Titel: | Polytechnische Schau. |
Fundstelle: | Band 332, Jahrgang 1917, S. 77 |
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Polytechnische
Schau.
(Nachdruck der Originalberichte – auch im Auszuge
– nur mit Quellenangabe gestattet.)
Polytechnische Schau.
Textabbildung Bd. 332, S. 76
Abb. 1.
Die Verwertung der Abwärme von Brennkraftmaschinen für
Kraftzwecke. In den letzten Jahren macht sich im Brennkraftmaschinenbau
mehr und mehr das Bestreben geltend, die früher wenig verwertete Wärme des
Kühlwassers und der Abgase nicht allein zum Heizen oder zum Verdampfen flüssiger
Brennstoffe auszunutzen, sondern vor allem zur Krafterzeugung zu
verwenden.Allerdings war den Versuchen, die Abgase unmittelbar in einer
Niederdruckmaschine arbeiten zu lassen, bisher kein Erfolg beschieden, indessen
scheinen in neuester Zeit die Arbeiten des Dr.-Ing. W. Schmidt die Aussichten für die praktische Verwertbarkeit einer
Verbundanordnung günstiger gestaltet zu haben. Befriedigendere Ergebnisse wurden bei
Verwendung der Abgase zur Erzeugung von Kraftdampf erzielt. Abb. 1 zeigt eine diesem Zwecke dienende Anlage der Gesellschaft Cockerill. Diese Abgase treten durch den Stutzen a in die Heizrohre des Wasserkessels b, durchziehen diese und gelangen zum Vorwärmer c. In letzteren tritt das Speisewasser bei d und strömt durch Rohr e
in den Kessel.
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Abb. 2.
Von Interesse dürfte es ferner sein, zu erfahren, daß nach Holzwarths Angabe die Abwärme einer 100-pferdigen, luftgekühlten
Verpuffungs- Gasturbine gerade ausreicht, zum Wasserdampf zum Betriebe der Gebläse
und Absauger für die Turbine zu erzeugen. Auch verdient im Hinblick auf den
Gesamtwirkungsgrad einer Kraftanlage ein schon im Jahre 1903 gemachter Vorschlag von
Fox Beachtung, demzufolge die Brennkraftmaschine leer
laufen und nur die Heizgase für einen Dampfkessel liefern soll. Die Maschine
entnimmt in diesem Falle das Gas einem Verdampfer. Durch die Verpuffung wird
ein Schwungrad in Umdrehung versetzt. Beim Rückgang des Kolbens werden die Gase
verdichtet und erhitzt. Die Verwendung der hochgespannten, heißen Druckgase zur
Beheizung eines Kessels läßt einen guten Wirkungsgrad erwarten. Sofern mehr Dampf
gebraucht wird, als die Abgase erzeugen können, ist es angezeigt, diese zur
Vorwärmung zu benutzen. Befürchtet man bei zu tiefer Abkühlung Säurebildung aus den
Abgasen, so ist deren Verwendung zur Ueberhitzung am Platze, die allerdings eine
geringere Ausnutzung ergibt. Auch erweist es sich bisweilen als praktisch, das
Kühlwasser durch die Abgase noch mehr zu erwärmen und sodann einem Dampfkessel als
Speisewasser zuzuführen. Abb. 2 zeigt eine vom
Eisenhütten-Aktienverein Düdelingen geschaffene Anlage für die an letzter Stelle
genannte Abwärmeverwertung. Von der Maschine b gelangen
die Abgase durch die Leitung a zum Erhitzer, in dessen
Innerem sich ein Röhrenbündel c befindet, das von einem
Mantel d umgeben ist. Durch letzteren fließt das
Kühlwasser zum Behälter e und wird darauf durch eine
Pumpe abgesogen und durch das Röhrenbündel c zum
Dampfkessel f gedrückt. Der Gedanke, im Kühlmantel eine
tief siedende Flüssigkeit kreisen zu lassen, diese durch die Abgase trocken zu
verdampfen und die Kaltdämpfe für Kraftzwecke auszunutzen, scheint bezüglich der
Wärmewirkung erfolgversprechend zu sein. Seine praktische Durchführbarkeit wird
indessen dadurch in Frage gestellt, daß die in Betracht kommenden Flüssigkeiten, wie
eingehende Versuche von Josse zeigten, zu sehr die
Baustoffe der Maschinenanlage angreifen. Auch der Versuch zur Einführung
hochsiedender Flüssigkeiten als Abwärmeträger ist in neuester Zeit gemacht worden.
So läßt zum Beispiel Tejessy Oel durch einen
Wärmeaufnehmer im Zuge der Abgase und einen Wärmeabgeber in einem Wasserkessel
kreisen. Das erhitzte Wasser wird zum Beheizen eines Dampfzylinders benutzt.
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Abb. 3.
Zufriedenstellende Ergebnisse wurden erzielt, wenn man die Abwärme der
Verbrennungsgase auf Preßluft überträgt und diese für Kraftzwecke verwendet. Wie
dies geschehen kann, zeigt die in Abb. 3 dargestellte
Einrichtung der Closed Circuit Air Transmission Ltd. in
Glasgow. Der Kolben a der auf der linken Seite
sichtbaren Gasmaschine verdichtet im Raume b Luft.
Diese strömt zum Kessel c, wird dort von den durch d abziehenden Abgasen der Maschine erwärmt, gelangt
nach Kessel e, wo sie durch die Abgase der rechts
gezeichneten Maschine f weiter erhitzt wird, und wirkt
dann unterhalb des Kolbens h, auf den oben die
Brenngase treibend drücken. Durch die Preßluft wird also die Leistung der Maschine
f gesteigert. Das Rohr i dient zur Rückleitung der Abluft zum Verdichter, g ist ein Schalldämpfer, durch den die Abgase ins Freie gelangen. Einen
Schritt, die Gasturbine ihrer Verwirklichung näher zu bringen, tuen Morgan und Kremp, indem sie
einen Teil der Abgase zum Ansaugen der Kühlluft einer Kolbenmaschine mit Hilfe eines
Ejektors verwenden und dann das Gemisch als Treibmittel einer Turbine zuführen,
während der Rest der Abgase zu der Auspuffkammer der Turbine strömt und gleichfalls
unter Benutzung von Elektoren einen Unterdruck hervorruft, wodurch eine Vergrößerung
des für die Turbine verfügbaren Gefälles erreicht wird. (Gentsch in 1916 Heft 48, 49, 50 der Zeitschrift des Vereins deutscher
Ingenieure.)
Schmolke.
–––––
Anlassen von Dieselmaschinen bei niedriger Verdichtung.
Damit in der Dieselmaschine während der Verdichtung die Temperatur der
Verbrennungsluft bis zur Entzündungstemperatur des Treiböles ansteigt, muß der
Verdichtungsenddruck etwa 32 bis 35 kg/cm2
betragen. Während des normalen Betriebes einer solchen Maschine steigt der
Verbrennungsdruck beim Gleichdruckverfahren nicht über den Enddruck der
Verdichtung.
Während des Anlassens einer Dieselmaschine können jedoch im Zylinder Explosionen
eintreten mit einer Drucksteigerung von 60 kg/cm2
und mehr. Anläßlich der Jahresversammlung der British Association zeigt Prof. Watkinson, Liverpool, in seinem Vortrage vom 16.
September 1916 solche Anlaßdiagramme einer 50 PSe-Maschine (Abb. 1). Mit Berücksichtigung der
Drucksteigerung während des Anlassens sind die Maschinen stärker zu bauen als der
normale Betrieb es erfordert.
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Abb. 1.
Der Vortragende berichtet von seinem neuen Verfahren, bei dem zur Erlangung der
notwendigen Verdichtungsendtemperaturen nicht mehr ein so hoher Verdichtungsdruck
anzuwenden ist. Abb. 2 zeigt fortlaufende Diagramme
nach dem neuen Verfahren, das nur geringe Abänderungen an der gewöhnlichen
Dieselmaschine erfordert. Der Verdichtungsenddruck ist wesentlich niedriger als
beim üblichen Gleichdruckverfahren mit Selbstzündung. Im vierten Diagramm der Abb. 2 ist die Verdichtungsendspannung 25 und der
Höchstdruck der Verbrennung 42 kg/cm2. Abb. 3 zeigt Druckluftdiagramme, ebenso regelmäßige
Diagramme mit 23 kg/cm2 Verdichtungsenddruck und
42 kg/cm2 Höchstdruck der Verbrennung. Die
Diagramme wurden bei der Maschine sofort nach dem Anlassen mittels Druckluft, also
bei noch kalter Maschine genommen. Abb. 4 zeigt ein
einzelnes Diagramm mit 18 kg/cm2
Verdichtungsendspannung und einem Verbrennungsdruck, der nur wenig größer ist. Abb. 5 zeigt ein Schwachfederdiagramm hierzu und zeigt
einen Weg, der es möglich macht, bei der Verdichtung der Verbrennungsluft die
Selbstentzündungstemperatur des Treiböles zu erhalten, ohne die bisher verwendeten
hohen Verdichtungsenddrücke zu erzeugen. Die Gleichung der Verdichtungslinie nach
Abb. 6 lautet: p vn = C, daraus folgt \frac{T_a}{T_b}=\left(\frac{p_a}{p_b}\right)^{\frac{n-1}{n}}=\left(\frac{V_b}{V_a}\right)^{n-1}.
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Abb. 2.
Die Gleichung zeigt, daß die Endtemperatur der Verdichtung vom Verdichtungsverhältnis
und nicht von der Größe des Verdichtungsenddruckes abhängig ist. Durch Versuche ist
bereits festgestellt, daß die Lufttemperatur durch Erzeugung eines Unterdruckes
während der Saugperiode nicht merklich verkleinert wird. Die Temperatur der
Verbrennungsluft bei Beginn der Verdichtung ist somit unabhängig vom
Verdichtungsanfangdruck. Es ist somit möglich, bei einer Verdichtung auf 2 at eine
ebenso hohe Verdichtungstemperatur zu erhalten, wie bei einer Verdichtung zum
Beispiel auf 35 at.
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Abb. 3.
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Abb. 4.
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Abb. 5.
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Abb. 6.
Um die sehr hohen Drucke beim Anlassen der Dieselmaschinen zu vermeiden, genügt es
hierbei, die Einlaßsteuerung außer Tätigkeit zu setzen. Dann regelt die Feder des
Einlaßventils den Unterdruck im Zylinder selbsttätig. Der Höchstdruck der
Verbrennung kann dann beim Anlassen der Maschine eine gewisse Größe niemals überschreiten und
das Auftreten von Verbrennungsdrücken über 60 kg/cm2 ist ausgeschlossen. (Engineering 1916 II S. 290.)
W.
–––––
Ueber die Ermüdung der Metalle. (P. Ludwik in Zeitschrift des österr. Ingenieur- u. Architekten-Vereins 1916
S. 795 bis 798.) Einschnürende Stoffe, wie schmiedbare Metalle, sind bekanntlich oft
wiederholten Beanspruchungen gegenüber viel weniger widerstandsfähig als gegen
einmalige, bis zum Bruch gesteigerter Belastung. So bricht zum Beispiel schmiedbares
Eisen bei Beanspruchung auf Schwingungsfestigkeit, wenn also die Beanspruchung auf
Zug mit gleich großem Druck abwechselt und dieser Belastungswechsel oft genug
stattfindet, bei Spannungen ab, die kleiner sind als die halbe, in normaler Weise
ermittelte Zerreißfestigkeit. Als Erklärung für dieses Verhalten hat Beilby angegeben, daß das Material an den Gleitflächen in
den amorphen Zustand übergeht. Die dadurch versprödeten Teile machen weitere
Formänderungen nicht mehr mit, wohl aber das noch nicht in den amorphen Zustand
umgewandelte Material. So schreitet nach Beilby die
Versprödung des Materials mit zunehmender Lastwechselzahl fort, bis es bricht.
Ludwik hat Torsionsversuche mit wechselnder Drehrichtung
an Stäben aus Kupfer, Aluminium und Blei durchgeführt. Da man aus dem
Torsionsschaubild auf das Verhalten des Materials gegenüber dehnenden und
stauchenden Kräften zurückschließen kann, läßt sich das Ergebnis der
Verdrehungsversuche auch auf die Zug- und Druckprobe übertragen.
Ludwik verwirft die im englischen und amerikanischen
Schrifttum sehr verbreitete Beilbysche
Umwandlungshypothese. Wiederholte Beanspruchungen, die im gleichen Sinne erfolgen,
machen zwar einen einschnürenden Stoff gegenüber einer weiteren, in derselben
Richtung erfolgenden Formänderung hart und spröde. Einer bleibenden Rückformänderung
setzt jedoch ein einschnürendes Metall anfänglich stets geringeren Widerstand
entgegen, als einer weiteren gleichgerichteten Deformation. Jenseits der gewählten
Grenzbelastung verhält sich das auf Ermüdung erprobte Material nicht wesentlich
anders als das ohne Entlastungen zum Bruch gebrachte. Daher kann das Material durch
die Vorbelastungen sich nicht teilweise in den amorphen Zustand verwandelt haben.
Wiederholte Beanspruchungen führen ohne tiefergehende Materialveränderungen zu einer
Auflockerung des Gefüges, die den vorzeitigen Bruch bedingt. Es ist hierbei
merkwürdig, daß die Schwingungsfestigkeit nur um sehr wenig kleiner ist als die
Ursprungsfestigkeit.
Bei Blei hat Ludwik beobachtet, daß bei diesem Metall
schon bei Zimmertemperatur Einformungsvorgänge eintreten, wie sie bei schwerer
schmelzbaren Metallen, wie Aluminium, Kupfer und schmiedbaren Eisen erst bei
entsprechend höheren Temperaturen beobachtet werden.
Leon.
–––––
Schmiedbarer Guß. Die Herstellung von schmiedbarem
Guß erfolgt durch Glühen von weißem Roheisen in einem sauerstoffhaltigen Mittel, wie
Roteisenstein u.a. Sie beruht auf einer allmählichen Entkohlung. Die ursprünglich
karbidreiche Struktur wird dabei in ferritisches Gefüge umgewandelt. Die näheren,
physikalisch-chemischen Vorgänge, die diesem schon über zwei Jahrhunderte lang
ausgeübten Prozesse zugrunde liegen, sind bis heute noch nicht vollständig
aufgeklärt. Es stehen sich zwei Theorien gegenüber. Nach Ledebur wird zunächst der am Rande liegende Kohlenstoff beim Glühen
verbrannt; an seine Stelle tritt, vom Kern herkommend, neuer Kohlenstoff, und so
wird das Stück allmählich seines Kohlenstoffes beraubt. Wüst dagegen zeigte, daß durch das Glühen erst Temperkohle gebildet wird.
Temperkohleteilchen sind es mithin auch, die am Rande verbrennen. Die dabei
entstehende Kohlensäure macht dem Eindringen von Sauerstoff in tiefer gelegene
Teilchen Platz, und so schreitet der Verbrennungsvorgang allmählich nach dem Innern
fort, bis alle gebildete Temperkohle verbrannt und das Stück entkohlt ist.
Grundsätzlich unterscheiden sich also beide Theorien dadurch, daß nach der einen
Kohlenstoff aus dem Gußstück aus- und daß nach der anderen Sauerstoff in das Stück
hineinwandert. R. Stotz hat sich nun von neuem mit dieser
Frage beschäftigt (Stahl und Eisen 1916 Nr. 21). Durch Glühen in neutraler
Atmosphäre (Stickstoff) führte er zunächst den zu Karbid gebundenen Kohlenstoff in
Temperkohle über und fand dabei die Beobachtung von Wüst
und Geyer bestätigt, daß sich bei Temperaturen bis 1030°
die Temperkohle durch reinen Stickstoff nicht als Cyan verflüchtigt. Die Abscheidung
der Temperkohle hatte eine beträchtliche Volumvermehrung zur Folge. Beim
nachfolgenden Glühen in Roteisenstein während drei Tagen bei 1030° hatten sich keine
Hohlräume gebildet, deren Entstehen man nach der Wüstschen Auffassung an Stelle der ursprünglich vorhandenen
Temperkohleteilchen annehmen mußte. Vielmehr konnte Stotz
nachweisen, daß statt dessen ein Zusammenschweißen der entsprechenden Ferritkörner
stattgefunden hatte. Bei dem schwefelreichen Kupolofenguß verlief der technische
Glühfrischprozeß im Sinne der Ledeburschen Theorie: Der
Kohlenstoff wurde vergast, ohne vorher als Temperkohle abgeschieden zu werden. Die
Ursache für die Behinderung dieser Abscheidung ist darin zu suchen, daß infolge des
hohen Schwefelgehaltes der Kohlenstoff in fester Lösung gehalten wird. In diesem
Zustande kann die allmähliche Entkohlung durch molekulare Wanderung von innen nach
dem Rande hin stattfinden. Schwefelarme Stücke dagegen zeigten starke
Temperkohlebildung, der Prozeß verlief also im Sinne der Wüstschen Auffassung. Stotz zeigte ferner, daß
sich der Graphit wohl oxydieren läßt, aber so schwer, daß er durch ein- oder
zweimaliges Glühfrischen, nicht entfernt wird. Denn die Hohlräume, die sich durch
Verbrennung des am Rande liegenden Graphits bilden, schließen sich wieder zusammen,
wenn auch unter starker Auflockerung des Gefüges, so daß ein weiteres Eindringen des
Sauerstoffs nicht
stattfinden kann. Beim Tempern von Grauguß kommt daher die höhere Affinität des
Ferrits (d.h. des reinen Eisens) dem graphitischen Kohlenstoff gegenüber insofern
zur Geltung, als das Gußstück an seiner Außenseite verbrannt wird, bevor der
Kohlenstoff aus seinem Innern entfernt ist.
Nach den Versuchen von Stotz läßt sich daher keine der
beiden Theorien von Ledebur und Wüst auf alle Fälle der Praxis des Temperprozesses übertragen. Dieser kann
vielmehr je nach der Zusammensetzung der Gußstücke sowohl im einen wie im anderen
Sinne verlaufen. Als wichtiges Ergebnis hat sich dabei herausgestellt, daß der in
der Praxis üblichen sehr langsamen Abkühlung der Gußstücke nach beendetem
Glühfrischen eine hohe Bedeutung zukommt, weil in dieser Abkühlperiode sich die
molekulare Wanderung des verbliebenen, gebundenen Kohlenstoffs vom Kern nach dem
Rande und damit ein Ausgleich im Kohlenstoffgehalt der verschiedenen Zonen
vollzieht.
Loebe.
–––––
Textabbildung Bd. 332, S. 79
Abb. 1.
Die Verfeuerung von großstückigem Koks zur Dampferzeugung
machte bisher bei Anlagen mit mechanischen Feuerungen, besonders bei Wander- und
Kettenrosten Schwierigkeiten, weil dabei kein Raum für eine genügende Schichtenhöhe
zur Verfügung steht, und weil wegen des Fehlens genügender flüchtiger Bestandteile
die Entzündung nachrückenden kalten Brennstoffs durch Entzündungsbogen nicht
stattfinden kann. Das Rheinisch-Westfälische Elektrizitätswerk hat nun im Verein mit
der Firma Siller & Jamart in Barmen-Hatzfeld eine
sinnreiche Vorrichtung geschaffen, welche die Frage der Verfeuerung von schwer
entzündbarem Koks auf Wanderrosten zu lösen berufen scheint.
Dieser Neukonstruktion lag der Gedanke zugrunde, über dem Wanderrost vor dem Eintritt
des Kokses in den Verbrennungsraum einen größeren Schacht anzubringen, in dessen
unterstem Teile auf einem kleinen Schrägrost dauernd ein Teil des glühenden Kokses
festgehalten wird, um als Feuerherd und Kontaktfeuer für die drüber liegende, kalte
Koksmasse zu dienen. Auf diese Weise gelangt der Koks schon glühend in den
Verbrennungsraum. Die Schichtendicke wird auf 50 bis 55 cm gehalten, um bei einer
Stückgröße von 70 bis 90 mm die erforderliche Verbrennungstemperatur gegenüber der
kalten Verbrennungsluft zu erhalten.
Durch eine am Rostende angebrachte Stauvorrichtung wird der Zutritt von zuviel kalter
Luft vermieden.
Nachdem in einer Versuchsanlage mit dieser Neuerung günstige Ergebnisse erzielt
worden sind, wurde die Feuerung in einen Schrägrohr-Zweikammerkessel der Firma Petry-Dereux in Düren eingebaut, wie aus Abb. 1 zu erkennen ist. Dabei konnte die
Schachtvorfeuerung an Stelle der ursprünglichen Kohlezufuhrtrichter gesetzt werden.
Der Stauer trat an die Stelle der üblichen Schlackenabstreicher. Er wurde durch ein
unteres trapezförmiges und ein darüber gelegenes rundes Rohr gebildet.
Bei großstückigem Hüttenkoks bis 90 mm wurde eine gute Entzündung und restlose
Verbrennung mit gutem Wirkungsgrade erreicht. Doch muß der Schrägrost im Vorschacht
eine bestimmte Neigung zur Wagerechten des Wanderrostes besitzen, damit für die
Dauer eine genügende Entzündung des Brennstoffs erreicht wird.
Textabbildung Bd. 332, S. 79
Abb. 2.
Da sich durch Verkleinerung der Heizfläche und Vergrößerung der Rostfläche
beträchtliche Dampf- und Abgastemperaturen ergaben, so wurde nur eine Rostbahn eingebaut, deren
Anordnung sich aus Abb. 2 ergibt. Auch wurden durch
Anbringung einer Abdeckung über der untersten Rohrreihe alle aus der Vorfeuerung und
dem ersten Teile des Rostes stammenden Generatorgase über die Rostfläche gezwungen
und zur Entzündung gebracht und so die infolge der Rostverkleinerung bedingten
kleineren Heizgasmengen besser ausgenutzt.
Die Versuche haben ergeben, daß die Wirtschaftlichkeit der Anlage bei Verfeuerung von
großstückigem Hüttenkoks die gleiche ist wie bei der Verbrennung einer guten
Steinkohle. Der großstückige Koks kann natürlich nur dann mit der Steinkohle in
Wettbewerb treten, wenn er zu angemessenen Preisen geliefert wird.
Die beschriebene Art der Feuerungsanlage ist gegenwärtig noch im Stadium der
Versuchsfeuerungen, scheint aber alle Aussicht zu haben, im Großen eingeführt zu
werden. (Stahl und Eisen 1916 Nr. 34 S. 820.)
Loebe.
–––––
Neue Kesselspeisepumpe. Das Bestreben, auch für die Zwecke
der Kesselspeisung Kolbenpumpen durch vollwertige rotierende Pumpen zu ersetzen, hat
zu dauernder Vervollkommnung der ursprünglich noch manche Nachteile zeigenden
Zentrifugalpumpensätze geführt und dabei einen Mitbewerb zwischen Zentrifugalpumpen
mit elektrischem und solchen mit gerade für diese Zwecke naheliegendem
Dampfturbinenantriebe hervorgerufen. Eine durch Dampfturbine angetriebene Pumpe
neuester Bauart der Maffei-Schwarzkopff-Werke beschreibt
Brumann in Heft 28 der Zeitschrift für das gesamte
Turbinenwesen. Pumpe und Turbine sind auf einer gemeinsamen Grundplatte und in einem
gemeinsamen Gehäuse untergebracht, so daß nur eine Achse mit zwei Lagern vorhanden
ist. Um eine Untersuchung der inneren Teile ohne Entfernung der am Gehäuse
angeschlossenen Dampf- und Wasser-Zu- und Ableitungen zu ermöglichen, sind die
Lagerschilde abnehmbar. Die Abdichtung der Welle erfolgt an der Turbinenseite durch
eine Labyrinthstopfbüchse oder bei größeren Druckunterschieden durch Kohleringe, an
der Pumpenseite durch gewöhnliche Weichpackung. Ein Uebertritt von Wasser aus dem
Pumpenraum in den benachbarten Turbinenraum ist dadurch vermieden, daß
Pumpensaugraum und Turbinendampfraum aneinanderstoßend angeordnet sind; etwa in den
Saugraum tretender Dampf wird kondensiert und erwärmt das Speisewasser, eine
besondere Dichtung ist daher an dieser Stelle nicht erforderlich. Zur Aufnahme des
Achsialschubes der Pumpe dient eine patentierte Entlastungsvorrichtung. Das
Pumpenlaufrad besteht aus Phosphorbronze oder, während des Krieges, ohne Nachteile
aus Stahlguß, die Leitschaufeln sonst aus Bronze, jetzt aus Gußeisen oder aus
Kriegsbronze. Letztere kommt auch für die Dichtungsringe und Büchsen in Anwendung.
Für das Turbinenlaufrad wird Siemens-Martinstahl genommen, für die Lauf- und
Leitschaufeln und die Düsen wegen der Widerstandsfähigkeit gegenüber überhitztem
Dampf Holzkohleneisen. Das mit drei Schaufelkränzen versehene Turbinenrad ist nur
teilweise beaufschlagt; die Umleitung des Dampfes aus einem Kranze in den
anderen erfolgt durch Umkehrschaufeln. Zur Verhinderung des Durchgehens der Turbine
bei Erhöhung der Drehzahl um mehr als 10 v. H. der betriebsmäßigen ist ein
Schnellschlußregler vorhanden. Die selbsttätige Regelung der Dampfzufuhr in
Abhängigkeit von der zu fördernden Wassermenge erfolgt durch den Hannemannschen Druckregler, der vermöge seiner
Konstruktion den den Betriebsverhältnissen anzupassenden Unterschied zwischen dem
Druck am Pumpenstutzen und dem Druck am Kessel auf gleichmäßiger Höhe zu halten
sucht. Die Wartung des ganzen Pumpensatzes erstreckt sich somit nur auf die
Kontrolle der Lagertemperaturen während des Betriebes.
Die spezifische Leistung der Pumpe ist je nach Größe und Dampfverhältnissen für 1 kg
Dampf 6 bis 20 Metertonnen; die zu fördernde Wassermenge ist nach oben hin
unbegrenzt, ihr niedrigster Wert liegt je nach dem zu erreichenden Druck bei 3 bis 5
m3 in der Stunde.
Ritter.
–––––
Die Technik der Kathodenstrahlen. (Dr. Norden-Berlin in der Sitzung der deutschen
Beleuchtungstechn. Gesellsch. am 16. September 1916.) Die neue Technik verdankt der
Beleuchtungstechnik ihr Dasein, da ihre Grundlage erst das 1909 von William D. Coolidge gewonnene
zieh- und schmiedbare Wolfram-Metall gegeben hat, und da ihre Entstehung auf das
Bestreben zurückzuführen ist, für das neue Material mit seinen hervorragenden
thermischen und elektrischen Eigenschaften weitere Anwendungsgebiete zu suchen. Coolidge selbst wandte das Material sofort für
Antikathoden von Röntgenröhren mit gutem praktischen Erfolge an, ohne damit schon
neue Bahnen zu betreten. Diese ergaben sich erst auf Grund einer Untersuchung Langmuirs über die Gesetze der thermischen Erzeugung
freier Elektronen, die dieser im Dezember 1913 in der „Physical Review“
veröffentlichte. Auf seinen Ergebnissen baute Coolidge
die Konstruktion einer Hochleistungs-Röntgen-Röhre mit reiner Elektronenentladung
auf, die er an gleicher Stelle im gleichen Heft beschrieb.
Der Vortragende erläuterte dann weiter den bedeutenden Fortschritt, der mit der
wirtschaftlichen Erzeugung von Kathodenstrahlen auf dem neuen Wege gegeben ist,
indem er auf die bisherigen Methoden zu ihrer Erzeugung näher einging. Hittorf (1869) und Crookes
(1879) haben bei ihren ersten Arbeiten über diese Strahlungsart noch lediglich die
Methode der Stoßionisation gekannt, und Lenard hat zwar
1906 bereits eine Methode zur Erzeugung dieser Strahlenart im reinen Vakuum durch
Bestrahlung von Metalloberflächen mit ultraviolettem Licht angegeben, doch ist diese
technisch ebenso wenig in Betracht gekommen wie der Zerfall des Radiums, bei dem die
entstehenden β-Strahlen als sehr schnelle
Kathodenstrahlen anzusprechen sind. Auch die (1903) von Wehnelt angegebene Methode der Oxydkathoden hat, da sie ebenfalls auf dem
Prinzip der Stoßionisation aufbaut, der Technik keine wesentlich neuen Wege weisen können. Einen
prinzipiellen Fortschritt stellt erst die neue Methode der Thermoionisation dar, da
bei ihr im höchsten Vakuum aus einer hocherhitzten Kathode spontan Elektronen
ausgesandt werden, ohne daß störende Gasreste mit ihren positiv geladenen Gasteilen
vorhanden sind.
Die Gesetze der Elektronenemission durch Thermoionisation sind aus den Arbeiten von
Richardson (1902/3) und Langmuir (1913) bekannt geworden und besagen, in welchem Maße die
Intensität der Thermoionenerzeugung von der Temperatur abhängig ist. Bezeichnet
nämlich i die Intensität der Thermionenerzeugung für 1
cm2 Metalloberfläche, T die absolute Temperatur des Kathodenmetalls, und sind a und b zwei Konstanten,
die für das gewählte Metall charakteristisch sind, so gilt nach Richardson die Gleichung
i=a\,\sqrt{T\,.\,e}^{\frac{b}{T}}.
Der Austritt der Elektronen aus dem Glühdraht erfolgt danach unabhängig davon, ob ein
elektrisches Feld vorhanden ist oder nicht. Fehlt ein solches, so fallen die
ausgetretenen Elektronen wieder auf den Glühdraht zurück, ohne weiter in die
Erscheinung zu treten. Macht man dagegen den glühenden Metalldraht zur Kathode und
stellt ihm eine Anode gegenüber, so werden die Elektronen unter dem Einfluß des
angelegten elektrischen Feldes von dem Glühdraht fortgezogen, und es entsteht
dadurch ein Strom von Kathodenstrahlen. Steigert man die Spannung zwischen Kathode
und Anode, so nimmt auch die Kathodenstrahlung zu bis zu dem Punkte, wo alle von der
Kathode ausgesandten Elektronen zur Anode übergehen. Eine weitere Steigerung ist
dann nicht mehr möglich, da weitere Elektronen, nicht mehr vorhanden sind. Die
Intensität dieses „Sättigungsstromes“ ist dann durch die angegebene Richardsonsche Formel der vollständigen
Elektronenemission dargestellt.
Dieser Richardsonschen Theorie stand das Bedenken
gegenüber, daß im Innern einer Metallfadenlampe, in der nach dem Vorhergehenden die
äußeren Vorbedingungen für das Zustandekommen eines Elektronenstromes gegeben sind,
entsprechende Erscheinungen nicht beobachtet werden konnten. Diese Unstimmigkeit
wurde durch Langmuir aufgeklärt, indem er die
Verhältnisse im Falle hoch erhitzter Wolframdrähte in einem Vakuum bis zu 5 . 10–7 mm prüfte und bestätigte, daß für die
Elektronenemission das höchste Vakuum am vorteilhaftesten ist.
Langmuir zeigte, daß der Thermionenstrom tatsächlich im
höchsten Vakuum der Richardsonschen Gleichung entspricht,
so lange die angelegte Spannung hoch ist. Im Bereiche niedriger Potentialdifferenzen
fand er indessen, daß eine weitere Temperatursteigerung schließlich kein Anwachsen
des Thermionenstromes mehr hervorrief. Es gelang ihm, die Ursache dafür in der
negativen Aufladung des Raumes durch die Kathodenstrahlen, dem sogenannten
Raumladungseffekt, aufzufinden und für den Grenz- oder Raumladestrom in Abhängigkeit
von der Spannung die Formel
i
r
= k . V
½
aufzustellen. Damit war der ursprüngliche Widerspruch geklärt,
und es waren die Grundlagen für die weiteren Arbeiten geschaffen.
Als weiteres erwähnenswertes Resultat der Langmuirschen Arbeiten erwähnte der
Vortragende die Tatsache, daß nach Langmuir das blaue
Leuchten der Kathodenstrahlen im höchsten Vakuum selbst bei starker Intensität
derselben nicht mehr auftritt, daß also die früher beobachtete Lichterscheinung
nicht von den Kathodenstrahlen selbst, sondern von ionisierten Gasresten
herrührt.
Eine erste Anwendung der gewonnenen Erkenntnis bildet die neue Coolidge-Röhre. Ihr Vorteil liegt darin, daß auf Grund der vorher
erörterten Gesetzmäßigkeiten einerseits die Geschwindigkeit der erzeugten
Kathodenstrahlen mit Hilfe des angelegten elektrischen Feldes variiert werden kann,
mit anderen Worten also dieselbe Röhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
verschiedener Härte verwendbar ist, und daß anderseits bei jeder beliebigen
gewählten Feldspannung, d.h. Härte, die Intensität des durchgesandten Stromes durch
die Temperatur der Glühkathode reguliert werden kann. Es bedeutet dies, daß eine
einzelne Röhre nicht mehr wie früher nur Strahlen einer bestimmten Härte aussenden
kann, daß diese Härte nicht mehr von zufälligen durch den Gebrauch bedingten
Schwankungen des Gasdruckes abhängig ist, und daß vorübergehende Ueberanstrengungen
nicht den schädlichen Einfluß haben, den sie bei den früheren Röhren infolge von
Aenderungen des Gasdruckes hervorriefen.
Bei dem konstruktiven Aufbau der Röhren wird im einzelnen so verfahren, daß als
Kathode ein spiralförmiger Wolframdraht dient, der von einem Heizstrom bis auf
Temperaturen von 2100° abs. erhitzt wird, und daß als Anode (Antikathode) ein
Wolframklotz benutzt wird. Um die Kathodenstrahlen auf einen Punkt der Antikathode
zu konzentrieren wird ein mit dem Potential der Kathode geladener kleiner
Metallzylinder über die Kathode gezogen. Nimmt man die Röhre in Betrieb, so
unterscheidet sie sich von den früheren dadurch, daß nur der Leuchtdraht glüht, daß
aber sonst weder ein bläulicher Schein in der Röhre, noch ein Fluoreszenzleuchten an
der Glaswand zu bemerken ist. Der vorher erwähnte störende Einfluß des
Raumladungseffektes tritt für den vorliegenden Zweck der Benutzung der Röhre zur
Erzeugung von Röntgenstrahlen nicht in die Erscheinung, da die praktisch in Frage
kommenden Feldspannungen ausreichend hoch sind. Wollte man selbstverständlich extrem
weiche Röntgenstrahlen von sehr großer Intensität erzeugen, so würde sich auch hier
der Raumladungseffekt störend bemerkbar machen.
Der Vortragende ging dann auf die Durchbildung der deutschen Coolidge-Röhre ein und berichtete, daß die AEG zunächst eine Therapieröhre
ausgeführt hätte, die bei der Behandlung gutartiger (Myome) und bösartiger
(Carcinome) Geschwülste (Geheimrat Krönig, Freiburg)
wertvolle Dienste geleistet habe. Im Kriege sei dann eine Röhre für Diagnostik
durchgebildet worden, um den Bedürfnissen der Kriegschirurgie zu entsprechen. Ueberhaupt sei die
Verwendung der neuen Röhren für Durchleuchtungszwecke außerordentlich viel
versprechend, und es sei zu erwarten, daß man auch für technische Zwecke
(Durchleuchtung von Metallen zur Prüfung auf Einschlüsse und Blasen) demnächst von
der Coolidge-Röhre Gebrauch machen werde.
Die Theorie der Coolidge-Röhre besagt, daß der Glühdraht
Kathode sein muß, damit Thermionen entstehen und ein Entladungsstrom zustande kommt.
Legt man daher Wechselstrom an, so wird stets nur die eine Halb welle durchgelassen,
und man kann daher Wechselstrom zum Betriebe der Röhren verwenden. Gleichzeitig
folgt daraus aber, daß die Röhre wie ein Gleichrichter wirkt, und daß man daran
denken kann, sie als solchen zu verwenden. Natürlich wird man eine Röhre, die in
erster Linie als Gleichrichter gedacht ist, von vornherein von diesem Gesichtspunkte
aus konstruieren, also anders bauen als eine Coolidge-Röntgenröhre. Man wird daher
bei ihr nicht die Spannung recht hoch wählen, um den Raumladungseffekt zu
unterdrücken, sondern wird im Gegenteil versuchen, mit möglichst geringen
Röhrenspannungen auszukommen, und wird dazu sowohl die Entfernungen zwischen Anode
und Kathode möglichst verringern, wie auch überall den Kathodenstrahlen freien
Zutritt zur Anode geben.
Der Nutzen dieser Art der Ausführung liegt darin, daß einmal der Nutzeffekt des
Gleichrichters naturgemäß steigt, je geringer die in ihm vernichtete Spannung ist,
und daß auf der anderen Seite die Anodentemperatur um so niedriger bleibt, je
weniger Energie in der Röhre frei wird. Man vermeidet damit eine zu hohe
Anodentemperatur, die bei Weißglut der Anode leicht zu Rückzündungen und damit zum
Unbrauchbarwerden des Gleichrichters führen kann. Als sichere Temperaturgrenze, über
die die Anodentemperatur nicht steigen soll, gilt 1600° abs., bei der die
Elektronenemission noch unterhalb 0,02 M. A. für 1 cm2 Anodenoberfläche bleibt.
Praktisch durchgebildet wurden bisher zwei Typen von Röhren, von denen die eine zur
Gleichrichtung von 130000 Volt bis zu einer Höchststromstärke von 30 M. A. bestimmt
ist (4 KW), während das zweite Modell für 60000 Volt und maximal 100 M. A. (6 KW)
gebaut wird. Der Spannungsabfall in der Röhre beträgt nur etwa 200 Volt, so daß sich
der Wirkungsgrad bei 100000 Volt auf 98 v. H., bei 130000 Volt auf 98,5 v. H.
beläuft.
Eine Anwendung finden die erwähnten Gleichrichterröhren zum Betriebe von normalen
Röntgenröhren wie auch von Coolidge-Therapieröhren, da bei diesen die Anode infolge
der starken Beanspruchung hell weißglühend wird und daher keine Gewähr mehr für eine
sichere Ventilwirkung vorhanden ist. Sonstige Anwendungen haben sie bisher nicht
gefunden. Indessen wies der Vortragende darauf hin, daß man sich sehr wohl künftige
Anwendungsgebiete denken könne, für die sie einmal in Betracht kommen.
Als Abschluß seines Vortrages erwähnte Norden
schließlich die auf Grund der gleichen Grundüberlegungen konstruierten
Stromverstärkerröhren, die als Lautverstärker für Sprechströme oder Zeichen beim
Empfang drahtloser Schwingungen in letzter Zeit eine weitgehende Verbreitung
gefunden haben. Sie beruhen darauf, daß in den Weg zwischen Glühkathode und Anode
eine gitterförmig ausgebildete Hilfsanode geschaltet ist, an die man das wechselnde
Potential des Sprechstromes anlegt. Je nach der Höhe und dem Vorzeichen dieses
wechselnden Potentials wird der Entladungsstrom zwischen Kathode und Anode stark
verstärkt oder stark geschwächt, und es werden dadurch die Schwankungen des
Gitterpotentials in außerordentlich verstärkter Weise bemerkbar gemacht. Die
Verstärkungsziffer einer einzelnen Röhre für die üblichen Telephonströme gab der
Vortragende zu etwa 1 : 8 an; die Wirkung kann durch eine zweckmäßig gewählte
Kaskadenschaltung entsprechend gesteigert werden. Die Vorführung einer dreifachen
Verstärkung beschloß den Vortrag.
Dr. A. Meyer.
Die Schutzrechte der im feindlichen Ausland geschützten
Patente. In mehreren der mit uns im Kriege befindlichen Länder sind
Bestimmungen erlassen worden, die bezwecken, Patent-, Muster- und Markenrechte, die
nach dortigem Rechte Deutschen zustehen, aufzuheben oder zu beschränken. Die bisher
vorliegenden Nachrichten über die praktische Ausführung jener Bestimmungen sind
unvollständig. Es ist aber erwünscht und im eigenen Interesse der Beteiligten
erforderlich, daß die einzelnen Fälle, in denen gewerbliche Schutzrechte Deutscher
durch kriegsrechtliche Anordnungen feindlicher Behörden tatsächlich betreffen worden
sind, genau und erschöpfend festgestellt werden. Das Kaiserliche Patentamt ist
beauftragt worden, eine entsprechende Uebersicht aufzustellen. Die Mitwirkung der
Beteiligten ist dabei unerläßlich. Die Inhaber der im
feindlichen Ausland geschützten Patente, Muster und Warenzeichen werden daher
aufgefordert, die einzelnen behördlichen Eingriffe in ihre Schutzrechte so bald
als möglich dem Patentamt mitzuteilen, und zwar sowohl die bisher verfügten
als diejenigen, die künftig noch. angeordnet werden. Soweit nicht die betreffende
Entscheidung selbst ur- oder abschriftlich beigebracht werden kann, ist eine kurze
und klare Angabe des Tatbestandes erforderlich und ausreichend. Anzugeben ist
insbesondere das Schutzrecht nach Land der Erteilung, Gegenstand und Alter und die
gegen den Inhaber ergangene Anordnung nach Zeitpunkt, verfügender Stelle und
wesentlichem Inhalt (Art und Dauer der Beschränkung, Entschädigung, Lizenzgebühr).
Von kritischen und wirtschaftlichen Erörterungen und dergleichen ist abzusehen.
Ebenso kommt, nach den allgemeinen Zwecken der geplanten Zusammenstellung, die Anmeldung von Schadensersatzansprüchen nicht in Frage.
Die Mitteilungen sind zu richten an das Kaiserl. Patentamt, Berlin SW 61,
Gitschinerstr. 97/103.