Stahl und Eisen, Jg. 34, Nr. 12

Wtw ¿es TirUchaftlichen Teiles

Seneralsekretär jr. V . Beuraer, jcsdiältslütirer der Nordwestlichen Gruppe

i t s Vereins deutsdier Bisen- und Stahl-

Industrieller.

STAHL m EISEN

D r . - J n g . 0. P etersen stellvertr. Geschältslührer des Vereins deutscher

Eisenhüttenleute.

Z E I T S C H R I F T

f ü r d a s d e u t s c h e e i s e n h ü t t e i m w e s e n .

Nr. 12. 19. M ärz 1 9 1 4 . 3 4 . Jahrgang.

Z u r F r a g e d e r N e b e n p r o d u k t e n g e w i n n u n g a u s G e n e r a t o r g a s e n i n d e r H ü t t e n i n d u s t r i e .

V on Oberingenieur O t t o W o l f f in Saarbrücken.

(V o rtrag v o r d e r E is e n h ü tte D üsseldorf am 29. N o v em b er 1913 in D üsseldorf.)

T

¡¡bergegangen sind, so sind nur ganz vereinzelt w irk­

liche Betriebszaklen bekannt geworden. Man hört zwar zuweilen v o n B raunkohlen- und T orfverw er­

tung, wobei m an n ich t nur die K raft um son st erhalten, sondern für jede Tonne B ren n stoff noch erhebliche Gewinne erzielen soll — das Id eal für den B etriebs- mann; je größer der B rennstoffverbrauch, desto größer der Gewinn! D aß solche Ziffern, m it denen das praktische E rgebnis der einzigen bis h eu te be­

stehenden deutschen Torfvergasungsanlage leider nicht übereinstinnnt, berechtigtem A chselzucken be­

gegnen, ist n ick t zu verw undern. A. G w ig g n e r hat in einem v ie l b eachteten A u fsatz dieser Z eit­

schrift1) an einem B eisp iel ausgeführt, daß für metallurgische Zwecke die N ebenproduktengew in­

nung unwirtschaftlich sei. E in zeln e F irm en behaup­

ten, grundlegende P a ten te auf das V erfahren zu be­

sitzen. Und endlich berichtet unser kaufm ännischer Kollege, daß der A bsatz an S u lfat gefährdet sei, zumal der gefürchtete N orge-Salpeter, der elektrisch gewonnene L uftstick stoff, vielleich t bald den ganzen Markt überschwemmen werde.

Die W elterzeugung an A m m onium sulfat is t in S e n t a f e l 1 zusam m engestellt. Sie is t von 493 000 t im Jahre 1900 auf fa st 1,5 Mill. t im Jahre 1913 gestiegen. Besonders D eu tsch lan d h a t seine E r­

zeugung rasch verm ehrt, 1908 E ngland überholt und erzeugt h eu te bereits 500 000 t. N euerdings tritt Amerika infolge V erbreitung der N ebcnpro- duktjnkoksöfen ebenfalls m it in W ettbew erb. N och deutlicher tritt die Steigerung auf der schaubild­

lichen Darstellung A bb.

1

Neben seiner Sulfaterzeugung aber verbraucht Deutschland noch stets steigende M engen an Chili-'

*) 1911. 21. D ez., S. 2085/8.

X 1 I.„

salpeter. D ie Salpeterlager Chiles haben ihre E r­

zeugung v o n 1,3 Mih. t im Jahre 1900 auf 2,2 Mill. t gehoben, und davon verbrauchte D eutschland 1912

A bbildung 1.

E rzoügung a n S u lfa t' u n d Chilisälpetor.

C0

474 S tah l und Eisen. N e b e n p ro d u k te n g e w in n u n g a n s G e n e ra to rg a se n . 34. Ja h rg . Nr. 12.

Zahlentäfel 1. D ie W e l t e r z o u g u n g v o n A m m o n i u m s u l f a t . 1) Die W elterzougung an A m m onium sulfat b e tru g in T o n n en von 907,1853 kg

Land 1903 1904 1905 1900 1907 190S 1909 1910 1911 1912

E n g la n d . . . D e u tsc h la n d . V er. S ta a te n v.

201,818 275,630 301,534 324,263 350,972 364,255 391,037 411,8 0 8 424,032 424,473 154,322 190,697 209,437 259,040 316,360 345,020 363,759 411,1 5 7 460,761 512,569 . A m erik a . . 41,887 54,074 05,311 74,956 99,339 87,032 106,482 115,899 127,034 200,480 ; F ra n k re ic h

B egien u n d H ol-

46,296 47,398 52,138 54,122 58,091 57,980 59,083 61,728 66,138

38,580 42,990 26,675 33,069 60,626 38,580 44,092 47,398 47,398

295,460 S p a n ien . . .

Ita lie n . . . A n d ere L ä n d e r

__ 11,023 11,023 13,227 — 13,227 9 ,9 2 0 j

49,603 52,910 4,960 44,643

5,511 44,092

12,125 71,649

88,184 13,227 80,467

13,227 >

8 7,081J

183,532

G esam terzeug. 592,508 664,301 715,723 806,078 982,369 981,653 1,071,377 1,158,222 1,308,898 1,432,990 1 A m m oniakverbrauch der V ereinigten S ta aten von A m erika, u m g erech n et in T o n n en S u lfa t.2)

1 t = 907,1853 kg.

| 1900 1901 1902 1903 1904 1905 1900 1907 1908 1909 1910 1911 1912

E in fu h r . . . . 8,411 14,4S6 18,146 16,777 16,667 15,288 9,182 32,669 34,274 40,192 63,178 103,743 67,003 G esam t-V er­

brauch . . . . 36,011 43,765 54,270 58,650 71,331 80,584 84,182 132,000 121,874 149,192 179,178 230,743 232,003 D urchschnitts-

preis D ollar . 57,40 55,16 59,90 62,10 61,71 62,92 62,33 61,93 59,90 56,04 55,60 62.21 65,95 V erbrauch a n A m m o n iu m su lfat.

Die folgenden Zahlen geben die geschätzten Sulfatm engen fü r die oinzolnon L ä n d e r an . D io a n d ere n Ammoniak- verbindungou sind auf S ulfat uragerechnot. I n T o n n en von 907,2 kg.

Jahr Vereinigte

Staaten Deutschland England Jahr Vereinigte

Staaten Deutschland England

1900 36,011 140,763 72,800 1907 132,000 264,552 98,000 .

1901 43,756 185,186 76,492 1908 121,874 286,598 100,800

1902 54,270 192,902 71,400 1909 149,192 302,030 97,440 :

1903 58,650 190,146 80,304 1910 179,178 385,805 97,440

1904 71,331 220,460 76,720 1911 230,743 407,851 98,000

1905 80,584 234,790 84,000 1912 232,003 468,478 100,800

1906 84,182 252,977 91,840

J fast 800 000 t-im Werte von 160 bis 170 Mill. M . Der

W ert der gesam ten Salpetererzeugung is t m it 440 Mill. J l jährlich immer noch höher als der W ert der ganzen Welterzeugung an Sulfat (vgl. Abb. 2).

Steigerung der Welt- Trotz der gew altigen

erzeugung an diesen beiden Stickstoffträgem ist der Preis des Sulfats ständig steigend (vgl. Abb. 3), Zwar schw ankt in den einzelnen Jahresmonaten der

"Weltpreis je nach B edarf der Landwirt­

sch aft; gerade in den letzten Tagen er­

lebten w ir eine p lötzlich e Preisherab­

setzung des S yndikats. Aber schon h eu te n im m t die Industrie stets wach­

sende A nteile der E rzeugung auf; so wer­

den allein jährlich 1 5 0 0 0 0 t Chilisalpeter zur H erstellung der Salpetersäure ver­

arbeitet. Aber auch die landwirtschaft­

lichen A bsatzm öglichkeiten beschrän­

ken sich n ich t etw a darauf, jene 170 M illionen dem deutschen Volke zu er­

halten, die wir jährlich für Chilisalpeter ausgeben. H a t doch L i e b i g berechnet, daß der jetzig e Stickstoffverbrauch

2) N ach dem V o rtrag von C. A. Meissnor

„ T h e M odern B y P ro d u c t Coko Oven“ 1913.

2) Dio Z ahlen fü r V e rb rau ch verstehen sich fü r d as K a le n d e rja h r, w ährend die Zah­

len fü r E in fu h r fü r d as am 30. J u n i endonde fiskalische J a h r gelten.

19. März 1914. N e b e n p r o d u k te n g e w in n u n g a n s G e n e ra to rg a s e n . S ta h l u n d E isen. 475 Z a h lo n ta fe l 2. S t i c k s t o f f g e h a l t v o n R u h r - u n d S a a r k o h l e n .

Zeche Rohkohle

% ar

Relnkohlc

% H Zeche Rohkohle

% V

Beinkohle j

% N 1

R u h r k o h l e . R u h r k o h l e .

B o n if a c iu s ... 1,29 1,53 K ö n ig in E lis a b e th . . . . 1,40 1,66 C o n s o l i d a t i o n ... 1,28 1,45 S h a m ro c k ... 1,07 1,18

N o r d s t e r n ... 1,20 1,35 1,62 1,83

1,61 1,81 P r o s p e r ... 1,52 1,82 D a h lb u s c h ... 1,28 1,47 U n s e r F r i t z ... 1,39 1,60

1,68 1,84 1,33 1,53

Ewald ... 1,34 1,54 1,86 2,02

1,03 1,22 K ö n i g s g r u b o ... 1,64 1,93

1,04 1,20 1,56 1,79

Ew ald E o r ts e tz u n g . . . . 1,03 1,84 W ilh e lm in e V ic to ria . . . 1,51 1,68

Rhein b a b e n s c h ä c h to . . . 1,42 1,69 1,28 1,43

G eneral B lu m e n th a l. . . . 1,31 1,46 Z o l l v e r e i n ... 1,36 1,51

Graf B i s m a r c k ... 1,21 1,38 1,34 1,53

1,40 1,59 1,63 1,78

1,18 1,38

I m M itte l 1,38 1,55

Graf M o l t k e ... 1,32 1,46

1,35 1,56 S a a r k o h l e .

1,50 1,64

H u g o ... 1,31 1,46 A l t e n w a l d ... 1,24 1,33

K ö n ig s g r u b e ... 1,26 1,39 1,28 1,34

1,43 1,59 B r e f c l d ... 1,13 1,25 M atthias S t i n n e s ... 1,34 1,45 D u d w e i l e r ... 1,15 1,29

1,32 1,45 1,11 1,33

1,52 1,71 F r a n k e n h o lz ... 1,04 1,17 M inister A c h e n b a c h . . . 1,40 1,49 H e i n i t z ... 1,26 1,44

1,43 1,63 1,13 1,23

1,36 1,44 1,39 1,47

M o n t - C o n i s ... 1,28 1,41 M a y b a c h ... 1,65 1,84

1,28 1,49 1,09 1,24

1,52 1,69 1,50 1,66

N e u - E s s e n ... : 1,60 1,82 R e d e n ... 1,10 1,20

N o r d s t e r n ... 1,29 1,55 1,19 1,32

1,21 1,35 S t. I n g b e r t ... 1,23 1,39 P luto ... 0,98 1,18 S u l z b a c h ... 1,10 1,19

1,08 1,15 1,13 1,23

R eck lin g h au sen ... 1,54 1,04 K a m p h a u s e n ... 1,03 1,56 R heinelbe - A l m a ... 1,31 1,46 M e r le n b a c h ... 1,19 1,29

1,44 1,61 1,20 1,88

1,68 2,00 S p i t t e l ... 1,23 1,42 Schlägel u n d E is e n . . . . 1,25 1,43 V elsen ... 0,65 0 ,7 4

1,06 1,86

I m M itte l 1,18 1,36

1,31 1,46

1,02 1,13

Deutschlands erst etw a ein V iertel der alljährlich dem deutschen B oden entzogenen N ährstoffe ihm w ieder zuriickgibt. Je m ehr w ir aber unserem B evölkerungs- Überschuß entsprechende B esch äftigu n g

im eigenen Lande geben, a n sta tt ihn anunersehlossene frem de G ebiete ab zu ­ geben, jo m ehr unsere Industrie sich zur Verarbeitung und V eredelung a u s­

ländischer K ohstoffe en tw ick elt, desto mehr müssen w ir der Gefahr begegnen, ausgehungert zu w erden, also den B o ­ den so intensiv w ie m öglich bearbeiten.

Auch für die jungfräulichen G ebiete Amerikas, R ußlands, U ngarns usw . wird gar bald der T ag kom m en, wo siegegen den jetzigen R au b b au streiken und gebieterisch ihren S tick sto ff zu­

rückfordern; die W erte d e r Z a h le n ta fe ll für die V ereinigten S ta a ten zeigen,

w ie gew altig die V erbrauchssteigerung bereits dort ein gesetzt hat. D er A b satz an Sulfat is t also fa st unbegrenzt, zum al die E rgiebigkeit der Salp eter-

M ü r t r

A bbildung 3. P re is f. d. t A m m o n iu m su lfat u n d C h ih salp eter.

476 S tah l und Eisen. N e b e n p rod v Jc te n g e w in n u n g a u s G e n e ra to rg a se n . 34. Ja h rg . Nr. 12.

I in das i als A m m o n iak ..

als Z y a n ...

in den T eer . . .

Englische Kohlen

0//o 48— G5 21— 35 11— 17 0,2— 1,5

lager Chiles abnim m t und das vollkommene Ver­

schwinden dieses Erzeugnisses nur mehr eine Frage von ein bis zwei Menschenaltern ist.

Nun haben wir freilich in der Luft den Stickstoff in unbegrenzten Mengen vor uns. Aber die Bindung des Stickstoffs gelingt nur m it hohen Temperaturen, großen Drücken und teueren elektrischen Strömen, ob man nach F r a n k -C a r o das elektrisch gewonnene Kalziumkarbid verw endet oder nach H a b e r Stick­

stoff und W asserstoff bei

200

fähige Ware konzentriert werden. Daher haben sich die meisten derartigen Verfahren zu den immer seltener und teurer werdenden Wasserkräften indu­

striearmer Länder flüchten müssen. Gesetzesbestim­

mungen und Wettbewerb haben den Preis der Jahres­

kilowattstunde auch bei den großen Wasserkräften, z. B. des Niagara, auf 80 JL steigen lassen.1) D ie Stromkosten f. d. kg

Merörennung itKoMe =

750ooo ty f

7ooom l / y K M c - J / O t r / a r - i / f .

Stickstoff betragen hier­

bei 0,00 JL, die übrigen Unkosten 0,45 JL, so daß sich 1 kg Stickstoff in Form des handelsüb­

lichen K alksalpetersauf 1,05 JL stellt. Viel grö­

ßer ist aber der Ver­

kaufswert nicht; neh­

men wir 1

1

hält, zu 270 JL an, so kostet 1 kg Stickstoff darin rd. 1,30 JL Das bedeutet gegen 1,05 JL Selbstkosten keinen so verlockenden Gewinn, um dafür in den Schnee­

gefilden Norwegens Mil­

lionen festzulegen.

So ist es denn erklärlich, daß die deutsche che­

m ische Großindustrie sich wieder von diesen Wasser­

kräften abgewandt h at und insbesondere an der Nutzbarmachung unseres Kohlenstickstoffes arbeitet.

C F ü r die vor längeren Ja h ren angekauften W asser­

k rä fte in Norwegen betragen die K osten angeblich aller­

dings n u r die H älfte; doch sind diese vereinzelten K ra ft­

quellen längst in festen H änden.

A bbildung 4. M ondgaserzeugor.

Z ahlen tafel 4.

E r l ö s a u s 1 t K o h l e b e i d e r V e r b r e n n u n g , E n t g a s u n g u n d V e r g a s u n g .

Er/ös*20,ooM

Enfgasung

l i Hohle im Ho k so fen

300cbm Gas, dow n liiersch a ss

Eergasung

7lH oh/e im G aserzeuger

kg ieer

\ 7 l - 3 3 , 3 0 M \

MO,83

m o S u / f o t

1 i t ' i m | M10,80

i m u t t

1 3 , S M

E r/os -11,03M

Hier ist zunächst das H ä u s s e r -V e r fa h r e n zu er­

wähnen, bei dem aus K oksofengasen nach Sauerstoff­

zusatz durch E xp losion S tick o x y d geb ild et wird. Bei der geringen noch verfügbaren M enge von Koksofcii- gas wird auch dieses Verfahren auf den Markt nicht von Einfluß sein können.

D er S tickstoff der K ohle w ird in D eutschland bis­

her nur in der K okerei und der mehr und mehr damit Z ahlentafel 3. V e r t e i l u n g

S t i c k s t o f f s b e i d e r

d o s I C o l i l o n - K o k e r e i .

19. Mär/. 1914. N e b c n p r o d u k le n g c w in n u n tj a u s G e n e ra to rg a se n . S ta h l u n d Eisou. 477

Leider lassen sicli die B edingungen zur H erstellung Ton gutem Koks m it den Forderungen der A m m oniak- gewinnung n ich t vereinigen, so daß der K oks­

ofen ein sehr schlechter A m m oniakhersteller ist. ln der hohen Temp eratur

zerfällt ein Teil des g e ­ bildeten Ammoniaks wieder, während der

größte Teil des Stickstoffs im K oks bleibt. Bet rachten wir die Verteilung des Kohlenstickstoffs bei der Kokerei, so finden wir,; daß nur etw a 15% als A m m oniak gewonnen werden, während 35 bis 6 0 % , je nach der K ohle, un Koks bleiben (vgl.

Zahlentafel 3). D ie Summe des S tickstoff- vcrlustes im K oks und des durch Zer­

setzung im Gas v e r ­ loren gehenden S tick­

stoffanteils is t auffällig gleich, etw a 8 0 % , sow ohl für westfälische als auch für Saarkohle.

Könnten wir den S tick sto ff der w estfälischen Kohle sämtlich gew innen, so m üßten wir je tz t etw a

l ) Nach Jo u rn a l f ü r G asb e leu c h tu n g 1909, T afel X IX - Angaben aus „ G lü ck a u f“ sow ie n ach M itteilungen des V er­

eins für die bergbaulichen In tere sse n des O berbergam ts- uezirks Dortm und.

B en zol, 25 leg Teer und 150 cbm Ueberschußgas (vgl. Z ahlentafel 4). Verwenden w ir dies in G as­

m aschinen und verkaufen die elektrische E nergie zu 2 P f./K W st, so is t der W ert der aus der K ohle en t­

standenen E rzeugnisse 22,92 J L E in Vergleich m it der einfachen Verbrennung und der U m setzung des D am pfes in Turbinen ergibt, daß zwar ein kleiner Mehrerlös durch die K okerei en tsteh t, daß aber die W ertsteigerung n ich t sehr erheblich ist. V ergasen wir aber die K ohle im Gaserzeuger, so erhalten w ir 45 kg Su lfat, die allein eine E innahm e v o n 12,40 M ergeben; g elin g t es uns, die gleichzeitig erzeugten A b b ild u n g 6. D u ffg a s a n la g e bei den A rm s tro n g . W itliw o rth u. Co.

S te el W o r k s in M a n c h e ste r.

gleichwerdenden L euchtgasherstellung gew onnen. U n ­ sere westfälischen K ohlen enthalten 1,3 bis 1 ,6 % , die Saarkohle etw as w eniger S tick sto ff (vgl. Zahlen­

tafel

2

70 k g A m m onium sulfat erzielen, die einen W ert v o n rd. 19 M haben, also m ehr, als der K oks ergibt.

Leider aber erreichen w ir das nicht. D ie K okerei erzielt nur 12 k g S u lfat neben 750 k g K oks, 5 kg

A bbildung 5. Sckem atisclio D arstellu n g einer M ondgasanlage,

ft = Gaserzeuger, b = Winderhitzer; c = Staubwascher, d = Sulffttwaschcr. c = Gas­

kühler. f = "Windsättigcr. g = Kaltwasscr- puxnpc. h = Hclßwasserpuinpc. i = G e­

bläse. k = Iiaugcpumpc. 1 = Laugegefiiß.

in — Zusatzsäure. 11 — Heißwasser. o = Kaltwasser.

2ur a u g e e //7 d 0 /7 7 /? ft/m j

478 S tahl und -Eisen. Nebenproduktengeurinnung axis G e n e ra to rg a se n . 34. J a h rg . Nr. 12.

kann, sow eit es nicht zum H eizen des Re­

torten teils gebraucht wird, ohne Reinigung verw ertet werden.

D iese Teilung des Verfahrens in zwei Zonen, das Mehrzo­

nenverfahren, ergibt dann aber nur den Teil des Ammoniaks, der m it den Destil­

laten entweicht; man b eh au p tet zwar, da­

m it die Hälfte der A usbeute beim Mond­

verfahren erzielen zu k ö n n en ; ich halte dies jedoch für ausge­

schlossen. Aber, selbst w enn m an diese gün-

stigste Annahme

A bbild u n g 7. D u ffg asan lag e der U nited A lk a li Co. L td . in F le etw o o d .

4000 cbm Generatorgas in elektrischen Strom um ­ zuformen' und wiederum zu 2 Pf./IvW st zu verkaufen, so ist der W ert der Erzeugnisse f. d. t Kohle auf rd.

42 J t gestiegen.

D ie Gewinnung der Nebenprodukte aus den

m ach t, so ist leicht nachzurechnen, daß die erzielte Verringe­

rung der A nlagekosten diesen A usfall, etwa 5 bis

6

Generatorgasen h at ihren Ursprung in England.

Nachdem schon im Jahre 1874 A t k in die ersten Veröffentlichungen auf diesem Gebiet gem acht hatte, nahm im Jahre 1883 L u d w ig M o n d , der Vater der Generatorgasverarbeitung, sein grund­

legendes P atent. E s war bekannt, daß einerseits die Ammoniakausbeute durch Dampfzusatz vermehrt wird, und daß m an anderseits derart große D am pf­

mengen nur durch starke Vorwärmung des D am pf- Luft-Gemisches wirklichin den Gaserzeuger einbringen kann. Mond benutzte daher die Eigenwärme des Gases in doppelwandigen Gegenstromapparaten zur Vorwärmung der Luft und leitete diese auch noch durch den doppelten Mantel des Gaserzeugers in den korbförmigen Rost. Der in der Patentschrift ab­

gebildete Gaserzeuger (vgl. Abb. 4) ist von der E r­

bauerin, der Power Gas Corporation und der deutschen Tochtergesellschaft, bis heute nicht wesentlich ge­

ändert worden.

Gleichzeitig wurde durch eine englische P aten t­

schrift schon das Verfahren bekannt, den Gaserzeuger zu teilen, nämlich im oberen Teil die Kohle zu ver­

koken und die Destillationsgase getrennt auf Sulfat zu verarbeiten. D a diese Gasmenge, w ie bei der Kokerei, nur 300 cbm f. d. t Kohle beträgt, so erhält m an eine kleinere Apparatur, in der die Aufarbeitung auch deshalb leichter ist, w eil der Ammoniakgehalt f. d. cbm mehr als doppelt so groß ist. Im unteren Teil des Gaserzeugers wird dann der gebildete Koks vergast; das Generatorgas, das frei von Teer ist,

A b b ild u n g 8. D u ffg a s a n la g e in den P a r k h e a d S te e l W o r k s in Glasgow.

stungen Schw ierigkeiten m acht. A lles in allem ist das M ehrzonenverfahren für kleine Anlagen' für einzelne K ohlensorten w irtschaftlich, für die Groß­

industrie aber nich t geeignet.

19. März 1914. N e b e n p r o d u k te n g e w in n u n g a u s G en e ra to rg a s e n . S ta lil u n d E isen. 479 türm e der bisher gezeigten A nlagen w urden später von der Pow er Gas C orporation verlassen und säm tlich durch w agerechte W ascher ersetzt, in denen schnell um laufende Flügelräder die W aschflüssigkeit m it dem Gas in Berührung bringen. K ühler, Säu re­

w ascher und L u ftsättiger erscheinen daher in neuen M oiidgasanlagen als gleiche, liegende lange Behälter.

U m n ittelb ar nach Mond veröffen t­

lich te D u f f ähnliche B auarten, von denen einige A nlagen in den Abb.

6

bis 9 d argestellt sind; auch hier sieh t m an die charakteristischen Türm e zur B erieselung des Gases. D ie bekannteste englische M ond-A nlage ist die Zentrale in D u d ley P ort (vgl. A bb. 10), v o n der das Gas für zahlreiche Industriebetriebe erzeugt und u nter D ruck k ilom eterw eit g e le ite t wird.

Mehr als 30 A nlagen m it rd. 30 000 t jährlicher Sulfatgew innung w urden in E n glan d g e b a u t, ehe die N ebenpro-

A b b ild u u g 10. M o n d g a sa rila g e v o n 1600 P S in D u d le y - P o r t (S ta ffo rd s h ire ).

A b b ild u n g 9. D u ffg a s a n la g e in d en P a r k lie a d S te e l W o rk s , G lasgow .

Im Jahre 1889 veröffentlichte Mond unter B ek an n tgab e der Bauarten B etriebsergebnisse sei­

ner Anlage.1) D ie A rbeitsw eise ist so bekannt, daß es w ohl g e ­ nügt, sie durch das schem atische Bild ins Gedächtnis zu rufen (vgl. Abb. 5). D ie Gase gehen nach dem G eg en strom -U eb er- hitzer in die B erieselungstürm e.

Einer von diesen w ird m it Schwefelsäure beschickt, m it der sich das Am m oniak des Gases verbindet. E in zw eiter m it W as­

ser berieselter Turm dient zur

Kühlung, und dieses etw a 75

0

dritten Turm g e p u m p t, um seine W ärm e an die duktengew innung in D eutschland B each tu n g fand, frisch einströmende L u ft abzugeben und sie ent- E rst 1907 w urde au f der Zeche M ont Cenis sprechend m it D am p f zu sättigen . D ie B erieselungs- v o n einem K onsortium die D eu tsch e M ondgas-

;— — --- G esellschaft gegründet und eine V ersuchsanlage

’) V g l.s t. U. E. 1902, l. Mai, S. 5 1 3/4; 15. Juni, S. 694. errichtet. D ie B estrebungen dieser G esellschaft rieh-

4S0 S tahl und Eisen. Heber in n e re S p a n n u n g e n . 34. Ja h rg . Nr. 12.

G W erkstatts-T echnik 1908, Aug., S. 430/8; Sept., S. 457/71; O kt., S. 509/22.

2) Uobor die G rundlagen zur E rm ittlu n g des Arbeits- bodarfes beim Sehmioden u n ter der Presse. D issertation A achen 1913, besprochen St. u. E. 1914, 1. Ja n S. 19/22.

pressen erhält, und daß zum anderen beim Doppel­

kegel die K urve schon beim B eginn des Pressens hyperbolische G estalt annim m t.

M G lückauf 1911, 11. N ov., S. 1749/55; 1912, G. Jan., S. 1 /1 5 ; vgl. S t. u. E . 1912, 1. A ug., S. 1259/64. ; teten sich infolge des Plinzukom m ens von Dr. Caro, Berlin, hauptsächlich auf die Verwendung von Torf;

es erregte großes A ufsehen und energischen Einspruch der englischen G esellschaft, als p lötzlich Dr. Caro be­

h au p tete, ein neues T orf vergasungsverfahren erfunden zu haben. E s half nichts, daß die P ow er Gas Corpo­

ration erklärte, daß sie in einer A nlage in Italien (vgl.

A bb. 11) seit Jahr und Tag Torf vergase. Nachdem das P a te n t nach m ehrjährigem K am pf abgewiesen war, wurde es p lötzlich v o n der Beschw erdeabteilung an­

fangs dieses Jahres erteilt. Ich m öchte auf dieses G ebiet n ich t näher cingehen, da die Interessen der E isen h ü tten in d u strie davon vrcniger berührt werden.

Von E rgebnissen der A nlage au f der Zeche Mont Cenis m it deutscher Stein k oh le is t außer miß­

lungenen V ersuchen m it m inderwertigen Brenn­

stoffen, über die B ergassessor D ob b e i s t e i n be­

richtet h a t1), n ichts in die O effentlichkeit gedrungen, E in e Ursache dafür lieg t jedenfalls in der Bauart des Gaserzeugers, der im unteren T eil v iel zu stark eingezogen is t (vgl. Abb. 12) und deshalb bei schlackender deutscher K ohle schwerlich befrie­

digen wird. Auch die R ostb au art ist mehr für nicht backende und w enig schlackende K ohle geeignet.

S oviel bekannt ist, b eabsichtigt die D eutsche Mond­

gas-G esellschaft auch neuerdings, diese Gaserzeuger­

bauart zu verlassen. F ü r österreichische Braunkohle, die ja bekanntlich als idealer B rennstoff für Gas­

erzeuger bezeichnet w erden kann, h a t sie diese Bau­

art in letzter Zeit noch m it gutem E rfolg angewandt.

(Schluß folgt.)

U e b e r d a s F l i e ß e n u n d d i e i n n e r e n S p a n n u n g e n b e i g e d r ü c k t e n u n d g e z o g e n e n S t ä b e n .

Von IV. T a f e l in Nürnberg.

S

zylinders nötig ist, nach einer in Abb. 1 verzeich- neten Kurve verläuft. Sie steigt zuerst steil an, um bei dem P unkt m in der Regel eine horizontale oder annähernd horizontale und dann (vom P unkt n an) annähernd hyperbolische Form anzunehmen. Nach einer Hyperbel m üßte die ganze P-Ivurve verlaufen, wenn der zylindrische Druckkörper beim Nieder­

pressen die Zylinderform beibelialten und wenn die Druckkraft im gleichen Verhältnis wie der Quer­

schnitt des gedrückten Zylinders zunehmen würde.

Riedel nim m t an, daß der Punkt n der sei, in welchem die Spitzen o, o' der beim Drücken sich bildenden R utschkegel aufeinandertreffen (s. Abb. 2), und sucht die R ichtigkeit dieser Anschauung zu beweisen,

indem er D oppelkegel m it dem W inkel ß preßt und zeigt, daß einm al der W inkel ¡3 sich beim Nieder-

A b b ild u n g 1. D r u c k k u rv e e in es n ied erg ep reß ten K ö rp e rs , die A b szisse s te llt d en P re ß w c g , die

O rd in a te die D r u c k k r a f t d a r.

Abbildung 12.

Mondgaserzougor neuerer Ausführung.

19. März 1914. U e b e r in n e r e S p a n n u n g e n . S ta h l u n d E isen. 481

Gegen die R iedelselie A n sich t scheint m ir zu sprechen:

1

2. Das A ufeinandertreffen der R u tschkegel im Punkte n (s. Abb. 1) g ib t zwar eine Erklärung für dio Aeiiderung der K urve in diesem , n ich t aber für den Richtungswechsel im P u n k t m.

3. .Würde dio Theorie von R. zutreffen, so m üßte, wenn bei einem Zylinder von 40 mm anfänglicher Höhe die K egelspitzen nach einem Preßw eg, d. h.

einer Höhenverm inderung v o n 10 m m aufeinander­

stoßen, dieser W eg bei einem Zylinder von 50 m m Anfangshöhe 20 m m betragen. (D a die R u tsch ­ kegel die gleichen sein sollen, m üssen bei B eginn des Fressens im letzteren F alle die Spitzen um soviel, als die ursprüngliche Zylinderhöhe größer ist, also um 10 mm, w eiter voneinander en tfernt sein.) D as ist aber nicht der Fall. A uf S. 52 der R iedelschen Arbeit ergibt sich in Abb. 52 der Preßw eg bei einem

A b b ild u n g 2. R u ts c h k e g e l u n d R u ts c h w in k e l.

Zylinder von 16 m m D urchm esser u n d 40 m m H öhe mit rd. 10 m m , in Abb. 53 bei einem Zylinder von gleichem D urchm esser und 50 m m H öh e m it rd.

25 mm und auf S. 51, Abb. 50, bei einem Zylinder von ebenfalls 50 x 16 m m ein Preßw eg von 15 nun.

4. Gegen dio R iedelselie Erklärung spricht w eiter, daß schon B a u s c h i n g e r 1) gefunden h at, daß zylin- drischeKörper beim Zerdrücken n ich t im m er nach den Rutschkegeln, sondern h äufig auch nach L am ellen oder schräg abrutschend (s. Abb. 3) zertrüm m ert werden.

'5. Beim Zerreißen v o n gezogenen S täben zeig t sich eine ganz ähnliche P -K u rve (vgl. Abb. 4) m it einem horizontalen, o ft sogar abfallenden S tück, obwohl hier an ein A ufeinandertreffen v o n R utschkegeln natürlich n ich t gedacht werden kann.

Alles das und m anche w eiteren v o n B a u s c h i n g e r , F ö p p l, M a r t e n s , B a c h und anderen berichteten, nicht voll aufgeklärten E rscheinungen veranlaßten mich, nach anderen U rsachen des eigentüm lichen Verlaufs der P -K u rve zu suchen.

Sobbe h at schon die Strecke m n (s. Abb. 1) als die

„Periode des in ten siven Flioßens“ bezeichnet, und bei Zerreißversuchen n en n t m an die P u n k te m und n

7

bekanntlich „die obere und untere Fließgrenze“ .

‘) Vgl. M a r t e n s , M aterialk u n d e 1S98, Bd. 1, S. 67.

K I I.34

D a m it w ar der Gedanke gegeben, zu n äch st über die A rt und die Ursachen des Flioßens in gedrückten und gezogenen S täben sich K larheit zu v er­

schaffen.

W as is t F ließ en ? F ü r den, der w alzt, schm iedet oder preßt, m öch te ich die D efinition auf den ur­

sprünglichen Sinn des W ortes zurückzuführen. W ie eine F lü ssigk eit fließt, w enn ein G e f ä l l e , w ie ein elektrischer „ S tro m “ en tsteh t, w o ein P o t e n t i a l vorhanden ist, so tr itt ein F ließ en von Massen­

teilch en ein, w o S p a n n u n g s u n t e r s c h i e d e sich auszugleichen suchen. Ich m öch te also das F ließen im Sinne der genannten technologischen P rozesse als e i n e r e l a t i v e V e r s c h i e b u n g v o n M a s s e n t e i l c h e n in e in e m K ö r p e r z u m Z w e c k d e r A u s g l e i ­ c h u n g v o n i n n e r e n S p a n n u n g s u n t e r s c h i e d e n bezeichnen. D anach würde die D eh n u n g eines ge-

A b b . 3. Z y lin d e r, d e r n ic lit n a c h R u ts c h k c g o l b ric h t.

A b b ild u n g 4.

K u rv e e in es g e z o g e n e n S ta b e s.

zogenen S tab es an sich noch kern F ließ en bedingen, ebensow enig w ie die Streckung eines W alzstabes, der in allen seinen Teilen gleich stark gedrückt und also gleich v ie l gelän gt wird. D agegen kann ein F ließ en stattfin d en , w enn in dem ersteren Stab die Z ugspannungen ungleich verteilt sind, oder w enn der W alzstab verschiedenen D ruck erhält. Im letzteren F a ll m öchte der stärker gedrückte Quer­

sch n ittsteil m ehr, der w eniger gedrückte w eniger in die Länge gehen. D a beide Teile Zusammen­

hängen, e n tsteh t zw ischen ihnen Spannung, die, w enn sie eine entsprechende Grüße erreicht h at, ein „F ließen des M aterials“ herbeiführt.

Ich habe m ir nun die Frage vorgelegt, einm al, w ie m gedrückten oder gezogenen S täben Spannungs­

unterschiede, in nachfolgendem kurz Spannungen genannt, nach obiger D efin ition und im Gefolge davon ein F ließ en Zustandekom m en, und zum zw eiten, ob die bekannten R utschkogel nich t etw a auf solche Spannungen zurückzuführen seien. Zur U nter­

suchung dieser F ragen habe ich einige D ruck- und Zugversuche angestellt. Im übrigen habe ich m ich, da sie m ir genügende K larheit zu schaffen schienen, und da eine größere Versuchsreihe m ir sehr erschw ert ist, in nachfolgendem zur V erm eidung einer V er­

zögerung der A rbeit auf die V erw ertung zahlreicher Versuche, die von den oben genannten Forschern an gestellt w orden sind, beschränkt.

61

482 S tahl u n d . Eisen. U eh er in n e re S p a n n u n g e n . 34. J a h rg . Nr. 12.

A. D r u c k v e r s u c h e :

E s wurden verschiedene R inge aus Modellierwachs nach Abb. 5, wie es von den Kindern benutzt wird, ge­

preßt, und zwar von Hand unter einer starken Glas­

platte, so daß man den Verlauf der Deformation be­

obachten konnte. E s ergab sich bei diesem plastischen, leicht fließen­

den Material, daß nicht nur der äußere Durchmesser D , sich durch das Niederpressen vergrößert, son­

dern daß auch der innere (dx) gleichzeitig kleiner wird. So erga­

ben sich bei einem derart nieder­

gepreßten Ring, in der Preßfläche gemessen, allmählich folgende un­

gefähre D urchmesser (genau waren sie bei dem weichen Material nicht festzustellen).

0 1 2 3

D i in m m 45 50 53 57

d , „ 35,2 33 30 25

Man sicht daraus, daß ein solcher Ring, wenn der Hohlraum ausgefüllt wäre, von dem inneren Kern stark aufgew eitet werden würde. Denn der äußere Durchmesser dieses Kerns d, würde sich natürlich beim Niederpressen nicht v e r k l e i n e r n , sondern v e r g r ö ß e r n .

Der gleiche Versuch

•wurde danach m it weniger plastischem Material, d. h.

■Abbildung G. F lu ß e is e n - m it auf H e l l r o t g l u t ge­

rin g v o r dem P re ssen , brachtem Flußeisen wie­

derholt.

Der Ring hatte vor dem Pressen die in Abb.

6

nach dem Pressen die in Abb. 7 eingezeichneten For­

men und Dim ensionen. D ie Zeichnungen stellen einen durch die Zylinderachse gelegten Schnitt dar. Abb.

8

zeigt im untenliegenden Ring den gleichen Schnitt wie Abb. 7 als Photographie in geätztem Zustand.

k ---s s , 3 --->i

A b b ild u n g 7. F lu ß e isen rin g n a ch dem P ressen.

D ie eigentümliche Form, die der iimere Hohlraum, sowohl ausgefüllt w ie unausgefiillt, nach dem Pressen angenommen hat, zeigt zunächst die Unrichtigkeit der in den m eisten Abhandlungen über Druck­

versuche sich wiederholenden Annahme, als ob die Tonnenform, die ein gepreßter Zylinder annimmt, von der Reibung an den Preßflächen herrühre. Denn wenn wirklich die Ausbauchung solcher Körper auf diese Reibung zurückzuführen wäre, so m üßte folge­

A bb. 5. R in g - q u o rse h n it der 'W 'acliskörper.

D ruckstufe

richtig das gleiche auch f ü r . die Seite nach dem H ohlraum zu gelten , d. li. der R ing m üßte eine D oppeltonnenform nach A bb. 9 annehmen. Das is t aber n ich t der F all. In der M itte des Hohlraums (s. Abb. 7) scheint die Zylinderfläche erhalten zu sein, an den R ändern is t dagegen M aterial gleichsam gegen die A chse vorgeschoben. D iese Form des Ringes spricht übrigens auch gegen die A nsicht Riedels, daß die Tonnenform auf die auftreibende Wirkung der R utschkegel zurückzuführen sei. D as scheint, wie noch gezeigt w erden w ird, w oh l für die kleinen

A b b ild u n g 8. P h o to g ra p h is c h e A n s ic h t d e r R in g q u e rs c h n itte n a c h dem P re ss e n .

(d e r o h e re is t a u sg e w e ite t).

A usbauchungen an den R ändern zutreffend, aber n ich t für die Tonnenform selbst. D en n wdire cs der F all, so m üßte der R in g entw eder außen u n d innen die A usbauchung aufw eisen oder, w enn im Ring keine R utschkegel sich bilden, 'w e d e r außen noch innen.

W eiter sehen wir, daß zwar bei dem minder plastischen M aterial der D urchm esser d ^ d e s Hohl­

raumes bei dem Pressen n ic h t m ehr abnim m t, immer­

hin ergibt aber die R echnung, daß seine Zunahme geringer ist, als ein Zylinder von gleichem Außen­

durchmesser b eiglei­

cher Pressung zu ­ nehmen würde; m it anderen IVorten, wäre der R ing voll,

also ein Zylinder ge- A b b ild u n g 9.

wesen, SO würde der T o n n e n fo rm , w e n n A usbauchung Kern den um geben- d u rc h R e ib u n g a n den Preß- den R ing ebenfalls flä c h e n v e r u rs a c h t w erden, aufgew eitet haben.

Zum experim entellen B ew eis w urde ein zweiter R ing von gleichen D im ensionen m it einem genau eingepaßten, lose in ihm sitzenden Bolzen aus­

gefüllt und in m öglichst gleicher Tem peratur eben­

falls niedergepreßt. D ie A bm essungen nach dem Pressen sind aus Abb. 10 und 11 ersichtlich, das Bild des gebeizten Q uerschnitts aus A bb.

8

Ring).

D ie A usw eitung ist bei dem V ergleich von Abb. 7 m it 11 und aus A bb.

8

kennen. Sie zeigte sich außerdem dadurch, ■ daß

19. März 1914. XJcber innere Spannungen. S ta h l u n d Eisen. 483

■ 3!

Abbildung 10. R in g m it Füllung vor d e m P re s s e n .

infolge der starken Pressung v o n innen nach außen die Scheidung zw ischen Kern und E in g verschw unden war, erst die B eizung ließ die Trennungslinie wieder erkennen, u n geh eizt schie- - nen die beiden T eile zu einem Stü ck verschw eißt zu sein.

A us diesen D ruckver­

suchen ziehe ich folgende S ch lü sse:

D en k t m an sich einen zu pressenden Zylinder in einen Kern (K ) und in eine A nzahl ihn um schließen­

der R in ge (1 bis 3) zerlegt (s. Abb. 12), so wird nach obigem der Kern zunächst den Ring 1, dieser den R in g 2 usf. aufw eiten, und zwar um so m ehr, je w eiter der R ing nach außen

liegt. D iese A uf­

w eitu n g e n t­

spricht, w enn ich m ir die R inge a u fg e r o llt, also als L am ellen denke, einer L än ­ gu n g derselben (s. A bb. 13), und diese m uß, da das V olum en gleich bleibt, eine entsprechende Verkleinerung einer ande­

ren D im ension zur F olge haben, ebenso, w ie ein ge­

zogenes Gum m iband schm aler und dünner wird.

E s sch ein t außer Z w eifel, daß ein T eil dieser D im en ­ sionsverm inderung sich in der R ich tu n g der H öhe v o llzieh t, um so m ehr, als sie in diesem F alle dem ausgeübten Preßdruck e n t­

gegenkom m t. W ir würden dem nach, w enn die P res­

sung n ich t durch starre ebene F läch en erfolgte, sondern z. B . durch eine F lü ss ig k e it, und

S 7 ,S - A b b ild u n g 11.

Ring m it F ü llu n g n a c h d e m P re s s e n .

A bbildung 12. Z e rle g u n g (los Z y linders in a u f tr e i- benden K e rn u n d a u fg c-

trieb en o R in g e .

g estellt bleiben, ob die M antellinien a b und a' b der auf den Zylinder aufgesetzten kegelförm igen Gebilde Gerade oder K urven sind. Jedenfalls be­

stellt bei einem gepreßten Zylinder das B estreben,

A b b ild u n g 13. R in g y o n A b b . 12 a u fg e ro llt u n d g e d e h n t.

solche Gebilde (a b a') en tstehen zu lassen, ein B e ­ streben, dem die Prcßflächen entgegenstellen. D iese bedingen, daß die A chse b b ebenso w eit nieder- gepreßt w ird, w ie die M antellinien a a und a' a', d. h.

auf h 2. M it anderen W orten: D ie V erkür­

zung der M antellinien infolge der A ufw eitung der R inge m uß zum gleichen R esu lta t fü h ­ r en , als w enn beim P ressen die kegelförm i­

gen G ebilde allm ählich in das Innere des Zy­

linders gedrückt, w enn A b b ild u n g 14. V e rk ü rz u n g also b nach

0

0

den wären. T atsächlich sind schon von K i c k und P o l i a c k 1) und sp ä terv o n M a r t e n s 2) u n d B a c li3) bei gepreßten Körpern K raftlinien nach A rt von a o' a' festgestellt worden.

w enn Kern und R inge nich t Zusammenhängen würden, sondern sich gegenseitig in der A chsenrichtung ver­

schieben könnten, die E r­

scheinung haben, daß der Kern am w enigsten, die Ringe um so m ehr, je m ehr sie nach außen liegen, sich verkürzen. E s w ürde sich also das in A bb. 14 gezeichnete B ild ergeben oder, w enn die D ick e von Kern und R ingen unendlich klein genom m en w ird, das von Abb. 15. E s m uß dabei zunächst, dahin­

A b b ild u n g 15. V e rk ü rz u n g b e i R in g e n von u n e n d lic h k le in e n W a n d s tä r k e n .

N u n darf n ich t etw a angenom m en werden, daß ein gepreßter unplastischer Körper nach dieser L inie breche. Schon K ick und P oliack 1) haben darauf hingew iesen, daß die D rucklinien eines gepreßten Zylinders von A nfang an schräg verlaufen (s. Abb. 16) und daß sich D ruckkegel bilden werden, w eil bei den

*) K i c k u n d P o l i a c k , D inglers P o lytechnisches J o u rn a l 1877, 224. B a n d , S. 4 6 5 /7 3 : B citrägo zur K e n n tn is d er M echanik w eicher K örper.

’ 2) M a r t e n s , M aterialionkunde fü r d e n M aschinenbau.

3) B a c h , E la s tiz itä t u n d F e s tig k e it 1905, S. 158, Taf. V II.

484 S tah l ünd Eison. Ueber innere Spannungen. 34. J a h rg . Nr. 12.

innerhalb dieses Kegels liegenden Massenteilchen die diagonalen Drücke von rechts und links sich auf- heben, während das außerhalb des Kegels nicht mehr der F a ll ist.

Es muß angenommen werden, daß die nach obigem aus der Zusammenziehung der Mantellinien sich ergebenden kegelförmigen Gebilde, die ich im nachstehenden m it Spannungskegcl bezeichne, sich zu den nach Abb. 16 sich bildenden, die ich Druck- linienkegcl nennen will, addieren werden. Bei ab­

solut elastischen Materia­

lien müßte der Rutschungs­

winkel also etwas größer als 60 °, bei nicht vollstän­

dig elastischen, b ei welchen der Druck sich nach innen abschwächt, bei denen also die Kegelspitze (Abb. 16) höher liegt, entsprechend kleiner sein.

Während die Druck­

linienkegel von Beginn des Fressens an gleich bleiben, also gleichsam ruhend ge­

dacht werden müssen, bedingen, wie noch näher gezeigt wird, die Spannungskegel, die während des Pressens von 0 bis zu einem Höchstwert anwachsen, um dann bei eintretendem Fließen wieder abzu­

nehmen, ein Vorbeigleiten des Kerns und der Ringe ineinander. Im ersteren Teil dieses Vorganges ent­

stehen zwischen Kern und Ringen Spannungen, die sich m it den Kräften der Kohäsiön der Massen­

teilchen das Gleichgewicht halten. D as Vorbei- A b b ild u n g 10.

D ru c k v crte ilu n g bei B eginn des P re sse n s.

Zerlege ich der E in fach h eit halber den Zylinder nur in zw ei Teile, einen Kern und einen ihn umgebenden Mantelring, so spielt sich der Preßvorgang folgender­

maßen ab: im ersten A ugenblick des Auftreffens der Druckflächen auf den zu pressenden Zylinder verteilt sich die K raft P gleichm äßig über den ganzen Zylindercpiersclmitt. -Mit beginnendem Kieder- pressen aber zeigt sich das B estreben des Mantel­

ringes, sich zu verkürzen. D ie V erkürzung kann sich zunächst nich t oder nur in geringem Maße vollziehen, w eil Mantelring und Kern Zusammenhängen. Aber wir haben jetzt neben den K räften (K ), die dem Zusammen­

pressen des Körpers und der dam it verbundenen A usbreitung seiner Masse W iderstand entgegen­

setzen, noch Spannungen (S) innerhalb dieses Körpers, die den K ern in den M antelring hinein­

schieben und gleichzeitig das durch dieses Zusammcn- schieben überllüssig werdende M aterial in den letz­

teren abdrücken m öchten. W ährend also (Abb. 17) die ersteren K räfte überw unden werden m üssen, um den Körper von einer H öhe h i auf eine m ittlere Höhe li, zu pressen, m üssen die letzteren, die inneren Span­

nungen überwunden w erden, dam it der Kern von der m ittleren H öhe H m auf eine solche = ln ver­

k ü r z t , der M antel v o n hm auf h

2

linien o p und o' p ', und zw eitens, unabhängig von der allgem einen Verdrängung durch die Quer­

schnittsvergrößerungen, ein Verdrängen der schraf­

fierten D reiecke im Kern nach den in gleicher Weise schraffierten im M antelring (s. A bb. 17, bei welcher der einfacheren Zeichnung w egen angenom m en ist, daß die M antellinien der Spannungskegel Gerade seien).

A b b ild u n g 17. T eilu n g in K e rn und ein en R in g d e ra rt, daß d e r K ern M ate­

ria l ab g ib t, d e r R in g solches aufnim m t.

A b b ild u n g 18.

M assen v erseliieb u n g in fo lg e d e r P re s s u n g (b) u n d d er in n e re n S p a n n u n g (c).

gleiten bew egt sich also gleichsam innerhalb der Elastizitätsgrenze der letzteren. Danach werden die Spannungen größer als die Kohäsion, und es tritt Fließen ein bei Körpern, bei denen hierfür eine ge­

ringere Kraft als die Bruchbelastung erforderlich ist, oder der Bruch bei Körpern, für die das Um­

gekehrte gilt.

D ie obigen Betrachtungen führen nun zu einer Erklärung für die von Sobbe und R iedel berichteten Erscheinungen und den Verlauf ihrer Druckkurven.

D ie K räfte K entstehen durch die Entfernung der M assenteilchen in horizontaler R ichtung und leisten ihr W iderstand (s. Abb. 18 a und b). D ie inneren Spannungen S dagegen en tstehen durch das Ancin- andervorbeigleiten der M assenteilchen in Kern und M antelring und w idersetzen sich diesem (Abb. 18 c).

W ährend bei den K räften K der Entfernung der M assenteilchen in horizontaler eine Annäherung in vertikaler R ichtung gegenübersteht (in Abb. 18 a und b is t e

2

2

19. März 1914. U c b e r in n e r e S p a n n u n g e n . S ta h l u n d E isen. 485 leicht zu zeigen ist, die Sum m e der horizontalen

und vertikalen E ntfernungen gleich bleibt, is t dies bei dem Auseinandergleiten (Abb. 18 c), also für die Kräfte S, nicht der F all. H ier fin d et eine Vergröße­

rung der G e s a m t e n t f e r n u n g e n der einzelnen Massenteilchen bzw. ganzer Gruppen, d. h. ein A u s­

einanderreißen sta tt1). E s is t dem nach w o h l denkbar, daß diese Spannungen S, obw ohl sie einen v ie l ge­

ringeren E ffekt haben, d. h. eine v ie l kleinere F orm ­ änderung bewirken, einen größeren W iderstand aus-

A bbildung 20.

(S tellu n g b); die Spannung sinkt auf 0 oder ver­

m utlich auf einen Spannungsrest n n/. W ir werden später bei den Zugversuchen sehen, daß dieser um ­ gekehrten Bew egungsrichtung bzw. der Spannung und E ntsp an n u n g, auch ein um gekehrter A usschlag der M agnetnadel bei gezogenen Stäben entspricht.

A dd iert m an die so erhaltene Spannungskurve (S) zu der hyperbolischen (K ), die sich aus der allm äh­

lichen Vergrößerung des Q uerschnittes bei dem gepreßten Zylinder ergibt (s. A bb. 20), so erhält m an ein eP -K u rv e, die den v o n B ied elu n d S o b b o gefundenen (s. Abb. 1) entspricht. Von o bis m steig t sie stärker an als die H yperbel, w eil n ich t nur die K räfte K, sondern gleichzeitig auch die Spannungen S zu ­ nehm en. D ann wird sie zw ischen m und n flacher, w eil hier K zwar w ächst, aber S abnim m t, und endlich, hinter n, verläu ft sie hyperbolisch, w eil hier S gleich bleibt.

D ie K urve S h a t einen V erlauf ähnlich dem, den K icdel für die spezifischen D rücke © in den ge-

zuübcn verm ögen, als die K räfte K , die sich d er Q uerschnittsvergrößerung en tg eg e n stellen .

Betrachten wir nun die K urve der Spannungen S (vgl. Abb. 19), so wird sie zunächst, entsprechend der zunehmenden A ufw eitung des M antelringes vom Beginn des Prossens, also P u n k t o, stetig ansteigen.

ln diesem K urventeil (o m ) h a t m an sich die Ver­

schiebung der M assenteilchen nach A bb. 18 c, aber innerhalb der E lastizitätsgrenze zu denken; es be­

steht zwar S p a n n u n g , aber noch kein Fließen.

E rst b eiw ach sen ­ dem P im P u n k te m v o llzieh t sich der A usgleich der verschiedenen B ew egung von Kern und R ing in anderer W eise.

D ie Grenze is t erreicht, bei der das M aterial zu fließen beginnt.

D ie F o lg e is t,d a ß die V erschiebung Kurve der Gesamtkruft P = S + K. der M assenteil­

chen nach Abb.

18 c nicht mehr innerhalb der E la stizitä t vor- sichgeht, sondern durch U m lageriuig; und w eiter, daß Material vom m ehr gedrückten Kern in den weniger gedrückten M antelring Übertritt. D urch diesen Ausgleich der M assen w ird die A enderung der Entfernung der einzelnen P artikelchen (s. Abb. 18 c)

•allmählich wieder aufgehoben, und die L etzteren werden gleichsam von den nachdrängenden M assen­

teilchen an ■ ihren alten P la tz zurückgeschoben

*) In ähnlichem sc h e in t m ir a u ch d er g ru n d sä tzlich e Unterschied zwischen D ru c k u n d Zugvorsuch zu liegen, nicht nur, wie m oist dnrg estellt, in einem W echsel dos Vorzeichens..

A b b ild u n g 21. V e rg le ic h v o n l ’ro ß v o rg n n g m it H oclul rü c k en e in e r F lü s s ig k e it.

preßten Zylindern feststellt. A uch das is t einleuchtend, denn die K urve der letzteren m ü ß te an sich hori­

zontal verlaufen, w enn sich n ich t die Spannungen S hinzuaddieren würden.

Zwei V ergleiche m ögen den oben geschilderten P reßvorgang noch anschaulicher m achen:

a) W enn m an versuchen w ürde, einen m enschlichen Arm zu zerdrücken oder zu zerreißen, so würden W iderstand leisten:

1. die M uskelkraft des Armes entsprechend der inneren Spannungen S unseres Zylinders, 2. die D ruck- oder Zerreißfestigkeit des t o t e n

A rm es entsprechend den K räften K.

W äch st P höher als die K räfte zu 1, so werden die M uskeln sicli derart dehnen, daß sie kerne A rbeit m ehr zu leisten verm ögen. In dem A ugenblick, wo die M uskelkraft überwunden ist, wird voraus­

sichtlich die K raft P sinken, w ie sie bei einem ge­

zogenen Stab abfällt, w enn die Spannungen über­

w unden und durch F ließen ausgeglichen sind. D a ­ nach w ird sie m it w achsender D ehnung des toten Arm es wieder langsam ansteigen.

486 S tah l u n d Eisen. Ueher innere. S p a n n u n g e n . 34. J a h rg . Nr. 12.

b) D erPreßvorgang, wie oben, geschildert, kann auch versinnbildlicht werden durch einen Preßkolben (s. Abb. 21), der unter gleichmäßigem Fortschreiten Flüssigkeit in ein Gefäß A von solcher Form drückt, daß die Flüssigkeitssäule, also der Druck K (s. Diagramm) hyperbolisch ansteigt. Neben dem m it fortschreitendem Preßweg anwachsenden Flüssigkeitsdruck soll aber oben im Gefäß durch das Zusammenpressen der Luft oder auf einem beliebig anderen W eg auch Gasdruck (S) ent­

stehen, der sich zu K hinzuaddiert. Am oberen Ende des Gefäßes A befindet sich ein Ventil B, das infolge von Reibungswiderständen bei x at öffnet, aber erst bei at wieder schließt. Die Kurve S wird also bis zur Höhe von X ansteigen, dann, infolge des geöffneten Ventils (entsprechend dem Eintreten des Fließens), bis auf ~ herab­

sinken. D ie Kurve der gesamten auf den Preß­

kolben wirkenden Kraft P nim m t wieder die bekannte Form an.

1 ^f

J 1

A b b ild u n g 23. M aterial s te ig t b e i o ffen e n Stippen in d e r M itto a m höchsten.

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A bbild u n g 22. K e rn u n d R in g b ei D oppelkegeln.

Ebenso wie die für gepreßte Z y lin d e r ge­

fundenen Kurven meine Anschauung über die inneren Spannungen bestätigen, so scheint mir das auch bei den von Riedel gepreßten D o p p e lk e g e ln der Fall; nur führe ich die Abweichung der Kurven beider Körper auf andere Gründe zurück. Ein solcher Doppelkegel besteht meiner Ansicht nach aus einem gepreßten zylindrischen Kern und aus zwei ihn umschließenden Ringen von dreieckigem Querschnitt (s. Abb. 22), die keinen oder geringen Preßdruck erhalten; denn sie schieben sich nur m it ihren Spitzen ineinander. D ie Kraft P hat hier außer dem Wider­

stand des Zylinders den der umspannenden, die Aus­

breitung hindernden Ringe zu überwinden. Daher der größere spezifische Druck bei den Doppelkegeln.

Ist die Masse der beiden Ringe nicht zu klein gegen­

über der des Zylinders, so drücken die ersteren den Mantel des letzteren m it gleicher oder ähnlicher Kraft gegen den Kern, w ie der Kern ihn nach außen preßt. Wir haben hier also nicht mehr den Fall eines bloß gezogenen Gummibandes, sondern den eines Ringes, der aufgeweitet und gleichzeitig von außen gedrückt wird; also etwa eines Gummireifens, der über einen Zylinder gespannt und zur gleichen Zeit von außen durch einen eisernen Reifen zusammen­

gepreßt wird. Bei einem solchen R ing wird sich die

H öhe nich t m ehr verringern. D a m it fallen dann aber auch die durch die V erkürzungen der Mantel­

linien entstehenden Spannungen w eg, und wir müssen deshalb von A nfang an die hyperbolische Kurve er­

halten.

F ür die R ich tigk eit dieser A uffassung der Doppel­

kegel spricht, daß R iedel ihr A ussehen frei oder fast frei v o n den R u n ­

zeln gefunden hat, die gepreßte Z ylin­

der aufweisen.

P reßt m an D op-

•pelkegel m it großer B asis (s. Abb. 22 b ) , ' so daß die um span­

nenden R inge gegen­

über der Masse des Zylinders ver­

schwinden, dann werden die D ruck­

kurven sieh voraus­

sichtlich denen von Zylindern nähern.

Außer m it den R iedelschen D ruck­

kurven scheint m ir die für die inneren

Spannungen gegebene E n tw ick lu n g auch m it alleu anderen m ir aus der L iteratur bekannten Erschei­

nungen bei D ruckversuchen übereinzustim men. Ich nenne nur einzelne:

1. Bauschinger fand, w ie schon S. 481 erwähnt, bei sehr spröden M aterialien, w ie Granit: wenn er zwischen Preßkörper und D ruck­

flächen w eiches M aterial (B lei­

platten) schob, daß die Spannung nich t nach den bekannten R u tsch ­ kegeln vor sich ging, sondern nach Lam ellen, und daß die Bruch­

belastung gleichzeitig abnahm , ln diesem Falle w urden eben die S pan­

nungskegel (die bei unplastischem schwer fließendem M aterial nur zu minim alen körperlichen B ildungen führen werden) n ich t oder nich t vollständig nach innen gedrückt, sondern konnten in die B leip latten ausweichen. D ie Spannungen im Innern wurden kleiner und bildeten sich nach anderen Form en.

2. Quadratische Preßkörper ergeben geringeren spezifischen D ruck als zylindrische. D as ist ohne weiteres einleuchtend, w enn m an bedenkt, daß hier der M antel (ein quadratischer Schrum pfring „zieht“

weniger als ein runder) sich w eniger fest um den Kern spannt als beim Zylinder.

3. Sobbe h a t in dem m ehrfach angeführten A ufsatz berichtet, daß bei einem D eckel, der durcli Pressen m it radialen R ippen (Abb. 23). versehen werden sollte, der aber n ich t fü llte, das Material

A bbild u n g 24.

Tonnenform am E n d e der P reßflächen.