Titel: Kayser's Construction eines Schwungrads.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1859, Band 154, Nr. XX. (S. 85–88)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj154/ar154020

XX. Construction eines Schwungrads, von C. Kayser in Gleiwitz.

Im Auszug aus der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1859, Bd. III S. 196.

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Der Verf. hatte vor Kurzem die Aufgabe, für ein neu zu bauendes Zinkwalzwerk ein Schwungrad zu construiren, welches bei einem Durchmesser von 24 Fuß einen Schwungring von mindestens 400 Centnern Gewicht erhalten sollte. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Rades sollte 40 Umdrehungen pro Minute betragen. Die angewendete Construction wird durch die beigegebenen Abbildungen erläutert. Der Schwungring hatte |86| im Querschnitt die aus Fig. 29 zu entnehmenden Maaße und war in acht Segmente getheilt, von welchen jedes in der Mitte das Ende einer Speiche aufnahm. Die Verbindung der Speichen mit den Segmenten war dadurch erreicht, daß das schwalbenschwanzförmige Ende der Speiche in ein entsprechend größeres Loch des Segments eingesteckt wurde (s. Fig. 30). Da die schwalbenschwanzförmige Oeffnung natürlicherweise entsprechend größer werden muß, so sind die zwischen dem Speichenblatte und der Felgenöffnung verbleibenden Zwischenräume durch je zwei Keile fest ausgefüllt, von denen der eine aus Eisen, der andere aus hartem Holze besteht, während noch ein conisch eingetriebener Bolzen quer durch geht. Dieser Bolzen ist von außerordentlichem Nutzen beim Zusammenhängen des Schwungrades und verhindert insbesondere noch beim anfänglichen Eintreiben der Keile den Arm durch ein unvorsichtiges Anziehen einseitig zu spannen, während der Holzkeil bei aller nur wünschenswerthen Widerstandsfähigkeit doch das Zerspringen eines Segments durch Antreiben nicht so leicht zuläßt.

Diese gemeinschaftliche Anwendung von Holzkeilen und Eisenkeilen gibt, wenn man die Vorsicht beachtet, recht trocknes Eichenholz zu den Keilen zu verwenden und namentlich mehrere Tage oder Wochen nach der ersten Inbetriebsetzung die eisernen Gegenkeile nochmals fest nachzuziehen (weil auf keine Weise das Holz so sehr zum Austrocknen und Schwinden gebracht werden kann, als durch das Umschwingen in der Luft), eine so feste und dauerhafte Verbindung, daß man, wenn später eintretende Umstände ein Auseinandernehmen eines solchen Rades veranlassen, große Mühe hat, diese Keilschlüsse wieder zu öffnen. In ähnlicher Weise bewirkte der Verf. nun auch die Verbindung der Stöße der einzelnen Segmente unter einander, wie Fig. 3133 zeigen.

Die Segmente waren an den Enden in der Art wie das Hakenblatt bei zusammengestoßenen Balken geformt und greifen mit diesen Haken über einander. Diese Haken paßten jedoch nicht vollständig dicht in einander, sondern ließen in der Mitte zwischen sich einen Spielraum von ungefähr 3 1/2 Zoll Länge frei, welcher wiederum durch zwei Keile a und b, von denen ersterer von Holz, letzterer von Eisen seyn sollte, ausgefüllt wurde. Während zwei Schrauben von je 1 3/4 Zoll Durchmesser die Seitenflächen der Hakenblätter zusammenpreßten, sollten die Keile die Stirnflächen fest und dicht zusammenhalten. Die Maschinenbauanstalt, welcher die Ausführung dieses Schwungrads übertragen worden war, erhob gegen diese Construction Bedenken, nicht sowohl wegen etwaiger Unzuverlässigkeit bei der verhältnißmäßig nur geringen Umdrehungsgeschwindigkeit (40 Umdrehungen pro |87| Minute), sondern weil möglicherweise die überaus kräftig treibende Maschine (eine liegende Hochdruckmaschine) bei plötzlich eintretendem Mangel an Arbeitswiderständen, und wenn etwa gleichzeitig der besonders empfindlich construirte Regulator seine Schuldigkeit versagen sollte, durchgehen und das Schwungrad mit einer weit über seine größte Arbeitsgeschwindigkeit hinaufsteigenden Schnelligkeit umtreiben könnte. Der Calcül belehrte indeß bald, daß selbst für einen Fall, der bei dem beschriebenen Schwungrad nie vorkommen konnte, immer noch genügende Sicherheit vorhanden war. Es wurde nämlich angenommen, die Maschine mache in solchem außerordentlichen Falle 100 Umdrehungen pro Minute (was bei 3 Fuß 9 Zoll Kolbenhub einer noch nie dagewesenen Kolbengeschwindigkeit von 750 Fuß pro Minute entsprechen würde); nach der in unserer Quelle entwickelten Formel ergibt dieß eine auf das Zerreißen des Ringes hinwirkende Spannung

p = 0,0000552327 . 40000 . 100² . 11 1/3 = 250388 Pfd.,

indem das Gewicht des Schwungringes zu 400 Ctr. und die Lage vom Schwerpunkte des symmetrischen Querschnitts in dessen Mitte, also 11 1/3 Fuß vom Centrum angenommen worden sind.

Es ist aber die schwächste Stelle des Schwungringes offenbar die, wo neben dem Hakenblatt der Bolzen durchgezogen ist, und dort unbedingt würde ein Zerreißen stattfinden, wenn die Spannung größer als die absolute Festigkeit des dort gegebenen cohärenten Querschnitts würde. Mit Rücksicht auf die oben angegebenen Dimensionen des Querschnitts des ganzen Schwungringes und der Blatthaken berechnet sich aber die volle Fläche aus dem Rechteck von 16 Zoll und 3 Zoll Seitenlänge und dem Kreisabschnitt von 97 Zoll Radius und 16 Zoll Sehne. Bei diesen Abmessungen ist die Höhe des flachen Bogens genau 2 Zoll und sein Flächeninhalt berechnet sich hinreichend genau nach der parabolischen Formel, also zu 2/3 . 16 . 2; der totale Flächeninhalt ist demnach gleich 16 . 3 + 2/3 . 16 . 2 = 69 1/3 Quadratzoll.

Hiernach bringe man nun noch den Längendurchschnitt des Lochs für den Schraubenbolzen in Abzug, also 5 . 1 3/4 = 8 3/4 Quadratzoll, so bleiben an der schwächsten Stelle des Schwungradkranzes noch 69 1/3 – 8 3/4 = 60 7/12 Quadratzoll Querschnitt, dessen absolute Festigkeit dem Zerreißen durch die Centrifugalkraft Widerstand zu leisten hat. Wird dafür in runder Summe 60 Quadratzoll angenommen, so ergibt sich, daß die auf jeden Quadratzoll entfallende Spannung = 250388/60 = 4173 Pfund beträgt. Der Einheitscoefficient für die absolute Festigkeit des Gußeisens beträgt 19000 Pfund, und wenn man, da hier ausschließlich |88| schon neues Gewicht als maßgebend gerechnet ist, jene 19000 Pfund darauf reducirt, so ergeben dieselben 17773 Pfund, und es bietet dieses Schwungrad in dem angenommenen außerordentlichen Falle, der aller Wahrscheinlichkeit nach nie eintreten kann, immer noch eine 17773/4173 = ungefähr 4 1/4fache Sicherheit, was für alle Fälle weit ausreichend ist.

Das fertige Schwungrad wiegt 543 1/2 Centner und wurde für den Preis von 5 1/2 Thlr. pro Centner fertig montirt geliefert, kostet also in Summa 2989 Thlr. 7 Sgr. 6 Pf., während ein gleich wirksames Schwungrad nach der Construction des Hrn. Hoppe mindestens das Doppelte gekostet haben würde. Welche Schwierigkeit die Anfertigung eines so schweren Schwungrades nun gar nach der von Hrn. Hofmann zur Anwendung gebrachten Methode25) geboten haben würde, läßt sich eigentlich gar nicht a priori vollständig ermessen, und man würde sich großen Täuschungen hingeben, wenn man auch nur auf eine annähernd billige Herstellung rechnete. Jedenfalls scheinen nach dem hier Gesagten die Fälle höchst selten zu seyn, wo so außerordentliche Bedingungen obwalten, daß die Herstellung der Schwungräder aus Gußeisen nicht mehr zulässig erscheint und man nothgedrungen sich zu dem bei weitem größere absolute Festigkeit bietenden Schmiedeeisen wenden muß.

In den meisten Fällen, wo ein Zerreißen von Schwungrädern vorgekommen ist, mag wohl nur die sorglose oder unwissenschaftliche Construction der Verbindungen des Kranzes, nicht aber die specifische Eigenschaft des verwendeten Materials die Schuld davon getragen haben.

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Polytechn. Journal Bd. CXLVIII S. 104.

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