gekreuzte Riemen 414. Gekröpfte Welle 527. Gelenkketten 489.

Gemischte Rohrverbindungen

545.

Generatoren 595.

Geometrie, darstellende 22. Geradführungen 511. Geschlossener Pleuelkopf 521. Geschwindigkeit 40. Geschwindigkeitsmesser 42. Gewitter 189.

Gezähe 608.

Gicht 569.

Gießereikrane 699. Gießpfannen 701. Girod-Ofen 625.

Glashärte 603.

Glatte Wellen 300. Gleichgewichte 39. Gleichstrom 222.

Gleitende Reibung 65. Gliederketten 486. Graphostatik 52.

Glühfrischen 619.

Graphit 586.

Grissongetriebe 466. Grundriß 21.

Grundriß der Mechanik 38. Grundstoffe, chemische 43. Gummiriemen 386. Gußeiserne Hohlwellen 303. Gußeiserne Riemenscheiben

Gußeiserne Röhren 537. Gußputzerei 722.

Hähne 553.

Hahnküken 554. Hakenschraube 262. Halbzapfen 292. Halbverschränkte Riemen414.

Halsringzapfen 296. Halszapfen 291. Hammerschlag 608. Hämatit 588.

Handkurbel 524. Handschmiervorrichtungen

Hanf-Lastseile 475. Hanfseiltriebe 422. Hängeböcke 374. Hängelager 343.

Härte 44.

Härten 159.

Härtungskohle 586.

Haspel 80, 85.

Hebel und Hebelgesetze 75. Hebelpressen 97. Hebelverbindungen 95. Hebemagnet 205.

Heber 147.

Heberleitung 147. Heizeffekte 173.

Hektowatt 196.

Henry 225.

Herdformerei 646. Herdfrischen 605.

Herdguß 646.

Heroultofen 624.

Hertzsche Schwingungen

Hildebrandtsche Zahnkuppelung 321.

Hochhub-Sicherheitsventil

566.

Hochkeil 268.

Hochofen 595.

Hohlkeile 270.

Hohlmaße 5.

Hohlzapfen 289. Holzbearbeitungsmaschinen

Holz-Bohrmaschine 642. Holz-Drehbank 639. Holz-Hobelmaschine 640. Holzkohle 592.

Hölzerne Riemenscheiben

Hülsenkuppelung 312. Hydraulischer Widder 147. Hydromechanik 121. Hyperbel 27.

Hyperbolische Räder 462.

Impedanz 225. Jndifferenzzone 188. Induktion 207, 209. Jnduktionslinien 208. Jnduktionsströme 209. Induktionsofen 625. Jnfluenzelektrizität 187. Jnjekteure 152. Inkonstante Elemente 199. Jnnenverzahnung 457. Internationales metrisches Gewinde 256.

Jonen 216.

Joule, das 195.

Isolatoren 183.

Kabeldrahtseile 479. Kalkstein 589.

Kalte Verbrennung 219. Kalorimeter 174. Kamelhaarriemen 386. Kammlager 341. Kammzapfen 297.

Kapazität der Zellen 201. Kastenformerei 646.

Kathode 216.

Kathodenlicht 244. Kathodenstrahlen 241. Kation 217.

Kegel 13.

Kegeldichtung 546. Kegelflächen-Reibungs-kuppelung 322.

Kegelräder 459.

Keil 88.

Keile 267.

Keilschutzkappe 271. Keilsicherungen 273. Kelchlötung 546. Kernformmaschine 680. Kernherstellung 651. Kernkästen 633. Kernkasten-Fräsmaschine 6 43. Kernmarken 634.

Kernspindel 651.

Kernstützen 652.

Kesselstein 169.

Ketten 485.

Keltenhaken 492.

Kettennuß 491.

Kettenrollen 491. Kettenschließapparat 445.

593.

144.

510.

16.

326.

351.

194.

Kettentriebe 489. Kettentrommeln 491. Kieselsäure 589. Kilogrammetcr 49. Kilometer 40.

Kilowatt 196.

Kinetische Energie 50. Kirchenglockenlager 370. Klauenkuppelung 320. Knallgasvoltmeier 219. Knickfestigkeit 112. Kniehebelpressen 97.

Knoten 40.

Kochperiode 609. Koerzitivkraft 212.

Kohärer 233.

Kohäsion 43. Kohleneisenstein 588. Kohlenoxyd 590. Kohlungsprozeß 601. Kohlensack 597.

Kohlensäure 590.

Koks 592.

Koks-Ausdrnckmaschine Koksofen 593.

Kokillen 616, 756.

Kolben und Kolbenstangen

495.

Kolben ohne Liderungen 501. Kolbenstangen 503. Kombinationsstehlager 363. Kommunizierende Röhren

Kompensationspendel 62. Kompensationsstopfbüchse

Kompressionsblende 249. Kompressoren 705. Komprimierte Wellen 803. Kondensation 42, 162. Konsol-Hängelager 345. Konsollager 348.

Konstante Elemente 199. Kontaktelektrizität 190. Kontermutter 265. Konverter 612. Kopfschrauben 261. Kordelgewinde 546. Körpermaße 6. Körper-Gewichtsberechnung

Köttersche Treibkette 440.

Kraft 46.

Kraft, elektromotorische 195. Kräfteparallelogramm 52. Kraftlinien, magnetische 205. Kraftmaschinenkuppelung

Kraftmoment 107. Kraftmesser 48.

Kranhaken m. Drucklagerung 370.

Kranseile 480.

Krätzebildung 755.

Kreis 10.

Kreisringfläche 10.

Kreissäge 637.

Kreisseiltrieb 433. Kreuzgelenkkuppelung 319. Kreuzhaspel 86.

Kreuzköpfe 511. Kreuzkopfführungen 516. Kreuz zapfen 298. Krummachse 527.

Kubikmaße 5.

Kugel 14.

Kugelfallmühle 645. Kugelhängelager 363. Kugelkorb 355.

Kugellager 354. Kugelspurlager 365. Kugelventile 562. Kupferbäder 785.

Kupferguß 741, 757. Kupferrohre 648.

Kupolofen 686. Kuppelstangen 518. Kuppelungen 312. Kuppelungs-Ausrückvor-znchtungen 833.

Kurbeln 523.

Kurbelhaspel 86. Kurbelscheibe 527. Kurbelschleife 523. Kurbelzapfen 523.

Lager 336.

Lagerbügel 879. Lazermetallkompositionen

Lagerstühle 873. Lagerträger 879. Längenmaß 4. Längskeile 270.

Längsschnitt 25.

Lastkelten 485.

Lastseile 475.

Lastseile aus Draht 479. Laufspill 86.

Lebendige Kraft 60. Lederriemen 381. Leerlaufbüchse 404. Lehmformerei 668.

Leiter, elektriiche 183. Leitrolle 80,

Leitungswiderstand, eleftc.

Lichtäther 181.

Lichtkopien 32.

Limonit 588.

Lösbare Kuppelungen 319. Lösbare Verbindungselemente 252.

Lose Scheiben 401.

Lote 747.

Luftdruck 138.

Luftgas 595.

Luftleere 144.

Luftpumpe 152. Luftpumpenkolben 500. Luftwiderstand 70. Luppenmachen 609. Lünnemannsche Schmierbüchse 583.

Magnete 203. Magneteisenstein 588. Magnetische Kraftlinien 206. Magnetismus 203. Magnetoinduktion 203. Manganbronze 759. Mantelrohr 539. Marine-Pleuelkopf 521. Mariottesches Gesetz 46. Martinofen 617. Martinprozeß 616. Maschinenelemente 250. Maschinen form erei 671. Maschinenkurbeln 525. Maschinennietung 276. Maschinenschrauben 261. Maße 4.

Maßeinheiten, elektrische 193. Masseformcrei 645. Massenschwungrad 532. Materie 43.

237.

39.

254.

197.

71.

248.

Mauerkasten 372. Maxwellsche Theorie 203,

Mayer, Robert 176. Mechanik, Grundbegriffe der

Mechanische Arbeit 49. Mechanische Potenzen 71. Messingbäder 787. Mesfingsauger 546. Meßlatte 667. Metallstopfbüchse, selbstdichtende 508. Metalldekoration 770. Metalle und ihre Verarbeitung 584. Metallfärbung 772. Metallgießerei 732. Metallschmelztechnik 750. Metallveredelung 781. Meter 4.

Meterkilogramm 49. Metersekunde 41. Mikrometerschraube 94. Mineralöle 574.

Minette 588.

Minute 40.

Mischgas 595.

Mittelkraft 51. Modelldübel 635. Modellheber 648. Modelltischlerei 632. Moleküle 43, 181. Molekularanziehung 44. Möller 599. Muffendichtung 540. Muffenrohre 542. Mühlgerinne 129. Muskelkraft 47.

Nadelschmiergefäße 578. Nasenkeil 271.

Nasse Elemente 199. Naturhärte 603. Nebenschluß 226.

Negative Elektrizität 182. Neusilber 763.

Neutrale Achse 106. Nickelbäder 783. Nickellegierungen 745. Nieten 275. Nietverbindungen 282.

Nordlicht 189.

Nordpol 204.

Normalgewinde, deutsches

Nutenkeil 271.

Öle 674.

Ölpumpen 681. Öltropfapparate 679.

Offener Pleuelkopf 620. Ohm 194.

Oszillationen, elektrische 228. Ozon 189.

Parabel 26, 57. Parallel-Perspektive 34. Parallel-Schaltung 198. Parallelogramm 8. Patinieren 772.

Pendel 60.

Perspektive 34.

Pferdegöpel 86.

Pferdekraft 49, 251.

Phasen 225.

Phasenfaktor 226. Phasenströme 228. Phosphorbronze 758. Physische Pendel 61.

Pictet 163.

Pintsch-Schmierbüchse 581. Pleuelstangen 518. Pockholzlager 295.

Pol, magnetischer 205. Polarisation 221. Polarisationsstrom 221. Pole, positive und negative

Porosität 44.

Positive Elektrizität 182. Positive Entladung 243. Positives Licht 243. Potentielle Energie 50. Potenzen, die mechanischen

Potenzzüge 82. Preßluft-Werkzeuge 714. Primärrolle 211.

Prisma 11. Probierhähne 555. Projektionen 19.

Puddeln 607. Puddelroheisen 602.

Pumpenstopfbüchse 610. Putzhäuser 729.

Pyramide 13.

Pyramide, abgestumpfte 14. Pyrometer 173. Pyrometrischer Heizeffekt 178.

Quadrat 8.

Quadrateisen 259. Quadratseile 428. Quecksilbersäule 140.

Quellen der Wärme 172. Querhäupter 511.

Querkeil 268.

Querschnitt 25.

Querschnitte von gleicher Festigkeit 115. Querschnittsflächen 31.

Rad an der Welle 85. Rädertriebe 447. Radlinienverzahnung 464. Raffinieren 619.

Rasenerz 588.

Raum 40.

Raute 8.

Rechteck 8.

Reduktionszone 601. Reduzierventile 663. Reflexionsvermögen 171. Regelmäßige Vielecke 9. Regenerator 617. Regulierbare Röntgenröhren

Reibräder 471.

Reibung 64.

Reibungskoeffizienten 66. Reibungselektrizität 181. Reibungskuppelungen 322. Renoldsche Zahnkette 441. Reservoirnietung 285. Resultierende 51. Rhomboid 8.

Rhombus 8.

Richtungsrolle 80.

Riemen 380.

Riemenfett 381. Riemenleiter 405. Riemenrücker 402. Riemenscheiben 387. Riementriebe 380, 412. Righi-Radiator 238.

509.

193.

363.

537.

228.

535.

617.

193.

224.

224.

184.

191.

Rillenräder 472.

Ring mit Kreisquerschnitt 14. Ring-Packung, konische

Ringschmierlager 338. Roheisen, das 584.

Rohgang 601.

Rohhauträder 453. Röchling-Rodenhauser-Ofen 626.

Röhren 536. Röhren-Elektroden 242. Rohrpost 152.

Rohrstutzen 550. Rohrverbindungen 542.

Rolle 80.

Rollen für Hanfseile 477. Rollen für Drahtseile 485. Rollende Reibung 68. Rollenlager 351.

Rollenrad 467. Rollenverbindungen 81. Rollenzüge 82. Röntgen-Röhren 242. Röntgenstrahlen 246. Röstprozeß 590. Rotationsgeschwindigkeit 42. Roteisenerz 688.

Rückdruck des ausfließenden Wassers 128.

Rückkohlung 616. Rückschlagventil 562.

Ruhe 40.

Ruhestrom 199. Ruhmkorff-Apparat 237. Runde Hanfseile 475. Rundeisen 259. Rundgewinde 258. Rundseiltriebe 422.

Sandformerei 645. Sandmischmaschine 646. Sandstrahlgebläse 722. Sauggas 595.

Saughöhe 161. Säugpumpe 149. Schablonenformerei 653. Schackenketten 486. Schalenkuppelung 313. Schaltwerke 635. Scheibenkolben 496. Scheibenkuppelung 314.

Scheidungskraft, elektrische

Schellhammer 276. Schieber 569.

Schief abgeschnittenes Prisma 12.

Schiefe Ebene, 59, 88. Schiffswellen - Drucklager

Schlacken 175, 589. Schlackenform 601. Schlagweite der Funken 241. Schleifen und Polieren 778. Schließkopf 276. Schlitzschrauben 262. Schmiedeeisen 603. Schmiedeeiserne Riemenscheiben 400. Schmiedeeiserne Röhren

Schmiergefäße 577. Schmiermittel 571, 574. Schmieröle 574. Schmierspritze 581. Schmiervorrichtungen 577. Schmelzpfropfen 159. Schmelzpunkte und -Temperaturen 158. Schneckentrieb 462.

Schnitte, die 25.

Schraube 92, 252. Schraubenkopf 259. Schraubenmutter 258. Schraubenschlüssel 266. Schraubensicherungen 264. Schraubensorten 260. Schraubenverbindungen 266. Schraubenzieher 262. Schrumpfklammern 533. Schrumpfmittel 311. Schubfestigkeit 105. Schweißpulver 603. Schwerkraft 47.

Schwerpunkt 62. Schwindmaße 157. Schwindung 634. Schwingungen, elektrische

Schwungräder 529. Schwungrad-Schaltwerke

SechSkanteisen 260.

Segerkegel 175. Segmentpackung 508.

Seile 475.

Seilhaken 492.

Seil- und Kettentriebe 422. Seilscheiben 424. Seilsteifigkeit 68. Seitenansicht 21. Seitenkräfte 51.

Sekundäre Elemente 201. Sekundär-Prozeß 217. Sekundärrolle 211.

Sekunde 40.

Sekundenmeterkilogramm 49, 251.

Sekundenpendel 61. Selbstdichtende Metallstopfbüchse 608.

Selbstdichtende Hähne 558. Selbstpotential 224. Sellers-Gewinde 252. Sellers-Kuppelung 314. Sellerslager 337. Serienschaltung 198. Sicherheitsventile 565. Siderit 588.

Siedepunkt 154, 162. Siemens-Martinverfahren

Silber- und Goldbäder 789. Skizzieren 33.

Sohlplatten 370.

Solenoide 209.

Spannketten 486. Spannrollengetriebe 408. Spannschloß 267. Spannschützen 624. Spannung, elektrische 186,

Spannungsdifferenz 193,

Spannungs-Dynamometer

Spannungsreihe, elektr.

Spannungsreihe, galvan.

Sparlager 338. Spateisenerz 588. Speiseventil 562. Spektroskop 243, 615. Spezifische Gewichte 15.

187.

265.

107.

241.

571.

477.

42.

173.

Spezifische Wärme 165. Sphärosiderit 588. Spiegeleisen 616. Spitzenwirkung, elektrische

Splint - Schraubenflcherung

Sprengring 311. Sprossenrad 86. Spurlager 350. Spurzapfen 295. Stabilit 238.

Stabilität 63.

Stahl 586.

Stahlbandantrieb 417. Stahlfassonguß 620. Stahlroheisen 602. Starrschmiere 581. Stassanoofen 626. Statik 39.

Statisches Moment 66,

Staufferbüchsen 581. Stegketten 486. Stehbolzengewinde 261. Stehlager 336. Steinschrauben 263. Steinkohle 592. Steinkohlenstaub 645. Stellringe 308. Stellringschraube 262. Stemmen der Niete 277. Stemmaschine 642. Stiftschrauben 261. Stirnkurbeln 524. Stirnräder 448.

SLirnzapfen 288. Stopfbüchsen 505. Stopfbüchsenhähne 556. Stopfbüchsenpackung 506. Stoßheber 148. Strahlungen, elektrische 228,

Strichmanier 32. Strom, elektrischer 193. Stromstärke 193. Stromunterbrecher 209, 211.

Stundenkilometer 41. Stückofen 595. Stützzapfen 295. Südpol 204.

Tangentialkraft 58. Tauchkolben 502.

Technisches Zeichnen 4. Teilbarkeit 44.

Tempern 619.

Temperkohle 586.

Tesla 237.

Teslalicht 240. Terla-Transformator 238. Thermo-Elektrizität 213. Thermo-Element 214. Thermometer 154. Thermo-Multiplikator 170. Thomasroheisen 602. Thomasrohschlacke 612. Thomasverfahren 612. Thomson-Galvanometer 207. Tiegelgutzstahl 620. Tiegelofen 630.

Tierische Fette 574. Toneisenstein 588.

Torf 591.

Torsionsfestigkeit 117. Torsions-Galvanometer

207.

Torsionskeil 271. Totepunktlage 529. Tourenzahl 42. Tovote-Schmierbüchse 582. Trägheit 46. Trägheitsmoment 107. Tragkeil 271.

Tragkraft 104.

Tragkraft der Säulen 113. Tragzapfen 288.

Trapez 9.

Transparente Körper 170. Transporttetten 490. Transversalwellen 236. Treibriemen 380. Treibstangen 518.

Tretrad 86.

Triebstockverzahnung 466. Triebwerke, Schmieren der

Trocknen der Formen 682. Trockenelemente 200. Trommeln für Hanflastseile

Überdruck 146. Übersallabsluß 129.

Übersetzungs-Verhältnis 412, 474.

Überwurfmuttern 544. Uhlhornsche Kuppelung 821. Umdrehungsgeschwindigkeit

Umdrehungszahl 42. Umkehrung des elektrischen Stromes 229.

Unelastisch 44.

Ungleichförmigkeitsgrad 531. Universal-Holzbearbeitungsmaschine 641.

Unlösbare Verbindungselemente 275.

Unregelmäßige Vielecke 10. Unsichtbare Strahlen 246. Unterdrück 146. Unterleg-Sprengring 264. Unterlegscheibe 258.

Vakuum 145.

Vakuummeter 145.

Ventile 558.

Verbindungselemente 251. Verbindungskeile 267. Verbrennung, kalte und heiße 219, 590.

Verbrennungsprozeß 172. Verbrennungstemperatur

Verbrennungswärme 173. Verdampfung 161. Verdichtung 46.

Verdunstung 161. Verdunstungskälte 163. Verkürzungen 24. Verschlossene Drahtseile 483. Verschobenes Prisma 11. Versenkte Schrauben 262. Vertikal-Galvanoskop 205. Verwandtschaft, chemische 43. Verzahnungen 464.

Vielecke, regelmäßige 9.

Volt, das 195.

Volta 90.

Voltaische Säule 196. Voltmeter 207.

Vorderansicht 21. Vorzeichnen der Werkstücke 20.

Wabenring 355. Wandkonsole 374.

m oo

166.

56.

120.

51.

Wanderrolle 407. Wanderung der Jonen 218. Wandstärke, Berechnung der, zyl. Röhren 116. Warmaufziehen 311. Wärmedurchlaßfähigkeit 171. Wärmeemisfion 169. Wärmeerzeugung 590. Wärmekapazität 167. Wärmelehre 153. Wärmeleiter 168. Wärmemeffungen 173. Wärmequellen 172. Wasserdämpfe, gesättigte

Wasserdruck 121. Wasserdruck»Manometer 146. Wasserwage 144.

Watt, das 195.

Wattloser Strom 226. Wechselperioden 225. Wechselrolle 407. Wechselstrom 222. Wechselventil 559. Wehnelt-Unterbrecher 248. Weingeistthermometer 155. Weißes Roheisen 586. Wellen 299.

Wcllrad 85.

Weltäther 181. Whitworth-Gewinde 252. Widder, hydraulischer 147. Widderkopf 494.

Widerstände 64.

Widerstand, elektrischer 193. Widerstand des Wassers und der Luft 70. Widerstandshöhe 133. Widerstandsmoment 108. Wind, elektrischer 187. Winderhitzer 599. Windpressung 145. Winkelgeschwindigkeit 42. Winkeltrieb 416.

Wirkungen, elektrische 188. Wirkungsgröße 49. Wissenschaften, allgemeine 4. Wolframstahl 621. Wurfbewegung 67.

Würfel 11.

Wüsträder 468.

X-Strahlen 246.

Zahnkuppelungen 820. Zahnräder 448.

Zahnstangen 467.

Zapfen und Zapfenverbindungen 288.

Zapfenreibung 66, 293. Zapfenverbindungen 297. Zeichnen, technisches 4. Zeichnungen, technische 30. Zeit 40.

Zementieren 619. Zentralbewegung 58. Zentralschmierapparate 580. Zentrifugalkraft 58. Zentripedalkraft 68. Zellenschalter 202.

Zerlegung der Kräfte 54. Ziehschablonen 653. Zinnlegierungen 746. Zinnröhren 539.

Zugflasche 47.

Zugfestigkeit 104.

Zugkraft 84.

Zugrolle 80.

Zusammengesetzte Bewegung

Zusammengesetzte Festigkeit

Zusammensetzung der Kräfte

Zuschläge 589.

Zweiarmige Hcbel 76. Zweigleisiger Kreuztopf 512 Zylinder 12.

Trick: Georg Beyer, Berlin 8 42.

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