Titel: | Polytechnische Rundschau. |
Autor: | H. |
Fundstelle: | Band 323, Jahrgang 1908, S. 380 |
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Polytechnische Rundschau.
Polytechnische Rundschau.
Wirbelstrombremse für Leistungsmessung.
Zur Umgehung der mit der mechanischen Leistungsmessung mittels Band- oder ähnlicher
Bremse verbundenen Uebelstände, die besonders bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten
zutage treten, sind in den letzten Jahren verschiedene elektrische Apparate zur
Ausführung gelangt, von denen die Boreas Bremsdynamo
mit schwingendem Gehäuse in D. p. J. beschrieben wurde. Im folgenden sei eine Wirbelstrombremse von
Morris & Lister in
Coventry (England) dargestellt, die ebenso wie die obengenannte Einrichtung
besonders für die Leistungsbestimmung schnellumlaufender kleiner
Verbrennungsmaschinen geeignet ist. Obwohl sie im allgemeinen für Leistungen unter
50 PS bestimmt ist, werden Bremsen dieser Bauart bis zu 150 PS geliefert.
Textabbildung Bd. 323, S. 381
Fig. 1.
Die Bremse besteht in der Hauptsache aus zwei je auf eine Nabe mit Armkreuz aus
Aluminium montierten Kupferscheiben, die auf den beiden Enden einer auf die
Motorwelle aufgekeilten Büchse befestigt werden. Zwischen den beiden Kupferscheiben
befindet sich ein loser um die genannte Büchse drehbarer Rahmen aus Aluminium, der
an seinem Umfang eine gewisse Anzahl von Elektromagneten trägt, deren Windungen in
solcher Weise angeordnet sind, daß die aufeinander folgenden Magnete wechselnde
Polarität erhalten. Die radialen Abstände sind so gewählt, daß die Kupferscheiben
noch etwas über die Magnetkerne hinausstehen. Mit dem inneren Aluminiumrahmen ist
eine Stange verbunden, auf welcher sich ein verschiebbares Gewicht befindet, daß
vorher je nach der ungefähr zu messenden Leistung in einem bestimmten Abstand von
der Achse eingestellt wird.
Textabbildung Bd. 323, S. 381
Fig. 2.A Hauptregelwiderstand, B Rheostat für Feinregelung, C Handrad, D
Anschluß an die Hauptleitung, E Anschluß an die Bremse. F Amperemeter.
Wird der Motor in Umdrehung versetzt, ohne daß die Elektromagnete erregt werden, so
empfinden die mit dem Motor sich drehenden Kupferscheiben keinen Widerstand. Bei
Erregung der Magnete werden in die Kupferscheiben Wirbelströme erzeugt, welche die
Energie des Motors unter Erhitzung der Scheibe absorbieren. Die magnetische
Wirkung übt auf das Magnetsystem zugleich ein Drehmoment aus, das der
Gewichtsbelastung des am Magnetrahmen befestigten Hebels entgegenwirkt.
Mit jeder Kupferscheibe ist an deren Außenseite ein Eisenring verbunden, auf die
kurze Stücke von Winkeleisen in solcher Weise befestigt sind, daß durch dieselben
bei der Umdrehung ein starker Luftstrom zur Kühlung der Kupferscheiben erzeugt wird.
Der ganze Apparat wird in einen Schutzkasten untergebracht; ohne denselben ist er in
Fig. 1 wiedergegeben. Das kleine Gegengewicht
auf dem nach rechts herausragenden kurzen Hebel erfüllt nur den Zweck, das Gewicht
des langen Hebels selbst auszugleichen.
Sind die Bremsen für Leistungsmessungen bei besonders hohen Umlaufzahlen bestimmt, so
werden die Magnetrahmen mittels Kugellager auf die Büchse gelagert, gegebenenfalls
auch auf eine eigene Welle montiert, die ihrerseits wieder durch Kugellager
unterstützt wird. Diese Kugellagerung hat nicht den Zweck die Genauigkeit der Bremse
zu erhöhen, da dieselbe von der hier in Frage kommenden Reibung vollständig
unabhängig ist, indem das Reibungsmoment ebenso wie das magnetische Drehmoment das
Hebelgewicht zu heben sucht, aber die Kugellagerung macht die Benutzung der Bremse
ohne Heißlaufen bei den hohen Geschwindigkeiten überhaupt erst möglich.
Textabbildung Bd. 323, S. 381
Fig. 3.Umdrehungen i. d. Minute in v. H. der
Normalgeschwindigkeit.
Bremsdauer a 1 Minute; b 3 Minuten;
c 15 Minuten; d 1 Stunde; e Fortwährende Bremsung.
Bei der Leistungsmessung wird das Gewicht zuerst in dem ungefähr vorausberechneten
Abstand von der Achse eingestellt, während die genaue wagerechte Lage des Hebels
zwischen zwei Anschlagspitzen durch Regelung des Magnetisierungsstromes erzielt
wird. Ist diese Lage erreicht, so findet man die Bremsleistung aus der Größe des
Belastungsgewichtes, aus dessen Abstand von der Achse und aus der Umdrehungszahl der
Kupferscheiben.
Fig. 2 zeigt die Schaltung für die Regelung des
Magnetisierungsstromes; eine grobe Einstellung findet zuerst mittels des
Hauptregelwiderstandes A, die Feinregulierung mit Hilfe
eines Kohlenrheostats B an dem Handrade C statt. Die Hauptleitung wird bei D, die Leitung zur Bremse bei E angeschlossen.
Jede Bremse wird für eine gewisse Normalleistung und Normalgeschwindigkeit
berechnet, kann aber in weiten Grenzen sowohl nach oben wie nach unten benutzt
werden, wobei die Ueber- und Unterschreitung im allgemeinen etwa bis 50 v. H.
betragen darf, ohne eine Ueberhitzung des Apparates befürchten zu müssen. Wie die
Verhältnisse sich dabei gestalten, zeigt Fig. 3, in
welche die Kurven a–d für die Bremsdauer der Reihe nach
von 1, 3, 15 und 60 Minuten, sowie e für fortwährende
Bremsung eingetragen sind.
Ky.
Die Verbindung von Kolbenmaschinen und Dampfturbinen im
Schiffsbetrieb.
Bei der Schiffsfortbewegung ist eine Vereinigung von Kolbenmaschinen und Turbinen am
besten geeignet für solche Fälle, wo die gewählte volle Geschwindigkeit des Schiffes
hinter der Grenze zurückbleibt, bei der eine Fortbewegung ausschließlich durch
Dampfturbinen noch wirtschaftlich vorteilhaft wäre. Im allgemeinen liegt diese
Grenze etwa bei 15 oder 16 Knoten. Der Vorteil der Vereinigung liegt hauptsächlich
in der Möglichkeit der besseren Ausnutzung eines hohen Vakuums. Während die
Luftverdünnung bei einer Kolbenmaschine mit drei- oder vierfacher Expansion nicht
über 25'' bis 26'' hinaufgetrieben wird, kann man bei Dampfturbinen zweckmäßig bis
28'' gehen. In welcher Höhe der Uebergangsdruck von der Kolbenmaschine zur
Niederdruckturbine anzunehmen ist, wird von den besonderen Betriebsumständen des
betr. Schiffes abhängen; er wird zwischen 1 und ½ at abs. liegen. Falls das Schiff
nicht immer mit seiner Höchstgeschwindigkeit fährt, soll die Leistung so über die
verschiedenen Maschinen verteilt sein, daß der Einlaßdruck der Turbine bei der
kleinsten Leistung nicht unter ½ at abs. sinkt.
Als Beispiel der Kraftverteilung sei ein Entwurf erwähnt, bei dem auf einen
stündlichen Dampfverbrauch von etwa 43000 kg gerechnet ist. Mit zwei
Vierfach-Expansions-Kolbenmaschinen würde die indizierte Maschinenleistung 7300 PS
betragen, mit zwei dreizylindrigen Dreifach-Expansions-Maschinen und zwei parallel
geschalteten Niederdruckturbinen 8300 (je 6300 und 2000), mit zwei vierzylindrigen
Dreifach-Expansions-Maschinen und einer Niederdruckturbine ebenfalls 8300 (6300 und
2000), während die Schiffsgeschwindigkeit im ersten Falle auf 15,5, in den beiden
anderen Fällen auf 16,2 Knoten geschätzt ist. Der Dampfverbrauch f. d. PS/std. ist
auf 5,9 bezw. 5,2 und 5,2 kg veranschlagt, das gesamte Maschinengewicht auf 1560
bezw. 1495 und 1525 t. Bei der oben angegebenen Kraftverteilung wäre der Einlaßdruck
der Dampfturbine etwa ½ at. Hierbei würde die Turbine fast ein Drittel der
Gesamtleistung übernehmen.
Augenblicklich befinden sich drei Schiffe mit einer Vereinigung von Kolbenmaschinen
und Turbinen in Ausführung: eins bei Harland & Wolff für die Dominion-Linie mit zwei vierzylindrigen
Dreifach-Expansions-Maschinen und einer Niederdruckdampfturbine auf der mittleren
Welle, ein anderes bei W. Denny & Brothers für die New Zealand
Shipping Company mit zwei dreizylindrigen Dreifach-Expansions-Maschinen und
ebenfalls einer Turbine, während bei A. Stephens &
Sons eine früher ausschließlich durch Turbinen
getriebene Yacht so umgebaut wird, daß die mittlere Welle eine
Hochdruck-Kolbenmaschine erhält, deren Abdampf in die beiden auf die äußeren
Schraubenwellen montierten Niederdruckturbinen geleitet wird. (Parsons und Walker.)
[Engineering 1908, S. 502–503 u. 511 bis 514.]
Ky.
Versuche mit Eisenbetonmasten für elektrische
Leitungen.
Die Probestücke mit ringförmigem Querschnitt bei 29–30 cm äußerem Durchmesser und
4,5–5 cm Wandstärke waren 2,85 m lang. Die Bewehrung bestand aus 10 oder 15
Rundstangen aus Flußeisen von 7 mm oder Stahl von 5 mm Durchm. Diese Stangen waren
in der Mitte der Wandstärke eingebettet und mit 2 mm-Draht bei 5 cm Ganghöhe
umwickelt.
Die Streckgrenze des Flußeisens betrug im Mittel 39,3 kg/qmm, des Stahles 55,0, die
Zugfestigkeit 47 bezw. 76,1 kg/qmm. Die sechs Monate alten Probekörper wurden bei
2,6 m Stützweite durch vier Einzellasten in Abständen von 50 cm auf
Biegungsfestigkeit geprüft und hierbei die aus nachstehender Zusammenstellung
ersichtlichen Ergebnisse erzielt.
Textabbildung Bd. 323, S. 382
Längsbewehrung; Durchbiegungen cm;
Höhe der Druckzone cm; Biegungsmoment cmk; Spannungen kg/qcm; Stangen; Material;
Querschnitt; bei dem 1. Riß; bei dem Bruch; Zahl; Durchmesser; i. v. H. des
Betonquerschn.; Gesamt.; bei dem 1. Riß; vor dem Bruch; Beton (Zug/Druck); Eisen
(Zug)
Mit zunehmender Beanspruchung nähert sich die Nulllinie der Druckkante. Bei weiterem
Oeffnen der Risse auf der Zugseite wird der Druckgurt zerdrückt. Hierbei knicken
gleichzeitig die Eiseneinlagen zwischen den Umschnürungen nach außen aus.
Für den Zustand der ersten Rissebildung sind die Spannungen unter
Berücksichtigung des ganzen Betonquerschnitts und des 15 fachen Eisenquerschnitts
berechnet. Die ermittelten Betonspannungen würden ungefähr der Biegungsfestigkeit
des reinen Betons entsprechen.
Die Spannungen für den Bruchzustand sind unter der Annahme ermittelt, daß der ganze
Eisenquerschnitt und nur die Hälfte des Betonquerschnitts vorhanden ist, während die
andere Hälfte als in der Zugzone liegend vernachlässigt wird. Man erhält bei dieser
Annahme wegen der Hohlkreisform des Mastes ziemlich einfache Formeln für das
Trägheitsmoment und die Widerstandsmomente des Querschnitts. Allerdings wird der
Hebelarm der inneren Kräfte zu klein ermittelt, da die aus dieser Rechnung sich
ergebende Höhe des gedrückten Kreissegments größer ist als die aus den Versuchen
ermittelte Höhe. Man erhält die Eisenzugspannungen etwas zu groß und die
Betondruckspannungen, die sich tatsächlich über eine kleinere Fläche verteilen,
etwas zu klein. Versuch Nr. 4 weist hiernach eine Bruchzugspannung von 5010 kg/qcm
auf, während die Zugfestigkeit des Flußeisens i. Mittel 4670 kg/qcm betrug und der
Bruch durch Zerdrücken des Betons eingetreten ist. Immerhin liefert die
angegebene Berechnungsweise brauchbare Werte für den Zustand nach dem ersten Riß bis
vor dem Bruch.
Um eine brauchbare Formel für die Bestimmung des erforderlichen Eisenquerschnitts im
gegebenen Betonquerschnitt zu erhalten, wird als Hebelarm der inneren Kräfte der
mittlere Durchmesser des Betonringes d eingeführt und
angenommen, daß gleichzeitig im Eisen die Spannungen an der Streckgrenze und im
Beton die Bruchdruckspannung von 250 kg/qcm eintritt. Man erhält für diese Annahme
eine erforderliche Höhe des gedrückten Betonsegments von 2,3 bis 3,2 cm Höhe und
einen Eisenquerschnitt von 46 bis 56 v. H. der vorhandenen Eiseneinlagen (bei Stahl
i. M. 53 v. H., bei Flußeisen i. M. 46 v. H.). Um den erforderlichen
Eisenquerschnitt zu erhalten, multipliziert man das Biegungsmoment mit dem
geforderten Sicherheitsgrad und dividiert das Produkt durch den mittleren
Durchmesser d und die Spannung an der Streckgrenze;
dieser Quotient wird für Stahl noch mit \frac{1}{0,53}=1,9 und
für Flußeisen mit \frac{1}{0,46}=2,2 multipliziert.
Nimmt man den Sicherheitsgrad zu 3 und die Streckgrenze des Stahles zu 4000 und des
Flußeisens zu 3000 kg/qcm an, so erhält man für Stahl
f\,e_{qcm}=\frac{3\,\cdot\,M}{d}\,\cdot\,\frac{1,9}{4}=1,43\,\frac{M\,m\,t}{d\,m},
für Flußeisen
f\,e_{qcm}=\frac{3\,M}{d}\,\cdot\,\frac{2,2}{3}=2,2\,\cdot\,\frac{M\,m\,t}{d\,m}.
Man erkennt aus diesen Formeln und aus den Versuchsergebnissen die Ueberlegenheit der
Stahleinlagen. (Schüle.) [Beton und Eisen 1908, S. 87
ff.]
Dr.-Ing. P. Weiske.
Elektrische Lokomotive.
Für den Betrieb der Michigan Central Railway in dem
Tunnel unter dem Detroit -Fluß werden von der General Electric Company und der American Locomotive Company sechs Lokomotiven gebaut,
die für mäßige Geschwindigkeit bestimmt sind. Ihr Gewicht beträgt 100 t und kommt
voll auf den acht Triebrädern zur Wirkung. Das Untergestell besteht aus zwei
zweiachsigen Drehgestellen mit Seitenrahmen aus Gußstahl, die sich unter
Zwischenschaltung von Blattfederbündeln auf die Achsbuchsen stützen. Der Durchmesser
der Triebräder beträgt 1220 mm. Die Drehgestelle sind unmittelbar miteinander
gekuppelt und tragen an den Enden ihrer Rahmen Zug- und Stoßvorrichtungen. Die
Drehzapfen und der Wagenkastenrahmen haben infolgedessen keine Längskräfte zu
übertragen. Der Wagenkasten besteht aus einem Führerstand und zwei anschließenden
Räumen, deren Abdeckung nach den Enden der Lokomotive hin abfällt, um den Ausblick
aus dem Führerstand auf das Gleis möglichst wenig zu behindern. Um die Enden der
Lokomotive führt ein Laufsteg zur Bedienung der Kupplungen.
Die elektrische Ausrüstung besteht aus vier Motoren, die mit Hilfe von elektrischen
Einzelschaltern gesteuert werden. Der Motorenstrom wird mit einer Spannung von 600
Volt von einer über dem Gleis liegenden dritten Schiene abgenommen. Die Motoren
besitzen zwischen den vier Hauptpolen vier Wendepole und sind die größten, welche
für Bahnzwecke bisher mit Wendepolen ausgerüstet wurden. Jeder kann etwa 300 PS
leisten und bei einer Geschwindigkeit von 20 km i. d. Stunde eine Zugkraft von
etwa 4000 kg ausüben, so daß die Lokomotive im Stande ist, einen 900 t-Zug eine 2 v.
H. Steigung mit der angegebenen Geschwindigkeit hinaufzuschleppen. Mit Rücksicht auf
die außergewöhnliche Größe der Drehmomente treibt jeder Anker die zugehörige
Laufachse mit zwei zu beiden Seiten angeordneten Zahnradvorgelegen an, deren
Uebersetzung 1 : 4,37 beträgt. Zur Kühlung der Motoren dient ein Ventilator, der im
Führerstand angebracht ist und 56 cbm Luft i. d. Minute insgesamt und somit für
jeden Motor 14 cbm fördert.
Die Lokomotive ist über die Puffer 12,6 m lang, ihr größter Radstand beträgt etwa 8,4
m und der Radstand jedes Drehgestells 2,92 m. Der Führerstand besitzt eine Länge von
4,72 m; seine Dachhöhe beträgt 3,63 m über Schienenoberkante. [Street Railway
Journal 1908, 1, S. 494.]
Pr.
Der Kohlenverbrauch der „Lusitania“.
Ueber die Leistungen und den Kohlenverbrauch der „Lusitania“ hat Th. Bell, Oberingenieur der Firma John Brown & Co.,
Ldt., der Erbauerin des Riesendampfers, in der Institution of Naval
Architects ausführliche Mitteilungen gemacht. Aus den vorgeführten Werten läßt sich
der thermodynamische Wirkungsgrad bei 68850 PS zu 62,6 v. H. berechnen, gegen 61,3
v. H. bei 23000 PS der „Dreadnought“. Auf der günstigsten Ozeanreise betrug
der Kohlenverbrauch der „Lusitania“ bei voller Geschwindigkeit 0,68 kg f. d.
PS/Std., während er bei geringerer Geschwindigkeit stieg, so daß bei 15 Knoten z.B.
1,13 kg verbraucht wurden. Der Kohlenverbrauch stimmt mit den Erwartungen ziemlich
überein. Die Behälter fassen 6300 t, wobei nach einer bei voller Geschwindigkeit
ausgeführten Ozeanreise noch Kohlen für 500 weitere Seemeilen zur Verfügung bleiben,
so das der Aktionsradius 3400 Seemeilen beträgt.
Der gesamte Dampfverbrauch für alle Maschinen wird zu 6,55 kg, derjenige für die
Turbinen allein zu 5,78 kg f. d. PS/Std. angegeben, gegen 6,07 kg bei der
„Dreadnought“. [Engineering 1908, S. 489–493 u. 517.]
Ky.
Wasserkräfte in Japan.
Der Möglichkeit, Wasserkräfte zur Erzeugung von elektrischer Energie auszunutzen,
wird, wie heute fast überall, neuerdings auch in Japan große Beachtung geschenkt. So
berichtete der Konsul der Vereinigten Staaten zu Yokohama, Henry. B. Miller, vor kurzem, daß allein im Gebiete des
Futschiyamagebirges unter anderen eine Wasserkraft von 66000 PS am Tashiragawa durch
Anlage eines 5,6 km langen Druckstollens und eine Wasserkraft von 100000 PS mit
Hilfe eines etwa 16 km langen Tunnels mit anschließendem Triebwerkskanal verfügbar
zu machen wären. Andere große Wasserkräfte sind diejenigen des Chuzanysees bei
Nikko, wo ein 5,6 km langer Tunneldurchbruch genügen würde um ein Nutzgefälle von
600 m verfügbar zu machen und des Inawashirosees, dessen Wasser, durch einen ebenso
langen Tunnel abgeleitet, 50000 PS liefern könnte. Die angegebenen Wasserkräfte sind
hinsichtlich ihrer Wasserzuflüsse auf einige Jahre zurück geprüft worden und stellen
mit den übrigen bekannten Wasserkräften eine Gesamtleistung von 300000 PS, selbst
bei anhaltender Dürre, dar, wobei als besonders vorteilhaft ins Gewicht fällt, daß
alle diese Anlagen innerhalb einer Entfernung von 130 bis 170 km von der Hauptstadt
Tokio gelegen sind, deren Kraftbedarf schon jetzt auf etwa 48000 PS beziffert wird,
abgesehen von dem Bedarf der elektrischen Bahn von Tokio nach Yokohama und der von
der Regierung in Angriff genommenen Hochbahn in Tokio, sowie abgesehen von den vielen im Bau
befindlichen industriellen Neuanlagen mit einem Gesamtkraftbedarf von 20000 PS. Auch
in der Nähe von Kioto, der ehemaligen Residenzstadt von Japan, und von Osaka, dem
japanischen Manchester, sind große Wasserkräfte verfügbar, deren Ausnutzung
angesichts der hohen Kosten der Erzeugung von Dampfkraft nicht nur dem Unternehmer
sondern auch der japanischen Industrie von großem Vorteil sein dürfte. [Electrical
World 1908, I, S. 597.]
H.