Titel: Ueber die Einwirkung von Strukturänderungen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 788–793)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324241

Ueber die Einwirkung von Strukturänderungen auf die physikalischen, insb. elektrischen Eigenschaften von Kupferdrähten und über die Struktur des Kupfers in seinen verschiedenen Behandlungsstadien.

Von Dipl.-Ing. Hermann Gewecke, Darmstadt.

(Fortsetzung von S. 760 d. Bd.)

c) Drahtserie No. 3.

Die Ergebnisse über den Verlauf der Dichte decken sich zum Teil mit den von J.H. Gray und J.B. Henderson31) für Kupfer gefundenen, die ja auch eine bedeutende Zunahme der Dichte konstatieren und erst bei sehr starkem Ziehen eine geringe Abnahme; sie gehen dabei von geglühtem Draht aus.

Um selbst Aufschluß darüber zu erhalten, ob bei geglühtem Draht als Ausgangsmaterial gleichfalls ein Ansteigen der Dichte infolge Ziehens zu konstatieren sei, wurden einige Versuche mit solchem vorgenommen. Die Resultate sind in Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III.

Serie No. 3.


No.
Durchmesser
d. gezogenen
Drahtes
in mm
Dichte bez. auf den
leeren Raum u. 18° C
Zunahme der Dichte
durch das Ziehen
bei
weichem
bei gezog.
Draht

in v.T.
1 0.5 8.8852 8.8980 0.0128 1.44
2 1.0 8.8887 8.8923 0.0036 0.41
3 1.2 8.8938 8.8978 0.0040 0.45

Nach ihnen findet auch beim Ausgehen von geglühtem Draht stets ein Ansteigen der Dichte statt. Zu bemerken ist, daß zwischen dem Ziehen und der Untersuchung der Dichte einige Tage verstrichen waren.

d) Mit verschiedener Geschwindigkeit gezogene Drähte.
Serie 4, 5 und 6.

Die Unregelmäßigkeiten im Verlauf der Kurven Fig. 7 und 8 betragen beim Leitvermögen maximal etwa 1,5 v.T., bei der Dichte etwa 0,2 v.T. wie sich aus den Kurven selbst ergibt. Beide Werte übersteigen die Meßfehler ziemlich bedeutend, so daß hierfür andere Einflüsse verantwortlich gemacht werden müssen.

Es bestünde die Möglichkeit, daß die Drähte an einzelnen Stellen Beimengungen von anderen Stoffen haben, die ihre Eigenschaften stellenweise verändern, was allerdings bei der Herkunft des Kupfers – es ist ja elektrolytisch gewonnen – nicht gerade wahrscheinlich ist.

Ferner können die Unregelmäßigkeiten in der Art des Ziehens ihren Grund haben. Erinnern wir uns der anfangs angestellten theoretischen Betrachtungen, so hatten wir da gesehen, daß zum Zweck der willkürlichen Aenderung des Zieheinflusses eine Variierung von Ziehgeschwindigkeit und Verjüngungsfaktor wohl am meisten Aussicht auf Erfolg verspricht.

Zunächst soll der Einfluß einer veränderlichen Ziehgeschwindigkeit untersucht werden unter sonst möglichst gleichen Verhältnissen, insbesondere unter möglichst gleicher Schmierung des Drahtes (es wurde mit Oel geschmiert).

Die Ziehgeschwindigkeit wächst allerdings beim Drahtziehen auch ziemlich gleichförmig mit abnehmendem Durchmesser. Für die zweite Drahtserie gab die Firma folgende Werte an:


No.
Ziehgeschwindigkeit
in m pro Sek.
1 0,746
2 0,875
3 1,020
4 1,185
5 1,360
6 1,580
7 1,835
8
9 2,13
10
11 2,50
12
13 2,70

Aber es wurde gleichzeitig bemerkt, daß infolge Gleitens auf den Trommeln (die angegebenen Werte sind die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Trommeln) von den oben angegebenen Geschwindigkeiten ziemlich bedeutende Abweichungen eintreten können. Es sollen also über den Einfluß der Ziehgeschwindigkeit32) einige Versuche gemacht werden, und zwar wurden drei |789| kleinere Versuchsreihen mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausgeführt. Die Drähte wurden mit der Hand möglichst gleichmäßig durch die gleichen Ziehlöcher gezogen, die Geschwindigkeit angenähert durch Markieren von Sekunden auf dem gezogenen Draht bestimmt. Die übrigen Messungen wurden ausgeführt wie bei den vorhergehenden Versuchen.

Die Serie No. 4 umfaßte 4 Drähte mit Ziehgeschwindigkeiten zwischen 0,6 und 3,5 m/Sek. Tab. IV Es wurde bei dieser Serie keine Dichtebestimmung gemacht, sondern dieselbe als konstant = 8,9 angenommen, aus dieser und dem Gewicht pro m wurde der Querschnitt, und aus diesem und dem Widerstand pro m das Leitvermögen berechnet.

Tabelle IV.
Serie No. 4.


No.
Zieh-
geschw.
v in
m/Sek.

Ge-
wicht
in g
Quer-
schnitt
q
in qmm
Ab-
nahme
von q
in v.T.
Widerstand
pro m
bei 18°
in Ohm
Spec.
Leit-
ver-
mögen
x
Δ
vom
Mittel
in v.T.
1 0.60 1.0541 0.11843 0.00 0.014792 57.086 – 0.07
2 1.40 1.0510 0.11807 3.05 0.014885 57.149 + 1.03
3 2.50 1.0473 0.11768 6.35 0.014820 57.088 – 0.04
4 3.50 1.0394 0.11678 14.00 0.015017 57.036 – 0.95
Mittel Mittel
57.090 0.5

Die Messungen sollten an einer Serie mit größerem Querschnitt wiederholt werden, bei der man auch Dichtebestimmungen ausführen konnte. Serie 5 bestand aus 3 Drähten, die zunächst in noch nicht gezogenem Zustande auf ihre Gleichförmigkeit hin untersucht wurden. Es wurde aus Gewicht pro m und Dichte (zu 8,9 angenommen) der Querschnitt bestimmt.


No.
Querschnitt
in qmm
Δ in v.T.
vom Mittel
1 0,78722 0,2
2 0,78786 0,6
3 0,78712 0,4
––––––––– –––––––––
Mittel 0,78740 Mittel 0,4 v.T.

Desgleichen der Widerstand pro m:


No.
Widerstand/m
bei 18°
Δ in v.T.
vom Mittel
1 0,21794 0,27
2 0,21808 0,37
3 0,21798 0,09
–––––––––– –––––––––
Mittel 0,21800 Mittel 0,24 v.T.

Die weiter unten beobachteten Aenderungen infolge verschieden schnellen Ziehens gehen weit über diese Differenzen hinaus. Die letzteren werden also keine wesentlichen Unterschiede verursachen.

Es wurden nun die Drähte der Serie 5 mit den Geschwindigkeiten 0,08, 0,60 und 3,0 m/Sek. gezogen. Außer den oben angeführten Größen wurde hier noch die Dichte gemessen, und daraus der Querschnitt berechnet. Die Werte sind in Tabelle V eingetragen.

Dann wurde noch eine dritte Versuchsreihe gemacht, Serie 6. Dieselbe bestand aus 4 Drähten, die mit den Geschwindigkeiten von 0,9, 1,3, 2,5 und 5,0 m/Sek. gezogen waren. Es wurde wiederum Gewicht pro m, Dichte und Widerstand bestimmt und die erhaltenen Werte in Tabelle VI zusammengestellt.

Fassen wir die Ergebnisse dieser 3 Versuchsreihen zusammen, so können wir sagen, daß hauptsächlich der

Tabelle V.

Serie No. 5.



No.
Zieh-
geschw.
v in
m/Sek.

Ge-
wicht
in g


Dichte
s
Quer-
schnitt
q
in qmm
Ab-
nahme
von q
in v.T.
Widerstand
pro m
bei 18°
in Ohm
Spec.
Leit-
ver-
mögen
x
Δ
vom
Mittel
in v.T.
1 0.08 4.8222 8.9018 0.54171 0.00 0.032275 57.195 + 0.37
2 0.60 4.8197 8.9002 0.54149 0.41 0.032260 57.248 + 1.29
3 3.00 4.8146 8.8992 0.54101 1.29 0.032384 57.079 – 1.66
Mittel Mittel
57.174 1.11

Querschnitt von der Ziehgeschwindigkeit abhängt, und zwar wird er bei schnellerem Ziehen um mehrere v.T. kleiner als bei langsamem Ziehen, ein Zeichen, daß die Ziehkraft mit der Ziehgeschwindigkeit bedeutend wächst, in Uebereinstimmung mit der Theorie. Die Dichte nimmt auch ab mit steigender Geschwindigkeit, aber nur um einen Bruchteil von 1 v.T., nämlich 0,5 bezw. 0,63 v.T. Die Aenderungen im Leitvermögen sind kleiner wie erwartet, sie betragen im Mittel 0,5, 1,11 und 0,45 v.T. Irgendeine Gesetzmäßigkeit ist in diesen Aenderungen nicht zu erkennen.

Die Genauigkeit der Messungen ist die gleiche wie bei den Serien 1 und 2, nämlich für die Dichte im Mittel 0,1 v.T. und für das Leitvermögen 0,5 v.T. Wir sehen also, daß die beobachteten Aenderungen des

Tabelle VI.
Serie No. 6.


No.
Zieh-
geschw.
v in
m/Sek.

Ge-
wicht
in g


Dichte
s
Quer-
schnitt
q
in qmm
Ab-
nahme
von q
in v.T.
Widerstand
pro m
bei 18°
in Ohm
Spec.
Leit-
ver-
mögen
x
Δ
vom
Mittel
in v.T.
1 0.9 4.8490 8.8946 0.54515 0.0 0.031124 57.101 + 0.44
2 1.3 4.8381 8.8938 0.54399 2.14 0.032230 57.036 – 0.70
3 2.5 4.8355 8.8929 0.54375 2.58 0.032206 57.103 + 0.47
4 5.0 4.8093 8.8890 0.54104 7.58 0.032390 57.064 – 0.21
Mittel Mittel
57.076 0.45

Leitvermögens zum größten Teil innerhalb der Fehlergrenze liegen, woraus sich wohl das Nichtauffinden einer Gesetzmäßigkeit erklärt. Die Genauigkeit ist auch hier wie oben weniger durch die Messung beschränkt, als vielmehr durch fehlerhafte Stellen und Ungleichförmigkeiten im Draht selbst.

Es war also ein Einfluß der Ziehgeschwindigkeit auf das Leitvermögen nicht festzustellen, sondern nur ein solcher auf die Dichte.

e) Versuche mit verschiedenem Verjüngungsfaktor.
Serie 7 und 8.

Nunmehr werde der Einfluß eines veränderlichen Verjüngungsfaktors verfolgt. Bei der Drahtserie No. 2 hat er recht verschiedene Größen:

No. Verjüngungsfaktor:
1 auf 2 0,929
2 3 0,924
3 4 0,916
4 5 0,914
5 6 0,900
|790|
No. Verjüngungsfaktor:
6 auf 7 0,898
7 8 0,924
8 9 0,933
9 10 0,942
10 11 0,926
11 12 0,938
12 13 0,892

Es ist zu untersuchen, ob eine Aenderung des Verjüngungsfaktors in diesen Grenzen Schwankungen des Leitvermögens, wie sie bei Serie 2 beobachtet wurden, hervorrufen kann.

Ein Vorversuch wurde mit einem weichgeglühten Draht von 1,0 mm angestellt, der auf 0,83 mm heruntergezogen wurde, das einemal in 4 Abstufungen, das andere Mal in nur 2 Abstufungen, wobei also jedesmal ein Ziehloch überschlagen wurde. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle VII zusammengestellt. Dieselben zeigen einen viel größeren Querschnitt bei der stärkeren Querschnittsabnahme, wie leicht erklärlich ist, da die Moleküle zu elastisch sind, um durch einmalige Zusammenpressung sich in die neue Lage zwängen zu lassen.

Tabelle VII.
Serie No. 7.


No.


Zug-
stufen
Ge-
wicht
pro m
in g


Dichte
s
Quer-
schnitt
q
in qmm
Zu-
nahme
von q
in v.T.
Widerstand
pro m
bei 18°
in Ohm
Spec.
Leit-
ver-
mögen
x
Δ
vom
Mittel
in v.T.
1 4 4.2473 8.9062 0.54210 0.0 0.032249 57.188 – 0.84
2 2 4.3128 8.9062 0.54313 1.9 0.032142 57.283 – 0.82
Mittel Mittel
57.236 0.83

In der Dichte ist keine Differenz zu konstatieren, dagegen im Leitvermögen eine Zunahme mit der größeren Querschnittsabnahme. Der Vorversuch zeigt also, daß bemerkenswerte Aenderungen auftreten.

Beim Hauptversuch (Serie 8) wurde der weichgeglühte Draht, um mehr variieren zu können, auf einen kleineren Durchmesser heruntergezogen, und zwar von 1,0 auf 0,55 mm. Das Zieheisen hatte für dieses Intervall 13 Löcher. Es wurde nun Draht 1 in den 13 Abstufungen, Draht 2 in 8 Abstufungen unter Auslassung je eines Ziehlochs, Draht 3 bei je 2 ausgelassenen Löchern in 5 und Draht 4 in 4 Abstufungen gezogen. Der Draht wurde nach dem Ziehen durch jedes einzelne Loch gemessen und daraus die Querschnittsabnahme als Mittel für jeden der 4 Drähte berechnet. Dichte, Querschnitt und Leitvermögen wurden wiederum bestimmt und die erhaltenen Werte in Tabelle VIII zusammengestellt.

Tabelle VIII.

Serie No. 8.




No.
Mittl.
Ver-
jün-
gungs-
ver-
hältnis


Ge-
wicht
pro m
in g


Dichte
s

Quer-
schnitt
q
in qmm

Zu-
nahme
von q
in v.T.

Widerstand
pro m
bei 18°
in Ohm

Spec.
Leit-
ver-
mögen
x
Δ
vom
Mittel
in v.T.
1 0.96 2.2760 8.8890 0.25602 0.0 0.068308 57.181 + 2.93
2 0.91 2.2818 8.8849 0.25682 3.2 0.068386 56.938 –1.33
3 0.87 2.2843 8.8833 0.25714 4.4 0.068352 56.896 – 2.07
4 0.86 2.2864 8.8785 0.25753 5.9 0.068081 57.039 + 0.44
Mittel Mittel
57.014 1.69

Es zeigt sich, daß die Hauptänderungen, wie zu erwarten, am Querschnitt eintreten, und zwar insgesamt von 5,9 v.T.; derselbe nimmt mit dem Verjüngungsfaktor zu. Die Dichte erleidet mit Zunahme desselben eine Verringerung bis zu 1,18 v.T., das Leitvermögen unregelmäßige Aenderungen, bis um etwa 3 v.T. vom Mittel abweichend. Alle diese Werte liegen weit oberhalb der Fehlergrenze, wir haben es also hier mit wirklichen Schwankungen der physikalischen Eigenschaften zu tun bei einer Verschiedenheit des Verjüngungsfaktors zwischen 0,96 und 0,86. Es ist also wohl möglich, daß die beobachteten Abweichungen vom stetigem Verlauf bei Kurve Fig. 7 u. 8 in der Verschiedenheit des Verjüngungsfaktors mitbegründet sind. Diese Abweichungen vollständig durch die angestellten Versuche zu erklären, konnte nicht erwartet werden, da die Reibung und ausserdem die Länge des Ziehlochs, von der nicht festgestellt werden konnte, ob sie für alle Drahtstärken dieselbe war, von bedeutendem Einfluß sind, wenn nicht gar noch andere unkontrollierbare Einflüsse wirksam sind.

Die angestellten Versuche sollten nur festlegen, in welche Größenordnung die durch veränderliche Ziehgeschwindigkeit und Verjüngungsfaktor hervorgerufenen Aenderungen fielen, sie waren also nur qualitativ-quantitativer Natur. Während sich für die Dichte eine gesetzmäßige Aenderung konstatieren ließ, war das für das Leitvermögen nicht der Fall. Bei den Versuchen über Ziehgeschwindigkeit fallen die Aenderungen innerhalb der Fehlergrenze, bei denen über den Verjüngungsfaktor schwanken sie unregelmässig zwischen Grenzwerten, die um 3 v.T. maximal vom Mittel abweichen. Inwieweit die durch verschiedene Schmierung verursachte verschiedene Reibung die Verhältnisse beeinflußt, konnte nicht festgestellt werden.

Sache einer exakteren Messung würde es sein, unter möglichst gleichmäßigen Reibungsverhältnissen die Ziehversuche anzustellen, und dann ein Material zu verwenden, das vorher genau untersucht wurde, so daß nur die Aenderung von Leitvermögen und Dichte gemessen würde. Ferner müßte man, um zu genaueren Resultaten über die Ziehgeschwindigkeit zu gelangen, eine exaktere Messung derselben vornehmen; außerdem wäre Form und Fläche des Ziehlochs in weitem Umfange zu berücksichtigen.

Weitere Klarheit in die Verhältnisse würde durch direkte Messung der Kraft K bei den verschiedenen Versuchen gebracht werden können. Es würde sich vielleicht empfehlen, zu dem Zweck das Zieheisen an Federn nach dem Prinzip der Jolyschen Federwage oder besser noch an dem kürzeren Hebelarm einer sog. Zeigerwage anzubringen. Alles das erfordert aber mehr Mittel und Vorarbeiten, als Rahmen und Zweck dieser Arbeit zuließen.

Die Folgerungen, die sich aus den Versuchen über den Einfluß des Ziehens auf Leitvermögen und Dichte entnehmen lassen, sind etwa:

  • 1. Durch Kaltziehen nimmt das Leitvermögen von Kupferdrähten ab33).
  • 2. Die Dichte nimmt beim Ausgehen von schon hartgezogenem Draht durch weiteres Ziehen zu.
  • 3. Das Wachsen der Ziehgeschwindigkeit vergrößert die aufzuwendende Kraft. Dadurch wird der Querschnitt und die Dichte verkleinert; – – diese Verkleinerung der Dichte hat aber wohl |791| ferner ihren Grund in der Elastizität des Drahtes, indem nämlich die Moleküle, je weniger lange sie in ihrer neuen Lage gehalten wurden, desto leichter dieselbe wieder zu verlassen und den alten Querschnitt zu erfüllen bestrebt sind.
  • 4. Mit stärkerer Verjüngung, d.h. mit kleiner werdendem Verhältnis d/D wächst die Kraft K und ebenfalls der Querschnitt, und zwar wieder wegen der Elastizität des Drahtes, da derselbe viel eher den neuen Querschnitt annimmt, wenn er in kleineren Intervallen auf denselben heruntergezogen wird; beide Faktoren, das Anwachsen der Kraft K und des Querschnittes bewirken eine Abnahme der Dichte.
  • 5. Ein gesetzmäßiger Einfluß auf das Leitvermögen durch verschiedene Ziehgeschwindigkeit und Verjüngung ließ sich nicht feststellen.

II. Wärmebehandlung.

A. Dauernde Aenderung von Leitvermögen, Temperaturkoeffizent des Leitvermögens, Zerreißfestigkeit und Dichte durch Erhitzung

1. Bisherige Arbeiten34).

Ueber die Widerstandsänderung infolge von Erhitzung ist schon aus älterer Zeit eine Reihe von Arbeiten vorhanden, die aber z.T. in ihren Resultaten nicht einwandfrei sind, weil sie den Einfluß der Oxydation und etwaiger Verunreinigungen nicht genügend berücksichtigt haben. Von denen, die diesbezügliche Untersuchungen gemacht haben, seien nur erwähnt: A. Mansson, Pouillet, J. Müller, Ed. Bequerd, Siemens, Tondinson, Mayrhofer, M. Weber, Ascoli, P. Cohn, Chevallier.

Von besonderer Wichtigkeit ist die Arbeit von L. Addicks, der bei einer bestimmten Temperatur ein plötzliches Ansteigen des Leitvermögens, bei weiterer Temperatursteigerung aber ein Abfallen desselben konstatiert.

Nach den vorliegenden Arbeiten, insbesondere nach der letzterwähnten von L. Addicks ist wohl als feststehend anzunehmen, daß das Leitvermögen von Kupferdrähten bei Erreichung einer bestimmten Temperatur rapide steigt, dann nach Erreichung eines Maximums bei weiterem Erhitzen langsam abfällt. Die Temperaturen, bei denen dieses geschieht, wären noch genauer festzustellen.

Ueber die Aenderung des Temperaturkoeffizienten des Leitvermögens mit der Erwärmung liegen, soviel mir bekannt, noch keine Untersuchungen vor. Es existiert nur eine Arbeit von M. Weber35), in der festgestellt wird, daß bei Aluminiumbronzen Leitvermögen und Temperaturkoeffizient desselben mit der Bearbeitung sich gleichmäßig ändern, d.h. gleichzeitig zu- resp. abnehmen.

Schließlich mögen noch Erwähnung finden die neueren Arbeiten über die Aenderungen der Elastizität und Festigkeit infolge von Erwärmungen zwar speziell mit Bezug auf Kupfer und verwandte reine Metalle. Die Verhältnisse bei den Legierungen, insbesondere bei den Eisen-Kohlenstoff-Legierungen zeigen Eigentümlichkeiten, die sie zum Vergleich ungeeignet machen.

Es kommen hier besonders die systematischen Arbeiten der Technischen Versuchsanstalt zu Berlin in Frage, wie sie ausgeführt wurden von M. Rudeloff, A. Martens, E. Heyn. Besonders interessant ist, daß M. Rudeloff ein rapides Weichwerden des Kupfers ungefähr bei derselben Temperatur feststellt, bei der später G.T. Beilby die plötzliche Aenderung der mechanischen Festigkeit des Kupfers fand.

Zur Illustrierung der Vorgänge beim Glühen seien noch die neueren Literaturnachweise über die Aenderung der Dichte durch das Glühen gegeben. Die erste Angabe über diese Aenderung durch Glühen eines Kupferdrahtes stammt von J.H. Gray und J.B. Henderson. Sie erhitzen einen durch Tordieren hartgemachten Draht auf Weißgluht, und finden in der Dichte eine Abnahme von nicht über 1/10–1/15 v.H. In seinen sehr bedeutsamen Arbeiten über Aenderung des spezifischen Gewichts beim Drahtziehen stellt G.W.A. Kahlbaum für die untersuchten Platindrähte fest, daß durch das Ausglühen die Dichte des gezogenen Drahtes um nahezu I v.T. steigt. Verfasser gibt an, daß sich Aluminium und Kupfer analog verhalten. In einer weiteren Arbeit dehnte er seine Untersuchungen auf andere Metalle aus und fand, daß Glühen stets ein Ansteigen der Dichte zur Folge hat.

Schließlich findet noch R. Wegner für seine untersuchten Platindrähte bei Erhitzung bis auf 200° gewöhnlich eine Zunahme der Dichte. Die Größe dieser Zunahme wird nicht angegeben. Bei zwei Golddrähten wird durch Erwärmung auf 200° und noch mehr beim Ausglühen eine Zunahme der Dichte gefunden.

Erhitzen von gezogenem Draht.

Es soll in der folgenden Untersuchung zunächst die Abhängigkeit der dauernden Aenderung des Leitvermögens von der Erhitzungstemperatur festgelegt werden. Meine diesbezüglichen Messungen sollen eine Ergänzung und Erweiterung der Arbeiten von L. Addicks und G.T. Beilby bilden, die mir allerdings erst im Verlaufe meiner Untersuchungen bekannt wurden. Bei L. Addicks fehlt die Angabe der Temperaturen, und Beilby hat seine Untersuchungen nicht auf das Leitvermögen erstreckt.

Es soll ferner der Verlauf des Temperaturkoeffizienten als Funktion der Erhitzungstemperatur und der Verlauf der Zerreißfestigkeit in der gleichen Abhängigkeit bestimmt werden, letzteres, um mit den Resultaten Beilbys vergleichen zu können.

Eine weitere Untersuchung soll sich befassen mit dem Einfluß der Erhitzungszeit auf die Aenderung des Leitvermögens.

2. Material.

Zu den Untersuchungen wurde hartgezogener Kupferdraht von etwa 0.5 mm verwandt, der von dem gleichen Ausgangsmaterial stammte und mit großer Sorgfalt auf den entsprechenden Durchmesser heruntergezogen war, so daß man annehmen konnte, daß die Drähte sich im Zustande nahezu gleicher Härte befanden.

3. Apparate und Meßmethoden.

a) Glühen der Drähte.

Das Glühen der Drähte erforderte, um eine möglichst gleichmäßige Temperatur längs des Drahtes zu haben und um diese Temperatur möglichst genau messen zu können, besondere Vorkehrungen. Es wurde eine Reihe von Apparaten probiert, und die endgültige Anordnung ist das Resultat zahlreicher Versuche.

|792|

Bei den Vorversuchen, die ich anstellte, um mich über die Größenordnung der eintretenden Aenderungen und die infolgedessen nötige Genauigkeit der elektrischen Messung zu informieren, wurde zum Glühen der Drähte ein elektrischer Ofen von W.C. Heraeus in Hanau benutzt, dessen etwa 440 mm langes und 20 mm weites Porzellanrohr mit einem Heizband aus Platin umwickelt war. Der zu untersuchende Draht wurde in ein abgedichtetes Kupferrohr gebracht, das mittels Wasserstrahlpumpe evakuiert wurde, um eine Oxydation des Drahtes zu vermeiden. Die Temperaturbestimmung geschah durch vorheriges Eichen des Ofens mit einem Pt-PtRh-Element, und wurde während des Versuches nur aus der Spannung an den Klemmen des Ofens bestimmt.

Später bei den Hauptversuchen wurde diese Methode der Wärmezufuhr von außen verlassen, weil nicht mit Sicherheit die Temperatur des im Innern des Kupferrohres befindlichen Drahtes festgestellt werden konnte, – daß sie gleich der an der Außenwandung des Kupferrohres gemessenen ist, ist nicht ohne weiteres anzunehmen –, und der Draht wurde elektrisch geheizt.

Um das Glühen der Drähte und die Temperaturmessung bequem vornehmen zu können, habe ich mir folgende Vorrichtung herstellen lassen, die in Fig. 9 abgebildet ist.

Textabbildung Bd. 324, S. 792

Das Glasrohr ab ist an dem Ende b in ein Schlauchstück zur Aufnahme des Luftpumpenschlauches ausgezogen, am Ende a ist ein innen schwach konisches Messingrohr c eingekittet, in das ein Konus d gleichfalls aus Messing hineinpaßt. Die Konusse müssen gut eingeschliffen sein. Der Vollkonus hat vier Bohrungen, durch die isoliert die Stromzuleitungen e und f sowie die Zuführungsdrähte für das Thermoelement i mittels Bleiglätte eingekittet sind. Der zu glühende Draht h wird in die Klemmen der Zuführungsdrähte ef eingespannt und das in seiner Mitte mit Silber angelötete Thermoelement mit seinen Zuleitungen verbunden. Der Kupferdraht sowohl wie das Thermoelement führen noch durch zwei resp. eine Stütze aus Glimmer g, die an zwei Stellen der 4 mm starken Zuleitung f angesetzt sind. Wenn der Kupferdraht und das Thermoelement eingeklemmt sind, wird das Ganze in das Glasrohr eingeschoben, nachdem vorher der Konus ganz wenig eingefettet war. Es wurde nunmehr die Luftpumpe angeschlossen und das Rohr auf etwa 12 mm evakuiert, was an einem angeschlossenen Quecksilbermanometer kontrolliert wurde. Dadurch wurde eine Oxydation des Kupferdrahtes, wenn die Erhitzung nicht zu lange Zeit dauerte, vermieden. Selbst nach Erhitzung auf Weißgluht, war der Draht goldgelb und blank geblieben. Die ganze Versuchsanordnung ist aus Fig. 10 ersichtlich.

b) Temperaturmessung.

Die Erhitzungstemperatur wurde mit vorher geeichten Thermoelementen aus Eisen-Constantan bestimmt. Durch das Anlöten der Lötstelle an den Draht wurde bewirkt, daß jene die gleiche Temperatur wie der Draht hatte. Es mußte nur darauf geachtet werden, daß die Lötstelle den Draht wenig verdickte, damit nicht der Draht infolge der größeren Oberfläche an dieser Stelle eine niedrigere Temperatur hatte.

Um die Wärmeableitung durch die Thermoelemente auf ein Minimum zu beschränken, wurde die Drahtstärke für dieselben möglichst klein genommen; sie betrug ca. 0.15 mm.

Textabbildung Bd. 324, S. 792

Die E.M.K. der Thermoelemente wurde mit einem Millivoltmeter von Hartmann und Braun gemessen, dessen Meßbereich 16.5 M. V, betrug, und das einen Widerstand von 332 Ohm hatte. Das Instrument war von der Reichsanstalt geeicht worden. Die Thermoelemente selber wurden zunächst, um den geradlinigen Verlauf- denselben hat zuerst A. Kleiner36) gefunden – zu kontrollieren, bei einer Reihe von Temperaturen zwischen 100° und 370° untersucht, und als geradlinig in diesen Intervallen gefunden. Für die bei den Versuchen benutzten Thermoelemente wurden stets nur 3 Punkte für jedes Element aufgenommen, und zwar Siedepunkt des Wassers = 100°, Erstarrungspunkt von KNO3 + NaNO3 = 224° und der Erstarrungspunkt von KNO3 = 340°. Der Verlauf der Kurve ist innerhalb der Temperaturen, auf die es wesentlich wegen der dort auftretenden großen Aenderung der physikalischen Eigenschaften ankommt, garantiert, darüber hinaus wurde er bis zu 600° extrapoliert, was zulässig ist, da nach Post-Neumann37) die Kurve der Eisen-Constantanelemente bis 600° geradlinig verläuft. Für die zu glühende Drahtserie wurde nur ein Thermoelement benutzt. Es wurden nämlich für einen Draht der benutzten Stärke die Thermokräfte, (also die Temperaturen), und die Stromstärken, die dazu nötig waren, dieselben herzustellen, aufgenommen. Dann wurde für jede Stromstärke die zugehörige Temperatur aus der Kurve: „E.M.K. gleich Funktion der Temperatur“ entnommen und in einer Kurve; „Stromstärke gleich Funktion der Temperatur“ aufgetragen. Wir können nun aus dieser Kurve für jede gewünschte Temperatur die nötige Stromstärke entnehmen und brauchen dann nur durch Regulierung des Vorschaltwiderstandes die betreffende Stromstärke in dem Draht herzustellen. Der Fehler dieses Vorgehens besteht, den geradlinigen Verlauf der Thermokraft vorausgesetzt, nur in dem verschiedenen Querschnitt der zu untersuchenden Drähte, und der ist, wie wir bei unseren Untersuchungen über das Drahtziehen gesehen haben, nicht größer als 1 v.H. Viel größer wird unter Berücksichtigung der Fehler, die bei der Aufnahme der Kurven vorkommen, der Fehler der Temperaturbestimmung auch nicht sein.

c) Widerstandsmessung.

Der Widerstand der Drähte wurde mit der Thomsonschen Brückenschaltung genau wie oben gemessen. Der Draht wurde vor dem Glühen auf seinen Widerstand untersucht, dann in dem Versuchsrohr erhitzt, und darauf wurde der Widerstand des gleichen Drahtstückes |793| zum zweiten Male gemessen. Da die Schneiden kleine Eindrücke hinterließen, machte das keine Schwierigkeiten. Es wurde also nur die Widerstandsänderung bestimmt.

d) Temperaturkoeffizient des Widerstandes.

Zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten wurde das mit guten Wärmeisolatoren sorgfältig verpackte Petroleumbad mittels einer Widerstandsspirale elektrisch geheizt und mit dem durch einen Elektromotor getriebenen Rührer gut umgerührt. Die Temperaturmessung geschah mit einem in ⅕ Grad geteilten Thermometer.

e) Zerreißfestigkeit.

Die Zerreißfestigkeit wurde mittels eines einfachen Zerreißapparates, wie er in Figur 11 schematisch dargestellt ist, ermittelt. Die Bruchlast wird an der Skala auf dem Laufgewichtshebel abgelesen. Jeder Draht der Serie wurde in 6–8 Stücke geschnitten und für jedes dieser Stücke die Bruchlast ermittelt. Aus sämtlichen Werten wurde dann das Mittel genommen, und mit diesem und dem Querschnitt des Drahtes die Zerreißfestigkeit berechnet.

Textabbildung Bd. 324, S. 793

f) Dichtebestimmung.

Die Dichtebestimmung wurde in gleicher Weise wie bei den gezogenen Drähten ausgeführt.

(Fortsetzung folgt.)

|788|

J.H. Gray und J.B. Henderson: Proc. Roy. Soc. 54 p. 286 1893.

|788|

Der Einfluß derselben wird zuerst von P. Cohn, Wied. Ann. 41 Seite 71.1890 erwähnt, und zwar in bezug auf die Widerstandsänderung kaltgezogener und später erwärmter Drähte. Er konstatiert bei schneller gezogenen Drähte eine größere Abnahme des Widerstandes. Da der Endwert des spez. Widerstandes wohl nahezu für alle Drähte der gleiche wird, so deutet das auf einen größeren spez. Widerstand infolge schnelleren Ziehens hin.

|790|

Der Ausspruch F. Osmonds, Lum. el. XLVI. 1892 p. 94, zu dem er durch seine Beobachtungen an weichem Stahldraht geführt wird, daß man durch Ziehen die Bruchfestigkeit eines Drahtes erhöhen könne, ohne ihn zu einem schlechteren Leiter zu machen, trifft also für Kupfer nicht zu.

|791|

Es können hier nur die Arbeiten über reine Metalle Aufnahme finden. Insbesondere müssen die über Legierungen, also die zahlreichen Arbeiten über Stahl und Eisen wegen der besonderen bei ihnen auftretenden Verhältnisse unberücksichtigt bleiben.

|791|

M Weber: Inaug.-Diss. Berlin 1891.

|792|

A. Kleiner: Arch. sc. phys. et nat. (3) 32 p. 280. 1894.

|792|

Post-Neumann, Techn. Analysen, 3. Aufl. Bd. I, 1,. Teil, S. 98 (Cap. Pyrometrie).

Suche im Journal   → Hilfe
Alternative Artikelansichten
  • XML
  • Textversion
    Dieser XML-Auszug (TEI P5) stellt die Grundlage für diesen Artikel.
  • BibTeX
Feedback

Art des Feedbacks:
Ihre E-Mail-Adresse:
Anmerkungen: