Titel: Polytechnische Schau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1923, Band 338 (S. 7–10)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj338/ar338003

Polytechnische Schau.

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

Die Temperaturmessung von elektrischen Maschinen (nach Dr.-Ing. G. Keinath in E. u. M. 1922, Heft 9 und 10.) Die Betriebsicherheit und die Lebensdauer von elektrischen Maschinen ist von der Temperatur der Isolierung sehr wesentlich abhängig; dies gilt insbesondere von der Höchsttemperatur. Es erscheint daher zweckmäßig, die Temperatur der Wicklungen im Betrieb messen zu können.

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Die Ermittelung der Höchsttemperatur an elektrischen Maschinen durch Einbau geeigneter Thermodetektoren am Prüfstand ist nichts neues. Neu ist dagegen die Ueberwachung der Temperatur von Maschinen und Transformatoren im normalen Betrieb. Dabei lassen sich unter Umständen erhebliche Ersparnisse erzielen. So kann nach Montsinger und Childs (General Electric Review, Juni 1918) bei Transformatoren mit Selbstkühlung die KVA-Belastung für jeden Grad, um den die umgebende Temperatur niedriger ist als 40° C, um 1 % erhöht werden. Die gleiche Zunahme der Belastungsfähigkeit tritt bei wassergekühlten Transformatoren ein für jeden Grad, um den die Temperatur niedriger ist als 25° C.

Wahl der Meßstellen.

Die Thermodetektoren werden dorthin gesetzt, wo man die heißesten Stellen vermutet; dabei ist aber zu überlegen, ob nicht die Betriebsicherheit durch den Einbau der Detektoren vermindert wird. Betrachtet man z.B. den Ständer eines Wechselstrom-Turbogenerators, so ist die Lage des Temperaturmaximums in der Achsenrichtung von der Konstruktion und der Art der Lüftung abhängig (s. Abb. 1). Außerdem hängt die Lage der heißesten Stelle in der Nut von der Richtung des Wärmestroms zwischen dem Nutenkupfer und dem Zahneisen ab. Geht der Wärmestrom vom Nutenkupfer zum Zahneisen, so tritt die Höchsttemperatur auf der Innenseite des Isolierrohres auf, im anderen Fall auf der Außenseite. Die Richtung des Wärmestroms kann sich auch mit der Belastung ändern, d.h. bei Leerlauf und Belastung eine andere sein. Allgemein gültige Regeln lassen sich hierbei nicht aufstellen. Der Einbau der Thermodetektoren unmittelbar am Kupfer ist aus Gründen der Betriebsicherheit nicht zu empfehlen. Um die Kupfertemperatur angenähert zu bestimmen, kann man die Thermodetektoren zwischen die isolierten Leiter einer Nut legen. Die Eisentemperatur kann mittels Thermodetektoren bestimmt werden, die zwischen Isolierrohr und Eisen angebracht werden.

Textabbildung Bd. 338, S. 8

Bei Transformatoren wird im allgemeinen die Unterspannungsseite heißer als die Oberspannungsseite sein. Bei Transformatoren mit Oelkühlung kann die Betriebsüberwachung durch Messung der Temperatur der obersten Oelschicht erfolgen; diese Methode ist einfach und gefahrlos, hat aber den Nachteil, daß die Oeltemperatur bei Ueberlastung des Transformators nicht schnell genug folgt.

Methoden der Temperaturmessung und ihre praktische Ausführung.

1. Quecksilberthermometer. Mit solchen lassen sich nur die Oberflächentemperaturen von Wickelköpfen und anderen freiliegenden Wicklungsteilen messen und auch diese nicht genau.

2. Schmelzperlen. Vogel (E K B, 20/46) hat vorgeschlagen, an kritischen Stellen der Maschinen Schmelzperlen einzubauen, die aus Legierungen mit niedrigem bekannten Schmelzpunkt bestehen, und in Glaskugeln eingeschmolzen sind. Diese Methode ermöglicht keine kontinuierliche Messung, außerdem wird man die Messung nicht an den heißesten Stellen ausführen können.

3. Messung der Temperatur der austretenden Kühlluft. Bei konstanter Belastung und Luftgeschwindigkeit steigt die Temperatur der austretenden Kühlluft mit der Erwärmung an. Durch die Messung der Lufttemperatur können die Maschinen daher auch in gewissem Grad überwacht werden. Dieses Verfahren weicht von der erstrebten punktförmigen Messung am weitesten ab. Die Angaben lassen nur im Beharrungszustand einen Schluß auf die Temperatur an den heißesten Stellen zu und sind bei künstlicher Belüftung der Maschine auch noch von der Luftgeschwindigkeit abhängig.

4. Aus der Widerstandsmessung des Wicklungskupfers. Wie bekannt, kann man aus der Messung des Widerstands einer Wicklung in kaltem und warmem Zustand die Temperaturerhöhung bestimmen. Da der Temperaturkoeffizient sehr wesentlich von der Reinheit des Wicklungskupfers abhängt, wird es sich empfehlen, vorher an einer Drahtprobe den Temperaturkoeffizienten zu bestimmen. Bei Wechselstromwicklungen ist eine dauernde Temperaturbeobachtung mit einem Zeigerinstrument nicht möglich, wohl aber bei Gleichstromwicklungen. Man verwendet für diesen Zweck Instrumente mit einem Kreuzspulmeßwerk, welche es ermöglichen, das Verhältnis zweier Ströme zu messen. Dieselben besitzen ein permanentes Magnetsystem mit Eisenkern, ähnlich wie die Drehspulinstrumente, nur mit dem Unterschied, daß der Luftspalt nicht konstant ist. Das bewegliche Organ besteht aus zwei stromdurchflossenen Spulen, die räumlich um einen gewissen Winkel gegeneinander versetzt sind. Die Spulen sind so geschaltet, daß sich die auf sie ausgeübten Drehmomente aufheben. Jedem Stromverhältnis entspricht eine bestimmte Gleichgewichtslage des beweglichen Organs. Die eine Drehspule wird über einen Vorwiderstand an die Klemmen der zu messenden Wicklung angeschlossen und nimmt einen Strom auf, welcher der Spannung an der Wicklung proportional ist. Die zweite Drehspule liegt an den Klemmen eines im Stromkreis der Wicklungen liegenden Nebenwiderstandes. Das Verhältnis der beiden Drehspulströme ist demnach dem jeweiligen Widerstand und damit der Temperatur der zu messenden Wirkung proportional.

Bei dieser Methode der Temperaturmessung erhält man die mittlere Temperatur der Wicklung. Die Höchsttemperatur kann nach der bekannten Formel

tmax = 2tm – t0

ermittelt werden, wobei tm die mittlere Uebertemperatur und to die Oberflächentemperatur bedeutet.

5. Messung mit Thermoelementen. Der besondere Vorzug der Thermoelemente ist die Möglichkeit einer „punktförmigen“ Messung, der geringe Raumbedarf und der Wegfall einer besonderen Stromquelle. Die Thermoelemente werden in Form von dünnen Drähten (0,5 mm) oder von Bändern (5 × 0,1 mm) mit dem Leiter verbunden, dessen Temperatur gemessen werden soll. Die erzeugte Thermokraft kann durch empfindliche Gleichstrom – Millivoltmeter gemessen werden, die zu den |9| empfindlichsten elektrischen Meßgeräten gehören. Der Widerstand der Anzeigeinstrumente soll möglichst hoch sein, um die Anzeige unabhängig vom Widerstand der Thermoelemente zu machen. Bei Verwendung von Kompensationsmethoden läßt sich dieser Einfluß ausschalten. Die wesentlichste Fehlerquelle bei Verwendung von Thermoelementen ist die Veränderlichkeit der Temperatur der kalten Enden, und wird es sich empfehlen, diese Temperatur mittels eines Quecksilberthermometers zu beobachten.

6. Messung mit Widerstandsthermometern. Die Temperatur einer Wicklung kann auch aus der Widerstandserhöhung von besonderen Spulen aus Kupfer, Platin oder Nickel ermittelt werden, die in die Wicklung eingebettet werden. Die Verwendung derartiger Widerstandsthermometer hat gegenüber Thermoelementen den Vorteil, daß die Ueberwachung der Temperatur der kalten Enden wegfällt, dafür ist aber die Messung nicht mehr punktförmig, sondern sie erfolgt auf einer mehr oder minder großen Fläche. Die Ermittelung der Widerstandserhöhung der Spulen kann entweder mit Hilf e einer Brückenschaltung oder mit einem Kreuzspulinstrument erfolgen. Von besonderem Interesse ist die Verwendung wechselstromgespeister Widerstandselemente, was den Vorteil hat, daß durch Zwischenschaltung eines Schutzwandlers zwischen Widerstandsthermometer und Messeinrichtung die Hochspannung von dieser ferngehalten werden kann. Die erste derartige Einrichtung für die Temperaturmessung an Großtransformatoren haben Montsinger und Childs in General Electric Review 1918 beschrieben. Die 5 bis 6 m langen Thermometerspulen bestanden aus einer bifilaren Kupferwicklung um einen flachen isolierten Kupferkern. Eine wesentlich schwierigere Aufgabe stellt die Messung der Temperatur in Generatoren dar, da die Abmessungen der Thermometer sehr klein sein müssen. Für diesen Zweck wurde von G. Keinath eine Meßeinrichtung nach dem Schaltbild Abb. 2 vorgeschlagen, die von der Firma Siemens & Halske gebaut wird. Zur Anzeige dient ein elektrodynamisches Kreuzspulinstrument. Die Belastung des Widerstandsthermometers beträgt 1 W, der Widerstand 1 Ω, die Windungszahlen des Schutzwandlers verhalten sich wie 1 : 100, der Vergleichswiderstand beträgt demnach etwa 10.000 Ω. Der Meßwiderstand besteht aus einem Nickelband, das induktionsfrei gewickelt ist. Die Ableitungen sind aus Kupferblechstreifen von 10 mm Breite, 0.5 mm Dicke hergestellt. Die Meßlänge des Thermometers beträgt 30 cm, die Breite 10 mm, die Dicke etwa 1.5 mm. Die eine Ausführung der Schutzwandler mit Massefüllung hält bei 60° C noch eine Prüfspannung von 30.000 V aus, bei 20° C eine solche von 60.000 V, sie erscheint demnach für Betriebsspannungen bis 15.000 V ausreichend sicher. Die andere Ausführung ist zum Einhängen in das Oelgefäß von Leistungswandlern gedacht und wird mit 100 KV zwischen Primär- und Sekundärwicklung geprüft. Mit Rücksicht auf die geringe Richtkraft werden die Temperaturmesser nur als Horizontal-Kreisprofilinstrumente gebaut.

Textabbildung Bd. 338, S. 9

Die Anzeige ist von Spannungs- und Frequenzschwankungen in geringem Maß abhängig. Die Abhängigkeit von der Frequenz läßt sich durch besondere Kunstschaltungen bei einem Temperaturmeßbereich von 0 bis 150° auf ± 1° herunterdrücken.

Die Messung mit Widerstandsthermometern ist nicht mehr punktförmig, sondern sie integriert über eine mehr oder minder große Fläche. Bei wechselstromgespeisten Thermometern kann auch das Nutenfeld eine zusätzliche EMK erzeugen, welche die Messung fälscht. Diese Fehler verschwinden aber gegenüber denen, die durch unsachgemäße Wahl der Meßstellen entstehen. Wie schon erwähnt, wird man die Thermodetektoren möglichst von der Hochspannung fernhalten und außen an der Isolierung messen. Dieses Verfahren kann aber zu ganz erheblichen Irrtümern führen. Newbury und Fechheimer (The Electrio Journal 1920, September) haben darüber eingehendes Versuchsmaterial veröffentlicht. Aus den Versuchen geht hervor, daß man im günstigsten Fall auf eine Genauigkeit von ± 5 ° C rechnen kann.

7. Messung am „thermischen Abbild.“ Von der zu überwachenden Wicklung wird ein unter Niederspannung stehendes „thermisches Abbild“ hergestellt und an diesem mit irgend einem der vorher genannten Mitteln die Temperaturmessung ausgeführt. Das thermische Abbild besteht aus einer Spule, die von einem Hilfsstrom durchflössen wird, der dem Belastungsstrom der zu überwachenden Wicklung proportional ist. Das Abbild muß die gleiche Temperatur-Zeitkonstante besitzen wie die Hauptwicklung und muß allen Temperaturschwankungen derselben folgen. Dazu gehört auch, daß seine Umgebungstemperatur immer die gleiche ist, also daß z.B. das thermische Abbild in Oel der gleichen Temperatur eingetaucht ist, wie die Hauptwicklung. Die Methode wurde von der Westinghouse Co (s. Skinner, The Electric Journal, 21/229) für große Transformatoren ausgeführt.

Der Verband deutscher Elektrotechniker hat einen besonderen Unterausschuß zum Studium der Frage der Temperaturmessung an elektrischen Maschinen eingesetzt und die Firmen werden gebeten, ihre Erfahrungen Herrn Dr.-Ing. Jakob in der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, Charlottenburg, mitzuteilen.

Dr. Kafka.

Vom „Rückwärts“ -Schweißverfahren. Bei Ausführung der autogenen Schweißung wird der Brenner hin und her geschwenkt und ist gegen die Schweißrichtung geneigt, im neuen „Rückwärts“ -Schweißverfahren wird der Zusatzmetallstab hinter statt vor dem Brenner geführt. Dadurch werden nach Nr. 12 des Zentralblattes der Hütten- und Walzwerke erreicht, daß das Metall reiner bleibt, die Schweißgeschwindigkeit größer ist und sich mindestens 25 v. H. an Löhnen, Gas und Zusatzmetall sparen lassen. Der Fluß des Zusatzmetalls erfolgt nun nicht mehr unmittelbar durch die Flammenspitze, sondern von der gesamten von der Schweißflamme ausgestrahlten Hitze, denn der rückwärts geneigte Brenner trifft nun voll den Schweißstab. Zudem wird dieser auch sehr stark gegen die auszuführende Schweißnaht geneigt und zwar in der Schweißrichtung, d.h. entgegengesetzt der Flammenneigung (unter 45° für 6 – 7 mm, bis zu 30° für bis zu 3 mm starke Bleche). Es besteht übrigens ein gewisses Verhältnis zwischen dieser Winkelneigung und der Geschwindigkeit des Schweißstabes in der Schweißnaht, und zwar sollte sie bei starken Blechen von etwa 6 mm ab derart sein, daß, unter abwechselnder Bewegung des Stabes von einer zur anderen Seite der Schweißnaht, die Stabspitze schmitzt. Die Bewegung soll von 4 und 3 mm dicken Blechen ab und besonders bei 2 mm starken eine hin -und hergehende Längsbewegung sein, ohne sich in die Quere zu erstrecken, wobei stets die Metallspitze beständig ins Schmelzbad zu tauchen hat.

Soll die Schweißnaht gleichmäßig ausfallen, so ist bei dem Schweißvorgang stets gleich schnell zu arbeiten, denn wird an dem einen Ende der Brenner zu schnell |10| ausgesetzt, so würde der Fluß erst nach gewisser Zeit eintreten und die Schweißnaht nicht gleichmäßig ausfallen. Daher wärme man die Bleche mit dem Brenner vor und zwar einige Zentimeter gegen den Schweißrand hin, halte den Brenner und den Stab richtig, so daß die Spitze der Flamme in die Rinne eindringt und der erste Fluß unter Ausführung einer kleinen Kreisbewegung mit der Flamme eintritt. Nun wird das Zusatzmetall in dieses Schmelzbad getaucht, der Brenner langsam weiter geführt und mit dem unmittelbar hinter der Flamme geführten Schweißstab entweder zu den Schweißrändern senkrechte oder elliptische Längsbewegungen ausgeführt immer unter Einhaltung der richtigen Neigungswinkel und Ausfüllung der Schweißrinne durch das Zusatzmetall. Am Ende der Schweißnaht kann man nötigenfalls die Lage des Brenners ändern zwecks Erzielung einer glatten Kante, indem Brenner und Stab vertauscht und nun wie gewöhnlich geschweißt wird. Durch die Neigung der Flamme ist das geschmolzene Metall nach rückwärts gerichtet und trifft immer die Rillen.

Dr. Bl.

Chromsäure als Rostschutzmittel. Das Eisen lediglich durch eine Schutzschicht von Farbe zu decken ist praktisch unmöglich, denn zwischen dem Eisen und der unverletzten Farbschicht entsteht Rost, wohl infolge ihrer stets vorhandenen geringen Durchlässigkeit gegen Wasserdampf und der beim Trocknen des Leinöls abgespaltenen geringen Feuchtigkeitsmenge.

Nach Nr. 26, S. 585, des XXVI. Jahrg. d. Zentralbl. der Hütten- und Walzwerke sucht man den Schutz gegen Rost in großer Wetterbeständigkeit der Farbe durch Zusatz chemischer, rostverhindernder Mittel, z.B. von Chromverbindungen und von Kalziumhydroxyd abspaltenden Alkaliverbindungen. Die Wirksamkeit dieser Verbindungen sind durch Untersuchungen von Heyn und Bauer bestätigt worden, doch ist bei Verwendung von Chromsäure und anderen Chromverbindungen Vorsicht zu beachten, da der Zusatz von Chloriden, z.B. Kochsalz, zu den Chromsalzlösungen ihre Rostschutzwirkung beeinträchtigt. Dasselbe tritt ein bei Verwendung von einfachem Leitungswasser; die Chromsäure verliert aber ihre rostschützende Wirkung sogar und löst das Eisen unter erkennbarer Schlierenbildung sehr schnell, sobald es zur Kathode wird oder in leitender Verbindung mit einem unedleren Metall steht, z.B. mit Zink oder einem elektrolytisch unedleren Stück Eisen. In diesem Fall wird die Chromsäure von der Kathode sofort reduziert und die gebildeten Chromichromate greifen nun das Eisen ganz erheblich an. Günstig ist das Verhalten von Kalziumhydroxyd, welches die Chloride nicht ganz zerstören können. Seine rostschützende Wirkung verliert sich erst allmählich, wenn die Lösung Kohlensäure aus der Luft aufgenommen hat und sich Kalziumkarbonat bildete. Dies geschieht aber sehr langsam, besonders wenn die Abspaltung im Zement oder unter einer Farbe bei fast völligem Luftabschluß vor sich geht. Die Untersuchungen ergeben also: Wirksamer ist der Rostschutz durch Chromsäure, zuverlässiger aber durch Kalziumhydroxyd (er beginnt in destilliertem Wasser bei 0,7 d C(OH)2 auf 1 l destillierten Wassers).

Dr. Bl.

Prüfungsausschreiben für Aluminiumleiter-Armaturen. Der Metallwirtschaftsbund, welcher auf Grund eines Erlasses des Reichswirtschaftsministeriums vom 22. Mai 1919 die Versorgung Deutschlands mit Metallen (mit Ausnahme von Eisen und Mangan) überwacht, erläßt hiermit ein Prüfungsausschreiben für Verbindungs- und Befestigungsteile bei Verwendung von Aluminium oder Stahlaluminium als Leiter, dessen „Nähere Bedingungen“ durch die „Beratungsstelle des Metallwirtschaftsbundes“. Berlin W 35, Potsdamer Straße 122a-b, unentgeltlich bezogen werden können. Der Zweck des Ausschreibens liegt darin, eine größere Verwendungsmöglichkeit des Alluminiums herbeizuführen, die bisher zum großen Teil deshalb nicht ausgenutzt wurde, weil es an geeigneten Armaturen usw. für Aluminium und insbesondere bei Freileitungen für Stahlaluminium mangelte. Zur Beteiligung an dem Wettbewerb ist jedermann im In- und Ausland zugelassen. Das geistige Eigentum an den eingereichten Armaturen verbleibt dem Erfinder bezw. dem Einsender. Preise werden nicht verteilt, dagegen werden die zugelassenen Konstruktionen im Anschluß an den Wettbewerb in einer besonderen Ausstellung der Allgemeinheit zugänglich gemacht. Nichtzugelassene Konstruktionen werden nicht öffentlich bekanntgegeben. Die Einreichung der nach den „Näheren Bedingungen“ notwendigen Unterlagen zur Beteiligung an dem Prüfungsausschreiben hat bis zum 1. November 1923 bei einer Stelle zu erfolgen, die in der Presse noch bekanntgegeben werden wird, oder bei der Beratungsstelle des Metallwirtschaftsbundes erfragt werden kann. Ein Zulassungsausschuß, dessen Spruch endgültig ist, entscheidet darüber, ob die eingereichten Armaturen den Bedingungen des Prüfungsausschreibens genügen. Die Mitglieder des Zulassungsausschusses, ebenso die Mitglieder der für die Vorbereitung und Durchführung des Ausschreibens gewählten Ausschüsse, die ihre Tätigkeit sämtlich ehrenamtlich und unbeeinflußt vom Metallwirtschaftsbund ausüben, sind in den „Näheren Bedingungen“ genannt. Diese enthalten auch eine Liste der zur Einsendung zugelassenen Armaturen.

Das „Haus der Elektrotechnik“ auf der Leipziger Messe. Aus dem Zentralverband der deutschen elektrotechnischen Industrie heraus hat sich ein Verein „Haus der Elektrotechnik e. V.“ gebildet, der auf dem Ausstellungsgelände der Technischen Messe in Leipzig ein eigenes grosses Ausstellungshaus für die deutsche elektrotechnische Industrie errichtet. Das „Haus der Elektrotechnik“ wird nach den Entwürfen von Professor Dr. Hans Grässel, München, von der Leipziger Architektenfirma Schmidt und Johlige erbaut. Der Bau ist bereits so weit vorgeschritten, daß er voraussichtlich schon zur Frühjahrmesse 1923 in Benutzung genommen werden kann. Er wird im Hauptgeschoß eine Ausstellungsfläche von 10000 qm erhalten.

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