Titel: | Bemerkenswertes aus dem neuzeitlichen Fabrikbau. |
Autor: | M. Samter |
Fundstelle: | Band 340, Jahrgang 1925, S. 271 |
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Bemerkenswertes aus dem neuzeitlichen
Fabrikbau.
Von Reg.-Baumeister a. D. M. Samter, Zivilingenieur und beeidigter Sachverständiger.
(Schluß.)
SAMTER, Bemerkenswertes aus dem neuzeitlichen
Fabrikbau.
Es sind aus diesem Grunde zur Befestigung von Transmissionen und sonstiger,
besonders schwerer, an der Decke aufzuhängender Gegenstände Vorkehrungen getroffen
worden, von welchen einige von der Deutschen Kahneisengesellschaft eingeführte in
den folgenden Abbildungen zur Darstellung gebracht werden. Abb. 9 zeigt die Aufhängung eines normalen Hängelagers, welches durch
zwei Befestigungsbolzen mit einer sogenannten Ankerschiene fest verbunden ist.
Textabbildung Bd. 340, S. 271
Abb. 9.
Einwandfreie Belastungsversuche, die bei Verwendung derartiger
Sonderprofile angestellt wurden, sind zu großer Zufriedenheit verlaufen und haben
dazu geführt, daß der Nettoquerschnitt der Ankerschienen als Bewehrungseisen
ausgenutzt werden darf. In Fabriken und Industriebauten, die auf moderne
Konstruktion und Einrichtung Anspruch erheben, werden solche oder ähnliche
Ankerschienen bei Vorhandensein von Eisenbetonbalken unbedingt vorgesehen werden
müssen, weil sie, wie schon erwähnt, eine unbeschränkte Bewegungsfreiheit in bezug
auf die Befestigung von Transmissionen und sonstiger Gegenstände gestatten und deren
nachträgliche Verschiebung und Adjustierung nach Fertigstellung des Baus
gewährleisten. Eine andere Konstruktion der vorgenannten Firma, die sogenannte
L-Schiene, ist durch die folgenden Bilder wiedergegeben, von welchen Abb. 10 einen Eckschnitt durch einen
Eisenbetonbalken,Abb. 11 die Befestigung
eines Decken-vorgeleges zur Darstellung bringt. Die Bewehrung eines Balkens ist, wie
auch die Abbildungen deutlich erkennen lassen, in jedem einzelnen Falle so
vorzunehmen, daß außer den beiden, symmetrisch angeordneten L-Schienen stets noch
genügend grade und aufgebogene Rundeisen vorhanden sind, so daß die
Eisenkonstruktion die erforderlichen Bedingungen in statischer Hinsicht einwandfrei
erfüllt. Die Wema-Ankerschiene der Firma J. Eberspächer, Glasdachwerk, Eßlingen
(Abb. 11a), besitzt einen
schwalbenschwanzförmigen, nach innen erweiterten Querschnitt; die von den belasteten
Bolzen ausgeübte Zugkraft wird infolge der eigenartigen Form der Schiene durch
Druckkomponenten auf den sogenannten Reiter c und den umgebenden Beton übertragen,
der daher statisch zur Mitwirkung herangezogen wird. Es liegt auf der Hand, daß die
Deckenkonstruktionen der Fabrikanlagen durch die Bewegungen der auf ihnen lastenden
Maschinen, durch das Arbeiten mit schweren Werkzeugen, Verschieben und Niedersetzen
großer Lasten usw. starken Erschütterungen ausgesetzt werden. Im allgemeinen schützt
eine mehrere Zentimeter starke Zementschicht die eigentliche tragende
Deckenkonstruktion vor Beschädigungen und verhütet auch, wenn sachgemäß ausgeführt,
ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Betonkörper, die sonst zur Rostbildung der
Bewehrungseisen Veranlassung gibt und daher die Sicherheit des Tragwerks allmählich
vermindert. In Fällen, wo stärkste Beanspruchung der Fabrikdecken in die Erscheinung
tritt, empfiehlt sich als Schutzschicht der nach dem Verfahren von Professor
Kleinlogel hergestellte Stahlbeton, der aus Zement und
einem ausgesprochen zackigen, granitsplitterartigen, aus bestimmten hochwertigen
Rohstoffen hergestellten metallischen Härtematerial besteht, welches einer
besonderen mechanischen Aufbereitung unter gleichzeitiger chemischer Einwirkung
unterliegt. Durch Versuche an den Technischen Hochschulen in Darmstadt und Stuttgart
ist festgestellt worden, daß der Abnutzungswiderstand des Stahlbetons achtfach
demjenigen bester gepreßter Kunststeine überlegen und dreizehnmal so groß ist wie
derjenige härtesten Zementmörtels. Gegenüber Granit ergibt sich durch Vergleiche der
Zahlen der Abschleifverluste eine 2,2fache Ueberlegenheit.
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Abb. 10.
Daher erweist er sich auch als sehr zweckmäßig für den Belag
von Betonstufen stark beanspruchter Treppenanlagen (Abb.
12). In Räumlichkeiten, wo Staubentwicklung zu vermeiden ist, versagt der
gewöhnliche Zementmörtel in den meisten Fällen, da er durch den fortdauernden
Verschleiß beim Begehen und Befahren mit Lasten an der Oberfläche abgenutzt wird.
Der sich bildende Zementstaub ist schädlich für die Atmungsorgane und führt außerdem
zu einem raschen Verbrauch der in dem betreffenden Raum aufgestelltenMaschinen.
Stahlbeton nutzt sich infolge seiner vorerwähnten Eigenschaften kaum ab, ist
praktisch staubfrei und infolge seines dichten Gefüges auch vollständig
widerstandsfähig gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten. Die Masse des
Stahlbetons ist derart homogen, daß bei einem Wasserdruck von 250 at. eine nur 10 mm
starke Stahlbetonschicht sich als vollkommen wasserundurchlässig erwiesen hat.
Infolge dieser Eigenschaft bildet er auch ein geeignetes Abdichtungsmittel gegen
Grundwasser (Abb. 13).
Die schwersten Maschinen einer Fabrikanlage wird man im allgemeinen nicht auf den
Deckenkonstruktionen aufstellen, sondern auf dem Erdreich, und zwar, aus noch weiter
unten angeführten Gründen, auf besonderem Fundament. Die Eigenart der Maschine
bringt es häufig mit sich, daß die durch dieselbe hervorgerufene Beanspruchung des
Erdreichs nicht oder nur in unzureichendem Maße zahlenmäßig festgestellt werden
kann. Da in der Literatur diesbezüglich nur spärliche Veröffentlichungen vorliegen,
so dürfte es angebracht sein, an einem besonderen Beispiel die Einwirkung der Arbeit
der Maschine auf den Erdboden in Annäherung an die wirklichen Vorgänge klarzulegen.
Abb. 14 zeigt das Fundament eines Dampfhammers,
der nach Angaben der Firma G. Brinkmann & Co. ein Fallgewicht von 6000 kg und
einen Arbeitshub von 2 m besitzt. Der Zylinder-Durchmesser des Hammers beträgt 680
mm, der mittlere Dampfdruck 2 at. Der Druck auf den Kolben errechnet sich daher
zu
P = p • F = 2 kg/cm2 • 3621 cm2 = 7262 kg.
Die durch Erdschwere und Dampfkraft hervorgerufene
Beschleunigung des Bären beläuft sich auf
p=\frac{G+P}{M}=\frac{6000+7262}{6000}\,\cdot\,9,81=21,7\mbox{ m}/\mbox{sec}^2
und seine Endgeschwindigkeit auf
v=\sqrt{2\,p\,\cdot\,h}=\sqrt{2\,\cdot\,21,7\,\cdot\,2}=9,3\mbox{ m}/\mbox{sec.}
Somit ist die Energie des Schlages
E=\frac{m\,v^2}{2}=\frac{G}{g}\,\cdot\,\frac{v^2}{2}=\frac{6000\,\cdot\,86,8}{9,81\,\cdot\,2}=26540\mbox{ mkg}.
Die auf das Zusammendrücken des Schmiedestücks
entfallende Energie ermittelt sich aus den Gesetzen vom Stoß unelastischer Körper
zu
E_1=\frac{G}{g}\,\cdot\,\frac{v^2}{2}\,\cdot\,\frac{M_1}{M+M_1},
worin M1 die gestoßene Masse,
d.h. diejenige der Schabotte ist, welche im vorliegenden Falle ein Gewicht von 90000
kg besitzt. Daher ergibt sich
E_1=26540\,\cdot\,\frac{90000}{6000+90000}=24948\mbox{ mkg}.
Textabbildung Bd. 340, S. 273
Abb. 11.
Die Differenz E – E1 stellt
diejenige Arbeit dar, welche von der Stoßwiderstandskraft beim Eindrücken der unter
der Schabotte befindlichen Holzunterlage geleistet wird. Da das Holz erfahrungsgemäß
bei normalem Arbeiten um f = 2 mm eingedrückt wird, so folgt die Stoßwirkung aus der
Arbeitsgleichung
E – E1
= W • f, aus welcher man
W=\frac{(26540-24948)}{0,002}=796000\mbox{ kg} erhält.
Textabbildung Bd. 340, S. 273
Abb. 11a.
Der Boden unter der Schabotte wird somit belastet durch:
Fallgewicht
6000 kg
Schabotte
90000 kg
Mauersockel 8 • 3, 5 • 2, 5 • 2100 =
14700 kg
Stoßwiderstandskraft
796000 kg
–––––––––
Sa.
1039000 kg
Die Belastung des Erdreichs beträgt daher
k=\frac{1039000}{800\,\cdot\,250}=\sim\,5\mbox{ kg}/\mbox{cm}^2.
Da normaler Baugrund mit 3 bis 4 kg/cm2, im Höchstfalle mit 5 kg/cm2 beansprucht werden darf, so ist bester Boden aus
scharfem Sand oder Kies Voraussetzung für die oben berechnete, erhebliche
Inanspruchnahme. Bei schlechtem Baugrund müßte naturgemäß eine künstliche Fundierung
der Schabotte und ihres Unterteils auf Pfählen vorgenommen werden.
Wie oben schon gesagt wurde, wird schweren Maschinen, um die Gebäudeteile vor
Erschütterungen zu bewahren, der Platz im untersten Stockwerk zugewiesen. Sehr
häufig werden aber auch durch leichtere auf den Deckenkonstruktionen aufgestellte
Maschinen erhebliche Störungen hervorgerufen, die auf schwingende Bewegungen der zur
Aufnahme der Maschinen dienenden Träger zurückzuführen sind. Als Beispiel sei ein
Elektromotor angeführt, der ein Gewicht von 1020 kg besitzt und ungefähr in der
Mitte auf 2 je 4,4 m langen Trägem aufliegt. Auf jeden Träger entfällt
einschließlich Unterbau und Berücksichtigung des Trägereigengewichts eine Last von
600 kg. Daher ist das Biegungsmoment
M=600\cdot \frac{4,4}{4}=660\mbox{ mkg.}
Mit Rücksicht darauf, daß möglichst geringfügige
Durchbiegungen der Träger erfolgen sollen, sind zwei I-Träger N. P. 18 gewählt
worden. Die sogenannte statische Durchbiegung errechnet sich zu
z_0=\frac{P\,I^3}{48\,I}\,\cdot\,\alpha=\frac{600\,\cdot\,85184\,\cdot\,10^3}{48\,\cdot\,1446\,\cdot\,2,1\,\cdot\,10^6}=0,352\mbox{
cm}.
Betrachtet man den Träger als eine Feder, die nach einer durch
irgend welchen äußeren Einfluß hervorgerufenen Formänderung harmonische Schwingungen
ausführt, so folgt aus den Entwickelungen der Dynamik die Eigenschwingungszahl
n_e=\frac{1}{2\,\pi}\,\sqrt{\frac{c}{m}}; hierin ist c die sogenannte Direktionskraft im Abstande z = 1, d.h. P =
c • z0, wenn z0 die
durch P hervorgerufene Durchbiegung ist. Daher c=\frac{P}{z_0}=\frac{m\,g}{z_0} und somit n_e=\frac{1}{2\,\pi}\,\sqrt{\frac{m\,g}{z_0\,\cdot\,m}}=\frac{1}{2\,\pi}\,\sqrt{\frac{981}{0,352}}=8,4. Die
minutliche Schwingungszahl ist daher 60 • 8,4 = 504. Hat der Motor zufällig dieselbe
Umdrehungszahl und läuft die Welle, vielleicht infolge eines Fehlers bei der
Montage, etwas exzentrisch, so können Resonanzerscheinungen auftreten, die mitunter
zur Zerstörung des umgebenden Mauerwerks führen. Läßt sich die Umlaufszahl des
Motors nicht ändern, so kann man durch Verschieben desselben nach dem Auflager hin
die Durchbiegung vermindern, d.h. z0 wird kleiner
und die Eigenschwingungszahl ne größer.
Die vorstehende Rechnung erhebt keinen Anspruch auf Genauigkeit, den wirklichen
Verhältnissen wird dabei nur in Annäherung entsprochen.
Eine sehr wichtige, überdies nicht leichte Aufgabe bildet für den Bauherrn bezw.
seinen Ingenieur die Bekämpfung der durch die Maschinen verursachten Geräusche, die oft nicht nur in den Verwaltungsräumen des
eigenen Unternehmens unliebsam empfunden werden, sondern sich auch über die benachbarten
Grundstücke erstrecken und in zahlreichen Fällen zu langwierigen Prozessen
führen.
Das durch die Maschine hervorgerufene Geräusch kann auf zwei Wegen übertragen werden,
entweder unmittelbar durch die Luft oder durch den Unterbau der Maschine. Im
letzteren Falle leitet der in Schwingungen versetzte Körper, u. U. auch der
Erdboden, diese an die umgebende Luft weiter. Die Bekämpfung der Geräusche erster
Art, die auch als Luftschall bezeichnet werden, gelingt,
wenn man den betreffenden Raum durch Zwischenwände abtrennt, die von keiner, noch so
kleinen Oeffnung durchbrochen werden Es erweist sich daher auch als notwendig, die
Abdichtung von Oeffnungen, die z.B. für die Durchführung von Rohrleitungen für
Heiz-, Gas-, Wasser- oder von elektrischen Leitungen erforderlich sind, in
sorgfältigster Weise vorzunehmen.
Textabbildung Bd. 340, S. 274
Abb. 12.
Schwieriger ist die Unschädlichmachung der durch den Unterbau übertragenen Geräusche,
die man auch als Bodenschall kennzeichnet. Wenn
einwandfrei feststeht, daß es sich um einen solchen handelt, so erfolgt die
Beseitigung desselben am zweckmäßigsten durch Aufnahme der Schwingungen am
Entstehungsort, indem man dafür sorgt, daß die das Geräusch hervorrufenden freien
Kräfte dauernd elastisch aufgenommen werden, ohne daß indessen die Standfestigkeit
der Maschine gefährdet wird. Es scheiden demnach Stoffe für den angegebenen Zweck
von vornherein aus, deren Elastizität gering ist, wie Pappe oder Korkstein, bei
welchem das Bindemittel die Elastizität des Korks stark beeinträchtigt. Auch
Gummiplatten, deren Flächenausdehnung im Verhältnis zu ihrer Stärke groß ist und
Filzplatten bewähren sich nur in unvollkommener Weise. Sehr zufriedenstellende
Ergebnisse haben u.a. Isolierplatten aus eisenarmiertem Naturkork erbracht, der in
Stärken von 4 bis 6 cm zur Verwendung gelangt und von der Gesellschaft für
Isolierung gegen Erschütterungen und Geräusche empfohlen wird. Das Fundament der
Maschine wird von dem umgebendenMauerwerk (Abb.
15) durch einen rings herum gehenden Luftspalt getrennt. Der vorerwähnte
eisenbewehrte Naturkork besteht aus Eisenrahmen, in die mosaikartig Naturkorkstücke
unter Druck eingesetzt sind. Durch eine besondere Imprägnierung erhalten die
Naturkorkplatten eine große Haltbarkeit und sind in den letzten Jahren bei
Dieselmotoren, Turbodynamos usw. mit gutem Erfolge zur Anwendung gelangt. Sie werden
im allgemeinen bis zu einer Belastungsgrenze von 2 kg/cm2 verwendet. Für hohe Belastungen bis zu 30 kg/cm2, wie sie bei den Schabottunterlagen mechanischer
Hämmer vorkommen können, eignen sich besser sogenannte Gewebebauplatten, die aus
übereinander geschichteten und mit einander verbundenen imprägnierten Geweben
bestehen. Sie behalten nach Angabe der vorgenannten Firma ihre Elastizität dauernd,
während Filzplatten unelastisch werden, wenn die in ihnen vorhandenen Hohlräume im
Betriebe durch Staub und Oel allmählich ausgefüllt werden. Bewährt haben sich zur
Verhinderung der Uebertragung des Bodenschalls auch sogenannte Schwingungsdämpfer (Abb. 16 und 17). Dieselben bestehen aus einem Gehäuse a, das mit
dem Fundament oder der Decke, auf welcher die Maschine steht, fest durch Schrauben
verbunden wird. In dem Gehäuse befindet sich die Schwingplatte b, die ihrerseits mit
der zu isolierenden Maschine verschraubt wird. Diese Schwingplatte ist gegenüber dem
Gehäuse allseitig elastisch gelagert, wobei durch Verbindungen von Spiralfedern mit
elastischen Stoffen von hoher innerer Reibung jede auftretende Schwingung infolge
nach oben wirkender Kräfte oder seitlicher Komponenten aperiodisch gedämpft
wird.
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Abb. 13.
Ganz besondere Beachtung verdienen auch diejenigen Vorrichtungen, welche den Zweck
verfolgen, den Aufenthalt des Arbeiters in der Werkstatt oder Fabrik so erträglich
wie möglich zu gestalten. Räume, in denen sich viel Rauch bildet, wie z.B.
Schmieden, oder in denen sich schädliche Dämpfe entwickeln, wie in der chemischen
Industrie, müssen Lüftungsaufsätze in der Dachkonstruktion erhalten, deren Gestaltung
einen raschen Abzug der vorerwähnten Dämpfe und Gase gestattet. Die von der Firma
Jucho, Dortmund, gewählte Bauart läßt erkennen (Abb.
18), wie durch geeignete Formgebung der Blechhauben das Eindringen von
Regen und Schnee verhindert und daher eine Lüftung ohne besondere Wartung, vor allem
auch während der Nacht, gewährleistet wird. Die Bildung von schädlichen Luftwirbeln
ist unmöglich, da der Luftstrom stets freien Durchgang hat. Auch ist die
Windrichtung ohne Einfluß auf die Abluft, da letztere am ganzen Umfang ungehindert
aufsteigen kann. Die Bedienung des Lüftungsschlots erfolgt durch einen einfachen
Seilzug ohne ein festes Gestänge und ohne Scharniere, so daß ein Einrosten und
Versagen der Oeffnungsvorrichtung so gut wie ausgeschlössen ist.
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Abb. 14.
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Abb. 15.
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Abb. 16.
Für die Oberlichter von Fabriken und Werkstätten wird heute im allgemeinen Drahtglas
angewendet, d.h. eine durch ein dünnes eisernes Drahtnetz verstärkte Glasplatte,
welches die Festigkeit erhöht und bei eintretenden Beschädigungen ein Herabfallen
von Bruchstücken und die hiermit verbundene Gefährdung der Arbeiter verhindert. Die
Auflagerung der Glasscheiben auf den eisernen Sprossen muß mit besonderer Sorgfalt
vorgenommen werden. Sie muß dicht und dabei elastisch sein, sowie ein leichtes
Auswechseln schadhafter Glastafeln ermöglichen. Die Sprossen haben, wie Abb. 19, ebenfalls eine Ausführung der Firma Jucho
zeigt, einen solchen Querschnitt, daß zugleich die Ableitung des Niederschlagwassers
in ihnen erfolgen kann und sind„kittlos“ unter Vermittelung
bleiumhüllter Jutestricke mit den Glastafeln verbunden.
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Abb. 17.
Wie gute Luft und genügendes Licht, so gehört die Gelegenheit zur körperlichen
Säuberung an der Arbeitsstätte mit zu den Erfolgbedingungen eines werktätig
schaffenden Menschen. Es ist daher Pflicht eines modern denkenden Fabrikherrn,
bezüglich der Arbeiterwaschgelegenheiten nicht nur die nüchternen Vorschriften der
Gewerbeordnung zu befolgen, sondern darüber hinaus Einrichtungen vorzusehen, die
auch Badegelegenheit bieten, räumlich nicht zu sehr beengt sind, und somit vom
Arbeiter mit Lust und Liebe benutzt werden können. Eine mustergültige, von der
Linke-Hofmann-Lauchkammer A.-G. ausgeführte Reihenwaschanlage ist durch Abb. 20 wiedergegeben. Sie zeigt zugleich deutlich,
daß der Platz zwischen den Waschbecken und Kleiderschränken, die mit Lüftungstüren
versehen sein müssen, geräumig genug ist, um die Abwickelung der
Reinigungsbetätigung nach beendetem Dienst so reibungslos als möglich zu
bewerkstelligen.
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Abb. 18.
Schließlich möge über die Beheizung von Fabrikanlagen, soweit Räume von großer
Grundfläche, wie Montagehallen usw. in Frage kommen, noch das Wesentlichste gesagt
werden. Hier hat sich in neuester Zeit die sogenannte Luftheizung mit Erfolg durchgesetzt, welche sich von der bisher üblichen
Heizungsart dadurch unterscheidet, daß die erforderlichen Heizflächen zu einzelnen
Heizstellen zusammengeballt sind. Bei den von den Gebr. Körting A.-G. und anderen
führenden Firmen der Heizungstechnik getroffenen Einrichtungen wird zur Erzielung
einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der Luft auf den großen Raum ein Ventilator
in Anwendung gebracht. Infolge der Zusammenlegung der Raumheizflächen auf
verhältnismäßig wenige Stellen wird die Rohrführung zu und von den Heizapparaten
einfach und übersichtlich. Ein weiterer Vorzug der Luftheizapparate ist die schnelle
Verteilung der Wärme im Raum durch die kräftige, luftverteilende Wirkung des in jedem
Apparat befindlichen Ventilators. Bei der Luftheizung bleibt die warme Luft zunächst
im unteren Teil des zu heizenden Raums, weil sie entsprechend der Konstruktion der
Luftheizapparate keine aufwärts gerichtete, sondern eine wagerecht gerichtete
Luftströmung besitzt.
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Abb. 19.
Hierdurch wird die völlig zwecklose Ueberwärmung der oberen
Raumteile unter dem Dach vermieden. Außer der Beheizung der Räume durch Einzellufterhitzer erfolgt dieselbe in neuzeitlichen
Fabrikanlagenauch mittels zentraler Luftheizkammern.
Zur Verteilung der warmen Luft ist in diesem Falle die Anlage besonderer
Luftverteilungsleitungen erforderlich. Solche Einrichtungen kommen dann zur
Anwendung, wenn neben dem Heizbedürfnis auch die Zuführung von Frischluft geboten
ist, wie z.B. in Eisen- und Metallgießereien, chemischen Fabriken und ähnlichen
Betrieben. Bei diesen Zentral-Luftheizungen wird auch die Einrichtung getroffen, daß
die Frischluft abgestellt bezw. gedrosselt werden kann und dafür die Raumluft ganz
oder zum Teil im Heizapparat aufs neue erwärmt wird. Dieser sogenannte Umluftbetrieb, der auch bei den vorerwähnten
Einzelluftheizapparaten die Regel bildet, stellt die sparsamste Heizmethode dar,
weil die bei Frischluftheizung erforderliche Erwärmung der kalten Außenluft auf die
Raumtemperatur hier in Fortfall kommt. Als Heizmittel kommt für die Versorgung der
Luftheizapparate, wie bei jeder anderen älteren Heizungsanlage, Dampf der
verschiedensten Spannungen oder warmes Wasser in Frage.
Textabbildung Bd. 340, S. 276
Abb. 20.
Druckfehler-Berichtigung: In Heft 22,
S. 253, rechte Spalte, 33. Zeile von oben lies: Kalium (statt Kalime).