Titel: Polytechnische Rundschau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 28–32)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324010

Polytechnische Rundschau.

Einen neuzeitlichen Regler für Wasserkraftmaschinen

mit mittelbarer hydraulischer Uebertragung zeigt Fig. 1. Jeder Belastung im Beharrungszustand entspricht eine bestimmte Umdrehungszahl. Sobald die Geschwindigkeit der Turbine von derjenigen Größe abweicht, welche bei dieser Belastung dem Beharrungszustand entspricht, bewegt sich die Muffe m des Regulators a, und der mit ihr verbundene Regulator-Stellhebel mc macht eine |29| Drehbewegung um den Zapfen c. Hierbei wird der entlastete Kolbenschieber k des hydraulischen Triebwerkes aus seiner Mittellage verschoben und läßt nun Druckflüssigkeit sinngemäß in den vorderen oder hinteren Zylinderraum d oder d1 gelangen, wodurch die Regulierwelle r der Turbine gedreht wird. Gleichzeitig wird aber durch den Kolben des Druckwasserzylinders mit Hilfe des Hebels g und der Stange i der Kolbenschieber k in entgegengesetztem Sinne wie vorher verstellt und in die Mittellage zurückgeführt, so daß der Zutritt von weiterer Druckflüssigkeit zum Zylinder verhindert wird. Um eine empfindliche Regulierung zu erzielen, muß auch die Kraft zum Betätigen des Kolbenschiebers vom Regulatorpendel aus so klein wie möglich gehalten werden. Zu diesem Zweck kann man diesen Kolbenschieber nach Fig. 2 ausbilden. Die Druckflüssigkeit, welche entweder der Druckleitung der Turbine entnommen oder von einer besonders hierfür aufgestellten Pumpe geliefert werden kann, tritt durch die Oeffnung a gegen die Ringfläche b und gleichzeitig in den Raum c. Der Druck auf die Fläche b bleibt immer gleich groß, während der zwei- bis dreimal größere Druck auf die Fläche c durch den Stift s derart verändert werden kann, daß der Kolbenschieber jeder Bewegung des Stiftes s folgt, und zwar mit Verspätungen, welche durch richtige Wahl der Querschnitte beliebig klein gehalten werden können. Der Kolben Schieber k hat nun den Zufluß des Druckwassers zum Zylinder des Servomotors zu regeln, und sein Widerstand wird ausschließlich vom Druckwasser überwunden, während auf den Regulator nur der geringfügige Widerstand entfällt, welchen der Stift s aufweist.

Textabbildung Bd. 324, S. 29
Textabbildung Bd. 324, S. 29

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß man mit Hilfe des bei c angebrachten Handrades die bestimmte, jeder Belastung der Turbine im Beharrungszustande entsprechende Umdrehungszahl ändern kann. Zum Beispiel kann man, wenn die Turbine auf Leerlauf gestellt ist, also der Zapfen c ganz unten steht und die Turbine mit ihrer größten Geschwindigkeit läuft, durch Heraufschrauben des Zapfens in seine mittlere Lage, was mit einer unbedeutenden Füllungsverkleinerung der Turbine verbunden ist, die Turbine auf eine Geschwindigkeit bringen, welche der Mittelstellung der Regulatormuffe, also der halben Belastung, entspricht. Umgekehrt kann man auch die Turbine, welche vollbelastet ist, also am langsamsten läuft, auf die Geschwindigkeit der halben Belastung bringen, wenn man den Zapfen c aus seiner Höchstlage, in welcher er sich dann befindet, in die Mittellage hinunterschraubt Denkt man sich die beschriebenen Verstellungen durch den Regulator selbsttätig ausgeführt, so erhält man die sogenannte Turbinenregulierung mit nachgiebiger Rückführung, welche bei Anlagen mit hohem Gefälle und langer Druckleitung eine große Rolle spielt, weil sie es ermöglicht, die bei Veränderung der Turbinenbeaufschlagung in der Rohrleitung auftretenden dynamischen Wirkungen für den Reguliervorgang unmittelbar auszunutzen. Das Schema einer solchen Regulieranlage zeigt Fig. 3. Bei jeder infolge einer Aenderung der Turbinenbelastung auftretenden Bewegung des Regulators wird zunächst mit Hilfe des Oelkataraktes o eine Rückführung in der bekannten Weise bewerkstelligt, wobei aber der Regulierhebel langsamer zur Ruhe kommt, als wenn er starr mit der Regulierwelle verbunden wäre. Hierauf ziehen die Federn f den Regulierhebel in die Mittelstellung, so daß die Turbine bei jeder Belastung mit der gleichen Geschwindigkeit läuft; das ist hier auch zulässig, weil durch den Oelkatarakt und die Federn ein bleibender Unterschied der Umdrehungszahlen bei verschiedenen Belastungen ausgeschaltet wird und daher ein stark statischer Regulator verwendet werden kann. Man kann endlich auch den Bügel b steuern, um jeden beliebigen Ungleichförmigkeitsgrad in die Regulierung einzuschalten. (Körner.) (Zeitschr. d Vereines deutscher Ingenieure, 1908, S. 1288 bis 1290.)

Textabbildung Bd. 324, S. 29

H.

Maschine zum Ausfräsen des Glimmers zwischen Kommutatorlamellen.

Da die Glimmerzwischenlagen bei den Kommutatoren elektrischer Maschinen meist härter sind als die kupfernen Lamellen, nutzen sich diese langsamer ab und geben infolgedessen zu Funken am Kommutator Veranlassung. Diese Erscheinung läßt sich am einfachsten dadurch beheben, daß der Glimmer bis zu einer Tiefe von 1–2 mm unter die Lamellenoberkante entfernt wird. Bei einer amerikanischen Straßenbahn ist zu diesem Zwecke eine kleine Maschine im Gebrauch, bei der die Anker auf einem Gestell gelagert werden und eine auf einem schwingenden Rahmen angeordnete Fräs Vorrichtung mittels in die Achskörner eingreifender Spitzenschrauben in der Arbeitslage festgehalten wird. Der Fräser, eine kleine Kreissäge von etwa 20 mm , die 1500 Umdrehungen in der Min. macht, ist auf einem Support gelagert, der |30| je nach dem des Kommutators mittels einer Schraube senkrecht und zur Führung in Richtung der Achse mittels eines Hebels seitlich beweglich ist. Der Support kann überdies vermöge einer entsprechenden Lagerung- durch eine Schraube um einen geringen Winkel gegenüber der Achsrichtung gedreht werden, falls die Lamellen eines Kommutators in dieser Weise verschoben sein sollten. Mit einer derartigen Maschine können beispielsweise die Glimmerzwischenlagen eines Kommutators mit 135 Lamellen etwa 2 mm tief in 10–25 Minuten je nach der Härte des Glimmers ausgefräst werden. (Electric Railway Journal 1908, Bd. II, S. 432.)

Pr.

Berechnung der Luftschrauben.

Vorausgesetzt wird die meist gebräuchliche Schaufelflächenform, nämlich diejenige, bei der die Ganghöhe h für alle zur Schraubenachse konzentrisch gedachten Zylinderschnittflächen ein und dieselbe ist. Bei n Umdrehungen in der Minute wäre diejenige Geschwindigkeit, mit der die Schraube in achsialer Richtung fortschreiten würde, wenn sie sich, wie eine Schraubenspindel in der Schraubenmutter, durch die Luft fortwinden würde. Um aber eine achsiale Schubkraft zu liefern, muß die Schraube ständig die von ihren Flügeln getroffene Luftmasse in achsialer Richtung beschleunigen. Bewegt sie sich infolge dieser Schubkraft mit ihrem Fahrzeug in achsialer Richtung mit der Geschwindigkeit v, so müßte theoretisch der Unterschied der Weglängen in der Sekunde (c – v) die von ihr der Luft erteilte Geschwindigkeit sein. Hätte die in der Sekunde so von 0 auf (c – v) beschleunigte Luftmenge die Masse m, so wäre die theoretische Schubkraft der Schraube in kg woraus mit t = 1 wird P = m (c – v).

Ist hierin v = 0, so bewegt die Schraube ihr Fahrzeug nicht. Dieser Fall kommt nur für Schrauben mit vertikaler Achse, die Trag- oder Hebeschrauben, in Betracht. Sie dienen zur Ueberwindung des Fahrzeuggewichtes, zur Schaffung des Schwebezustandes. Hat dagegen v einen anderen Wert als 0, so dient die Schraube zur Fortbewegung, sie ist Treibschraube.

Die von der Schraube bei ihrer fortschreitenden Bewegung geleistete Arbeit in mkg/sek ist P . v. Zu ihrer Drehung sei eine effektive Motorleistung N in PS erforderlich. Dann ist der Gesamtwirkungsgrad von Schraube und Kraftübertragung zwischen Motor und Schraube.

Für Tragschrauben wäre, wegen v = 0, auch dieser Wert η = 0. Um aber auch den Gütegrad der Tragschrauben vergleichen zu können, führt man statt v den Wert ein und erhält so einen ideellen Gütegrad

Bei mittleren Verhältnissen ist η0 = 0,9.

Beziehungen zur Bestimmung des Eigengewichtes der Schrauben und der effektiven Schubkraft aus den Abmessungen und der Motorleistung wurden auf Grund sorgfältiger praktischer und zugleich theoretischer Untersuchungen aufgestellt.

Für das Eigengewicht G in kg wurde die Beziehung G = 1,2D3 in guter Uebereinstimmung mit Ausführungen gefunden.

Für die Schubkraft P in kg hat die Beziehung P = (a . D . N) sehr genau zutreffende Werte geliefert.

Hierin ist D der Schraubendurchmesser in m von Flügelspitze bis Flügelspitze; a ist ein Zahlenkoeffizient.

Naturgemäß gelten diese Formeln nur für bestimmte Konstruktionsverhältnisse, und wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Diese Bedingungen sind:

Zweiflügelige Bauart der Schrauben, mit ovalen löffelförmigen Schaufelblättern; Ausmaß der zwei Flügelflächen gleich ⅙ bis ⅛ der Fläche ; mittlerer Neigungswinkel im Druckmittelpunkt der Flügelfläche mit tg α = ⅙; Umdrehungsgeschwindigkeit an derselben Stelle ungefähr 80 m/sek; mittlere Werte von D zwischen 1,5 und 2,5 m; Umdrehungszahlen zwischen 1800 und 1000. Naben aus Gußstahl; Annspeichen aus Mannesmannrohr, nach außen hin aufgespalten und die Flügelblätter aus Aluminiumblech umfassend, und mit diesen vernietet. Achsialkraft für 1 qm Flügelfläche zwischen 160 und 320 kg.

Bei der Aufstellung der Beziehung P = (aDN) ist η = 0,8 und für Treibschrauben das Verhältnis eingeführt. Damit ist für Treibschrauben a = 9 und für Tragschrauben a = 18. Beispielsweise ergeben sich folgende Treib- resp. Hebekräfte:

für Treibschrauben: für Tragschrauben:
bei mit D = 2 m 2,5 m mit D = 2 m 2,5 m
N = 10 PS P = 32 kg 37 kg P = 51 kg 59 kg
40 PS 80 93 127 148

Die für 1 Pferdekraft erhaltene Schubkraft in kg ist: Sie wird also bei ein und derselben Schraube kleiner mit zunehmender Motorleistung. (Prof. Wellner). Illstr. äron. Mitteilungen. Heft 8.

Schn.

Luftreibungswiderstand an ebenen Flächen.

Eine Anzahl 0,56 mm starker Blechplatten von 500 mm Länge und 300 mm Höhe wurden lotrecht nebeneinander und parallel durch 4 dünne Stahlstangen mit übergeschobenen Distanzhülsen zusammengehalten und mittelst 4 sehr dünnen Stahldrähten an 2 koachsialen ca. 1100 mm voneinander entfernten Fahrradnaben so aufgehängt, daß das Ganze ein Pendel bildete und alle Platten genau in ihrer eigenen Ebene schwangen. Der Schwerpunktsabstand der Bleche von der Drehachse war R1 = 12,6 m. Der Winkel von der Lotstellung ab war in der Anfangslage 30°. Aus dieser Stellung wurde das Pendel ohne Anstoß durch Abbrennen des Haltefadens losgelassen. Infolge der Luftreibung an den Blechflächen, des Luftwiderstandes der Drähte und der Reibung in den Kugellagern nimmt der Winkel α von 30° stetig ab, und der Pendelschwerpunkt erreicht beim Richtungswechsel nicht mehr die Anfangshöhe. Bei α = ∾ 20° wurde der Versuch jedesmal abgebrochen. Die Höchstgeschwindigkeiten der Scheiben beim Durchgang durch die Mittellage waren also ungefähr 1,8 bis 1,5 m/sek. Je nach der Anordnung der Blechscheiben erfolgten bei jedem Versuch 14 bis 24 Doppelschwingungen. In dieser Zeit hat der Pendelschwerpunkt eine lotrechte Höhe R1 . (cos 20° – cos 30°) langsam durchfallen. Fallhöhe mal Pendelgewicht ergibt den Betrag der ausgegebenen Arbeit.

Das Reibungsmoment der Kugellager bei der vorliegenden Belastung wurde direkt gemessen durch das zur Erhaltung gleichförmiger Drehbewegung anzubringende Moment. Hieraus berechnet sich eine Umfangskraft |31| am Pendelschwerpunktsradius, und ihr Produkt mit dem zurückgelegten Schwingungsbogenweg gibt den Arbeitsverbrauch für jede Schwingung. Solchem Arbeitsverbrauch, für die Doppelschwingung, entspricht ein Produkt aus dem ganzen Pendelgewicht und einem Teilstück der für die Doppelschwingung zurückgelegten Fallhöhe. Das andere Teilstück dieser Fallhöhe multipliziert mit dem ganzen Pendelgewicht, dient zur Ueberwindung aller übrigen Verlustarbeiten. Wegen der Kleinheit der Differenz der Ausschlagwinkel für die Doppelschwingung kann auch das zu dieser Fallhöhe gehörige und durch Beobachtung bestimmbare Schwingungsbogenstück in entsprechende Teile zerlegt gedacht werden, und zwar sind diese Teilfallhöhen gleich dem Teilbogenstück mal dem Sinus des Ausschlagwinkels von der Lotstellung aus. Hiernach läßt sich berechnen, wie groß das durch die Kugellagerreibung für die Doppelschwingung verlorene Bogenwegstück sein muß. Dazu wurde jedesmal in der Wechsellage des Pendels der Ausschlagwinkel auf einem feststehenden, zur Pendelbahn parallelen Kreisbogen mit Millimeterteilung beobachtet. Die Summe dieser berechneten Werte nach x Doppelschwingungen, subtrahiert von dem wirklichen, eingebüßten Schwingungsbogenstück, entspricht demjenigen Bogenstück, um welches das Pendelgewicht sinkt infolge der Widerstandsarbeiten an den Blechflächen und den Drähten. Aus diesem Bogenstück berechnet sich sofort auch die lotrechte Fallhöhe.

Die Abhängigkeit des Luftreibungswiderstandes W in kg an den Blechflächen wurde, wie üblich, proportional dem spezifischen Gewicht der Luft γ, der Gesamtfläche F und dem Quadrat der Schwingungsgeschwindigkeit v angenommen: Hierin ist g die Erdbeschleunigung. Festgestellt werden sollte durch die Versuche der einzuführende Zahlenkoeffizient λ.

Wie die Geschwindigkeiten sich innerhalb des Weges von einer äußersten Lage bis zur Mittellage ändern, ist bekannt für das widerstandsfreischwingende mathematische Pendel, wo die Schwingungsweiten immer dieselben bleiben. Hierfür kann durch Integration des Produktes W mal dem Bogenwegdifferential R1 . dα die Formel des Arbeitsverbrauches A infolge von W festgestellt werden. Der vierfache Wert dieses Ausdrucks gilt dann für eine ganze Doppelschwingung, bei unverändert gebliebener Schwingungsweite.

In Wirklichkeit werden nun durch die Luftwiderstände die Schwingungsweiten stetig kleiner, und sie sind rechts und links der Mittellage bei ein und derselben Schwingung verschieden groß; unsymmetrisch. Diese wirkliche Pendelbewegung wurde nun durch eine Reihe aufeinanderfolgender symmetrischer Doppelschwingungen mit von Doppelschwingung zu Doppelschwingung kleiner werdenden Schwingungsweiten ersetzt gedacht, und zwar so, daß jedesmal die Widerstandsarbeit die gleiche war wie bei der entsprechenden wirklichen Doppelschwingung. Der Ausschlagwinkel jeder Schwingung wurde auf dem Kreisbogen mit Millimeterteilung beobachtet. Dann wurde nach der Formel für A der Arbeitsverbrauch berechnet. Aus der Reihe dieser Widerstandsarbeiten für die Doppelschwingung ergibt sich als Summe der Betrag der Widerstandsarbeit durch Oberflächenreibung während der Fallhöhe R1 . (cos 20° – cos 30°).

Ebenso wurde die Luftwiderstandsarbeit an den Drähten berechnet, durch Integration der nach dem Widerstandsgesetz für, in Luft senkrecht zu ihrer Achse bewegte, Zylinderflächen aufgestellten Beziehung. Der hierfür einzuführende Zahlenkoeffizient wurde aus anderweitigen Versuchen übernommen.

Die Summe der so berechneten Widerstandsarbeiten von Oberflächenreibung und Drahtwiderstand wird gleichgesetzt der Arbeit, die das Pendelgewicht leistet, wenn es die bereits weiter oben gekennzeichnete Teilfallhöhe zurücklegt. Aus dieser Gleichung berechnet sich der Koeffizient λ, wenn die Schwingungsbögen und die Zahl der Doppel Schwingungen festgestellt werden.

Durch Vorversuche wurde der Widerstand der Stirnflächen der sehr dünnen Bleche und Distanzhülsen bestimmt.

Der lichte Abstand zwischen den Platten war nacheinander 3, 6, 9 und 12 mm. Es fand sich, daß λ am größten war für 12 mm lichte Weite; es war hier λ = 0,00224, wenn W in kg, die Längen in m, und γ in kg/cbm in die Formel eingesetzt werden.

Für 6 mm Spaltweite war λ = 0,002 t . Wurde die Spaltweite noch über 12 mm vergrößert, so ließ sich keine Zunahme von λ mehr erkennen. Nimmt man an, daß der Reibungswiderstand für die Flächeneinheit einer bewegten Fläche unter gleichen Umständen abhängt von der seitlich in Bewegung gesetzten Luftmenge, so muß man nach der beobachteten Veränderung von λ mit der Spaltweite annehmen, daß bei den 0,5 m langen Versuchsflächen seitlich die Luft nur bis 6 mm Abstand in Bewegung geriet; das ist bis zu ca. der Flächenlänge.

Nacheinander wurden Scheiben aus Weißblech, Zinkblech und Eisenblech benutzt. Ein Einfluß der verschiedenen Oberflächenbeschaffenheit war nicht erkennbar. Ob der Koeffizient λ für die Seitenflächen bei verschieden dicken Platten verschieden ist, ließ sich nicht feststellen.

Der Ballonkörper des Zeppelinschen Luftschiffes Modell IV hatte 13 m und 136 m Länge. Nimmt man die Länge des zylindrischen Teiles mit 100 m an, so ergibt sich bei Windstille mit λ = 0,00244 bei einer Fahrgeschwindigkeit von 50 km/Stunde, also v = 13,9 m/sek, und mit γ = 1,16 an dem zylindrischen Teil ein Luftreibungswiderstand W = 228 kg, und eine Widerstandsarbeit

Hinzugefügt werde noch, daß, wenn das Widerstandsgesetz für senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung gestellte Flächen und Körper, das an kleinen Versuchsmodellen festgestellt ist, auch für sehr große Flächen angewendet werden dürfte, sich für die, als Abschluß an den Enden des zylindrischen Teiles, tangential angeschlossenen ellsipoidähnlichen Rotationsflächen, mit dem Koeffizienten k = 0,23 für ein Verhältnis 1,4 der großen Ellipsenhalbachse zum Zylinderdurchmesser, aus der Beziehung eine Widerstandskraft P = 695 kg ergibt und eine Widerstandsarbeit von 129 PS. Insgesamt wären hiernach 171 effektive Pferdestärken nötig, um den Ballonkörper mit 50 km/Stde. Geschwindigkeit durch windstille Luft zu treiben. In der Tat war die Dauerleistung der beiden Motore, an der Kurbelwelle gemessen, insgesamt 228 PSe. (Prof. Frank.) Zeitschrift d.V.d. Ing. Seite 1522–1528.

Schn.

|32|

Mikrographische Zementuntersuchungen.

Die mikrographische Zementuntersuchung hat sich als ein brauchbares Hilfsmittel für die praktische Zementuntersuchung erwiesen, da es möglich ist, einen Portlandzement von einem Eisenportlandzement mikrographisch zu unterscheiden, ferner aber auch die Abbinde- und Erhärtungsvorgänge zu klären. Die Herstellung eines Zementschliffes bietet keine besonderen Schwierigkeiten. Besondere Sorgfalt erfordert nur die schließliche Entwicklung des Zementgefüges durch Polieren auf einer Tuchscheibe, was zur Erhaltung klarer Gefügebilder unbedingt nötig ist.

Bei der Untersuchung des Portlandzementes im auffallenden Lichte wurde festgestellt, daß jeder normal beschaffene Portlandzement, unabhängig von der Dauer der Erhärtung, aus 2 Gefügebestandteilen, einem primären und einem sekundären, besteht, von denen letzterer mit dem Alter auf Kosten der ersteren zunimmt. Durch Aetzungen ließ sich der primäre Gefügebestandteil teilweise in Kristallaggregate auflösen. Die einzelnen Kristalle hatten einen 4- oder 6seitigen Umriß und sind hiernach zu urteilen Alite Törnebohms. Als sehr geeignetes Aetzmittel erwies sich alkoholische Salzsäure. Besonders kennzeichnend ist für den Portlandzement die Flußsäureätzung. Eisenportlandzement ist im Schliff an den Schlackenresten meist leicht zu erkennen. Einen weiteren Anhaltspunkt für die Anwesenheit von Schlacke erhält man durch Behandlung mit Wasser; der Schliff erscheint in kurzer Zeit bis auf die Schlackenreste mit flockigen Niederschlägen überzogen. In zweifelhaften Fällen gewährt eine sichere Entscheidung die Flußsäure-Reaktion; die unveränderten Schlackenreste sind an prachtvollen Interferenzfarben zu erkennen, die auf den oberflächlichen Angriff der Schlacke durch Fluorwasserstoffsäure zurückzuführen sind. Durch Vergleich der Interferenzbilder für bekannte Mischungen mit denen für zu untersuchende Zemente ist es gelungen, noch 1 bis 2% Schlacke mit Sicherheit nachzuweisen. Unsicher wird die Bestimmung, wenn die äußerst feinkörnige Schlacke mehr oder weniger vollständig hydratisiert ist. Um ferner den Beweis zu erbringen, daß die in den Portlandzementschliffen festgestellten Kristallbildungen tatsächlich Alite sind, wurden Zementschliffe bis auf 200° im elektrischen Ofen nach Heräus eine Stunde lang erhitzt. Die Alitgruppen traten deutlich hervor. Wären die Kristalle Kalkhydrat gewesen, so wären sie zerstört worden. (Stern, Stahl und Eisen, 1908, S. 1542 bis 1546.)

J.

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