Titel: Polytechnische Schau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1921, Band 336 (S. 259–265)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj336/ar336035

Polytechnische Schau.

(Nachdruck der Originalberichte – auch im Auszuge – nur mit Quellenangabe gestattet.)

Motortechnik.

200-PS-Flugmotor. In den Jahren 1916–1918 hat die „Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur“ den deutschen 120 PS Sechszylinder-Argus-Flugmotor gebaut, der für größere Flugzeuge und größere Geschwindigkeit nicht mehr genügte. Deshalb wurde im Jahre 1919 mit dem Bau eines 200-PS-Motors begonnen. Der neue 200-PS-„Winterthur-Motor“ hat acht Einzelzylinder, die in zwei Reihen von je vier Zylindern in V-Form unter 90° angeordnet sind. Mit den Stahlzylindern sind die Kühlwassermäntel durch autogene Schweißung verbunden. Die Zylinder haben 125 mm Durchmesser und 150 mm Hub. Die Steuerwelle liegt in der Mittelebene im Motorgehäuse. Im übrigen ist die Steuerung in bekannter Weise wie beim Argusmotor angeordnet.

Die Aluminiumkolben haben eine sorgfältig durchgeführte Rippenanordnung und sind mit 5 Kolbenringen versehen. Die aus Chromnickelstahl hergestellte Kurbelwelle hat vier Kröpfungen. Die Welle ist in 5 Gleitlagern mit Weißmetallausguß gelagert. Das Traglager des Propellers ist ebenfalls als Gleitlager ausgebildet. Ein doppeltes Kugellager nimmt den Achsialschub des Propellers auf, so daß der Motor sowohl für Zug- als für Druckpropeller verwendet werden kann.

Die Schmierung ist als Umlauf-Druckschmierung ausgebildet. Für beide Zylinderreihen ist eine Zentrifugalpumpe vorgesehen. Ein Doppelvergaser erzeugt das Brennstoff-Luftgemisch, und zwar so, daß die beiden Zylinderreihen in der Brennstoffversorgung von einander unabhängig sind. In bekannter Weise ist das aus Aluminium hergestellte Vergasergehäuse doppelwandig ausgeführt, so daß es durch heißes Kühlwasser erwärmt werden kann. Die Vergaser sind außerdem mit Höhenluftregulierung versehen, so daß der Motor in verschiedenen Flughöhen wirtschaftlich arbeitet. In größerer Höhe wird durch entsprechende Vorrichtung im Schwimmergehäuse ein gewisser Unterdruck erzeugt, so daß weniger Brennstoff verbraucht werden kann. Die Vorrichtung kann vom Führerstand betätigt werden.

In jedem Zylinder sind zwei Zündkerzen angeordnet, mit Hilfe zweier Magnete werden zwei von einander unabhängige Zündstromkreise gebildet. Die Bremsleistung ergab bei einem Barometerstand von 728 mm Quecksilbersäule und 15° Lufttemperatur bei 1520 Uml./min. im Dauerbetrieb 200 PS. Bei 1000 Uml./min. vergrößert sich die Leistung auf 210 PS. Das Motorgewicht mit Propellernabe beträgt 228 kg, d.h. 1,14 kg/PS. Mit diesem Motor ist in der Schweiz ein Höhenrekord von 7250 m aufgestellt worden. (Der Motorwagen 1921, S. 183–184.)

W.

Fabrik-Motorlokomotiven. Die bisher gebauten derartigen Lokomotiven haben meist nur kleine Leistung. Die Maschinenfabrik Gmeinder & Co. in Mosbach baut deshalb mit der Firma Benz & Co. in Mannheim eine neue Motorlokomotive von 15 bis 80 PS, die von einem stehenden Vierzylinder-Benzolmotor über ein mehrstufiges Wechselgetriebe angetrieben wird. Statt Benzollokomotiven werden auch Viertakt-Dieselmotoren ohne Kompressor verwendet. Das Treiböl wird nicht wie bisher mittels Druckluft, sondern unmittelbar durch die Brennstoffpumpe in den Zylinder eingeführt und dort zerstäubt. Zum Anlassen dient niedrig gespannte Druckluft. Ein- und Auslaßventile und Anlaßventile befinden sich im Zylinderkopf. Auf der Kurbelwelle sitzt ein besonders schweres Schwungrad. Die Getriebewelle wird durch eine Schraubenfederkupplung angetrieben, die mit einer Kegelkupplung vereinigt ist, damit ein ruhiges Anfahren erreicht wird. Auf der einen Seite des Getriebes kann eine Spilltrommel zum Heranziehen von Lasten, auf der andern Seite eine Riemenscheibe zum Antrieb von Maschinen angebracht werden. |260| Es ist beabsichtigt, solche Diesel-Motorlokomotiven bis zu 200 PS auszuführen. (Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1921, S. 657–658.)

W.

Amerikanischer Dieselmaschinenbau. Zahlreiche Firmen haben in Amerika den Dieselmaschinenbau aufgenommen. Dabei handelt es sich aber in vielen Fällen nicht um eigene Schöpfungen, sondern um Liglosausführungen bekannter europäischer Maschinenfabriken, wie Carels, Sulzer, Burmeister, Weckspoor usw. Ueber solche ausgeführten Maschinenanlagen gibt die Zeitschrift Motorslup, April 1921 folgende Zusammenstellung:

W.

Textabbildung Bd. 336, S. 260

Amerikanische Großdieselmaschine. Auch in Amerika ist man nach Ueberwindung vieler Schwierigkeiten zum Bau von großen Dieselmaschinen übergegangen. Die Nordberg Co in Milwaukee stellt zur Zeit einfach wirkende Vierzylindermaschinen her, die im Zweitakt arbeiten. Die Maschinen haben 712 mm Zylinderdurchmesser und 1116 mm Hub. Sie leisten bei 120 Uml./min. 2000 PS. Die Zylinderlaufbüchse ist auswechselbar angeordnet. Die Spülluft tritt durch Ventile in den Zylinder ein, die im Zylinderkopf angeordnet sind. In Deutschland ist man dagegen von der Ventilspülung immer mehr auf die Schlitzspülung übergegangen. Bei dem zweiteiligen Kolben mit Kreuzkopfführung ist nur der Kolbenboden mit Wasserkühlung versehen. Die Maschine kann mit zwei Zylindern durch Druckluft angelassen werden, wobei die andern Zylinder sofort normal arbeiten. Die Spülluftpumpe und der dreistufige Luftverdichter werden unmittelbar von der Kurbelwelle angetrieben. Der Enddruck der Verdichtung ist etwa 35 at, der mittlere Druck etwa 4,33 at. Die Maschine hat das relativ große Gewicht von 148 kg/PS. (Power, 29. März 1921.)

W.

Werkstattstechnik.

Fortschritte und Probleme der mechanischen Energieumformung. (Prof. Katzbach, Dresden, Hauptversammlung des Vereins deutscher Ingenieure 1921.) Der Redner ging aus von der Aufgabe des Technikers, Energie und Stoff zu beherrschen und nach Wunsch umzuformen. Mechanische Energieumformer werden vor allem gebraucht, wenn Maschinen verschiedener Drehzahl verbunden werden müssen, z.B. eine Dampfturbine mit einer Schiffsschraube, ein Elektromotor mit einem Turbogebläse, ein Verbrennungsmotor mit einer Fahrzeugachse oder einer Luftschraube.

Die wichtigsten dieser Umformer sind die Zahnrad-Getriebe, die Riemen- und Seiltriebe und die hydraulischen Umbormer; ihre Fortschritte zeigen sich vor allem, wenn man die erreichten und erreichbaren Grenzen der Leistung aufsucht und feststellt, welche Probleme, insbesondere bei Erhöhung der Geschwindigkeit, auftreten.

Beim Zahnrad hat man heute die Umfangsgeschwindigkeit, die früher bei etwa 6 bis 10 m lag, bereits bis nahezu 60 m/sek oder 216 km/st, gesteigert, eine Geschwindigkeit, die auch zur Zeit ungefähr die höchste erreichte Reibradgeschwindigkeit von Fahrzeugen und die höchste erreichte Riemengeschwindigkeit darstellt. Aber die Schwierigkeiten sind beim Zahnrad weitaus höher, als beim unmittelbaren Reibrad, da sie nur durch bedeutende Fortschritte in der zwangläufigen Zahnradherstellung überwunden werden konnten. Auf diesem Gebiete sind zahlreiche Meisterwerke der Gestaltung und der Genauigkeitsarbeit entstanden, z.B. die Maschinen von Pfauter, Reinecker, Maag, Bilgram, Gleason, Böttcher, die zu den reizvollsten Maschinen der Gegenwart gehören. Allerdings sind die Anforderungen an diese Maschinen bei raschlaufenden Zahnrädern sehr hoch, denn eine einfache Rechnung zeigt, daß die durch Zahnfehler hervorgerufenen positiven und negativen Massendrücke, die das Rad während des Laufens sozusagen hin- und herbeuteln, mit dem Quadrate der Umfangsgeschwindigkeit steigen. Steigt die Umfangsgeschwindigkeit auf das Zehnfache, so darf der Fehler nur mehr ein Hundertstel betragen, um nicht höhere Massenkräfte zu erhalten. Aber nicht nur die Größe der Massenkräfte, sondern auch ihre Zahl in der Zeiteinheit steigt, so daß ihre Wirkung, die sich in Erschütterungen, Geräusch und Abnutzung, oft auch in Resonanzschwingungen der ganzen. Wellenleitungen äußert, um so schwerer zu bekämpfen ist. Bei raschlaufenden Zahnrädern spielen nicht mehr Zehntel, sondern Tausendstel Millimeter eine Rolle. Die zahlreichen Mittel, |261| Erschütterungen, Lärmen und jegliche Abnützungen der Zahnräder zu bekämpfen, haben oft, aber noch nicht immer, zu vollem Erfolg geführt, doch kann erst ein Maschinenteil, der keinerlei Abnutzung und Störung aufkommen läßt, als wirklich vollkommen bezeichnet werden.

Die Anwendung der Zahnradumformer hat dank der Fortschritte des Werkzeugmaschinenbaues und der Betriebserfahrungen, besonders in. den letzten 10 Jahren, außerordentliche Fortschritte gemacht. So ging z.B. die englische Kriegsmarine 1916 für fast alle Schiffsbauten auf Dampfturbinenbetrieb mit Zahnradumformer über, so daß Anfang 1920 fast 600 Getriebe in Dienst gestellt waren. Der Schlachtkreuzer Ilood, z. Zt. das größte Kriegsschiff der Welt, erhielt 4 zweistufige Getriebs-Turbinen mit insgesamt 144000 PS und erreichte bei seiner Probefahrt Anfang 1920 32 Knoten Geschwindigkeit. Vor allem aber hat sich der gesamte Handelsschiffbau, allerdings nicht immer mit Erfolg, des Zahnradgetriebes bemächtigt, so daß heute die Dampf-Kolbenmaschine auf dem Schiffe, soweit nicht Dieselmotore in Betracht kommen, endgültig durch die hochtourige Turbine mit Zwischengetriebe abgelöst sein dürfte. Dadurch sind Turbinendrehzahlen von 4000 und 5000 und eine Weiterentwicklung in jenen Bahnen möglich geworden, die der geniale schwedische Ingenier de Laval bereits vor Jahrzehnten mit seinen kleinen hochtourigen Turbinen von 20–30000 Umdrehungen in der Minute beschritten hatte, der damals schon Zahnradgetriebe modernster Bauart anwendete. Daß die raschlaufenden Schaufelradverdichter ebenfalls von den Erfahrungen und der zunehmenden Beherrschung des Getriebes Nutzen ziehen, ist selbstverständlich.

Auf anderem Gebiete liegen die Fortschritte der mittelbar wirkenden Umformer. Die Verwendung von Riemen und Seilen hat den Hauptvorteil, daß oft eine bedeutende Entfernung zwischen den Wellen billig und bequem überwunden werden und gleichzeitig eine Mehrfach-Umformung auf verschiedene Wellenleitungen stattfinden kann.

Der wirtschaftliche Wettbewerb zwischen Bändern aus Stahl, Leder, Geweben und Kettenbändern untereinander und mit den Seilen aus Hanf und Baumwolle ist immer noch lebendig. Allgemein aber ist für große Leistungen das Streben nach Schnellbetrieb, also nach größten Stoffgeschwindigkeiten mit entsprechend geringerem Stoffbedarf. Dieser Schnellbetrieb aber verlangt Maßnahmen gegen das Strecken des Bandes durch Fliehkraft, einen Uebertragungsstoff von überall gleichbleibender Dicke, Masse und Elastizität, und eine Reibungsübertragung durch Haft-Fette, deren Flüssigkeitsreibung sich nach neueren Versuchen mit der trocknen Reibung des Stoffes selbst äußerst vorteilhaft vereinigt.

Geschwindigkeiten bis 45 m/sek werden bereits häufig durchgeführt, größere bis 60 m immer noch ausnahmsweise oder bei Versuchen. Für noch größere Geschwindigkeiten bis 100 m wäre das Stahlband das aussichtsreichste Mittel, wenn es gelänge, eine auch hierfür einwandfreie Verbindung ohne Aenderung von Masse und Festigkeit des Bandes herzustellen. Umformer von mehreren 1000 PS sind mit Lederriemen und Hanfseilen ausgeführt, Riemenbreite von 1½ bis 2 m und mehr, Riemendicke bis zu vierfacher Lederstärke. Gegenüber dem Zahnrad bleibt aber der Nachteil bestehen, daß selbst bei gleichen Umfangsgeschwindigkeiten der Riemen fünf- bis zehnmal breiter ausfällt, und kleine Scheibendurchmesser wegen der Biegungsbeanspruchung bei Leder und Stahlband sehr ungünstig sind.

Schließlich streifte der Redner noch kurz den Stand der sogenannten hydraulischen Umformer, die als dynamische Umformer mit Schaufelradpumpe und -Motor oder als statische Umformer mit Kolben- oder Kapselpumpe und entsprechendem Motor betrieben werden. Erstere Bauart wurde in Deutschland von Föttinger in Verbindung mit der Vulkanwerft bis zu größten Leistungen durchgebildet, letztere hauptsächlich durch Lentz gepflegt und neuerdings für zahlreiche Anwendungsgebiete durchgearbeitet. Trotz ihrer größeren Verluste ist der Vorteil der Umschaltbarkeit der Drehrichtung und teilweise auch der Drehzahlen für ihre Wahl vielfach ausschlaggebend. Allen Bauarten ist eine gewisse Unempfindlichkeit, Freiheit von Erschütterungen, Geräusch und Abnutzung, und eine große Betriebssicherheit zuzuerkennen, welche eine weitere Entwicklung sehr begünstigen.

Die vorgeführten Beispiele gaben dem Redner zum Schlusse Gelegenheit, zu betonen, daß alle Fortschritte nur schrittweise durch abwechselnde Beobachtung und gründliche Durchdenkung der Erscheinungen, also Praxis und Theorie, gewonnen werden konnten; dazu sind vor allem notwendig wagemutige und erfindungsreiche Schöpfer der Gelegenheiten zur Erfahrung und ihre kundigen Verwerter.

Elektrische Härte-, Glüh- und Einsatzöfen. Der in D. p. J., Heft 15, vom 30. Juli d. Js. auf Seite 239 dargestellte elektrische Härte-, Glüh- und Einsatzofen wird nicht wie angegeben von der Firma Bartz & Bolle in Berlin hergestellt und vertrieben, sondern von der Norddeutschen Maschinenfabrik G. m. b. H. in Pinneberg (Holstein) gebaut und von der Firma C. Störtländer & Co., in Hamburg vertrieben.

Preger.

Metalltechnik.

Chemische Reaktion an Kristallen und ihre feinbauliche Deutung. Von Geh.-Rat Prof. Dr. Rinne, Leipzig. (Hauptversammlung der Deutschen Gesellschaft für Metallkunde.) Die Kristalle stellen eine Aggregationsform dar, bei der die Teilchen in dreidimensional-periodischer Folge in „Raumgitterart“ angeordnet sind. Die Kristallgestalten sind der äußere Ausdruck des kristallinen Mikrokosmos, seine Stereochemie deutet sich bereits in der Anlage der Kristallflächen und -kanten an. Eine glänzende Bestätigung haben die Vorstellungen vom Bau der Kristalle in den Arbeiten von M. von Laue gefunden, der die Beugungsbilder der Röntgenstrahlen durch Kristallplatten entdeckte. Die zierlichen Erscheinungen sind geradezu ein Symbol der Atomanordnung. Kein Zweifel kann nunmehr an der Natur der Röntgenstrahlen als zartester Wellenbewegung, an dem Vorhandensein der Atome und an dem Raumgitterbau der Kristalle bestehen.

Den weitesten Ueberblick über die allgemeinen physikalischen Verhältnisse der feinbaulichen Gebilde gewährt die Betrachtung der Wandlungen, die sich in der Materie ereignen, wenn sie aus dem Zustand der Gase als durcheinander „nomadisierender“ Teilchen in den der Flüssigkeit und schließlich in den Zustand des Kristallinen mit seiner Raumgittteranordnung übergeht. Zwischenstufen mit einseitig parallel gerichteten Molekülen sind die flüssigen Kristalle. Unterabteilungen gliedern die Aggegratzustände. Beim kristallinen Material sind das die bei den Metallen und besonders beim Eisen so bedeutsamen polymorphen |262| Modifikationen. Im Röntgenbilde treten solche Wandlungen sehr anschaulich hervor.

Die chemischen Eigenschaften der Legierungen. Von Geh.-Rat Prof. Tammann, Göttingen. (Hauptversammlung der Deutschen Gesellschaft für Metallkunde.) An Legierungen, die ununterbrochene Mischkristallreihen bilden, ändern sich die physikalischen Eigenschaften, wie Dichte, Festigkeit, Harte, elektrisches Leitungsvermögen usw., gleichmäßig mit der Zusammensetzung. Das chemische Verhalten ändert sich, dagegen sprungweise, eine merkwürdige Erscheinung, die vom Vortragenden entdeckt worden ist. Dieses Verhalten der Mischkristalle brachte der Redner in Beziehung zum Aufbau des Raumgitters und begründete damit die beobachteten Gesetzmäßigkeiten.

Gegenwart und Zukunft der deutschen Aluminiumindustrie. Von Dr.-Ing. Sterner-Rainer. (Hauptversammlung der Deutschen Gesellschaft für Metallkunde). Während das deutsche Reich vor dem Kriege mit Ausnahme des Werkes bei Rheinfelden in Baden von etwa 800 t jährlicher Leistung kein Aluminium erzeugendes Werk besaß, haben sich unter dem Druck des Krieges in überraschend kurzer Zeit die Anlagen von Rummelsburg bei Berlin, Horrem bei Köln, Bitterfeld, Grevenbroich a. d. Erft, das Lautawerk in der Lausitz und Steeg bei Goysern am Hallstedter See entwickelt. Gleichzeitig sind die Pläne zum bayerischen Aluminiumwerk bei Mühlendorf entstanden. Die Werke in Rummelsburg und Horrem sind inzwischen wieder zum Erliegen gekommen, in der Erzeugung stehen zurzeit außer Rheinfelden die Werke Bitterfeld mit 4000 t, das Erftwerk mit 14000 t und das Lautawerk mit derselben Leistung. Sämtliche während des Krieges entstandenen Werke werden mit Strom aus Kraftwerken versorgt, die auf der Verwendung von Braunkohlen begründet sind. Nur das Innwerk, das sich zurzeit im Bau befindet, wird Wasserkräfte verwenden. Das auf den Hütten benutzte Herstellverfahren ist bis auf unwesentliche Aenderungen heute noch immer dasselbe wie vor 30 Jahren.

Die schwierigste Aufgabe für den Metallhüttenmann ist es, jederzeit mit Sicherheit fehlerlose Barren für die weitere Verarbeitung des Aluminiums zu gießen. Namentlich ist bei der Aluminiumherstellung der Temperaturmessung besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Was die Weiterverarbeitung des Aluminiums betrifft, so sind über den Einfluß der Walztemperatur, der Walzrichtung, der Größe der Stiche, der Abmessungen und Umlaufgeschwindigkeiten der Walzen, der Glühdauer und Glühtemperatur fast keine wissenschaftlichen Untersuchungen bekannt. Bei der Verarbeitung des Aluminiums zu Blechen gehen die Ansichten darüber, wo man die Ursachen festgestellter Mängel suchen soll, wirr durcheinander. Die Verwendungsmöglichkeit für Aluminiumbleche ist ins Ungeahnte gestiegen. Ebenso umfangreich ist das Verzeichnis der Verwendung für Draht, Rohre, Gußwaren, Körner und Pulver aus Aluminium.

Ungewiß dagegen ist die Zukunft der Aluminium erzeugenden Industrie, da die ausländischen Werke in vieler Beziehung, namentlich aber im Rohstoffbezug, deutschen Werken gegenüber in bevorzugter Lage sind. Gelingt es uns dagegen, was nicht von der Hand zu weisen ist, deutschen Ton wirtschaftlich auf reine Tonerde zu verarbeiten, so würden die Verhältnisse wesentlich anders liegen. Tonerdewerke sowie namentlich unsere Hochschulen widmen der Lösung dieser Frage viel Zeit und Mühe. In der Frage der Kraftversorgung unserer Aluminiumhütten äußerte der Redner die Ansicht, daß die Verlegung unserer Aluminiumwerke nach dem Süden Deutschlands wegen der dort vorhandenen Wasserkräfte ein Erfordernis der Zukunft sei. Namentlich in den Alpen stehen uns in reichem Maße Wasserkräfte zur Verfügung. 1 KWh würde heute trotz des teuren Ausbaues nicht über 5 Pfg. zu stehen kommen. Eine große Hilfe könnte unserer Aluminiumindustrie in dem Kampf um ihren Bestand erstehen, wenn man das Hüttenverfahren verbessern könnte. Es wird auch nicht an Versuchen fehlen dürfen, Aluminium auf thermischem Wege in geeigneten Einrichtungen zu gewinnen. Im Zusammenhang damit müssen auch die Vergütungs- und Veredelungsverfahren für Aluminium erkannt, vermehrt und verbessert und so die Möglichkeiten, neue wertvolle Legierungen zu erhalten, erweitert werden. Wichtig ist, daß die großen Mengen verunreinigten Altmetalls, darunter auch die Abfälle, wofür wir heute noch keine Möglichkeit der Verwendung und Aufarbeitung haben, wieder in den Kreislauf der Herstellung und Verarbeitung zurückgeführt werden. Der Redner wies darauf hin, daß wir in der Kenntnis des Aluminiums schon jetzt weiter wären, wenn unter Ueberwindung der üblichen Geheimniskrämerei auch nur die schlechten Erfahrungen, die oft unter erheblichem Kostenaufwand an einer Stelle gemacht werden, der Allgemeinheit mitgeteilt würden, damit überflüssige Arbeit erspart werden könnte. Hierin müßte unbedingt eine Verbesserung Platz greifen, wenn die deutsche Aluminiumindustrie vorankommen soll. Schon heute können wir unsere Aluminiumindustrie nicht mehr aus unserm Wirtschaftsleben hinwegdenken. Sie ist ein wesentlicher Teil unserer Erzeugung geworden und wird es noch mehr werden, wenn wir, gefördert durch zweckentsprechende wirtschaftspolitische staatliche Maßnahmen, die angeführten Wege der Entwicklung erfolgreich beschreiten.

Turbinentechnik.

Die neuere Entwicklung der Wasserturbinen. Von Prof. Dr.-Ing. Dister Thoma, München. (Hauptversammlung des Vereins deutscher Ingenieure 1921). Mit der Francis-Turbine beherrscht man heute einen Bereich von den kleinsten Gefällen an bis über 200 m Höhe mit völliger Sicherheit. Die Verbesserungen, die auf Grund jahrzehntelanger Erfahrungen angebracht worden sind, werden an den großen Zwillingsturbinen des Untrawerkes in Schweden mit ihren Saugkrümmern von 6 auf 4,9 m im Lichten und ihrer durch den doppelten Krümmer ohne mittleres Lager frei durchgehenden Welle besprochen. Ein weiterer Fortschritt, der für senkrecht angeordnete Turbinenwellen bestimmend gewesen ist, war die Entwicklung der Drucklager nach dem System Michel. Trotz dieser Vollkommenheit der technischen Entwicklung läßt sich aber nicht verkennen, daß die Theorie der Francis-Turbinen noch auf unsicheren Grundlagen ruht. Das zeigt sich schon darin, daß man den schädlichen Einfluß der Saugrohrkrümmer falsch eingeschätzt und erst durch viele Versuche festgestellt hat, daß man den Krümmer sowie jeden unsymmetrischen Einfluß auf das Laufrad vermeiden muß. Aus dieser Erkenntnis sind Turbinen hervorgegangen, bei denen das Spiralgehäuse an ein gerades, kegeliges, in ein Unterwasserbecken ausgießendes Saugrohr anschließt. Ein weiterer Anlaß, die heutige |263| Turbinentheorie zu ergangen, hat sich ergeben, als man mit dem Bedürfnis nach höheren spezifischen Drehzahlen dazu überging, auch die Umfangsgeschwindigkeiten zu steigern. Während man bis dahin beim Entwurf der Schaufeln von der Annahme ausging, daß jedem Wasserteilchen die relative Bahn zum Laufrade genau vorgeschrieben sei, mußte man bei gesteigerten spezifischen Drehzahlen und entsprechend z1nehmenden Relativgeschwindigkeiten des Wassers im Laufrade die Länge oder die Zahl der Schaufeln weitgehend verringern, um die Reibungsverluste in erträglichen Grenzen zu halten. Dadurch ergeben sich verhältnismäßig weite Schaufelkanäle mit ganz unsicherer Wasserführung, die der früheren Theorie nicht mehr entsprechen. Dennoch wäre falsch, daraus zu schließen, daß diese neueren Turbinen eine unvollkommene Wirkung ergeben. Einen entscheidenden Schritt in dieser Richtung hat zuerst Professor Dr. Kaplan, Brünn, getan, dessen Turbinenkonstruktion auch in den Vereinigten Staaten Nachahmung gefunden hat. Bei der Kaplanturbine stehen die Schaufeln so weit auseinander, daß sie sich unmittelbar gegenseitig nur wenig beeinflussen, und die Strömung im Bereich einer Schaufel verläuft ähnlich wie die Strömung um eine Flugzeugfläche im unbegrenzten Luftraum. Nach Ansicht des Vortragenden ist aber die Anwendbarkeit solcher Schaufeln auf Turbinen mit sehr hoher Umfangsgeschwindigkeit beschränkt, und man kann daher nicht hoffen, mit Hilfe dieser Bauart auch die Wirkungsgrade langsam laufender Turbinen zu erhöhen. Anderseits erwecken die günstigen Wirkungsgrade, die man von dieser Turbine gerade bei außerordentlicher Schnelläufigkeit erwarten darf, die Aussicht, bei kleinen Gefällen erfolgreich in Wettbewerb treten zu können, was für die Ausnutzung der in Deutschland verfügbaren Wasserkräfte von großer Bedeutung ist. Im weiteren Teil seines Vortrages bespricht der Redner dann eine Reihe neuerer amerikanischer Bauarten von Turbinen und weist zum Schluß auf die von Lawaczeck vorgeschlagenen Umformeranlagen hin, bei denen das Turbinenlaufrad mit einem Pumpenlaufrad vereinigt und das so erzeugte Druckwasser in eine abseits stehende, mit dem Stromerzeuger gekuppelte Turbine geleitet werden soll. Solche Anlagen können für Wasserkräfte in Betracht kommen, bei denen der größte Teil der Kosten auf Maschinenanlagen entfallen würde, um die Baukosten zu verbilligen.

Wärmetechnik.

Drosselwirkung und Zustandsgleichung. (Dr. K. Schreber, Z. S. f. komprimierte und flüssige Gase, 21. Jahrgang.) Schon kurz nachdem man die Körperlichkeit der Luft überhaupt erkannt hatte, gab Boyle in dem nach ihm benannten Gesetz die Beziehung zwischen Druck und Raumumfang der Gase, das dann Anfang 1800 durch Gay-Lussac durch die Festlegung der Temperaturzählung zur bekannten Zustandsgleichung der Gase erweitert wurde: pv = RT; p der Druck, v der Raumumfang, R ein Festwert, der für alle Gase derselbe ist, wenn man nach Molen zählt und T die Temperatur mit 273° für den Schmelzpunkt des Eisens, die sogenannte Amontonsche oder absolute Temperatur.

Für die allermeisten Arbeiten, in denen mit Gasen gerechnet wird, genügt diese einfache Zustandsgleichung, aber gerade für das jetzt so wichtige Gebiet der flüssigen Luft ist sie ungenügend, und man hat sich deshalb bemüht, eine bessere zu entwickeln. Einen ersten Erfolg in dieser Richtung hatte van der Waals: Die Beobachtungen von Andrews an Kohlendioxyd, im pv-Netz dargestellt, ergeben Temperaturlinien, welche aus drei Teilen bestehen. Der, mit starken Drucken beginnende, erste Teil ist eine stetig gekrümmte Linie, welche den flüssigen Zustand darstellt; der mit einem Knick ansetzende zweite Teil ist geradlinig und gibt das Mischgebiet flüssig-gasig; der dritte, ebenfalls mit einem Knick ansetzende, ist wieder stetig gekrümmt und gibt den gasigen Zustand. James Thomson zeigte, daß man den mittleren geradlinigen Teil durch einen stetig gekrümmten ersetzt denken könne, welcher die beiden anderen stetig verbindet. Kurze Zeit darauf gab dann van der Waals von den Anschauungen der kinetischen Gastheorie ausgehend eine Zustandsgleichung der Gase, welche für die Linien unveränderter Temperatur auf einen ebensolchen Linienzug führte. Sie hat deshalb ein sehr großes Ansehen erlangt, obgleich man schon sehr bald erkannte, daß sie zahlenmäßig nicht stand hielt. Berechnet man die in ihr vorkommenden Festwerte aus den Beobachtungen des flüssigen Zustandes, so erhält man ganz andere Zahlen, als bei der Berechnung aus den Beobachtungen des gasigen Zustandes, trotzdem sie doch den Uebergang aus dem flüssigen in den gasigen Zustand darstellen soll. Schon Clausius hat deshalb versucht, diese Gleichung abzuändern, und seit dieser Zeit ist die Zahl der Abänderungsvorschläge ständig gewachsen, ohne zu einem Erfolg zu führen.

K. Schreber hat nun versucht, auf einem anderen Wege zu einer Zustandsgleichung zu gelangen. Schon Lord Kelvin hat nachgewiesen, daß, wenn die Gase nicht der einfachen Zustandsgleichung folgen, auch der Ueberströmungsversuch von Gay-Lussac nicht genau sein kann, sondern daß man bei sorgfältiger Beobachtung eine Temperaturänderung der Luft muß feststellen können, wenn diese aus einem Raum mit starkem Druck in einen mit schwachem überströmt. Er hat aus den allgemeinen Sätzen der Wärmelehre die folgende Gleichung abgeleitet:

wo A die Wärmeumrechnungszahl und cp die spez. Wärme des Gases bei unverändertem Druck ist. Die Differentiation links ist bei unverändertem Wärmeinhalt i vorzunehmen. Schreber setzt zur Abkürzung für den Differentialquotienten links ω und für pv/T = P, dann ist nach leichter Umbildung:

1)

Die Drosselwirkung ist also wesentlich vom Verlauf der Linien gleichen Druckes im P-T-Netz abhängig. Einem Größtwert von P entspricht ω = 0, beim Durchschreiten des Größtwertes ändert also ω sein Vorzeichen, die Erwärmung geht in eine Abkühlung über. Nur wenn die Drosselwirkung eine Abkühlung bringt, kann das Gas nach dem Verfahren von Linde verflüssigt werden. Man nennt die Punkte mit ω = 0 Umkehrpunkte.

Schreber hat für sämtliche vorhandenen brauchbaren Beobachtungen an Luft P berechnet und in ein P-T-Netz eingetragen. Aus dieser Darstellung der vorhandenen Beobachtungen läßt sich leicht für die Umkehrpunkte von ω eine Ellipse ableiten, aus der dann folgt:

2)

Diese Gleichung gibt die Abhängigkeit der Drosselwirkung von Druck und Temperatur. Sie ist an Beobachtungen zu prüfen.

|264|

Setzen wir 2) in 1) ein, so ergibt sich durch Integration die Zustandsgleichung:

3)

Soviele Beobachtungen über den Zustand der Luft nun auch vorliegen, einwandfrei sind nur recht wenig. Es bleiben nur die Beobachtungen von Holborn und Schultze, die sich vorzüglich durch die Gleichung darstellen lassen. Schließlich geben auch noch die Beobachtungen von Holborn und Jacob über die Abhängigkeit der spezifischen Wärme der Luft vom Druck ein Mittel, die Gleichung zu prüfen. Auch hier sieht man eine weit innerhalb der Grenzen der Genauigkeit der Beobachtung bleibende Uebereinstimmung zwischen Gleichung und Beobachtung.

So gut die erhaltene Zustandsgleichung auch den Zustand der Luft darstellt, soweit er für die Luftverflüssigung in Frage kommt, vollständig ist sie doch noch nicht: Denken wir uns in der, dieses Journal 1920, S. 225, dargestellten Fläche des Wasserdampfes, die ja, wenn auch mit anderen Zahlenwerten für Luft gilt, die untere Fläche1) nach vorn und links hinreichend erweitert, so liegt die gefundene Umkehrpunktellipse ganz weit vorn auf dieser Erweiterung. Wie James Thomson gezeigt hat, kann man sich die abwickelbare Fläche des Mischgebietes durch eine stetig gekrümmte ersetzen, welche einen stetigen Uebergang zwischen der nach vorn steil abfallenden oberen und der unten liegenden Fläche vermittelt: oben hängt eine Schneewehe über den Abgrund herüber und unten hat ein Bach den Abhang unterhöhlt. Ergänzt man die Zustandsfläche auch beim Uebergang fest-flüssig in derselben Weise, so erhält man für jede Linie unveränderten Druckes bei jeder dieser Ergänzungen noch je einen Größt- und einen Kleinstwert von P, die wieder einen Umkehrpunkt ω = 0 bedingen. Die vollständige Gleichung für ω zerfällt also in 3 Aeste, von denen der eine das oben behandelte Ellipsenviertel ist. Der zweite ist eine parabelartige Linie, deren Achse ungefähr mit der Druck-Temperaturlinie im p-T-Netz, der Spurlinie der abwickelbaren Fläche, zusammenfällt. Der dritte ist eine Linie, welche zur Gleichgewichtslinie fest-flüssig dieselbe Beziehung hat, wie der zweite zur Gleichgewichtslinie flüssig-gasig. Vom dritten Ast weiß man zur Zeit noch garnichts und vom zweiten sehr wenig. Der Weg bis zur vollständigen Erkenntnis der Zustandsgleichung der Stoffe ist also noch recht lang, obgleich man ihn jetzt hypothesenfrei vor sich sieht. Der Einfluß dieser beiden Aeste auf den Zustand der Luft ist aber nur sehr gering und deshalb reicht die oben aufgestellte Zustandsgleichung für fast alle zur Zeit nötigen Rechnungen aus.

Ersparnisse durch Verminderung der Widerstände in Dampfleitungen. Es wurde von berufener Seite schon früher darauf hingewiesen, daß bedeutende Ersparnisse erzielt werden können, wenn bei der Fortleitung von Dampf nur Konstruktionsteile mit geringem Widerstand zur Verwendung gelangen. (Vergl. D. p. J., Band 336, Seite 188.) Nunmehr entwickelt O. Denecke in Heft 26 der Zeitschrift für Dampfkessel und Maschinenbetrieb einige Formeln, die es dem Ingenieur möglich machen, bei Umbauten und Neuentwürfen ohne Mühe rechnungsmäßig festzustellen, in welchem Maße sich die Kosten vermindern infolge der Verkleinerung des Widerstandes in der Leitung. Er berechnet den Druckabfall durch Reibung ΔR in kg/m2 nach der bekannten, im Taschenbuche „Hütte“ angegebenen Näherungsformel , wo β die Reibungswiderstandszahl, γm das mittlere spezifische Gewicht des Dampfes in kg/cm3, 1 die Länge der Rohrleitung in m, dem deren Durchmesser in cm und v die mittlere Dampfgeschwindigkeit in m/sek. bezeichnet. Nennt man ferner Q das stündlich aus der Rohrleitung austretende Dampfgewicht in kg und Q' die Niederschlagsmenge während desselben Zeitraumes, so ist . Hieraus läßt sich v entwickeln und in die erstgenannte Beziehung einsetzen. Es ergibt sich . Da nun gesetzt werden kann, so folgt . Aus dieser Formel erhält man für sowie , sofern ist. Für jeden Einzelwiderstand an beliebiger Stelle x der Rohrleitung ergibt sich ein Druckabfall , wenn ζ die Einzelwiderstandszahl darstellt. Führt man für vx den Wert Qx ein, so folgt . Wird ferner für alle Einzelwiderstände ζ1, ζ2 usw. der Mittelwert γx = γm und gesetzt, erhält man oder beziehungsweise . Da nun nach der oben entwickelten Gleichung für ist, kann man schreiben . Der Gesamtdruckabfall durch Reibung und Einzelwiderstände wäre Δ = Δ R + Z oder nach Einsetzung der gefundenen Werte . Nennt man den zweiten Summanden in der Klammer l ζ, so ergibt sich Δ = R . (l + l ζ). Nunmehr besteht die Möglichkeit, rechnerisch festzustellen, in welcher Weise sich durch Verkleinerung der Einzelwiderstände der Rohrdurchmesser und die Kosten der Rohrleitung vermindern. Es sei gegeben Q, l und der zulässige Druckabfall Δ = p2 – p1. Den denkbar kleinsten Durchmesser erhält man, wenn Σ ζ = 0 wird. In diesem Falle ist , und d0, läßt sich nach der oben für d3cm angegebenen Gleichung feststellen, wobei das Glied infolge seiner geringen Größe vernachlässigt |265| werden kann. Für ein beliebiges Σ ζ folgt durch Vereinigung der Formeln für Rund während bei war. Eine Division beider Ausdrücke liefert . Nun ist hinreichend genau .Daher wird oder bzw. . Diese Formeln gestatten eine Lösung der gestellten Aufgabe. Denecke veranschaulicht dies an der genannten Stelle durch ein Zahlenbeispiel. Er veröffentlicht überdies ein Schaubild, aus dem sich für alle Betriebsverhältnisse ablesen läßt, welcher Rohrdurchmesser infolge Veränderung der Einzelwiderstände erforderlich wird.

Schmolke.

|264|

Vergl. D. p. J. 1920, S. 251: „Das Bild ist um 100° zu drehen in der Richtung ⃕“.

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