3. Mai 1919.

Konstruktionsbureau und Betrieb
Betrieb werden hierdurch ihrer
eigentlichen Aufgabe entzogen. Man soll beide von allen
Nebendingen entlasten.

Ich gestehe zu, daß es schwer ist, sowohl das Konstruktionsbureau wie den Betrieb davon zu überzeugen, daß sie mit Abgabe derartiger Arbeiten nichts von ihrem eigenen Werte einbüßen. Man kann aber regelmäßig beobachten, daß sowohl das Konstruktionsbureau wie der Betrieb nach einigen Jahren diese Arbeitsteilung als angenehm und im Interesse des Ganzen liegend ansehen.

Konstruktive Durchbildung.

Ich komme nunmehr zu den Anforderungen der Werkstätten an die Konstruktion. Einleitend erwähnte ich bereits, daß die konstruktive Durchbildung erfolgen muß unter Beachtung von Festigkeit, Formänderung und Wärmewirkung, guter Schmierung, Zugänglichkeit usw. Diesen Ansprüchen muß eine Konstruktion vorab genügen. Erst dann kommt die Rücksicht auf die Werkstattforderungen.

Auch diese sind wieder mannigfaltiger Natur, je nachdem es sich um Herstellung von Guß- oder Schmiedestücken, um die Bearbeitung in den mechanischen Werkstätten oder den Zusammenbau der Maschinen handelt.

Alle diese Forderungen stehen im engsten Zusammenhang miteinander. Häufig löst eine Forderung des Betriebes eine neue Forderung der Gießerei, der mechanischen Werkstatt oder anderer Betriebe

aus.

Abb. 7.

Ich will versuchen, Ihnen an einigen Beispielen aus dem Arbeitsbereich der genannten BeModell eines Reglerbockes. triebe zu zeigen, wie mannigfaltig die Ansprüche der Werkstätten sind und wie ihnen der Konstrukteur gerecht werden kann. Ich wende mich zunächst zu der

Abb. 10.

Eisengießerei.

Sie verlangt, daß sich die Stücke gut und bequem formen und richtig gießen lassen: sehr einfache, aber sehr schwerwiegende Forderungen. Die Modelle sollen einfach und handlich sein, keine sperrigen Auswüchse tragen und möglichst vielseitige Verwendung zulassen; die Massen der Gußstücke sollen richtig verteilt sein, so daß Lunker- und Saugstellen vermieden werden. Die Kerne sollen gut entlüftet werden können, der Guß muß möglichst spannungsfrei herstellbar sein. Einige Beispiele mögen diese Forderungen der Gießereien erläutern. Es be

Abb. 7 stellt das Modell eines Reglerbockes dar.

darf keiner besonderen Erläuterung, daß die Konstruktion mit ihren Auswüchsen nach allen Seiten für das Formen möglichst unglücklich ist. Abhilfe ist nur zu schaffen, wenn alle Auswüchse des Modelles, die nicht in einer Ebene liegen, besonders angeschraubt werden.

In Abb. 8 und 9 sind die Vorder- und Mittelrahmen einer Zweitaktgasmaschine veranschaulicht. Die Rahmen sind in vier annähernd gleiche Teile zerschnitten. Manche Firmen haben demgegenüber eine Vorder- und eine Mittelrahmenhälfte zusammengegossen. Das Modell bekommt dann bei einer Maschine von 1400 mm Hub eine Länge von 13 bis 14 m. Es liegt auf der Hand, daß diese Modelle äußerst kostspielig sind und sich leicht abnutzen. Beim Einformen verbiegen sie sich, so daß krumme Gußstücke entstehen.

Teilt man die Rahmen jedoch in vier annähernd gleiche Stücke, wie auf dem Bilde dargestellt, so wird für jedes Stück annähernd der gleiche Formplatz nötig. Wir haben seiner Zeit zwei solche Formplätze nebeneinander gelegt und eine

Ansicht von A

Kolonne gebildet, die beide Formplätze bediente. Die Kerne wurden in besonderen Kernbüchsen hergestellt, also nicht in den Rahmen gestampft. Es konnte auf verhältnismäßig kleinem Raum ein ganz ungewöhnlich hoher Umschlag erzielt werden.

Die Forderung der Werkstatt, daß Modelle möglichst vielseitig verwandt werden sollen, ist äußerst wichtig und wird doch vom Konstrukteur häufig wenig beachtet.

Abb. 11,

Abb. 10 und 11 geben zwei Vorderrahmen von Kleinkompressoren wieder. Der eine hat nur ein Hauptlager, der zweite zwei Hauptlager, die durch einen Gabelrahmen miteinander verbunden sind. Bei letzterer Ausführung kann das Modell ohne weiteres für Links- und Rechtsmaschinen verwandt werden. Die Anzahl gleicher Gußstücke dieser Art verdoppelt sich damit. Nebenbei wird, worauf an anderer Stelle noch zurückzukommen ist, die Zahl der kleineren Maschinenelemente, wie Lagerdeckel, Kernlochdeckel, Schmierrohranschlüsse usw., ebenfalls verdoppelt.

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Einzelne Firmen des Großmaschinenbaues sind bereits dazu übergegangen, diese Konstruktion auch für schwere Maschinen zur Anwendung zu bringen.

Die Herstellung spannungsfreien Gusses gehört zu den schwierigsten Kapiteln im Gießereiwesen. Wohl keine Anforderung der Gießerei ist von so einschneidender Wirkung auf die konstruktive Durchbildung und so schwer zu erfüllen. Häufig muß man sich bescheiden, das Beste gewollt zu haben, ohne es erreichen zu können. Einige Beispiele mögen dies erläutern.

Abb. 12 und 13 stellen den Zylinderkopf einer Zweitaktmaschine von 600 PS dar, wie er vor etwa 18 Jahren zur Ausführung gelangte. Der Wassermantel dieses Zylinderkopfes ist fast vollständig geschlossen. Die Kerne werden aus dem Mantel durch Kernlöcher am Flanschund Stopfbüchsenhals entfernt. Die Bohrungen für den seitlichen Zünder und das Luftanlaßventil liegen zu sammen auf einer Seite und haben verschiedene Durch

messer.

1

*

Der Guß dieser Köpfe bot außerordentliche Schwierigkeiten. Die Entfernung der Kerne war nicht einfach, nament-. lich am Flansch mit seinen vielen Putzen für die ZylinderkopfSchrauben, wo das Kernmaterial infolge der Massenanhäufung leicht festbrannte, und an den engen Stellen zwischen den Bohrungen für Zünder- und Luftanlaßventil. Die Folge davon war, daß die Kühlung der Zylinderköpfe an diesen Stellen nicht voll zur Wirkung kam. Hier traten im Betriebe Risse auf. Abb. 14 und 15 zeigen den gleichen Zylinderkopf in moderner Ausführung. Die großen Kernlochöffnungen am Flansch des Kopfes sind weggelassen, um die Schwächung und ungleichmäßige Kühlung des Flansches zu vermeiden. Der Wassermantel ist am Stopfbüchsenhals vollkommen aufgeschnitten. Die Bohrungen für Zünder und Luftanlaßventil haben gleichen Durchmesser und sind symmetrisch auf beide Kopfseiten verteilt. Die Entlüftung und Entfernung der Kerne ist nunmehr

l
Abb. 12 bis 15. Zylinderköpfe einer Zweitaktgasmaschine.

einfach. Sie wurde auch betriebstechnisch noch dadurch verbessert, daß für den Kern ein besonders durchlässiges Material verwandt wurde.

Die neue Konstruktion stellte einen ganz wesentlichen Fortschritt dar, wenn sie auch noch nicht bewirkte, daß der Guß spannungsfrei war; denn die Verbindung zwischen Verbrennungsraum und Außenmantel durch das Ventilgehäuse bleibt bestehen.

Abb. 16 und 17 zeigen zum Vergleich einen Viertaktzylinder mit aufgeschnittenem Wassermantel. Führende Firmen des Großmaschinenbaues sind in den letzten Jahren zu dieser Konstruktion übergegangen. Sie beseitigt die Zug- und Druckspannungen in der Längsrichtung, die bei zusammengegossenem Außen- und Innenmantel auftreten. Dagegen bleibt die Verbindung des Innen- und Außenmantels durch die Ventil

Abb. 18 stellt einen Zweitaktkraftzylinder der ursprüng lichen Konstruktion dar, bei dem Mantel, und Laufbüchse ebenfalls zusammengegossen sind. Auch dieser Zylinder ist natürlich nicht spannungsfrei zu gießen. Der Außenmantel kühlt schneller ab, so daß in dem langsamer erkaltenden

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure.

Abb. 18. Zweitaktkraftzylinder älterer Konstruktion. Innenzylinder Zugspannungen entstehen. Wir haben bei einem der ersten Zylinder von 800 mm Dmr. die Stege der. Laufbüchse durchstochen und dabei festgestellt, daß im Zylinder eine Zugspannung von rd. 250 t vorhanden war.

Die Eigenheit des Zweitaktzylinders, dessen Auspuffschlitze in der Zylindermitte liegen, gestattete jedoch in einfacher Weise eine Trennung des Innenmantels vom Außenmantel, Abb. 19. Mantel und Laufbüchsen können nunmehr spannungsfrei gegossen werden.

:

1

་

Abb. 19. Zweitaktzylinder neuer Bauart.

Ein Schulbeispiel für unrichtige Verteilung der Massen ist die Konstruktion des Hauptlagers eines SchiffsmaschinenGrundrahmens, Abb. 20 und 21. Die untere Gurtung des Lagers ist sehr kräftig mit 70 mm Wandstärke ausgebildet, während die Seitenwände und Rippen nur 25 mm aufweisen. An den Uebergängen der Wände zu den Gurtungen bilden sich leicht Saugstellen, mindestens aber ein lockeres Gefüge. Dem Fehler kann abgeholfen werden, wenn die unmittelbar unter dem Hauptlager liegenden Seitenwände oder Rippen so kräftig ausgebildet werden, daß sie nicht vorzeitig erstarren, sondern das Nachfließen von Material beim Guß sicherstellen (in Abb. 20 und 21 strichpunktiert dargestellt).

"

Schiffsmaschinen-Grundrahmen.

Das Gebiet des Schiffsmaschinenbaues stellt dem Konstrukteur überhaupt die interessantesten Aufgaben. Betrachtet man eine Dreizylinder-Schiffsmaschine, so wird jeder Werkstattingenieur von vornherein annehmen, daß es möglich sei, die sechs zugehörigen Ständer gleich zu konstruieren, so daß mit einem Ständermodell auszukommen wäre. Die Hemmun

§ 4 Die Stoßwelle.

Nachdem wir die von der Dehnung der Geschoßwand ausgehende Luftströmung sowohl mit Rücksicht auf die damit verbundene Druckänderung als auch wegen des raschen Abklingens der Geschwindigkeit als bedeutungslos erkannt haben, bleibt noch die Frage nach der Ausbreitung der Energie der Sprengstoffgase nach der Zerlegung der Geschoßwandung zu beantworten. Nach den Zahlenbeispielen des § 2 und den Diagrammen Abb. 4 und 5 entfällt von der Gesamtenergie auf den Sprengvorgang ein Betrag von 0,31 bei der Flußeisengranate und von nur 0,06 beim Gußeisengeschoß, so daß also weitaus der größte Teil der Sprengstoffenergie nach dem eigentlichen Sprengvorgang noch verfügbar ist. Dem entsprechen auch die überaus hohen Drücke der Gase im Augenblick der Sprengung, denen, wie wir gesehen haben, ein nur wenig über 1 at gesteigerter Luftdruck entgegensteht. Wir haben es also bei der Berührung zwischen den Sprengstoffgasen und der umgebenden Luft trotz übereinstimmender Geschwindigkeit mit einer Unstetigkeit des Druckes und damit auch des spezifischen Gewichtes und der Temperatur zu tun, deren radiales Fortschreiten und Wirken nach außen wir nunmehr feststellen wollen 2).

Hierzu denken wir uns zunächst in der kegelig erweiterten Stromröhre, Abb. 8, einen Querschnitt F als Träger der Unstetigkeit nach außen mit der Geschwindigkeit w fortschreitend, während die Luft vor ihm mit der absoluten Geschwindigkeit u' und dem spez. Gewicht y', hinter ihm mit u" und "strömt. Da in dem Querschnitt selbst keine Stoffanhäufung möglich ist, so

Abb. 8.

1) Sonderabdrücke dieses Aufsatzes (Fachgebiet: Mechanik) werden an Mitglieder des Vereines sowie Studierende und Schüler technischer Lehranstalten gegen Voreinsendung von 55 (Postscheckamt Berlin, Konto Nr. 49405), an andere Bezieher zum Preise von 70 postfrei abgegeben. Zuschlag für Auslandporto 5. Lieferung etwa 2 Wochen nach dem Erscheinen der Nummer.

2) Vergl. hierzu: Riemann und Weber, Die partiellen Differentialgleichungen der math. Physik, 5. Aufl. 1912, Bd. II, S. 509 u. f., sowie die sehr verständlich geschriebene und durch Zahlenbeispiele und Diagramme erläuterte Abhandlung von Rüdenberg: Ueber die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und Impulsstärke von Verdichtungsstößen, Artill. Monatshefte 1916.

gen, die sich dieser natürlichen Werkstattforderung entgegenstellen, sind jedoch außerordentlich.

Im Handelschiffsmaschinenbau ist es üblich, die Kreuzköpfe nur einseitig zu führen. Damit zerfallen die sechs Ständer bereits in zwei verschiedene Modellgruppen. Diese sind aber wieder unter sich ungleich, da der direkte Antrieb der Luft- und Kühlwasserpumpen von der Hauptmaschine verlangt wird, die Andreh- und Steuermaschinen mit der Hauptmaschine konstruktiv verbunden werden müssen.

Dagegen gibt es nur ein Radikalmittel, indem die Hilfsmaschinen von der Hauptmaschine getrennt aufgestellt und von besonderen Maschinen angetrieben werden.

Sie sehen, m. H., daß der Konstrukteur im vorliegenden Falle in den Aufbau der ganzen Maschinenanlage eingreifen muß, um der Werkstatt zu ihrem Rechte zu verhelfen. Nicht immer wird er das Erstrebte erreichen können. Rücksichten auf die äußerste Raumausnutzung, auf die Zahl der verfügbaren Bedienungsmannschaften, ja selbst auf eingewurzelte Vorurteile stellen sich hemmend in den Weg. Die ersten Jahre der kommenden Friedenswirtschaft werden die äußersten Anforderungen an den deutschen Schiffbau stellen. Es wäre deshalb sehr zu begrüßen, wenn solche Fragen von den deutschen Reedereien einer grundsätzlichen Entscheidung zugeführt werden könnten.

Die Anforderungen der Stahlgießerei an die Konstruktion hat Hr. Dr. Krieger in einer wertvollen in der Zeitschrift >>Stahl und Eisen«) veröffentlichten Arbeit dargelegt, so daß ich mich darauf beschränken möchte, auf diese Untersuchungen zu verweisen. (Forts. folgt.)

1) s. auch Z. 1919 S. 25.

1

403

1 y 2 g

1 p'

(x = 12 + 1);

“) y' (u'i

(2).

w) + p''u' y" 2 g Wirkt nun auf die Strömung eine äußere Kraft mit der Teilbeschleunigung q in der Bewegungsrichtung, so gilt in dieser die Eulersche Beschleunigungsformel

(3),

du

dt

übergeht in

dp
F dr
dr
Beim Durchgang durch die Fläche F bleibt hierin

dm
du
dt

d.m

dt

9

= FY (u w) (4a) unverändert, so daß wir hierfür durch Integration von (3a) y' p'i - p' (u' — u) (u'' — u′) (5)

GAR

9

(4)

(3a).

erhalten.

Die vorstehenden Gleichungen gelten ganz allgemein für · strömendes Gas, in dessen Stromrichtung die mit dem Drucksprung p''—p' behaftete Unstetigkeitsfläche mit der Geschwindigkeit u fortschreitet, wodurch auch die Gasgeschwindigkeit die plötzliche Aenderung u"-u' erfährt. Dürfen wir nun die Gasmasse, wie es nach den Feststellungen der letzten Ab

1

p"

womit (6) in

= √9

übergeht, und eingesetzt in (5a),

9.

1

dp

dj

(5b)

g

ergibt. Setzen wir dies mit dem aus (5a) folgenden Drucksprung p"-p' in die Energieformel (2a) ein, so erhalten wir unter gleichzeitiger Entfernung von (y"—y'): y' mit Hilfe von (1a) nach einigen Kürzungen:

y' a2 + kuw

a2 w2

(7).

Hieraus folgt mit Rücksicht auf (la), daß der Drucksprung rascher als der nur mit unendlich kleinen. Druck- und Dichteänderungen verknüpfte Schall fortschreitet. Entfernen wir die Geschwindigkeit u (7) und (5a), so erhalten wir

aus

q

w2 — a2 k + 1 p" — p' : (7a), 2 y' wonach der Unterschied der Stoßgeschwindigkeit w und der gewöhnlichen Schallgeschwindigkeit geradezu durch den Drucksprung pa" - Pi' bedingt ist. Aus der Verbindung von (6) und (6a) folgt ferner:

a2

kp' (y" — y')

w2

y" (p" — p')

k + 1 u 2

(6b).

Setzen wir dies mit dem Verhältnis uw aus (1a) in (7) ein, so folgt:

k 2

W

き

oder aufgelöst nach p":p':

p"

(k + 1) y" (k 1)y' p' (k+1)y' (k-1)y" —

(8).

Durch diese Formel ist die Zustandsänderung der Luft während des Drucksprunges 2) bestimmt, die somit durchaus nicht adiabatisch erfolgt. Weiter erkennt man, da p": p' stets positiv und endlich bleiben muß, daß das Dichte

(6a)

d. h. in die Schallgeschwindigkeit selbst übergeht. Diese beträgt aber in festen Körpern, zu denen auch der in dem Geschoßhohlraum eingepreßte oder eingegossene Sprengstoff zu rechnen ist, stets mehrere Tausend Meter i. d. Sek., womit die Annahme der augenblicklichen Verbrennung im unveränderlichen Laderaum in § 1 nachträglich gerechtfertigt wird. .

2) Die Zustandsänderung erkennt man am bequemsten aus der Umformung von (8) in

verhältnis zu beiden Seiten der Unstetigkeitsstelle an Grenzen k + 1 y"

(8a)

k

1

y'

gebunden ist.

Die vorstehende Untersuchung, die sich auf die drei Grundgleichungen (1a), (2a) und (5a) stützt, liefert zwar eine Anzahl wertvoller Beziehungen zwischen den mit fortschreitendem Drucksprung veränderlichen Größen p", y", u und w, nicht aber ihre wirklichen Beträge. Hierzu bedarf es noch der Aufstellung einer weiteren Gleichung, die sich aus der Wirkung der Explosion auf ein Hindernis von der Fläche F normal zur ergibt. Dieses Hindernis im Abstande r vom ruhend gedachten und ruhend bleibenden Schwerpunkt des Hohlgeschosses übt auf jedes Massenteilchen, vergl. (4), der mit der Geschwindigkeit u dem Drucksprung nachströmenden Luft die auf der linken Seite von (3) stehende Beschleunigung q aus, der die Teilkraft Ip dm' d P = q dm' F + Dr

und nach Integration bei gleichbleibendem dm': dt die Ge-
samtkraft
(9)

dm'
dt

entspricht, falls am starren Hindernis die Geschwindigkeit auf null zurückgeht. Da ferner die in der Sekunde nachströmende Masse

d m'
dt

(10)

ist, die nicht mit der durch die Unstetigkeitsfläche (relativ) gleichzeitig hindurchtretenden, vergl. (4a), verwechselt werden darf, so wird die Kraft

P = F (p” — p' +

-

F

ア

Abb. 9 a.

(9a)

Dieselbe Kraft wird aber nach dem Satze von Wirkung und Gegenwirkung, Abb. 10, im Augenblick der Sprengung auf ein Stück F, der Gasoberfläche mit demselben Oeffnungswinkel 2 vom Schwerpunkt S aus wie auf F ausgeübt; so zwar, daß

Ω

1

k k + 1

!p=C!pH

K+1

-7. -π- K-1

Uebergang nur ein Verdichtungsstoß sein nicht möglich sind.

น

halten im Druckvolumendiagramm, Abb. 9b. in dem mit yv = 1 die Zustandsgleichung des Stoßvorganges

I

Abb. 10.

F F1

7

2

几

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingénieure.

น

ハケーオ

K+1\

·du

-7. K-1

K+1

die

V" V! K+ 1

K-1

Abb. 9 b.

lautet. Da der oberen Adiabate stets die größere Entropie zukommt, so übersieht man auch, daß der nicht umkehrbare Entropiezunahme verbundener kann. während Verdünnungsstöße

mit