GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 20 19. Mai 1934 70. Jahrg.
Untersuchungen über den Fahr- und Anfahrwiderstand von Förderwagen.
Von Dr.-Ing. Diplom-Bergingenieur Q. P l e s s o w , Berlin.
Gleichzeitig mit O s te r m a n n1 sind von mir Untersuchungen mit teilweise denselben Lagerarten im Fördertechnischen Institut der Technischen Hoch
schule Berlin ausgeführt worden, die ebenfalls die Lagerungsfrage zum Gegenstand hatten, außerdem aber auch den Einfluß des Rollwiderstandes klären sollten. Die beiderseitigen Ergebnisse ergänzen sich und ermöglichen auch eine gute Nachprüfung, im besondern der Ergebnisse Ostermanns bezüglich des von ihm berechneten Fahr- und Anfahrwiderstandes durch die praktischen unmittelbaren Messungen des Oesamtwiderstandes. Von den Untersuchungsergeb- nissen meiner Dissertation2 werden hier die für den Betrieb bedeutungsvollsten in knapper Form mitgeteilt.
V e rs u c h s d u rc h fü h ru n g .
Bei den Vorversuchen über das M e ß v e rfa h re n ist festgestellt worden, daß Messungen mit Hilfe eines Ablaufberges keine genauen und für Vergleiche brauchbaren Ergebnisse liefern. Geeignet ist nur das Zugverfahren, bei dem der Versuchswagen von einer Lokomotive mit gleichbleibender Geschwindigkeit gezogen und der Fahrwiderstand durch ein in einem
Abb. 1. Versuchszug.
a Meßstab (Torsion), b Hohlwellen, c bewegliche Zug
scheibe, d feste Scheibe mit Schreibwerk, e Bolzen zum Aufhängen des Zugseils.
Abb. 2. Torsionsdynamometer.
1 O s t e r m a n n : Untersuchung des Reibungswiderstandes von Förder- wagenlagern, Glückauf 69 (1933) S. 373; Zweckmäßige Ausführung und Wahl der Förderwagenlager, Glückauf 69 (1933) S. 597.
! P le s s o w : Der Fahr- und Anfahrwiderstand von Grubenförderwagen auf gerader Strecke und in Kurven, Dissertation Berlin, 1933.
Meßwagen befindliches Gerät gemessen wird (Abb. 1).
Von den Meßgeräten arbeitete das Torsionsdynamo
meter am günstigsten (Abb. 2).
Zur vollständigen Lösung der Frage der günstigen Gestaltung des Laufwerkes wurden nicht nur der Lagerwiderstand, sondern auch der Einfluß und das
gerade rteßsfrec/re
Abb. 3. Versuchsbahn mit Ablaufberg. M. 1:200.
Verhalten des Rollwiderstandes untersucht. So wurde der Einfluß der Radform (Radgröße, Neigung von Lauf- und Spurkranz), der Radspur und des Rad
standes sowie der Oberflächen
beschaffenheit von Rad und Schiene (Schmierung der Schienen) festgestellt. Erstmalig fanden auch umfangreiche Messungen über den Einfluß der Schienenkrümmung statt, und zwar für Krümmungen mit sehr kleinen Radien (Abb. 3), wie sie im Bergbau besonders häufig Vorkommen. Die Haar- mannsche Formel1 für den Kurven
widerstand W a - 200 : (R-5) kg t ist für kleine Kurven, wie bereits E n g e l2 für den Baubetrieb gezeigt hat, und nach den vorliegenden Ergebnissen ebenso für die Gruben
förderung unbrauchbar. Für die als Normalverhält
nisse gewählten Arbeitsbedingungen (Zahlentafel 9) konnten neue Formeln aufgestellt werden. Zur Klärung der Lagerungsfrage wurden der Fahr- und Anfahrwiderstand von Wagen (Zahlentafel 1) mit drei verschiedenen Lagerarten, nämlich Gleitlagern, Walzenlagern und Präzisions-Schrägrollenlagern3
(Abb. 4-6), gemessen, und zwar im allgemeinen von je drei Wagen. Zur Feststellung des Einflusses der Zuglast auf den Widerstand wurde der Widerstand stets für drei Belastungsstufen ermittelt, für leere Wagen und für Wagen mit Belastungen von 735 und
1 H a a r m a n n : Die Kleinbahnen, 1896; K ö g l e r r Taschenbuch für Berg- und Hüttenleute 1929, S. 263.
2 E n g e l : Die Fahrwiderstände des Rollmaterials im Baubetrieb, M it
teilungen des Forschungsinstituts für Maschinenwesen beim Baubetrieb, Dissertation Berlin, 1932.
3 Diese von der Vereinigte Kugellagerfabriken A. G.
1135 kg, welche Ladegewichte ungefähr den Gewichts- mengen von Kohle und Bergen entsprechen. Der Ein
fluß der Geschwindigkeit konnte nicht festgestellt
werden, weil die bei den Versuchen verwendete Akku
mulatorlokomotive (Elektromontana) nur mit der Geschwindigkeit von 1 m/s zu betreiben war.
Abb. 4. Gleitlager mit Geläuf (Radfortn stark konisch)
Abb. 5. Walzenlager mit Geläuf (Radform wenig konisch).
Abb. 6. Kegelrollenlager mit Geläuf (Radform wenig konisch).
Z a h le n ta fe l 1. Hauptmaße der untersuchten Wagen und der entsprechenden Normwagen.
Wagen mit
Norm
wagen Gleit
lagern
Walzen
lagern
Kegelrollen
lagern W a g e n k a s t e n
Inhalt . . . . 1 830 800 830 750, 875 Größte Länge
(oben) . . mm 1790 1540 1790 1644, 1744 Breite (über
Rahmen) . mm 750 750 750 800, 804
R a d s a t z
Radstaud . mm 450 450 500 (450) 475
Radspur . . mm 590 594 594 (590) 590 Achsdurch-
messer . . mm 56 50 60 50, 55
R ad Laufkranzdurch
messer . . mm 354, 360 378, 381 381, 384 345, 350 Laufkranz
neigung . . . 1 : 20 1 :33
(354, 360)
1:32 (1 : 20) 1 :26 Spurkranz
neigung . . . 1 : 4 1 : 6 1 : 6 (1:4) 1:4 bis 1: 5 Gesamtgewicht
des Wagens kg 515 510 605-610 535, 616 600
Z a h le n t a fe l 2. Vergleich der verschiedenen Lager
arten bei gleichen Rollwiderstandsverhältnissen (Radform stark konisch).
Zunächst wurden die Versuche mit den Wagen vorgenommen, wie sie im Betriebe gelaufen waren, wobei die Abmessungen des Radsatzes den in der Zahlentafel 1 und in den Abb. 4-6 aufgeführten Werten entsprachen. Von den hierbei gemessenen Werten des Fahrwiderstandes sind ausführlich nur die der Gleitlagerwagen (Zahlentafel 2) und eines Kegel
rollenlagerwagens (Zahlentafel 4) wiedergegeben. Da
nach wurden Versuche mit einem neu angefertigten Radsatz mit Kegelrollenlagern ausgeführt, bei dem die Abmessungen denen der Gleitlagerwagen genau ent
sprachen (in der Zahlentafel 1 eingeklammert). Auf Grund dieser Werte konnten einmal die verschiedenen Einflüsse des Rollwiderstandes festgestellt und ferner die Werte der Walzenlagerwagen auf dieselben Roll- widerstandsverhältnisse (Normalverhältnisse) um gerechnet werden. Dadurch wurde der Vergleich der drei Lagerarten möglich. Die Wiedergabe der Ver-
Wagenart Belastung kg
Gerade Strecke
Kurven von 14 m | 7 m | 5 m 14,20 m
Gleitlager
wagen
aj) 1 leer + 735 + 1135 im Mittel
Verhält 7,8 8,7 9,1 8,6
nismäß 14.4 15.4 15,6 15,1
iger Fa n kg/t
23,2 23.8 24,4 23.8
hrwide 31.2 32.3 33.1 32.2
rstand 40.6 40,2 38,1 39.6 aj) 1 leer
+ 735 + 1135 im Mittel
7.2 6.2 6,4 6,6
14,2 12,6 12,0 12,9
20,117.9 16.9 18,3
31.5 26.6 26,2 28,1
40.5 33,3 31.5 35,1
Walzeniager- wagen
leer + 735 + 1135 im Mittel
3,4 3.0 3.1 3.2
13.8 13,5 14,0 13.8
23.2 21.3 20,5 21,7
34,3 32,2 29,6 32,0
44,8 42,2 37,6 41,5 Kegelrollen
lagerwagen
leer + 735 + 1135 im Mittel
2,9 2.3 2.4 2.5
8.9 8,3 8.9 8,7
17,8 17,4 12,7 17,0
29.2 26,1 26.2 27,2
36.4 34,9 32,2 34.5
Gleitlager
wagen
aj) 1 leer + 735 + 1135 im Mittel
Verhältn 33.9 32,3 32,5 32.9
ismäßi i 46,9 42.3 40,6 43.3
jerA nf n kg/t
52.2 49,8 48.2 50,1
ihrwid 57,7 54,0 51,9 54,4
jrstand 57,9
Walzenlager
wagen im Mittel [8,9]2 19,3 26,9 30,4 — Kegelrollen
lagerwagen 1 at Gleitla:
Verhältnissen, K
im Mittel
jer in normal onsistenz des
[7,0]2
im Schmier Fettes ge
17,4
zusland, ringer.
25,1 a.. bei gi
- s Roll
28,5
nstigern widerstar
Schmier- id höher als bei den Gleitlagerwagen, daher Werte im Vergleich zu den Gleitlager*
wagen zu hoch (vgl. Zahlentafel 5).
gleichswerte ist in der Zahlentafel 2 und in Abb. 7 erfolgt; sie sind die Hauptergebnisse der Unter
suchungen, ebenso wie die Werte des Anfahrwider
standes in der Zahlentafel 2 und in Abb. 8. Die An
fahrversuche wurden nur bei den verschiedenen Rad
verhältnissen vorgenommen. Die Werte für die gerade
Strecke sind daher nicht gleichwertig, jedoch genügen sie durchaus für die einwandfreie grundsätzliche Be
urteilung der Lagerfrage. Die Kurvenwerte konnten fio o o -h g /t
o.oto kt).005
! ■
!
-6 C W O 300 1200 7600 2000/fg
Zi/gte-sf
0,045
0040 Ö
0,035 0030
*1 c 3*
\Y
0.025 0,020 Q015
\ V
--0,010
3 f
0,005 32
ÖC zum yprn/e/c/i a u f oerjrfe/•S/recte
v 6 S 70
Hurrenrad/t/s
72 m 74 a Gleitlagerwagen (a1 Mittelwert der Hauptversuche,
«2 ein Wagen nach Verringerung der Konsistenz des Schmier
fettes), b Walzenlagerwagen, c Kegelrollenlagerwagen.
Abb. 7. Vergleich des Fahrwiderstandes der drei W agen
arten auf gerader Strecke (oben) und in Kurven (unten).
durch Vergleich des reinen Kurvenwiderstandes (siehe weiter unten) ebenfalls auf annähernd gleiche Rolhviderstandsverhältnisse umgerechnet werden. Am
/¿¡•iooo 0,030
^
0,020'S
$^ 0,010 s <
r
/fff// ----
6^
f3-iooo‘/rg/t 0,055.____
W O 300 1200 7600 2000 Zugtest
0,050 0,045
<& k0,040
^ 0,035 0030 0,025 0,020
%
0,0750 ,0 1 0
0,005
0 2 V 6 ä 70 >2 m 74 Mi/ryenrad/c/s
a Gleitlagerwagen, b Walzenlagerwagen, c Kegelrollenlagerwagen.
Abb. 8. Vergleich des Anfahrwiderstandes der drei Wagenarten auf gerader Strecke (oben)
und in Kurven (unten).
Schluß des Aufsatzes sind sämtliche für den prakti
schen Gebrauch in Betracht kommenden Zahlenwerte in der Zahlentafel 9 zusammengestellt.
V ersuchsergebnisse.
Der Einfluß der Z u g la s t ist so beschaffen (Abb. 7 und 8 oben), daß in der Beziehung P = f- Q für den praktischen Gebrauch bei den Gleitlagerwagen auf gerader Strecke und bei allen Wagenarten in Kurven Proportionalität zwischen der Zuglast Q und der Zugkraft P angenommen werden kann, also ein einziger Mittelwert für die Widerstandsziffer f bzw. fa genügt. Bei den Wälzlagerwagen zeigen sich auf gerader Strecke stärkere Unterschiede nur zwischen leeren und beladenen Wagen, so daß verschiedene Werte von f (fa) für diese beiden Belastungszustände ausreichen.
Auch der Einfluß der G e s c h w in d ig k e it auf die Widerstandsziffer ist ziemlich gering. Nach den Be
rechnungen Ostermanns können für die im Gruben
betriebe meistens gefahrenen Geschwindigkeiten die später mitgeteilten Werte bis zu 2 m/s ohne Ein
schränkung und auch für die Geschwindigkeiten bis zu 4 m/s als gute Annäherungswerte dienen.
Am stärksten wird der Bewegungswiderstand durch Lagerart und -zustand und durch die Roll- widerstandsverhältnisse beeinflußt. Die L a g e rfra g e ist in Übereinstimmung mit Ostermann grundsätzlich dahin entschieden worden, daß Gleitlager für die heutigen Grubenwagen mit ihren hohen Eigen- und Lastgewichten abzulehnen und Wälzlager vorzuziehen, von den Wälzlagern aber die bisher fast ausschließ
lich benutzten Walzenlager nicht mehr mit Vorteil verwendbar sind, daß sich vielmehr Kegelrollenlager am besten eignen.
Die G le itla g e r w a g e n haben den Nachteil des sehr hohen und außerordentlich stark schwankenden Widerstandes. Bei den untersuchten Wagen war der Fahrwiderstand (Zahlentafel 2 und Abb. 7) bei normalen Schmierverhältnissen 3,5mal und selbst bei günstigem Schmierverhältnissen noch 2,5mal höher als bei den Kegelrollenlagerwagen. Auch in den Kurven machte sich der Einfluß der Lagerung stets bemerkbar. Noch in der kleinen Kurve von 5 m Radius war der Fahrwiderstand der Gleitlagerwagen bei normalen Schmierverhältnissen um rd. 18o/0 (5 kg/t), in der 14-m-Kurve aber bereits um 40<yo (6,4 kg/t) größer. Ganz besonders ungünstig ist der Anfahr
widerstand der Gleitlagerwagen (Zahlentafel 2 und Abb. 8). Er war bei ihnen trotz niedrigem Rollwider
standes (starke Konizität der Räder, vgl. weiter unten) auf gerader Strecke 4,7mal so groß wie bei den Kegel- rollenlagerwagen, in der 14-m-Kurve bei annähernd gleichen Radverhältnissen 2,5mal und selbst in der 5-m-Kurve noch l,9mal höher. Vergleicht man Anfahr
widerstand und Fahrwiderstand auf gerader Strecke miteinander, so ergibt sich ein Durchschnittsverhält
nis bei den Wälzlagerwagen von 1,7: 1, bei den Gleit
lagerwagen dagegen von 4,5 : 1.
Der Fahrwiderstand ließe sich zweifellos günstiger gestalten, wenn das Gleitlager durch die Beseitigung baulicher Mängel verbessert würde, wie durch gute Ausrichtung, bewegliche Lagerschalen, sorgfältige Bearbeitung (Schleifen und Polieren) der Gleitstellen, Abfederung des Radsatzes gegen den Wagenkasten, Ringschmierung und gute Abdichtung. Die Lager
reibung würde jedoch infolge der beim Wagen vor-
liegenden Arbeitsverhältnisse stets höher sein als bei ortsfesten Maschinen und bei einwandfreien W älz
lagern; in der ungünstigen Höhe des Anfahrwider- standes würde sich aber kaum etwas ändern. Für die unterbrochene Betriebsweise bei stark und häufig wechselnden Arbeitsbedingungen sind Wälzlager über
legen, weil bei ihnen die Höhe des Widerstandes im Vergleich zum Gleitlager durch die Arbeitsverhältnisse nur wenig beeinflußt wird. Das Gleitlager kann da
gegen nur bei ganz bestimmten stetigen Verhältnissen günstig arbeiten, weil dann Flüssigkeitsreibung möglich ist. Geschwindigkeit, Belastung und Schmier
mittelzähigkeit müssen in bestimmter Weise auf
einander abgestimmt sein. Bei geringer Veränderung nur einer dieser drei Größen geht Flüssigkeitsreibung sofort in halbflüssige oder, besser, gemischte Reibung über. So ist im Wagen infolge der Arbeitsverhältnisse stets mit mehr oder weniger unvollkommener Schmierung und gemischter Reibung, daher mit hohem und schwankendem Widerstand zli rechnen. Der Mangel des Gleitlagers liegt in der Abhängigkeit seiner Reibung hauptsächlich von der Schmierung und in der Unmöglichkeit, im fahrenden Wagen voll
kommene Schmierverhältnisse herbeizuführen.
Der Fahrwiderstand läßt sich aber auch bei gemischter Reibung unter Umständen merkbar durch die Art, vor allem die Konsistenz des Schmiermittels und den Schmierzustand beeinflussen, wie aus den nachstehenden Versuchswerten hervorgeht.
Z a h le n ta fe l 3. Einfluß der Schmierung auf die Höhe des Fahrwiderstandes eines Gleitlagerwagens.
Belastung Schmie
rung1
Verhältnismäßiger Fahrwiderstand in kg/t
Gerade Kurven von
Strecke 14 m 7 m 5 m 4,20 m
[ ai 7,7 15,0 22,0 31,6 42,5
leer . ■ \} a2 7,2 14,2 20,1 31,4 40,5
di 8,2 18,7 26,4 37,1 45,7
r ai 8,9 17,0 27,0 34,6 42,8
1 70C kP ' 6,2 12,6 17,9 26,6 33,3
•*t“ / JO
<*i 7,2 16,4 23,9 34,5 39,6
l d2 9,0 17,8 27,3 35,9 39,8
( ai 9,1 16,2 25,8 34,5 39,6
+ 1135 kg ■ | a2 di
6,4 7,2 12,0
16,5 16,9 23,2
26,2 33,9
31,5 38,7
d2 10,0 17,8 26,2 34,3 39,2
1 Bedeutung von a», du ds siehe Text.
Durch die Verringerung der Konsistenz (starr a, zu dickflüssig a2) wurde demnach der Fahrwiderstand auf gerader Strecke um 30«/« verringert. Bei den Versuchen d war ein anderes Fett verwendet worden, und zwar waren bei dL die Lagerstellen reichlich, bei d2 sehr mangelhaft eingefettet. Die mangelhafte Schmierung verursachte eine Erhöhung um 25-40 o/o.
Die Versuche erbrachten den Beweis, daß die Ver
wendung eines Fettes von geringerer Konsistenz, das (wegen der gemischten Reibung) Schlüpfrigkeit und Haftfähigkeit aufweist, vorteilhaft ist, und daß häufige Schmierung erfolgen muß, weil nur auf diese Weise das Schmiermittel in reichlicher Menge in das Lager gelangt. Damit das Fett nicht sofort herausgepreßt wird, ist eine möglichst gute Abdichtung anzustreben.
Soll im Gebrauch keine Erhöhung der Konsistenz und damit des Widerstandes durch Verharzung (Altern) eintreten, so darf das Fett keine Tier- oder Asphalt
bestandteile enthalten; an der Luft darf kein Ver
krusten stattfinden. Ferner soll der Aschengehalt mög
lichst niedrig sein, vor allem sollten nicht mehr be
schwerte Fette, wie es im Bergbau noch teilweise üblich ist, benutzt werden. Nach den Untersuchungen von F a lz1 setzt auch die Verwendung von kolloidalem Graphit als Beimengung zu neutralen Fetten den Widerstand und Verschleiß erheblich herab. Außer
dem gewährt er einen Schutz gegen BeschädigungO O O O ö der Gleitflächen bei Trockenlauf, da er allein schon schmierend wirkt.
Durch die Untersuchungen wurde nicht nur die Frage der Lagerung allgemein zugunsten des W älz
lage rs entschieden, sondern es konnten auch die Ursachen für das im Betriebe festgestellte Versagen der W a lz e n la g e r , ihr Mangel an Tragfähigkeit ge
funden werden, der sich in dem außerordentlich starken Verschleiß und der großen Reparatur
bedürftigkeit äußert. Als Wälzlager sind nämlich nur Lager von solcher Ausführung verwendbar, daß stets ein vollkommenes Zusammenarbeiten sämtlicher Lagerteile bei reinem Abwälzen der Wälzkörper ohne Gleiten und Schränken stattfindet. Dies ist bei den Walzenlagern mit langen, zylindrischen, unmittelbar auf der Achse laufenden Walzen nicht der Fall, weil alle Bedingungen für den vollkommenen Arbeits- Vorgang unerfüllt bleiben. Diese Bedingungen sind, kurz aufgezählt, folgende: hohe Herstellungsgenauig- keit und sorgfältigste Bearbeitung aller Lagerteile, nicht nur der Rollen, sondern auch der Laufflächen;
genügende Härte des Werkstoffes; unverkanteter, vollkommen zentrischer Einbau; spielfreier, aber nicht verklemmter Lauf; gute Führung der Rollen; Ver
meidung von Kantenpressung durch Berücksichtigung der Achsendurchbiegung. Die größten Mängel der Walzenlager, welche die Hauptursachen für den starken Verschleiß bilden, sind das stets vorhandene und nicht zu beseitigende Lagerspiel und die fehlende Berücksichtigung der Achsendurchbiegung.
Durch das Lagerspiel und das infolgedessen statt
findende Abheben der Walzen von der Schmierhiilse bzw. Achse erhalten die im Grubenbetriebe ja be
sonders starken Stoßbeanspruchungen eine solche Stärke, daß der Werkstoff ihnen nicht gewachsen ist und schnell zerstört wird. Die in Abb. 9 auf der obern Achse rechts sichtbaren Rillen zeigen, daß die hartem
Abb. 9. Verschlissene Achsen von Walzenlagerwagen.
1 F a l z : Q rundzüge der Schmiertechnik, 1931, S. 174 und 192.
Walzen durch starke Stöße in die Achse eingedrückt worden sind; auf der Oberfläche der Walzen lassen sich anderseits stets glänzende Längsstreifen er
kennen, ein Zeichen dafür, daß die Walzen durch die Stöße kantig geworden sind. Außerdem weisen sie, wie Abb. 10 erkennen läßt, zahlreiche, teilweise ziem
lich große, durch Ausbröckeln infolge von Über
beanspruchung entstandene Löcher auf. Die Durch
biegung der Achse hat folgende Wirkung. Die Walzen liegen nur auf einem Teil ihrer Länge auf der Achse auf, der ungünstigerweise desto kleiner ist, je größer die Last wird. Dadurch treten an diesem tragenden Teil der Achse Überlastung und besonders starker Verschleiß ein. Diesen Vorgang läßt ebenfalls Abb. 9 erkennen; auf dem verschlissenen Teil der obern Achse ist links ein Streifen von ungefähr einem Sechstel der gesamten Breite zu erkennen, wo die Oberfläche zerstört und zerrissen ist und ab
blättert. Die geschilderten, gerade am stärksten zer
störend wirkenden Einflüsse waren bei cien Ver
schleißversuchen von Ostermann nicht vorhanden, weshalb der dort festgestellte Verschleiß geringer sein mußte als der im Betriebe auftretende. Diese Versuche zeigen aber sehr gut, ein wie starker Verschleiß bereits durch das infolge der einfachen Bearbeitung und der wenig genauen Zusammen
setzung des Lagers bedingte mangelhafte Zusammen
arbeiten der einzelnen Teile hervorgerufen wird, wor
auf hier nicht näher eingegangen werden soll. Wenn also die von den Normen vorgeschriebenen Material- härten nach den Ostermannschen Versuchen Walzen
lager nur für 750-1-Wagen zulassen, so muß auf Grund der vorliegenden Untersuchungsergebnisse das Walzenlager auch für diese Wagengröße bereits als nicht mehr brauchbar angesehen werden. So ist also die in der Praxis entstandene Ansicht, daß das Walzenlager nur bei geringem Belastungen, jedoch nicht mehr für die jetzt üblichen Grubenwagen, ver
wendbar ist, durchaus berechtigt.
Abb. 10. Walzenkorb mit einer Walze und Seitendrucklager.
Die Arbeitsweise des Walzenlagers läßt sich in der dafür typischen Form nicht so gestalten, daß ein praktisch verschleißloses Arbeiten erfolgt. Die sorg
fältigere Bearbeitung der Einzelteile und die Härtung des Materials erhöhen die Kosten erheblich, ohne die grundsätzlichen Ursachen des fehlerhaften Zusammen- arbeitens zu beseitigen. Die Arbeitsweise des Lagers und sein Verhalten im Dauerbetriebe sind aber hier ausschlaggebend für die Beurteilung der Brauchbar
lveit, nicht der Widerstand, denn dieser kann, ebenso wie beim Gleitlager, je nach dem Verschleißzustand sehr verschieden sein. Hierfür geben die Unter
suchungen ebenfalls ein Beispiel. Im Anfang, d. h. bei nicht verschlissenem Zustand der Lager, war der Widerstand der Walzenlagerwagen, bei denen die Verhältnisse insofern günstig lagen, als die Walzen nicht in Massivkäfigen liefen, nicht höher als bei den Kegelrollenlagerwagen (vgl. Zahlentafel 9). Bei einem ändern Wagen dagegen, bei dem der Verschleiß der Achse an den Laufstellen der Walzen so weit fort
geschritten war, daß zwischen der Achse und den Laufringen des Seitendrucklagers Berührung statt
fand, hatte der Widerstand die doppelte Höhe. Bei noch stärkerm Verschleiß, wenn sich sämtliche Ringe des Seitendrucklagers in die Achse eingegraben haben (Abb. 9, untere Achse rechts), ist der Widerstand sicherlich so hoch wie bei den Gleitlagerwagen.
Das K e g e lr o lle n la g e r erfüllt in sehr weit
gehendem Maße die oben aufgezählten Bedingungen für einwandfreie Arbeit. Dies sei kurz dargeiegt.
Das Kegelrollenlager hat den grundlegenden Vor
teil der geringem Abmessungen der zusammen
arbeitenden Teile (Abb. 6); infolgedessen können sämtliche Teile mit erheblich höherer Genauigkeit hergestellt und zusammengesetzt werden. Dadurch wird ein reines Abwälzen der Rollen ohne Schränken, Gleiten und Überlastung ermöglicht.
Das schädliche Lagerspiel ist nicht vorhanden, da der Außenring mit bestimmtem Druck (durch den Deckel a) gegen die Rollen gedrückt wird, so daß das Präzisionslager im Gegensatz zum Walzenlager ziemlich unempfindlich gegen Stöße sowohl in senk
rechter als auch in axialer Richtung ist, worauf hier besonders hingewiesen sei. Das Verklemmen des Lagers verhindert der selbsthemmende Anstellring b.
Der Durchbiegung der Achse wird dadurch Rechnung getragen, daß die Lauffläche des Außenringes schwach ballig geschliffen ist; Kantenpressungen und Über
lastungen können daher nicht eintreten. Das Schränken der Rollen wird durch die Führung am Innenbord, gegen den sie gedrückt werden, infolge der Flächen
berührung einwandfrei verhindert. Durch die Schräg
lage der Rollen ist das Seitendrucklager überflüssig, das nach den vorgenommenen Untersuchungen sehr ungünstig arbeitet und erfahrungsgemäß starkem Ver
schleiß unterliegt. Infolge der guten Abdichtung braucht eine Neuschmierung nur selten, nach den bis
her vorliegenden Erfahrungen durchschnittlich nur alle 2 Jahre, zu erfolgen und kann kein Staub in das
Lager eindringen.
Die Hauptvorteile des Kegelrollenlagers sind da
her gleichbleibender niedriger Bewegungswiderstand, Fortfall der beim Walzenlager so hohen Instand
haltungskosten und sehr geringer Schmiermittelver
brauch. Die bei Gleit- und Walzenlagerwagen not
wendige ständige Beobachtung des Schmier- und Lagerzustandes erübrigt sich bei Kegelrollenlager
wagen.
Der R o llw id e r s ta n d kann in seiner Größe praktisch sehr stark durch die R a d fo r m , und zwar nicht durch die Radgröße, sondern hauptsächlich durch die Neigung der Lauf- und Spurkranzflächen, ihre Konizität, beeinflußt werden, wie der Vergleich der Werte c, und c2 in der Zahlentafel 4 zeigt.
Die Herabsetzung des Fahrwiderstandes betrug dem
nach auf gerader Strecke fast ein Drittel, in den Kurven ein Achtel bis ein Viertel des ursprünglichen Widerstandes. Die Erklärung liegt in dem Vermögen
Z a h l e n t a f e l 4. Herabsetzung des Fahrwiderstandes durch Änderung von Radfonn, Radspur und Achsstand bei einem Kegelrollenlagerwagen.
Abmessungen Belastung'
k g
Verhältnismäßiger Fahrwiderstand in kg/t Gerade
Strecke 14 m
Kurven von
7 m 5 m 4,20 m
c,) Raddurchmesser 384 mm, Laufkranzneigung 1: 32, Spurkranzneigung 1: 6, Radspur 054 mm (Radform wenig konisch), Achsstand 500 mm
leer + 735 + 1135 im Mittel
4.5 3.5 3,2 3,7
17.0 14.0 14.0 15.0
31,5 27,3 28,0 28,9
I 39.6 34,8 35.6 36.7
45,1 40,7 42,0 42,6 c2) Raddurchmesser 360 mm, Laufkranzneigung
1:20, Spurkranzneigung 1:4, Radspur 590 mm (Radform stark konisch,) Achsstand 500 mm
leer + 735 + 1135 im Mittel
3,0 2.5 2,3 2.6
12,8 12,1 11,5
12,1
22,7 21,1 19,0 20,9
33,9 29.7 28.8 30,8
42.4 36,1 33.4 37,3 c3) Raddurchmesser 360 111111, Laufkranzneigung
1:20, Spurkranzneigung 1:4, Radspur 590 111111 (Radform stark konisch), Achsstand 450 mm
leer + 735 + 1135 im Mittel
2,9 2.3 2.4 2.5
8.9 8,3 8.9 8,7
17,8 17,4 16,7 17,3
29.2 26,1 26.2 27,2
36.4 34,9 32,2 34.5 der Selbsteinstellung der konischen Räder auf die
Gleichgewichtslage des Wagens. Bei Unebenheit des Gleises gleiten die Räder der tiefer liegenden Seite nur so weit zur Schiene hin, bis sich der Wagen durch das Heben der einen und das Senken der ändern Seite wieder in der Gleichgewichtslage befindet1. Da
durch wird bis zu gewissen Unterschiedshöhen der beiden Schienen eines Gleises die Spurkranzreibung verhindert. Findet sic trotzdem statt, so wird die Be
wegung stark gebremst und die Wucht des Stoßes, d. h. die Reibung, vermindert. Ist dabei auch die Spurkranzfläche geneigt, so findet die Berührung nicht am Spurkranz, sondern in der Hohlkehle statt, so daß keine eigentliche Spurkranzreibung auftritt. In großen Kurven kann die Spurkranzberührung ebenfalls ver
hindert werden, in kleinern allerdings nicht; aber auch hier wirkt die Neigung der Spurkranzfläche
günstig. In sehr kleinen Kurven muß darauf geachtet werden, daß keine Kantenberührung stattfindet, d. h.
der Spurkranz nicht mit der Außenkante anläuft, sondern in breiter Fläche, weil sonst der Werkstoff überbeansprucht wird und ritzende Reibung auftritt.
Diese verursacht eine Aufrauhung von Rad und Schiene, die sich von der ersten Stelle auf die ändern Wagen und Kurven überträgt und, abgesehen von dem unzulässig hohen Verschleiß, den Widerstand überall sehr stark ansteigen läßt. Ist die Neigung des Spurkranzes groß genug bemessen, so wird die Spurkranzfläche blank geschliffen.
Auch der Anfahrwiderstand wird durch die Koni
zität stark beeinflußt, wie der Vergleich der Werte b, und b2 in der Zahlentafel 5 oben und der Werte des reinen Kurvenwiderstandes der Gleit- und Walzen
lagerwagen unten erkennen läßt.
Z a h l e n t a f e l 5. Einfluß des Rollwiderstandes und 2. den reinen Kurvenwiderstand (Gesamtvv
auf den A n fa h rw id e rsta n d , und zwrar 1. den G esam tw iderstand iderstand verm indert um den W id e rs ta n d der geraden Strecke).
Wagenart Radform Radstand
mm
Belastung kg
Gerade Strecke
14 m
Kurven von
7 in 5 m 4,20 m
bj) Walzenlagerwagen . . .
wenig konisch, Radspur 594 mm
450
leer + 735 + 1135 im Mittel
Verhältni 10,8
7.9 7.9 8.9
smäßiger 26,2 21,8 22,6 23,5
Anfahrwiderstand in kg/t 35,3 41,1 44,3 33.0 40,9
33.1 40,0 42,2 33,8 ; 38,0 40,6
c,) Kegelrollenlagerwagen . 500
leer + 735 + 1135 im Mittel
9,3 6,0 5,8 7,0
27,9 26,6 25,5 26,7
37,0 36.3 33.3 35,5
41,4 37,0 35.7 40.7
45,0 38.4 38.5 43,3 b2) Walzenlagerwagen . . . ] stark konisch,
j Radspur 590 mm 450 |
im Mittel — 19,3 26,9 30,4 — '
ca) Kegelrollenlagerwagen . im Mittel — 17,4 25,1 28,5 -
Walzenlagerwagen . . . .
J
wenig konischj
450 im MittelVerh ältnismäßiger reiner Kurven-
\nfahrwiderstand in kg/t 14,6 24,9 | 29,1 j 31,7
Kegelrollenlagerwagen . , . 500 im Mittel — 19,7 28,5 33,7 36,3
Gleitlagerwagen... stark konisch 450 im Mittel 10,4 17,2 21,5 —
Auf Grund der Versuchsergebnisse ist die im Bergbau übliche Neigung des Laufkranzes von 1 : 26
1 Die von O s t e r m a n n gegebene E rklärung (Bergbau 45 11932] S. 130)
— Zurückbleiben des auf kleinerm Raddurchmesser laufenden Rades und dadurch Schwenkbewegung des W agens — ist für Grubenw agen nicht zutreffend, da ja bei ihnen ein Rad des Radsatzes im Gegensatz zum Eisenbahnwagen-Radsatz lose läuft.
bis 1: 30 als sehr ungünstig zu bezeichnen; mindestens sollte eine Neigung von 1 :20 verwendet werden.
Vorteilhaft wäre es auch, den Laufkranz wie bei den Eisenbahnrädern zu gestalten, d. h. der Randzone eine noch stärkere Neigung zu geben, nämlich 1:10. Sehr wichtig ist auch, daß das Spiel, wie es die Faberg-
, Normen vorschreiben, nicht unterschritten wird, also die Radspur bei 600 mm Spur höchstens 590 mm beträgt. Auch für den Spurkranz sollte eine größere Neigung gewählt werden; die Versuche haben eine solche von 1 :4 als günstig bis zum Kurvenradius von 4,20 in hinab erwiesen; die meistens übliche Neigung von 1 : 6 ist zu gering.
Die R a d g rö ß e hat für den Bewegungswider
stand des Grubenwagens keine praktische Bedeutung.
Eine Veränderung des Raddurchmessers ist im Grubenbetriebe nur in geringen Grenzen möglich und übt einen kaum fühlbaren Einfluß auf den Wider
stand aus. Wie sehr der Einfluß der Konizität den der Größe überwiegt, zeigen die oben besprochenen Versuche. Durch Vergrößerung der Konizität sank der Widerstand um ein Drittel, obwohl der Rad- durchmesser von 384 auf 360 mm verringert worden war. Die bei den Versuchen gewonnenen Werte können ohne weiteres auch für Wagen mit der von den Normen vorgeschriebenen Radgröße von 350 mm verwendet werden, da eine merkbare Veränderung gegenüber den Werten für einen Raddurchmesser von 360 mm nicht zu erwarten ist.
Der R a d s ta n d beeinflußt den Fahrwiderstand in Kurven sehr stark, wie der Vergleich der Werte c2
und c3 der Zahlentafel 4 zeigt. Er muß so klein ge
wählt werden, wie es die Standsicherheit des Wagens zuläßt. Vorteilhaft wäre, ihn etwas kleiner zu wählen, als die Normen vorschlagen, nämlich zu 450 mm statt 475 mm, denn dadurch würde sich eine Ersparnis von 15 o/o in der 14-m-Kurve und von 9 und 6o/o in der 7-m- und der 5-m-Kurve ergeben. Beim Anfahren wurde der reine Kurvenwiderstand um 26 o/o (14-m- Kurve) und 14o/0 (5-m-Kurve) verringert (Zahlen
tafel 5).
Die K rü m m u n g der S chienen erhöht den ge
samten Fahrwiderstand je nach den vorliegenden Ver
hältnissen auf das 2-14fache (Zahlentafel 2 und Abb. 7). Je kleiner der Lagerwiderstand ist, desto stärker macht sich natürlich der Einfluß des Roll
widerstandes bemerkbar. Zur Berechnung dieses Ver
hältnisses zwischen dem Widerstand auf gerader Strecke und dem Widerstand in Kurven wurden die
in der Zahlentafel 9 getrennt für jede Wagenart wiedergegebenen Formeln aufgestellt (B a 1). Um aus ihnen den Gesamtwiderstand in Kurven zu bestimmen, braucht man nur den Widerstand der geraden Strecke mit der Verhältniszahl der betreffenden Kurve zu ver
vielfachen. Auch zur Berechnung des Widerstandes als Summe aus dem reinen Kurvenwiderstand (Ge
samtwiderstand vermindert um den Widerstand der geraden Strecke) und dem Widerstand der geraden Strecke wurde eine Beziehung aufgestellt (Zahlen
tafel 9, B a 2). Hier genügt eine einzige für sämtliche Wagenarten, weil der reine Kurvenwiderstand, wenn nicht die Nabenreibung sehr stark schwankt, stets gleich ist. Den Einfluß der Schienenkrümmung auf den Anfahrwiderstand zeigen die Zahlentafeln 2 und 5 und Abb. 8. Nach Möglichkeit sollten für die untersuchten Normwagengrößen Kurven unterhalb von 5 m Radius vermieden werden; denn während der Widerstand bei den Normalverhältnissen (Zahlentafel 9) in der 5-m- Kurve je nach der Lagerart durchschnittlich rd. 27 bis 32 kg/t beträgt, steigt er in der 4-m-Kurve be
reits auf rd. 35-40 kg/t und in der 3-m-Kurve schätzungsweise nach den später mitgeteilten Formeln auf rd. 64-69 kg/t an.
Zwingen aber die örtlichen Verhältnisse zur An
lage sehr kleiner Kurven, so ist es ratsam, den Widerstand und besonders den starken Verschleiß durch andere Mittel zu verringern, wie Spurerweite
rung und vorzugsweise S c h m ie ru n g der Schienen mit Graphit oder Wasser. Die hierbei erzielte Wirkung auf den Fahrwiderstand ist viel stärker als die durch bauliche Mittel zu erreichende (Zahlentafel 6). Bei wenig konischen Rädern betrug die Herabsetzung bei Graphitschmierung 66-77o/0, bei stark konischen Rädern 44-74o/o. Die Schienenschmierung sollte man stets anwenden, sobald der Spurkranz nicht blank- geschliffen, sondern aufgerauht wird. Bei nassem Gestänge ist die Verminderung des Fahrwiderstandes ähnlich, in sehr kleinen Kurven noch etwas stärker.
Dort, wo ständig Verschmutzung des Gestänges durch Staub stattfindet, ist meistens die Schmierung mit Wasser vorzuziehen, wie praktische Versuche auf dem Werk Kaiseroda der Wintershall-A. G. gezeigt haben.
Z a h le n t a fe l 6. Einfluß der Schienenschmierung auf den Fahrwiderstand.
Verhältnismäßiger Fahrwiderstand in kg/t
Wagenart Radforin Zustand der Schienen
Gerade Strecke Kurven von
14 m 7 m 5 m
Walzenlagerwagen,
leer wenig konisch
trocken mit Graphit geschmiert
naß
3,7 3,4 3,2
22,8 5,9 5,6
27,9 9,5 7,7
41,8 11,2 10,3 Gleitlagerwagen,
leer stark konisch trocken
mit Graphit geschmiert
4,8 3,7
12,9 7,2
22,9 10,3
32.0 11.0 Kegelrollenlagerwagen,
+ 1135 kg stark konisch trocken
mit Graphit geschmiert
2,4 2,6
8,9 4,6
16,7 6,2
26,2 6,7
Die Untersuchungen haben zum ersten Male be
wiesen, welche Bedeutung dem Rollwiderstand für den Fahr- und Anfahrwiderstand nicht nur in Krüm
mungen; sondern auch auf gerader Strecke zukommt.
Er ist bisher im allgemeinen unterschätzt worden und ist doch nicht weniger bedeutungsvoll als der Lagerwiderstand. Dies zeigt sich auch deutlich, wenn man die z a h le n m ä ß ig e n A n te ile der beiden
K o m p o n e n te n untersucht. Ostermann hat dies be
reits auf Grund seiner ermittelten Lagerwerte und des ihm von mir mitgeteilten Wertes von 5 kg/t für den mit Kohle beladenen Walzenlagerwagen bei der Geschwindigkeit von 1 m/s getan. Rechnet man die Anteile an Hand der von mir ermittelten Fahrwider
standswerte und der Ostermannschen Lagerreibungs- vverte aus, so erhält man für die Wälzlagerwagen
ungefähr dieselben Werte, wenn man den Wider
stand bei ungünstigem Rollwiderstand prüft. Bei den Walzenlagerwagen beträgt dann der Anteil der Lager
reibung am Gesamtwiderstand tatsächlich nur durch
schnittlich 9 « /o , bei den Kegelrollenlagerwagen 13 o/o.
Erheblich größer wird aber der Anteil der Lager
reibung, wenn die Rollwiderstandsverhältnisse günsti
ger sind, wie z. B. bei der Verwendung konischer Räder. In diesem Falle beträgt der Anteil der Lager
reibung 14 und 23 o/o. Bei den Walzenlagerwagen wird er noch beträchtlich größer, wenn man nicht die idealen Anfangs-, sondern die praktischen Betriebsdurchschnittswerte (Zahlentafel 9) untersucht oder solche von Wagen mit Käfigwalzenlagern,
bei denen der Lagerwiderstand, wie schon früher, hervorgehoben, bedeutend höher ist. Noch größer ist der Anteil der Lagerreibung bei Verwendung von Gleitlagern. Auf Grund der vorstehenden Berech
nungen und der Fahrwiderstandswerte ergibt er sich bei ihnen unter normalen Schmierverhältnissen zu 56-58 bei hohem, zu 72-80 bei niedrigem Rollwider
stand, unter günstigem Schmierverhältnissen zu 57 und 70o/o. Beide Widerstandskomponenten sind, all
gemein gesprochen, gleich bedeutsam und können den Gesamtwiderstand ausschlaggebend beeinflussen, so
wohl auf gerader Strecke als auch in Kurven. In diesen entfällt auf den Rollwiderstand stets der Hauptanteil am Fahrwiderstand, ebenso auf gerader
Z a h le n ta fe l 9. Werte für den Betrieb (gute Schienenbahn, Schienenspur 600 mm).
A. W i d e r s t a n d auf g e r a d e r S t r e c k e Fahrwiderstand
a) Bei den Normalbedingungen: Radform stark konisch (Laufkranz 1: 20, Spurkranz 1 : 4), Raddurchmesser 360 (Werte für alle untertage vorkommenden Radgrößen brauchbar), Radspur 590 mm
Mittelwerte
Gleitlagerwagen
bei normalen bei günstigem
Schmier- Schmier
verhältnissen V e r h ä l t n i s s e n
Allgemein . . . kg/t Leere Wagen . . kg/t Beladene Wagen kg/t
8,67.8 8.9
6,6 7.2 6.3
Mittelwerte
Wa normale Betriebs-
durch- schnitts-
werte
zenlager Anfangs- werte
(nur kurze Zeit vor
handen)
wagen bei verschlis
sener Lage
rung (Be
rührung zwi
schen Achse und Seiten
drucklager)
Kegel- roilen- lager- wagen
Allgemein . . . kg/t Leere Wagen . . kg/t Beladene Wagen kg/t
3.4 3,6 3.4
2,2 2,7 2,1
5,7 5,5 5,9
2,5 2,9 2,4 b) Radform wenig konisch (Laufkranz 1 : 32, Spurkranz
1: 6), Raddurchmesser 380 (vgl. oben), Radspur 594 mm
Mittelwerte
Gleitlagenvagen
bei normalen bei günstigem
Schmier- Schmier
verhältnissen Verhältnissen Allgemein . . . kg/t
Leere Wagen . . kg/t Beladene Wagen kg/t
10.3 9,9 10.3
8.3 9.3 7,7
Mittelwerte
Walzenlager normale A^ | s‘
l (nur durch-
schni« s- 1 Zeit vor- werte | Landen)
wagen bei verschlis
sener Lage
rung (Be
rührung zwi
schen Achse und Seiten
drucklager)
Kegel- rollen- lager- wagen
Allgemein . . . kg/t Leere Wagen . . kg/t Beladene Wagen kg/t
5,1 5.7 4.8
3,9 4,8 3,5
7,4 . 7,6 7,3
4,2 5,0 3,8 Anf ahrwiderstand
a) Radform stark konisch (vgl. oben). Allgemeines Mittel für Gleitlagerwagen 32,9 kg/t
b) Radform wenig konisch (vgl. oben)
Mittelwerte Walzenlager Kegelrollenlager-
wagen wagen
Allgemein . . . kg/t 8,9 7,0
Leere Wagen . . kg/t 10.8 9,3
Beladene Wagen kg/t 7,9 5,9
B. W i d e r s t a n d i n K u r v e n Fahrwiderstand
Gesamter Widerstand W K entweder ein Vielfaches (y) des Widerstandes der geraden Strecke W ^ oder Summe von Widerstand der geraden Strecke W „ und reinem Kurvenwiderstand (W R = W gesanlt- W g)
W ,k y w g ; Wk W ß + W R
y : + i 44 , ,
y .. R —0,4 + ’ a) Radform stark konisch (vgl. unter A)
Radstand 450 mm
1. Gleitlagerwagen Walzenlagerwagen 13
R— 1
Kegelrollenlagerwagen 29 , ,
•v = r- 2
2. für sämtliche Wagenarten (bei niedriger Naben
reibung)
80 kg/t.
R —1,7
Bei nassem, feuchtem und mit Graphit geschmiertem Gestänge Gesamtwiderstand niedriger:
Kurven von . mR 14 7 5 um . kg/t 5 11,5 20
Radstand 475 mm
Reiner Kurvenwiderstand (für alle Wagenarten)
Kurven v o n ...mR 14 7 5 4,20 w R bei 450 mm Radstand . . + kg/t 1,8 1,9 1,8 1,7~2
Radstand 500 mm Reiner Kurvemviderstand
Kurven v o n ... mR 14 7 5 4,20
wR bei 450 mm Radst. + kg/t 3,G 3,7 3,6 2,6—3,5 (-2,o) b) Radform wenig konisch (vgl. unter A)
Radstand 500 mm Reiner Kurvenwiderstand
Kurven von . mR 14 7 5 4,20 kg/t 11 25 32 38,5 Anfahrwiderstand
Reiner Kurvenwiderstand
Radstand 450 mm
Kurven v o n ... mR 14 7 5 a) Radform stark konisch . kg/t 10,4 17,2 21,5
(vgl. unter A)
b) Radform wrenig konisch . kg/t 14,6 24,9 29,2 Radstand 500 mm
a) Radform wenig konisch . kg/t 19,7 2S,5 33,7
Strecke bei den Wälzlagenvagen; bei den Gleitlager- wagen überwiegt hier dagegen die Lagerreibung (bis drei Viertel). Seiner Bedeutung entsprechend ver
langt der Rollwiderstand, zumal bei Wälzlagenvagen, ständig die größte Beachtung. So genügt es auch nicht, wie es meistens geschieht, bei Untersuchungen, Berechnungen oder Zahlenangaben die Widerstands
werte allein nach der Lagerart zu unterscheiden, viel
mehr ist es unerläßlich, weiter eine Trennung nach den sich aus der verschiedenen Beschaffenheit des Rollwiderstandes ergebenden verschiedenen Betriebs
verhältnissen vorzunehmen und besondere Werte zu benutzen nach der Art der Schienenbahn für: 1. gute Schienenbahn (in Hauptförderstrecken), 2. mittelgute Schienenbahn (in Nebenstrecken, wie Sohlenstrecken, Querschlägen [kann auch mit 1 zusammenfallen]), 3. schlechte Schienenbahn (in Abbaustrecken oder Strecken mit unruhigem Liegenden). Diese Werte sind noch im einzelnen zu unterteilen für a) gerade Strecken und b) Krümmungen (Kurvenradius und Radstand), ferner nach der Oberflächenbeschaffenheit für a) saubere und unreine Schienen und b) trockne und nasse bzw. geschmierte Schienen, schließlich nach der Radform für a) geringe Konizität von Lauf- und Spur
kranz (hoher Radwiderstand) und b) starke Konizität von Lauf- und Spurkranz (geringer Radwiderstand).
Zum Abschluß sind in der Zahlentafel 9 die aus den Versuchen gewonnenen, für den praktischen Gebrauch verwendbaren Zahlenwerte übersichtlich zusammengestellt.
Z usa m m e n fa ssu n g .
Auf Grund von praktischen Versuchen wird ge
zeigt, wie sich die Arbeitsweise des Förderwagens sowohl hinsichtlich des Lager- als auch des Roll
widerstandes verbessern läßt. Dabei hat das Ver
halten der verschiedenen Lagerarten eine grundsätz
liche, planmäßige Untersuchung und die Lagerfrage eine praktische und theoretische Klärung erfahren.
Außer dem Einfluß des Lagerwiderstandes werden auch die Bedeutung und Wichtigkeit des Rollwider
standes an Hand praktischer Werte dargelegt und die einzelnen Erscheinungen erläutert. Zum ersten Male sind Fahr- und Anfahrwiderstand nicht nur auf gerader Strecke, sondern auch in Kurven gemessen und Formeln zur Berechnung des Fahrwiderstandes in Kurven aufgestellt worden.
Neue elektrische Zündmaschinen für die bergmännische Schießarbeit.
Von Dipl.-Ing. E. U li ma n n , Oberingenieur beim Verein zur Überwachung der Kraftwirtschaft der Ruhrzechen in Essen.
Die seit mehreren Jahren laufenden Bemühungen, für die Schießarbeit im Bergbau bestimmte elektrische Zünder und Zündmaschinen zu normen, haben nun
mehr ihren vorläufigen Abschluß gefunden. Künftig sollen nur noch zwei Zünderarten, die einfachen Brücken- und Spaltzünder, zugelassen werden. Diese Reglung hat auch erst eine Vereinheitliclumng der Zündmaschinen ermöglicht, deren Bauart und Leistungsfähigkeit jetzt nur noch diesen beiden Zünderarten angepaßt zu werden brauchen. Die Maschinen für Brückenzünder müssen daher für einen verhältnismäßig starken Strom, die Spaltziinder- inaschinen dagegen für hohe Spannungen gebaut sein.
gearbeitet worden, die sich zum großen Teil auf die grundlegenden Untersuchungen von D r e k o p f1
stützen.
Die Zündmaschinen enthalten bekanntlich als Stromquelle eine kleine Dynamo, deren Anker über ein Zahnradvorgelege angetrieben wird, und zwar in der Regel von Hand mit Drehgriff oder Zahnstange, bei einigen Bauarten aber auch durch eine Feder. Die Maschinen haben entweder einen Doppel-T- oder einen Trommelanker und liefern pulsierenden Gleichstrom.
Stromkurven der beiden Maschinen zeigen die Abb. 1 und 2. Das Magnetfeld wird auf elektrischem Wege
Nebensch/ujs-scha/fung
JA¡ ^ a a a a a a w a a a a a a a /w w v w w 5 u
- 4 r
1
f 10 m/s
Abb. 2. Maschine mit Trommelanker.
Abb. 1 und 2. Stromkurven von Zündmaschinen.
Für die Brückenzünder sind drei Maschincngrößen, und zwar für 10, 20 und 50 Schuß, für die Spalt
zünder nur zwei Maschinen für 10 und 25 Schuß vor
gesehen. Für die Beschaffenheit dieser Maschinen
arten und die Prüfbestimmungen sind Richtlinien aus-
1 D r e k o p f : Untersuchungen über die Z ündung von Briickenzündern durch beliebige Ströme und die sich daraus ergebenden Anforderungen a» elektrische Zündmaschinen, G lückauf 6S (1932) S. 269.
Abb. 3. Schaltung von Zündmaschinen.
erzeugt, wobei die Maschinen entweder Nebenschluß
oder Verbundschaltung erhalten (Abb. 3). Der Antrieb der Maschinen muß eine Freilaufvorrichtung enthalten, die den Anker zuverlässig mitnimmt und ihm nach Aufhören der Antriebskraft frei auszulaufen gestattet.
Im Hinblick auf die rauhen Anforderungen des Grubenbetriebes müssen an die mechanische Festigkeit
der Maschinen hohe Ansprüche gestellt werden. Ihr Zusammenbau bedarf großer Sorgfalt, weil Locke
rungen der Bolzen, Stifte und sonstigen Teile durch im Betrieb auftretende Stöße und Erschütterungen unbedingt zu verhüten sind.
Abb. 4. Zünddynatno Bauart Z E B/ A1 0 der Zünderwerke Ernst Brün A. G. in Krefeld-Linn.
Durch mangelhafte Isolierung der spannung- führenden Maschinenteile verursachte Schießunfälle haben Veranlassung gegeben, der elektrischen Festig
keit der Maschinen besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Für die neuzeitlichen Bauarten sind daher
Abb. 5. Zünddynamo Bauart Z E B/A 50.
nur Isolierstoffe zu verwenden, deren isolierende Eigenschaften durch Einwirkungen des Gruben
betriebes nicht schädlich beeinflußt werden. Zur Prüfung der Isolation der spannungführenden Teile der Maschinen gegen ihr Gehäuse wird eine Wechsel
spannung von 1000 V bei 50 Perioden vorgeschrieben.
Da die an den Kollektoren und Kontakten der Zündmaschinen auftretenden Funken Schlagwetter zünden können, müssen Maschinen, die in schlag
wettergefährdeten Grubenräumen verwendet werden sollen, einen Schlagwetterschutz erhalten. Dieser be
steht in der druckfesten Ausführung der Maschinen
gehäuse, die so fest sein müssen, daß sie dem Druck einer in ihrem Innern erfolgenden Schlagwetter
explosion standhalten. Ferner ist durch besondere bauliche Maßnahmen dafür zu sorgen, daß die bei Explosionen dem Gehäuse entweichenden Gase soweit abgekühlt werden, daß sie die außenstehenden Schlag
wetter nicht mehr zu zünden vermögen. Zwei kenn
zeichnende Bauarten einer neuen Zündmaschine ver
anschaulichen die Abb. 4 und 5, die auch den zwischen den Anschlußklemmen anzubringenden isolierenden Steg deutlich erkennen lassen.
Da bei langsamem Stromanstieg leicht Versager auftreten können, dürfen die Maschinen erst auf den Zünderstromkreis geschaltet werden, nachdem sie die für die sichere Zündung erforderliche Leistung er
reicht haben. Bei Maschinen mit Doppel-T-Anker ist es hierbei von größter Wichtigkeit, daß der End
kontakt stets bei der gleichen Stellung des Ankers, und zwar bei Beginn einer vollen Periode, jedoch bei schon ausreichender Stromstärke betätigt wird. Die für schlagwettergefährdete Grubenräume bestimmten Maschinen müssen außerdem noch eine Vorrichtung erhalten, welche die Dauer des Stromflusses durch den Zünderstromkreis auf höchstens 0,05 s beschränkt.
Diese Forderungen erfüllt das Getriebe der Zünderwerke Ernst Brün A. G. in Krefeld-Linn (Abb. 6). Auf der Antriebswelle a sind das Zahnrad
segment b und die Schaltwalze c fest aufgesetzt. Die Welle a kann aus der gezeichneten Ruhestellung in der Pfeilrichtung um etwa 140° gedreht werden, bis das Zahnradsegment b mit seinem linken Schenkel gegen den Anschlag d stößt. Die Schaltwalze c be
steht aus zwei Scheiben, von denen die eine aus Metall, die andere aus Isolierstoff angefertigt ist. Die erste hat von e bis / eine Aussparung, so daß in der Anfangsstellung die Bürste g auf der Isolierscheibe und die Bürste h auf der Metallscheibe liegt, der
Zünderstromkreis also unterbrochen ist. Nach Drehung der Schaltwalze c in der R ichtung des Pfeiles um etwa 100° lä u ft die M etallscheibe m it der Kante e auf die Bürste g a u f u n d schließt dam it den Z ünder
stromkreis zu dem Zeitpunkt, an dem die M aschine ungefähr ihre größte Leistungsfähigkeit erreicht hat.
Der Stromfluß dauert nun so lange, bis die Bürste h die Metallscheibe an ihrer Kante / verläßt u nd auf die Isolierscheibe aufsetzt. D adurch w ird der Maschinenstrom innerhalb der vorgeschriebenen Zeit von 0,05 s w ieder abgeschaltet. Die Schw ingungsbilder in den Abb. 1 u n d 2 zeigen, daß der Strom a uf diese Weise bereits zwischen etwa 0,021 bis 0,023 s ab
geschaltet werden kann. Bemerkenswert ist hierbei, daß die Z ü n d u n g bereits innerhalb von etwa 0,0017 s erfolgt. Dieser Z eitpunkt ist auf den S chw ingungs
bildern durch die Linien z gekennzeichnet.
A uf der Zwischenwelle i. sitzt lose eine F re ilau f
vorrichtung, bestehend aus dem Ritzel k, dem dam it fest verbundenen achtzahnigen Sperrad l. sowie aus den an dem gleichfalls lose auf der W e lle i sitzenden Stirnrade m befestigten Sperrklinken n und A npreß
federn o. W ir d das Sperrad l durch das Z a h nra d
segment b über das Ritzel l i in der P feilrichtung be
wegt, so erfassen seine Zähne die Sperrklinken n und nehmen hierdurch das Stirnrad m m it, das m it dem Ritzel p den A nker q antreibt. D a m it dieser beim Schließen des Zünderstrom kreises durch die Kante e der Kontaktw alze c stets die gleiche günstigste Stellung zum M agne tfeld e r einnim m t, m uß das Ver
hältnis der Z ähnezahl des Sperrades k zur P olzahl des' Ankers q dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stirnrade m u nd dem Ritzel p entsprechen. Im vor
liegenden Fall hat das Sperrad L acht Zähne und der Anker q zwei Pole, das Ü bersetzungsverhältnis zwischen dem S tirnrad m. und dem Ritzel p muß daher gleich 4 sein. Nach A ufhören der A ntriebskraft läuft der Anker q unter M itna h m e des Stirnrades m frei aus und kann im ungünstigsten F all so stehen bleiben, daß die Sperrklinken n gerade die höchste Stelle der Sperradzähne, a u f denen sie eben aufliegen, erreicht haben. D ann tritt bei W iederinbetriebnahm e der M aschine ein toter G a n g auf, der einer Z a h n teilung des Sperrades l entspricht. Z u r V erm eidung eines unzulässig großen toten G anges darf daher die Zahl der Sperrzähne nicht zu klein gehalten werden.
Bei dem gew ählten Beispiel beträgt der tote G a n g der Antriebswelle a höchstens den 16. Teil einer U m drehung, d. h. etwa 23°.
Die geschilderte K ontaktvor
richtung unterbricht den Z ünder
stromkreis u nd erzeugt hierdurch an der U nterbrechungsstelle Funken die bei g ro ß e m Strom stärken die K ontakte zu sehr in M itleidenschaft ziehen w ürden. Bei ihren g roß em M aschinen w endet die F irm a Brün daher ein anderes Verfahren an, bei dem der Zünderstrom kreis nicht durch Unterbrechen, so n dern durch Kurzschließen stro m los gem acht w ird (A bb. 7). Die Z ü n d m a sc h in e a speist die Z ü n der b über die K ontaktvorrich
tung c. Diese besteht aus der
K on tak tw alze d u n d den d a ra u f Abh. 7. End- und schleifenden Bürsten e, / und g. Bei Kurzschlußkontakt.
der dargestellten A nfang sstellung der Kontaktw alze ist der Zünderstrom kreis unterbrochen, da sich die Bürsten / und g auf dem isolierenden • Teil der W alze befinden. W ir d die W a lze in der Pfeit- richtung bewegt, so werden erst die Bürsten / und g kurzgeschlossen, der Strom der M aschine kann also in' den Zünderstrom kreis eintreten. In der E ndstellung der W alze sind alle drei Bürsten m iteinander ver
bunden. D er Zünderstrom kreis ist dam it über die Bürsten e und g kurzgeschlossen u nd w ird praktisch strom los, weil der ganze M aschinenstrom nunm ehr über die gleichfalls kurzgeschlossenen Bürsten c und / fließt.
Abb. 8. Ansicht des Prüfgeräts »Untertag«.
Die erw ähnten U ntersuchungen von D rekopf lieferten die bis dahin fehlenden sichern U nterlagen fü r die Beurteilung der Leistungsfähigkeit der Zünd- maschinen, die sich wegen des äußerst schnellen A blaufs des Zündvorganges nur an der H an d von Schw ingungsbildern gew innen ließen. D em ent
sprechend muß daher jetzt auch jede neue M aschine einer derartigen U ntersuchung unterw orfen werden, deren Ergebnis die A nhaltspunkte fü r die B eurteilung ihrer Brauchbarkeit liefert. H ierbei w ird unter anderm verlangt, daß bei M aschinen fü r Brückenzünder der Strom innerhalb von 0,001 s a u f m indestens 1 A angestiegen ist, w ährend die Spaltzünderm aschinen innerhalb von 0,002 s den H öchstw ert ihrer S p annu ng (120 V je Z ünder) erreicht haben müssen. Dieses P rüfverfahren ist natürlich sehr um ständlich, zeit
raubend und kostspielig. Es hat daher w o h l fü r die T y p enp rüfun g Berechtigung, kann aber nicht fü r die dauernde Überwachung des Zustandes der M aschinen dienen. D eshalb hat die genannte F irm a fü r die Briickenzünder-Maschinen ein handliches G e rät, die P rüfvorrichtung »Untertag«, ausgearbeitet, deren A n sicht Abb. S zeigt. Die V orderw and des aus Isolier
stoff bestehenden rechteckigen Gehäuses weist drei Steckbüchsen auf, die je m it der Zahl der von der Zündm aschine abzutuenden Z ünder bezeichnet sind.
Die zu prüfende Zündm aschine w ird an das G e rät m it H ilfe zweier beweglicher Leitungen gelegt, von denen die eine fest angeschlossen ist, w ährend das Ende der ändern in einen Stecker ausläuft, der entsprechend der Leistungsfähigkeit der M aschine in eine der Steck
büchsen eingeführt werden kann.
Die innere Schaltung des Gerätes veranschaulicht Abb. 9. Bei a ist die eine der zur Zündm aschine führenden Leitungen angeschlossen. Von hier aus fließt der Strom über den W iderstand b von 60 Q , w o rauf der W id e rsta nd c fo lg t, dem das Läm pchen d
, , Widerstand Schußzahl
1 0 60
2 0 1 1 0
50 260
parallel geschähet ist. W ird nun z. B. eine Maschine für 50 Schuß geprüft, so geht der Strom von hier zur Steckbüchse 50 über die Widerstände e (50 Q) und / (150 Q). Ist die Maschine in Ordnung, so leuchtet bei ihrer Betätigung das Lämpchen auf. Die Steck- büchsen 10 (10 Schuß), 20 (20 Schuß) und 50 (50 Schuß) sind so an den Stromlauf angeschlossen, daß man die äußern Widerstände des Gerätes wie folgt zusammeiistellen kann:
eines Zünders oder einer Schießleitung mit an
geschlossenen Zündern auf die Kontakte gelegt, so schlägt das Schauzeichen aus, wenn keine Unter
brechungen im Zünder oder in der Schießleitung be
stehen. Durch die Widerstände wird der Meßstrom so weit herabgesetzt, daß er die Zünder in keinem Falle ansprechen läßt.
Diese Werte entsprechen einer Schießleistung von 1 0 Q und Brückenzündern von je 5 Q Widerstand. Bei der schlag- wettergeschützten Bauart des Ge
rätes sind seine innern Hohl- räume mit einer Isoliermasse ausgegossen.
Der Vollständigkeit halber sei Abb. 9- Schaltung noch auf den in Abb. 10 wieder- ^es Prüfgeräts, gegebenen Minenprüfer für die
Prüfung von Brückenzündern und Zündleitungen hin
gewiesen. Das Gerät enthält ein Trockenelement, Vor
schaltwiderstände und ein elektromagnetisch be
tätigtes Schauzeichen in Hintereinanderschaltung. Die Enden dieses Stromkreises sind an zwei blanke scheibenförmige Kontakte geführt. Werden die Enden
Abb. 10. Minenprüfer.
Z u s a m m e n fa ss u n g.
Es wird auf die nunmehr zum Abschluß gelangte Reglung hingewiesen, die eine erhebliche Verein
fachung der elektrischen Zündmittel herbeigeführt und ihre Normung ermöglicht hat. An Hand von Bei
spielen wird der Einfluß der neuen Bestimmungen auf die Bauweise der Zündmaschinen geschildert und daran eine Erörterung der Maßnahmen geknüpft, die zur Erfüllung der an die Zündmaschinen zu stellenden Anforderungen getroffen worden sind.
Die bergbauliche Gewinnung im Ruhrkohlenbezirk im Jahre 1933
Nach drei Jahre anhaltendem Niedergang ist im Ruhr
bergbau im Jahre 1933 erstmalig eine spürbare Belebung eingetreten. Dennoch reicht sie an die Zunahme des Ge
schäftsumfanges in der übrigen Wirtschaft nicht heran.
Das ist aber durchaus natürlich, denn im Zuge einer kon
junkturellen Aufwärtsentwicklung marschiert der Bergbau als Rohstoffindustrie immer an letzter Stelle, wie er in Zeiten absteigender Konjunkturen seinen günstigen Be
schäftigungsstand ja auch am längsten zu halten vermag.
Insgesamt stellte sich die deutsche Steinkohlenförderung im Jahre 1933 auf 109,9 Mill. t gegenüber 104,7 Mill. t im Vorjahr, die des deutschen Braunkohlenbergbaus auf 126,8 Mill. t gegenüber 122,6 Mill. t. Von der Aufwärts
entwicklung sind die einzelnen Kohlengewinnungsgebiete nicht einheitlich betroffen worden. Am günstigsten hat in der vergleichsweisen Entwicklung der Förderung im ver
gangenen Jahr der Ruhrbergbau abgeschnitten, der seine Gewinnung gegenüber 1932 von 73,3 Mill. t auf 77,8 Mill. t oder um 6,18% steigern konnte. Für die übrigen deutschen Steinkohlenreviere bewegen sich die Steigerungsziffern zwischen 1,50 und 4,15%.
Es hat sich gezeigt, daß der Ruhrbergbau gegenüber der weltwirtschaftlichen wie auch gegenüber der deutschen Wirtschaftskrise sich sehr viel weniger widerstandsfähig erwiesen hat als andere Kohlengewinnungsgebiete. In erster Linie ist dies in seiner starken Abhängigkeit vom deutschen Außenhandel begründet, denn er führt ja nicht
1 Die Zahlenangaben sind zum größten Teil dein im Verlag unserer Zeitschrift soeben erschienenen Jahrbuch für den Ruhrkohlcnbezirk», 3*2. Jg., 1934, entnommen.
allein einen großen Teil seiner Gewinnung unmittelbar aus, sondern er wird als Kohlenlieferant der Ausfuhr
industrien auch mittelbar in erheblichem Umfang von der Gestaltung der deutschen Ausfuhr berührt. Damit aber ist er zu einem großen Teil seiner Beschäftigung von Verhält
nissen abhängig, die außerhalb des deutschen Wirtschafts
und Machtbereichs liegen. So ergibt sich gegenüber dem letzten Hochkonjunkturjahr, dem Jahre 1929, bei dem Ruhr-
Z a h l e n t af ei 1. Förderung und Belegschaft im Ruhrbezirk seit 1913.
Steinkohlenförderung 1 AngelegteA i-hpifpr
Jahr Wert Jahres
Menge förder
je t
insges. A nzahl2 anteil
t Jé Jé t
1913 114 182 576 1 351 010 163 11,83 426 033 268,0 1925 104 123 684 1 537 440 182 14,77 433 900 240,0 1926 112 131 208 1 601 068 572 14,28 384 500 291,6 1927 117 994 021 1 734 263 261 14,70 406 593 290,2 1928 114 563 471 1 714 931 372 14,97 381 870 300,0 1929 123 589 764 1 923 523 361 15,56 375 711 328,9 1930 107 173 178 1 653 301 189 15,43 336 061 318,9 1931 85 627 583 1 139 705 773 13,31 252 150 339,6 1932 73 274 923 827 956 870 11,30 203 730 359J
1933 77 800 762 210 598 369,4
1 Am tliche Ermittlungen. — 3 Um einen Vergleich mit frühem Jahren zu ermöglichen, wurde an Stelle der bisher veröffentlichten Vollarbeitcr-
zahl, die seit 1033 in der preußischen Statistik nicht mehr nachgewiesen w ird, die vom Bergbau-Verein in Essen festgestcllte Anzahl der angelegten Arbeiter gebracht.
