Die Verwendung von Relais zum Schütze elektrischer
Anlagen. Bei Störungen in elektrischen Anlagen, insbesondere solchen mit
Fernleitungen, wird es sich meist um einen mehr oder weniger vollkommenen Kurzschluß
handeln. Die der Störungstelle anliegenden Leitungsteile führen dann außerordentlich
starke Ströme, die ihren Bestand gefährden, auch die Richtung des Energieflusses
kann sich stellenweise ändern (Rückstrom).
Bei ausgedehnteren Anlagen geht es natürlich nicht an, im Störungsfalle den gesamten Betrieb abzuschalten; im Gegenteil wird es die wichtigste Aufgabe sein, die Fehlerstelle ohne Störung des Betriebes so eng als möglich einzugrenzen und abzuschalten. Abschmelzsicherungen dienen zwar dem gleichen Zwecke, sie genügen aber oft nicht den gestellten schwierigeren Bedingungen.
Nun sind ja Schalter, die mit selbsttätig arbeitenden, auf Strom oder Spannung
ansprechenden Auslösevorrichtungen versehen waren, (Ueberlast- bzw.
Rückstromschalter), schon aus den Anfängen der Elektrotechnik bekannt. Aus diesen
heraus entwickelte sich dann eine große Auswahl von Bauarten und Schaltungen solcher
Relais mit verschiedenen Arbeitscharakteristiken. Auch die Schalter wurden so
vervollkommnet, daß jetzt weder die Spannung, noch die Stromstärke ein Hindernis
bildet. In „Elektr. Kraftbetriebe und Bahnen“
, Heft 17 und 18, Jahrg. 1916,
erörtert Prof. Heußer die bei eintretenden Fehlern in
Leitungsnetzen zu erwartenden Vorgänge und die sich daraus ergebenden Forderungen an
die Wirkungsweise der Schutzrelais.
Abgesehen von der einfachen Ueberlastung eines Stromverbrauchers (Motor oder dergl.)
handelt es sich
Ein wirksamer Schutz des Netzes im Sinne der Aufgabe setzt nun voraus, daß im Falle eines Defektes von den im Netze verteilten Schutzschaltern nur die der Störungsstelle nächstliegenden ausschalten. Bei einzelnen Radialleitungen, die ohne weitere Verbindung von der Zentrale zu einem Stromverbraucher laufen, genügt ein einfaches Relais, das mit der genannten Verzögerung arbeitet und auf einen bestimmten, reichlich bemessenen Höchststrom hin auslöst.
Schwieriger liegt die Aufgabe bei verzweigten Netzteilen. Dort durchfließt derselbe
Kurzschlußstrom mehrere hintereinander liegende Schaltpunkte, bzw. Relais. Daher
Die Schaltzeit der selbstäügen Schalter kann vom Augenblick der Auslösung bis zur
vollendeten Stromunterbrechung etwa zu ⅙ bis 1/4 Sek. angenommen werden. Als
Sicherheit für etwaiges ungleichmäßiges Arbeiten müssen noch ungefähr ⅖ Sek.
zugeschlagen werden, so daß für aufeinanderfolgende Schalter mit einem
Schaltunterschiede von ⅔ Sek. zu rechnen wäre. Die Zahl der in Reihenschaltung
möglichen Relais ergibt sich aus der Zeit der zulässigen Dauer des
Kurzschlußzustandes – beispielsweise 2½ Sek. – dividiert durch vorgenannte Zahl
Ob 2½ Sek. oder mehr zulässig sind, hängt von der Größe des Kurzschlußstromes bzw.
von dessen thermischer Wirkung ab. Die Stromstärke muß aus den Konstanten des Netzes
näherungsweise berechnet werden. Die durch Jouleschen
Effekt entwickelte Wärmemenge beträgt Q = i2 • r • t • 0,24 cal., wobei
i = Stromstärke, r =
Widerstand in Ω, t Zeit in Sek. Man kann annehmen, daß
bei zeitlich derart kurzen Vorgängen nur wenig Wärme nach außen abgegeben wird,
gleichgültig, ob es sich um eine Freileitung oder um ein Kabel handelt. Mit
Rücksicht auf das Gewicht und die spezifische Wärme des Leitungsmaterials ergibt
sich für Kupfer ein Temperaturanstieg von
q = Leiterquerschnitt in mm) für die Sekunde, für Aluminium von
2 von 150 Amp. bei Kupfer, entsprechend 95 Amp.
bei Aluminium.
Sowohl die Rücksichten auf die Isolierhülle bei Kabeln, als auch auf die Verminderung
der Materialfestigkeit bei Freileitungen lassen eine höhere Erwärmung als 200 bis
300° nicht zu. Da nun auch noch der Kurzschlußstrom anfänglich einen viel höheren
Wert besitzt, so darf die sich hieraus ergebende Zeit der zulässigen Kurzschlußdauer
tatsächlich nicht einmal voll erreicht werden. Ersichtlich ist ein wirksamer Schutz
nur zu erreichen, wenn die Relaisschalter schnell und zuverlässig arbeiten.
Insbesondere ist es das Zeitwerk, von dem viel abhängt.
Das treibende Element besteht aus Magneten für geradlinige oder Drehbewegung, oder aus Induktionsmotoren nach dem Prinzip der Ferrarisscheibe. Angetrieben davon wird- ein einstellbares Zeitelement, besser eine Verzögerungseinrichtung, die erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit die Auslösung des Schalters herbeiführt. Es gibt Einrichtungen, deren Laufdauer von der Größe des Kurzschlußstromes, dem das Motordrehmoment entspricht, abhängig ist, und solche, die unabhängig lediglich nach der Zeit arbeiten. Bei den ersteren dient das Heben eines Gewichtes, das Spannen einer Feder und das Hindurchpressen einer Luftmenge durch ein Nadelventil als Zeitmaß, bei den letzteren der Antrieb eines Windflügels, einer Wirbelstrombremse oder eines uhrenartigen Hemmwerkes.
Rich. Müller.
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Ueber Wechselbeziehungen zwischen neuzeitlicher Betriebsführung
und Werkzeugmaschine hielt Prof. E. Toussaint im
Berliner Bezirksverein des Vereins deutscher Ingenieure vor einiger Zeit einen
Vortrag, der in Heft 3 und 4, 1916 der „Werkzeugmaschine“
und in den
Monatsblättern obengenannten Bezirksvereins abgedruckt ist. Einige wesentliche
Gesichtspunkte daraus seien nachstehend wiedergegeben.
Die nach dem Kriege zweifellos eintretende Erhöhung der Arbeitslöhne und auch die Unterstützung durch eine ausgedehntere Verwendung selbsttätiger Maschinen wird eine Umgestaltung unserer Betriebswirtschaft notwendig machen; dazu gehört vor allem eine gründliche Kenntnis der Werkzeugmaschinen.
Als Grundlage für die Betrachtung aller Werkzeugmaschinen ist es zweckmäßig, die Antriebsorgane aufzusuchen, die sie befähigen, ein räumliches Gebilde mit drei Ausdehnungen abzutrennen, und zu beachten, daß sie deshalb mit Vorrichtungen ausgerüstet sein müssen, welche Bewegungen in drei Richtungen vermitteln. Auch wenn eine oder zwei dieser Bewegungen fortfallen, weil sie durch die Abmessungen des Werkzeuges gegeben sind, wie zum Beispiel beim Bohrer, so ist doch bei den Antriebsorganen, den Führungen und der Form der Werkzeuge allgemein Rücksicht auf die Möglichkeit dieser dreifachen Bewegung zu nehmen. Die Gestalt der abzunehmenden Spanschicht bei den verschiedenen Werkzeugmaschinen ist in Abb. 1 bis 4 dargestellt.
Für Drehbänke, die nur Spitzenarbeit ausführen sollen (Schruppdrehbänke), fällt der
eine Selbstgang in Richtung C fort; kommen auch
Planarbeiten in Frage, so ist zwar ein Selbstgang auch in Richtung C nötig, aber nie gemeinsam mit dem Längszuge in
Richtung B. Der Aufbau der Maschine wird noch
umständlicher, wenn eine sogenannte „Universaldrehbank“
verlangt wird, die
mit großer Schaltgeschwindigkeit für das Schlichten ausgerüstet sein soll. Deshalb
ist es vorteilhafter, die letzte Schlichtarbeit einer Schleifmaschine zu
übertragen.
Anders geartet als die Arbeitsweise der Drehbank B (Abb. 1) erfolgt am besten
nach Beendigung des beschleunigten Rücklaufes, um die Werkzeugschneide durch den
Rücklauf in der zuletzt erzeugten Furche zu schonen. Eine Schaltung vor dem Rücklauf
wirkt durch den Lauf der Schneide auf dem unbearbeitetem Werkstück ungünstig;
ähnlich wirkt eine Schaltung während des Rücklaufs. Gänzlich zu verwerfen ist eine
Schaltung während des Arbeitsganges, weil dadurch das Schaltwerk gefährdet wird.
Die Spanabhebung bei der Fräsmaschine und Rundschleifmaschine hat in den Grundzügen Aehnlichkeit mit der der Stoßmaschine. Die Schleifmaschine verlangt jedoch insofern eine höhere Vollkommenheit der Ausführung, als nicht nur dem Werkstück sodern auch dem Werkzeug eine Drehbewegung erteilt werden muß.
Als Grundlage für die Herstellung der Schnitt- und Schaltbewegungen dient in allen Fällen die Schnittgeschwindigkeit und bei Werkzeugmaschinen mit kreisender Bewegung der Durchmesser des Werkstückes oder des Werkzeuges. Da Reibgetriebe große Nachteile besitzen, so kommt anstatt einer ununterbrochenen Drehzahlenreihe eine unterbrochene, eine sogenannte Drehzahlentreppe in Frage. Die größten Vorteile für den Betrieb bietet die Anordnung der Drehzahlen in geometrischer Reihe. Ein sogenanntes Sägendiagramm, wie es zur leichten Bestimmung der zu verwendenden Drehzahl an jeder Werkzeugmaschine angebracht sein sollte, ist in Abb. 5 für eine Drehbank von 150 mm Spitzenhöhe bei Wahl der Drehzahlen nach einer geometrischen Reihe dargestellt.
Dabei sollte stets dann die nächst niedere Drehzahl φ der geometrischen Reihe eines solchen
Diagrammes (das Verhältnis zweier aufeinander folgender Drehzahlen) gibt, wie
ersichtlich, ein Maß für den größten Schnittgeschwindigkeitsabfall, der überhaupt
auftreten kann, wenn statt der gewünschten Drehzahl die nächst niedrigere genommen
werden muß, also ein Maß für die im ungünstigsten Falle gegenüber dem Voranschlage
anzuwendende Schnittgeschwindigkeit.
Durch Aufstellung von Sondermaschinen für bestimmte Dreharbeiten an Stelle von
Universalmaschinen ist ein Zusammenrücken der Grenzdrehzahlen so weit zu erreichen,
daß ein billiger und einfacher Aufbau der Drehbank möglich wird. Bei einer
geometrischen Reihe ist nun der Logarithmus jeder folgenden Drehzahl um log φ größer als der der vorhergehenden. Durch Auftragen
der Drehzahlen auf logarithmischem Koordinatenpapier erhält man daher eine gerade
Linie; nach Eintragen der Grenzdrehzahlen ergeben sich damit ohne weiteres die
Zwischendrehzahlen. In Abb. 6 ist das logarithmische
Schaubild für das Sägendiagramm Abb. 5 dargestellt
mit den Grenzdrehzahlen n1 = 8, n8 =
137 Umdr./Min. Außer für den Entwurf ist diese logarithmische Darstellung auch für
den Betrieb zur Kontrolle vorhandener Drehbänke sehr wertvoll.
Das Sägendiagramm und seine Anwendung im Betriebe
Bei Planfräsmaschinen soll der Schaltantrieb nicht von der Frässpindel, sondern entweder unmittelbar vom Deckenvorgelege oder von der Stufenscheibe her abgeleitet werden, da sich in den beiden letzten Fällen bei den verschiedenen Drehzahlen günstigere Vorschübe ergeben. Auch für Bohrmaschinen ist ein Schaltvorschub nicht in Abhängigkeit von der Drehzahl des Bohrers, sondern in mm/Min. zweckmäßiger, wenn man die kleinen Bohrer mit den größten, die großen Bohrer mit den kleinsten Vorschüben benutzt.
Die in neuerer Zeit viel eingeführte Abstechmaschine wird mit Vorteil benutzt, sofern
sie eine Vorrichtung besitzt, welche bei abnehmendem Werkstückdurchmesser eine
allmähliche Steigerung der Drehzahl gestattet. Ferner ist es zweckmäßig, den
Vorschub dabei nicht von der
Die acht Drehzahlen, in geometrischer Reihe auf logarithmischem Koordinatenpapier aufgetragen
Für die Uebertragung der Drehzahlen von der treibenden auf die getriebene Welle ist der früher allgemein übliche Riementrieb nur zu verwenden, wenn es sich um geringe Kräfte handelt. Für schwere Arbeiten wie beim Schruppen soll ein Räderkasten mit schnellaufendem Riemenantriebe verwandt werden. Für Werkzeugmaschinen, die mit Riementrieb und Stufenscheiben versehen werden, soll die Ermittlung der Stufenscheibendurchmesser jedenfalls nicht nach Faustregeln erfolgen, sondern wie oben besprochen mit Hilfe der logarithmischen Linie (s. Abb. 6) unter Beachtung eines gesetzmäßigen Ueberganges nicht nur zwischen den einzelnen Stufen, sondern auch zwischen den Gruppen.
Auf eine zweckentsprechende Zahnform der Zahnräder wird bisher noch zu wenig Wert
gelegt. Die D = M (z + 2) ausgeführt
werden (M = Modul = M). Da unterschnittene Zahnflanken nach dem
Teilverfahren nicht hergestellt werden können, werden die Fräser für die kleinen
Zähnezahlen mit abgeänderter Kurve hergestellt. Dadurch wird aber die ohnehin
geringe Eingriffsdauer der Räder mit kleinen Zähnezahlen bedenklich verkleinert. Der
Unterschnitt läßt sich am vorteilhaftesten vermeiden, wenn man den Kopfkreis des
kleinen Rades vergrößert und die Radachse etwas weiter als normal von der Achse des
schneckenförmigen Fräsers entfernt.
Der in Vorstehendem in großen Zügen wiedergegebene Vortrag wurde im Berliner Bezirksverein des Vereins deutscher Ingenieure zum Gegenstand besonderer Erörterungen gemacht (vgl. Monatsblätter des Berliner Bezirksvereins deutscher Ingenieure, Juni und Juli 1916) bei denen unter anderen folgende Gesichtspunkte hervorgehoben wurden:
Die Theorie der Werkzeugmaschinen ist mit Ausnahme der Geschwindigkeitsverhältnisse noch wenig erforscht; seit Anwendung des Schnellschnittstahles ist aber der früher übliche handwerksmäßige Bau nicht mehr durchführbar. Von den Bestellern müßten genauere Angaben über die an die Maschine zu stellenden Anforderungen wie Abmessungen der zu bearbeitenden Stücke, das zu bearbeitende Material, die Größe der Materialzugabe usw. gemacht werden. Die Verwendung von normalen Maschinen mit Sondereinrichtungen, die der von ihnen zu leistenden Arbeit angepaßt sind, an Stelle der Universalmaschinen ergibt in vielen Fällen eine wesentliche Ersparnis an Anlagekapital und wird bereits von vielen Betriebsleitern durchgeführt. Dabei können die Sondermaschinen mittlerer Größe serienweise und auf Lager gebaut werden, so daß sie auch dadurch billig und schnell zu haben sind. Zur Festlegung der Arbeitsbedingungen einer neu zu beschaffenden Maschine sowie auch zur Abnahme in der Werkzeugmaschinenfabrik selbst sollten stets die Betriebsbeamten, Werkmeister und Arbeiter hinzugezogen werden, welche nachher mit der Maschine arbeiten sollen. Auch eine Untersuchung und Ausbesserung der Maschinen durch die liefernde Firma und darauffolgende gründliche Abnahme wie bei einer neuen Maschine sollte in regelmäßigen Zwischenräumen erfolgen.
Als Material für die Leitspindelmutter hat sich Bronze zweckmäßiger als Gußeisen erwiesen. Die in vieler Beziehung wünschenswerte Zentralschmierung ist zum Beispiel bei Vorhandensein hin- und hergehender Schlitten nicht durchführbar.
Der Antrieb der Werkzeugmaschinen durch Ketten hat sich nicht als günstig erwiesen; Blockketten recken sich stark, Renoldketten und andere schnellaufende Ketten laufen sich einseitig aus. Abgesehen davon ist durch Beibehaltung des Riementriebes ein elastisches Glied in der Maschine enthalten, das als beste Sicherung gegen ihre Ueberlastung dient.
Ritter.
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Vgl. D. p. J. S. 240 und 272 d. Bd.Zur Frage des Transportes von Gefrierfleisch.
In diesem Zusammenhange möge erwähnt sein, daß durch Ottesen in Kopenhagen ein neues Gefrierverfahren ausgebildet wurde, bei
dem der zu gefrierende Körper in eine tiefgekühlte Salzlösung taucht. Das Fleisch
friert zehn- bis zwanzigmal so schnell ein wie bei Abkühlung in der Luft. Ein
weiterer Vorzug des Verfahrens ist, daß man von jeder Vorsichtsmaßregel beim
Plank in Zeitschrift
für die gesamte Kälteindustrie Heft 6.)
Schmolke.
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Die zeichnerische Umwandlung von Kreisbögen in geradlinige
Strecken und ihre Messung auch in Graden (Werkstattstechnik X, 323–324,
1916). Das Verfahren des Verfassers setzt voraus, daß eine archimedische Spirale
gezeichnet sei. Nun ist aber deren Gleichung in Polarkoordinaten r = aφ, bedarf also
ihrerseits zu ihrer Herstellung der zeichnerischen Umwandlung von Kreisbögen in
„geradlinige Strecken“
. Das Verfahren des Verfassers enthält also einen
Kreisschluß.
E. Jahnke.
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Versuche an Fernumdrehungsanzeigern. Für die Ueberwachung
der Betriebsmaschinen auf Seefahrzeugen und Luftschiffen sind Fernumdrehungsanzeiger
in ausgedehntem Gebrauch und führen sich auch für die Betriebsüberwachung ortfester
Anlagen immer mehr ein; selbst auf Flugzeugen ist ihre Anwendung zuweilen von
Nutzen. Die Uebertragung der Geschwindigkeit erfolgt bei den neuzeitlichen
Instrumenten ausschließlich auf elektrischem Wege in der Weise, daß der von der zu
beobachtenden Maschine angetriebene Geber als Stromerzeuger, der mit dieser durch
Fernleitung verbundene Empfänger als Spannungsmesser ausgebildet ist.
Als Stromerzeuger kommen vorwiegend kleine
Gleichstrommaschinen zur Anwendung, weil bei ihnen die Spannung proportional der
Drehzahl zunimmt, was bei Wechselstrommaschinen wegen der Selbstinduktion nicht der
Fall ist. Dafür haben letztere den Vorteil, daß der Kollektor fehlt. Als Empfänger
werden für Wechselstrom Weicheiseninstrumente benutzt, seltener Frequenzmesser nach
Frahm, für Gleichstrom Drehspulinstrumente nach Deprez-d'Arsonval. Da die Verwendung von
Gleichstrom noch den weiteren Vorteil bietet, daß die Drehspulinstrumente durch
Ausschlag nach der einen oder anderen Seite auch die Drehrichtung der Maschine
anzeigen, Wilhelm Morell in Leipzig angestellt sind und über dessen Konstruktion
berichtet Wilke in Heft 22 des Schiffbau vom 23. Aug.
1916. Der in Abb. 1 im Schnitt dargestellte Geber
besitzt einen Trommelanker A, der zwischen
Dauermagneten aus Wolframstahl M läuft. Der erzeugte
Strom wird am Kollektor K abgenommen und dem Empfänger
zugeführt. Der Antrieb erfolgt durch ein Zahnräderpaar Z von der Vorlegewelle T aus, die entweder
mit der Maschinenwelle gekuppelt oder von ihr mittels einer Treibkette am Rade R angetrieben wird.
Der als Drehspulinstrument ausgebildete Empfänger ist in Abb. 2 dargestellt. Im Felde des Dauermagneten befindet sich die von dem
im Geber erzeugten Strom durchflossene Drehspule D und
wirkt durch das Zahnradsegment E und Zahnrad T auf den Zeiger. Die Skala wird nicht nach Volt,
sondern unmittelbar nach Umdrehungen in der Minute geeicht.
Die Art der Maschinenüberwachung ist in verschiedenster Weise möglich:
Ueberwachung einer Maschine an einem oder mehreren Orten;
Ueberwachung mehrerer Maschinen durch eine gleiche Anzahl Anzeiger an einem oder mehreren Orten;
Ueberwachung mehrerer Maschinen an einem oder mehreren Orten durch nur einen Anzeiger an jeder Stelle mittels Umschalter.
Die Anordnung der Apparate und Leitungen für den zweiten und dritten Fall ist aus Abb. 3 und 4 zu ersehen.
Das Ergebnis der Versuche ist in Abb. 5 dargestellt. Mit abnehmendem Widerstände zeigt sich eine geringe Abweichung der Spannungskurven von einer Geraden, als niedrigster Wert des Widerstandes im äußeren Stromkreise sind daher etwa 1000 Ohm anzunehmen. Andererseits zeigte sich als höchste zulässige Drehzahl 2500 in der Minute, da bei höheren Werten die Bürsten in zitternde Bewegung kamen und die Stromabnahme dadurch gestört wurde. Die Stromstärke war hierbei und bei 1000 Ohm Widerstand etwa 55 Milliampere. Die Höchstzahl der parallel zu schaltenden Empfänger ist daher 2 bis 3 bzw. bei Apparaten mit dem Nullpunkt in der Mitte (für Rechts- und Linkslauf der Betriebsmaschine) die doppelte Anzahl, was im allgemeinen genügen dürfte.
Die bei den Versuchen festgestellten Spannungsschwankungen am Geber waren so gering
(im Mittel
Ritter.
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Die Einwirkung von Azetylen auf Metalle haben H. Reckleben und J. Scheiber
näher studiert. Gelegentlich früherer Versuche waren die Verfasser zu dem Ergebnis
gelangt, daß reines Azetylen auf Metalle nicht einwirkt, namentlich daß in Berührung
mit Kupfer nicht das explosive Azetylenkupfersalz entsteht. Mit Rücksicht auf die
Mitteilung von Beobachtungen, die mit diesem Ergebnis in Widerspruch stehen, haben
sie nunmehr weitere Versuche zur Klärung dieser für die Technik recht wichtigen
Frage angestellt, und zwar benutzten sie diesmal Azetylen, das nach dem
Tropfverfahren hergestellt und bekanntlich stärker verunreinigt ist, als das
Sander.