Titel: | Kleinere Mitteilungen. |
Fundstelle: | Band 320, Jahrgang 1905, Miszellen, S. 30 |
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Kleinere Mitteilungen.
Kleinere Mitteilungen.
Das Parallelarbeiten von Transformatoren bei Dreieck- und
Sternschaltung.
In No. 2 des „Electrical World and Engineer“ vom 9. Juli 1904 bringen A. E. Kennelly und S. E.
Whiting einen kurzen Aufsatz über das Parallelarbeiten von
Drehstromtransformatoren bei verschiedenen Schaltungsweisen, dem wir folgendes
entnehmen:
Textabbildung Bd. 320, S. 29
Fig. 1. Drehstromtransformator in ΔΔ-Schaltung und Spannungsdiagramm.
Bekanntlich gibt es vier Arten, in denen die primären und sekundären Spulen eines
Drehstromtransformators geschaltet werden können. Wählt man für die Dreickschaltung
das Zeichen Δ und für die Sternschaltung das Zeichen
Y, so kann man diese vier Arten kurz bezeichnen als
ΔΔ, ΔY, YY und YΔ-Schaltung. Fig. 1–4 mögen diese Arten schematisch darstellen und gleichzeitig das Diagramm
der Spannungen geben.
In der Schaltungsweise 1 und 3, also ΔΔ und YY, ist das Uebersetzungsverhältnis gegeben durch das
Verhältnis der primären und sekundären Windungszahlen, für die ΔY-Schaltung ist das Uebersetzungsverhältnis V 3 = 1,732 und für die YΔ-Schaltung \frac{1}{\sqrt{3}}=0,5774 mal dem Verhältnis der Windungszahlen.
Infolge dieses ungewöhnlichen Verhältnisses ergeben sich meistens von den
gebräuchlichen Spannungen abweichende Werte, und die beiden letzteren
Schaltungsweisen werden nur in speziellen Fällen angewendet.
Textabbildung Bd. 320, S. 29
Fig. 2. Drehstromtransformator in ΔY-Schaltung und Spannungsdiagramm.
Wenn zwei oder mehrere Drehstromtransformatoren zwischen denselben Hoch- und
Niederspannungskreisen parallel arbeiten sollen, so müssen zunächst die
Uebersetzungsverhältnisse bei allen Transformatoren übereinstimmen; neben der
Gleichheit der Spannungen muss auch Gleichheit der Phasen vorhanden sein.
Textabbildung Bd. 320, S. 29
Fig. 3. Drehstromtransformator in YY-Schaltung und Spannungsdiagramm.
Im ganzen gibt es zehn Arten, in denen zwei Drehstromtransformatoren parallel geschaltet werden
können; davon gestatten sechs Arten ein Zusammenarbeiten, nämlich:
1. ΔΔ – ΔΔ
3. ΔY – ΔY
5. ΔΔ – YY
2. YY – YY
4. YΔ – YΔ
6. ΔY – YΔ
Dagegen ist es unmöglich, mit den folgenden vier Arten einen Parallelbetrieb
durchzuführen, nämlich:
7. ΔΔ – YΔ
9. YY – ΔY
8. ΔΔ – ΔY
10. YY – YΔ
Da zwei Generatoren, von denen der eine in Δ, der andere
in Y geschaltet ist, ohne weiteres parallel geschaltet
werden können, so müsste man eigentlich diese Möglichkeit auch bei Transformatoren
erwarten; allein bei den Generatoren gestattet die mechanische Kupplung ein
Nachgeben in der relativen Lage von Anker und Feld in dem Masse, wie es zum
Parallelbetrieb erforderlich ist; bei den Transformatoren ist ein solches Einstellen
infolge der verschiedenen Beziehung zwischen Feld und Spule ausgeschlossen.
Textabbildung Bd. 320, S. 30
Fig. 4. Drehstromtransformator in YΔ-Schaltung und Spannungsdiagramm.
Wollte man, wie es in Fig. 5 angedeutet ist, den
Versuch machen, zu zwei parallel geschalteten Transformatoren (ABC und A'B'C') in ΔΔ – ΔΔ-Schaltung einen dritten Transformator (A''B''C'') in ΔY-Schaltung zuzuschalten, etwa um im sekundären Kreise einen neutralen Punkt
zu gewinnen, so wird dies nicht auszuführen sein, ohne dass sich ein heftiger
Kurzschluss einstellt.
Textabbildung Bd. 320, S. 30
Fig. 5.
Zeichnet man sich die Spannungsverhältnisse bei den vier Arten, die nicht parallel
arbeiten wollen, schematisch auf, so kommt man immer zu einer Lage, wie sie in Fig. 6 gegeben ist. abc
gibt das sekundäre Spannungsdiagramm eines ΔΔ
geschalteten Transformators, a'b'c' entsprechend
dasjenige eines ΔY-geschalteten Transformators. Beide
Drehstromtransformatoren sind primär an dasselbe Netz angeschlossen. In dem zweiten
Diagramm sind daher die Phasenspannungen entsprechend parallel den Seitenspannungen
des ersten Transformators, also
oa' || ca,
ob' || ab, und oc' ||
bc.
Die Linienspannungen a'b', b'a', c'a' sind gegenüber den
Spannungen ab, bc, ca um einen Winkel von 30°
verschoben.
Wollte man nun den Versuch machen, beide Transformatoren zusammenzuschalten, indem
man zunächst b' mit b
verbindet, so legen sich die beiden Spannungsdiagramme aufeinander, wie es Fig. 7
zeigt.
Angenommen, die Spannung zwischen zwei Leitern betrage sekundär 100 Volt, also jede
Dreiecksseite in abc und a'b'c' stelle eine Spannung von 100 Volt dar, so kann man die Spannungen,
die zwischen den vier Punkten a, c, a' und c' herrschen, wenn b und
b' auf dasselbe Potential gebracht sind,
unmittelbar der Figur entnehmen.
Es ergeben sich die Spannungen zwischen
a'
und
a
zu
51,76
Volt
(165°)
c'
„
a
„
51,76
„
(135°)
c
„
c'
„
51,76
„
(105°)
c
„
a'
„
141,40
„
(135°).
Das Ergebnis ist das gleiche, als ob man zwei Generatoren zusammenschalten wollte,
deren Spannungen eine Phasenverschiebung von 30° besitzen. Auch diese können nicht
zusammen arbeiten, solange die Phasenverschiebung aufrecht erhalten bleibt.
Textabbildung Bd. 320, S. 30
Fig. 6. Sektordiagramm mit zwei sekundär in Δ bezw. Y geschalteten
Transformatoren mit primärer Δ-Schaltung.
Verbindet man b' statt mit b mit c oder a,
so erhält man die in Fig. 8 und Fig. 9
dargestellten Spannungsdiagramme und man ersieht daraus ohne weiteres, dass die
Verhältnisse nur noch schlimmer geworden sind. In den Figuren sind die Zahlenwerte
der Potentialdifferenzen eingetragen.
Textabbildung Bd. 320, S. 30
Fig. 7. Sekundäres Spannungsdiagramm zweier in ΔΔ und ΔY geschalteter
Transformatoren, b' mit b zusammengeschaltet; Fig. 8. Sekundäres
Spannungsdiagramm, b' mit c zusammengeschaltet; Fig. 9. Sekundäres
Spannungsdiagramm, b' mit a zusammengeschaltet.
Wollte man in dem günstigsten Falle von Fig. 7 ausser b' mit b noch a' mit a und c' mit c verbinden, so
schaltet man Punkte zusammen, die eine Spannungsdifferenz von 51,76 Volt besitzen
und der unmittelbare Ausgleich dieser Spannungen wird Ströme zur Folge haben, die
jedenfalls vielmal grösser sind als der Strom bei Vollast. Der gleiche Versuch bei
zwei Generatoren durchgeführt, hat wohl auch grosse momentane Kurzschlussströme zur
Folge, aber die mechanische Folge ist ein ruckweises Zurückhalten bezw. Nachziehen
der rotierenden Teile, wodurch die Spulen in gleiche Phase kommen und die
Ausgleichsströme verschwinden.
Diese theoretisch abgeleiteten Ergebnisse lassen sich im kleineren Masstabe praktisch
messen und ergeben tatsächlich innerhalb der Genauigkeit der Ablesungen die Grösse
der Potentialdifferenzen.
Elektrische Kraftübertragung zu Guanajuato in Mexiko.
In den Heften 6, 7 und 8 des „Electrical World and Engineer“ vom August 1904
berichtet Robert Mc F. Doble über eine
Kraftübertragungsanlage in den Staaten Michoakan und Guanajuato der Republik Mexiko,
die in ihrer Gesamtausführung sehr viel Interessantes bietet. Die ersten Pläne
stammen von Leonard E. Curtis, der vor vier Jahren sich
einige Zeit in der alten interessanten Stadt Guanajuato mit grossen
Silberbergwerksanlagen aufhielt und hier mit Verwunderung von den hohen Preisen Kenntnis erhielt,
die für die zum Bergbau erforderliche mechanische Kraft bezahlt werden musste. Er
erkannte sofort, dass hier ein günstiger Boden für eine elektrische Kraftanlage im
grossen Stil sei, falls in passender Entfernung genügend Wasserkräfte aufzufinden
wären.
Diese Wasserkraft fand sich in einer Entfernung von 168 km von Guanajuato im Duero,
der aus der Vereinigung des Camecuaro und Chilchota entsteht. Diese beiden Flüsse
strömen in der Nordecke des Tangancicuara-Tales, einer hoch gelegenen, rings von
hohen, meist vulkanischen Bergen umgebenen Felswildnis zusammen, durchbrechen einen
Felsriegel aus Basaltblöcken und stürzen sich in wildem Laufe als Duero in das 130 m
tiefer gelegene Zamora-Tal hinab. Eine Reihe sorgfältiger Untersuchungen ergab, dass
der Fluss auch in trockenen Zeiten, gespeist von vielen hochgelegenen Bergseen und
dank seinem ungemein ausgedehnten Quellgebiet so viel Wasser führe, dass eine
Wasserkraftanlage von 8000 PS ausführbar sei. Dabei musste noch Rücksicht genommen
werden auf die dem Flusse insbesondere durch drei grössere Kanäle entnommene
Wassermenge, die für Bewässerung und Berieselungsanlagen diente; deren Betrieb
musste stets gewährleistet bleiben. Damit nun die behördlich konzessionierte
Wassermenge nicht überschritten würde, musste in den Oberwasserkanal eine
Vorrichtung eingebaut werden, die es gestattet, die entnommene Wassermenge zu
kontrollieren und die den Ueberschuss durch genau eingestellte Ueberfallschützen
selbsttätig dem Flusse wieder zuführt.
Der Oberwasserkanal beginnt unmittelbar unterhalb des Zusammenflusses der beiden
obengenannten Flüsse. Es wurde in das Flussbett in 1662 m Seehöhe ein Staudamm aus
vulkanischen, durch Zement verbundenen Steinblöcken aufgeführt. Der Damm hat 80 m
Länge und ist in Form eines rund 52° umfassenden Kreisbogens aufgeführt. Der Kanal
selbst hat 6650 m Länge, trapezförmigen Querschnitt und 4 m Sohlenbreite und eine
Tiefe von 2,1 m. Das Böschungsverhältnis der Seitenwände ist da, wo der Kanal aus
weichem Boden ausgehoben ist, 1 : 1, da wo er in Felsen gesprengt ist, 0,5 : 1, und
da wo er ausbetoniert ist, 0,2 : 1; das Gefälle beträgt gleichmässig über die ganze
Länge 1 : 2500. Die bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,6 bis 0,9 m/sek geförderte
Wassermenge beträgt 8 cbm/sek. Zum Zwecke der Reinigung des Wassers ist kurz
nach dem Beginne des Kanals, unmittelbar an die schon oben besprochene
Kontrollvorrichtung sich anschliessend, das Bett erweitert und vertieft, damit der
Sand und sonstige Verunreinigungen bei der stark verminderten
Strömungsgeschwindigkeit sich zu Boden setzen. Der dadurch angesammelte Schlamm kann
durch sechs Ventile von je 45 cm Durchmesser ausgewaschen werden. Der Kanal verläuft
sodann stets auf der Südseite des Tales, unterschreitet eine Strasse durch eine
steinerne Brücke von 11 m Spannweite und wird im weiteren Verlaufe durch einen
steinernen Aquädukt über einen Bach hinweg geführt. In der Nähe dieser Stelle ist
ein zweiter Ueberfall nebst Vorrichtung zum Absetzen des Sandes vorgesehen.
Am unteren Ende des Kanals ist noch ein Sammelbehälter angeschlossen, der in den
Zeiten geringen Kraftbedarfs den Ueberschuss an Wasser aufnimmt und sich dadurch
selbsttätig füllt und damit für die Zeiten grössten Kraftbedarfs eine Reserve
bildet. Der Kanal mündet schliesslich in einen gemauerten Behälter, aus dem das
Wasser durch Schützen in zwei elliptische Ansätze tliesst, die sich ganz allmählich
verengen und in grosse ovale Rohrleitungen übergehen, die den Anfang der
Druckleitung bilden. Diese Anordnung gestattet es, die Wassergeschwindigkeit langsam
zu erhöhen und verhütet schädliche Wirbelbildung und das Mitreissen von Luft in die
Druckröhren.
Die Druckleitung ist 1100 m lang und ohne jede seitliche Krümmung gebaut und mit nur
ganz geringen Richtungsänderungen in vertikaler Richtung. Sie ist in ihrer ganzen
Länge in einem tiefen Graben verlegt und sorgfältig mit Erde umstampft worden. Der
Durchmesser der Röhren verringert sich von 1750 mm am Anfang auf 1450 mm am Ende,
gleichzeitig nimmt die Wandstärke von 8 mm auf 16 mm zu. Die ganze Rohrleitung
ist aus einzelnen Stahlplatten zusammengesetzt, die strengen Prüfungen auf
Festigkeit unterzogen waren. Die aus Deutschland bezogenen Platten waren in der
Maschinenfabrik von Holthoff zu Cudahy, Wis.,
zubereitet, d.h. gebogen und mit den Bohrungen für die Niete versehen worden. Im
ganzen waren es 480 Stück, die in der Fabrik durch hydraulische Nietmaschinen zu je
drei mit doppelten Nietreihen zu 8,4 m langen Rohrstücken zusammengenietet wurden.
Alle einzelnen Stücke wurden dann genau nummeriert und gezeichnet. Der Aufbau
vollzog sich vom Maschinenhause aus und wurde das Zusammennieten der Rohre in
einfacher Reihe von zwei sehr geübten Arbeitern ausgeführt. Innerhalb eines Tages
konnte gerade eine Nietreihe vollendet werden. Nachdem die Rohrleitung bei der
Druckprüfung sich als tadellos gezeigt, wurde sie mit Erde zugeschüttet in den
frühesten Morgenstunden, wo sie kalt war und ihre geringste Länge angenommen
hatte.
Das Maschinenhaus ist ein massiver Steinbau, der ziemlich tief in einer künstlichen
Bodenmulde gelegen ist. Da nämlich die Druckleitung in ihrem letzten Abschnitt nur
geringes Gefälle hatte, erwies es sich als vorteilhafter, das ganze Maschinenhaus
tiefer zu legen, als die starkwandige und daher sehr kostspielige Druckleitung zu
verlängern. Die Abmessungen des Maschinenhauses sind 65 m Länge, bei 10,5 m Breite;
am östlichen Ende ist durch eine Mauer der Transformatorenraum abgetrennt, der 13 m
lang ist. Im Hauptraum sind vier grosse Maschinensätze, bestehend aus je einem
Drehstromgenerator direkt gekuppelt mit zwei Turbinen aufgestellt. Die
Wasserkraftmaschinen sind Pelton-Räder von der Pelton-Wasserräderfabrik in Philadelphia. Jedes dieser
Räder, das 1125 PS im Maximum zu leisten vermag, besitzt am Umfang 15 grosse, 61 cm
breite, 115 kg schwere Schaufeln, die einem Wasserstrahl ausgesetzt sind, der, 15 cm
stark, die Rohrmündung unter 10 Atm. Druck mit einer Geschwindigkeit von nahezu 40 m
i. d. Sekunde verlässt. Die Wasserzufuhr wird von Hand geregelt und dem Kraftbedarf
angepasst. Die massive Achse hat an den Enden, wo die Wasserräder aufgekeilt sind,
30 cm Durchmesser, in der Mitte, wo das Magnetrad der Dynamomaschine sitzt, 40 cm.
Sie ist von zwei Lagern mit Ringschmierung und Wasserkühlung getragen, von denen
jedes 90 cm lang ist. Die Dynamomaschinen von nominell 1250 KW-Leistung, aber für
eine beständige Ueberlastung von 25 v. H. gedacht, sind von der General Electric Company zu Schenectady gebaut. Sie
haben ein rotierendes Magnetrad und erzeugen bei 200 Umdrehungen, entsprechend 60
Perioden, Drehstrom von 2300 Volt Spannung. Den Gleichstrom für die Erregung liefern
zwei Gleichstrom-Dynamomaschinen von 120 KW Leistung, bei 500 Umdrehungen, die durch
eigene Turbinen angetrieben werden. Da eine Maschine zur Erregung der vier
Generatoren genügt, so dient die zweite als Reserve.
Der Strom geht von den Maschinen durch Oelunterbrecher für 600 Amp. zum Schaltbrett
und von da zu den Transformatoren in Bleikabeln, die im Boden verlegt sind. Die
Transformatoren, ebenfalls von der General Electric
Company in Schenectady geliefert, besitzen eine Leistung von 1080 KW-und
sind primär im Dreieck, sekundär in Stern geschaltet. Sie besitzen Oelisolation und
sind durch Wasser gekühlt. Sie erhöhen die Spannung bis auf 60000 Volt. Der neutrale
Punkt ist geerdet. Der hochgespannte Strom geht durch die im Innern des Gebäudes
angebrachte Blitzschutzvorrichtung und verlässt sodann das Maschinenhaus durch
grosse kreisrunde Oeffnungen in der Mauer. Nachdem er schliesslich noch die
Schalter, die aussen an der Mauer befestigt sind, passiert hat, geht er auf die
Freileitung über.
Die 161 km lange Hochspannungsfreileitung mit 60000 Volt Spannung unterscheidet sich
von den gewöhnlich ausgeführten Leitungen in manchen Dingen. Als Leitungsmaterial
wurde ein aus 19 hartgezogenen Kupferdrähten verseiltes Kabel von 9,5 mm Durchmesser
verwendet, das in einzelnen Stücken von 3000 m Länge von der Ansonia Metall- und Kupfer-Fabrik zu Ansonia, Conn, geliefert worden war.
Die Stücke wurden nicht verlötet, sondern die Enden wurden verdrillt und über die
Verbindungsstelle wurde ein elliptisches 30 cm langes Kupferrohr geschoben.
Die Isolatoren, auf denen die Kabel in Rinnen festgebunden waren, waren von der
Isolatorenfabrik von Locke in Victor, N.-Y.,
hergestellt. Sie bestehen aus vier Teilen und besitzen einen grössten Durchmesser
von 350 mm. eine Höhe von 300 mm und ein Gewicht von 6,5 kg. Sie mussten eine
Prüfspannung von 120000 Volt fünf Minuten lang aushalten. Die drei Leitungen sind in
Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks von 1950 mm Seitenlänge angeordnet, indem die
Isolatoren auf Profileisenstäben befestigt sind. Die Träger der Isolatoren befinden
sich auf im allgemeinen 12 m hohen quadratischen nach oben sich verjüngenden Türmen,
die in bekannter Weise aus Profileisen konstruiert sind. Die einzelnen Türme haben
einen Abstand von 135 m. Nur in der Nähe von Guanajuato selbst wurden wegen der
dortigen Bodenbeschaffenheit 18 m hohe Türme mit einem Abstand bis zu 400 m
verwendet. 3 m unterhalb der Kraftleitung ist eine Telephonleitung verlegt, die zur
Vermeidung von Induktion so verdrillt ist, dass eine Umdrehung auf je vier Türme
kommt. Die Hochspannungsleitung selber ist nicht verdrillt. Die ganze Anlage ist in
vier Abschnitte zerlegt worden von je rund 40 km, zwischen denen Trennungsschalter
vorgesehen sind.
Zu Guanajuato wird die Hochspannung in die Unterstation in gleicher Weise eingeführt
wie in die Kraftzentrale, auch hier sind Trennungsschalter und Blitzableiter
vorgesehen. In der Unterstation wird der Strom durch Transformatoren von 970 KW auf
15000 Volt heruntertransformiert und dann von einem Schaltbrett aus sechs
Verteilungsnetzen durch Schalter und Blitzableiter zugeführt. Dieses sekundäre
Hochspannungsnetz besteht aus massiven Kupferdrähten, die auf Porzellanisolatoren
von 140 mm Durchmesser verlegt sind. Dieselben sind auf 9–10 m hohen Holzstangen
befestigt.
In den Bergwerksanlagen und -Betrieben wird der elektrische Strom für Motorzwecke
verwendet. Die Spannung wird durch Transformatoren auf 460 Volt heruntergesetzt. In
der Stadt Guanajuato selbst dient für Beleuchtungszwecke ein Zweiphasennetz von
2100 Volt Spannung durch Drehstrom – Zweiphasen-Stromtransformatoren von 150 KW
Leistung unter Verwendung eines Spannungsreglers in jeder Phase.
Eine Zweigleitung geht nach Irapuato, wo in einer Unterstation die Linienspannung
durch vier ölisolierte luftgekühlte Transformatoren von 200 KW-Leistung auf 15 000
Volt reduziert wird. Vier weitere Transformatoren von 75 KW-Leistung bringen die
Spannung für Motorzwecke auf 460 Volt. Die elektrische Kraft wird hier für
verschiedene technische Zwecke in Fabriken verwendet, sowie für Pumpen und
Bewässerungsanlagen. Ferner wird durch zwei Transformatoren von 40 KW-Leistung der
Strom für eine Beleuchtungsanlage bei 2200 Volt Spannung geliefert.
Durch diese grossartige Kraftanlage ist es gelungen, den. Minenbetrieb der alten
Bergwerksstadt Guanajuato, die während 350 Jahren beinahe ein Fünftel des gesamten
Silberbedarfes geschafft hat, aber während der letzten Jahre infolge der hohen
Kosten für Energie und der gleichzeitigen Silberentwertung nahezu ganz geruht hatte,
neu zu beleben und zu frischer Blüte zu bringen.
Die Schwierigkeiten bei der Ausführung des Werkes waren sehr gross, nicht nur weil es
nötig war, gewaltig grosse und schwere Massen – wog doch die untere Ankerhälfte
jedes der vier Generatoren über 9 t und jedes Röhrenstück der Druckleitung je nach
der Wandstärke 3,2 bis 5,5 t – über weite beinahe unwegsame Entfernungen zu
schaffen, sondern vor allem weil das vorhandene Arbeitspersonal meist Indianer oder
Halbblut von unglaublicher Trägheit und Indolenz war und sich für diese
ungewöhnliche Arbeiten, die grosse Sorgfalt verlangten, schlecht verwenden liess.
Dass trotzdem das Werk in der kurzen Zeit von anderthalb Jahren vollendet und in
Betrieb genommen werden konnte, ist das Verdienst der unermüdlichen Bauleitung.
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Zuschrift an die Redaktion!
(Ohne Verantwortlichkeit der Redaktion).
Bezugnehmend auf die Besprechung des von mir fabrizierten Apparates zur Regulierung
der Gärtemperatur in den gesamten Betrieben der Gärungsindustrie, besonders für
Brennereien und Hefefabrikanten, „Gärkontroller Vorwärts, System von Rougemont“, in Heft 46, S. 730, bitte ich
Ihren werten Lesern bekannt zu geben, dass dieser Apparat in fast allen
Kulturstaaten zum Patent angemeldet ist und ausserdem die. einzelnen
Detailausführungen durch verschiedene Gebrauchsmuster geschützt sind.
Hochachtungsvoll!
Franz Hugershoff.