GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenm ännische Zeitschrift
Nr. 16 18. April 1925 61. Jahrg.
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Entstehung, Wirkung und Verhütung von Streuströmen und Streuspannungen.
Von Dipl.-Ing. C. Truhel, Lehrer an der Bergsclnile zu Bochum.
Die A nwendung der Elektrizität macht, wie auf allen ändern Gebieten, auch im Bergbau schnelle F o r t
schritte, obgleich sie neben den bekannten Vorteilen auch Schwächen besitzt, deren B ekämpfung die unter
tage herrschenden Verhältnisse •besonders erschweren.
Einer der größten Mängel der Elektrizität ist das auf ihrem Wesen beruhende Expansionsbestreben, d. h. das Bestreben der elektrischen Spannung, sich nach allen Richtungen, wo eine geringere S pannung herrscht, auszugleichen. Diesen Ausgleich nach allen Seiten zu verhindern und ihm die gewünschte Rich
tung zu geben, ist eine der schwierigsten Aufgaben der Elektrotechnik. Die Verwendung isolierender Stoffe stellt kein vollkommenes Mittel dar, weil es einmal keinen absoluten Nichtleiter der Elektrizität gibt und die Stoffe im Laufe der Z e it; oft Verände
rungen erfahren, ferner, weil Stellen vorhanden sind, an denen die Isolierung zufällig oder absichtlich unter
brochen ist, und schließlich, weil oft die Anbringung einer Isolation aus besondern G ründen unterbleiben muß. Die Möglichkeit von ungew ollten S trom ab
zweigungen besteht also hauptsächlich bei den Kabel
anschlüssen an. Maschinen und Vorrichtungen, an den Verbindungsstellen von Kabeln miteinander, an den Isolatoren von blanken Leitungen und ganz be
sonders dort, wo ein Stromleiter überhaupt nicht gegen seine U m gebung isoliert ist, wie bei den elek
trischen G rubenbahnen mit F ahrdrahtleitung, bei denen zur Hin- oder Rückleitung die Schienen dienen.
Alle Ströme, die in diesen Fällen aus dem eigent
lichen Stromleiter austreten und einen ändern W e g als den vorgeschriebenen nehmen, nennt m an Streu
ströme oder vagabundierende Ströme, auch Erdströme, bei Isolatoren Kriechströme.
Als man vor u n gefähr 40 Jahren zum Bau von elektrischen S traßenbahnen schritt, wurde man zuerst auf die Erscheinung der Streuström e aufmerksam. Sie gaben Anlaß zu einer heftigen F ehde zwischen den Gas- und Wasserfachleuten, die durch die elektrischen Streuströme die Lebensdauer ihrer Rohrleitungen be
d ro h tsah e n , und den Vertretern
d e rj u n g aufstrebenden Elektrotechnik, die zunächst ratlos den nicht w e g zuleugnenden Tatsachen gegenüberstanden. Auf beiden Seiten bildeten sich Erdstrom ausschüsse, welche die Erscheinungen anfangs als W idersacher, später jedoch miteinander prüften und Abw ehrm aßnahm en zu finden
suchten. Das Ergebnis dieser Arbeiten bildet noch heute die G rundlage für die Beurteilung der F rage und ist auch für die elektrischen Einrichtungen u n te r
tage von Bedeutung. Die in den letzten zehn Jahren schnell fortgeschrittene E inführung der elektrischen G rubenbahnen mit F a h rd r a h t hat auch die F ra g e der Streuströme in den V ordergrund gerückt, wozu nicht nur die Sorge um die gefährdeten Sachwerte, sondern auch der Umstand beigetragen hat, daß mit der en d gültigen Einführung der elektrischen F ernzündung für den Schießbetrieb im Oberbergam tsbezirk D ort
mund am 1. Janua r 1912 die Unfallziffer infolge von Frühzündungen durch Streuströme zuzunehmen schien.
Es ist das Verdienst der elektrotechnischen Ab
teilung des Dampfkessel-Gberwachungs-Vereins der Zechen im Oberbergam tsbezirk Dortmund, durch eifriges Studium und gründliche M essungen die U n ter
lagen für die Beurteilung der E n tsteh u n g von Streu
strömen untertage geschaffen und wirksame Mittel zu ihrer Bekäm pfung vorgeschlagen zu haben1. Da nicht ganz sachmäßig ausgeführte V e rhütungsm aß
regeln die G e fa h r nicht abwenden, sondern noch er
heblich vergrößern können, habe ich im elektrotech
nischen Laboratorium der Bergschule zu Bochum mit einfachen Mitteln eine Einrichtung getroffen, die den Betriebsbeamten und Schießmeistern die Entstehung, W irkung und V erhütung von Streuströmen anschau
lich vorzuführen gestattet. Als E rgä n zu n g zu dieser versuchsmäßigen Belehrung dienen auch die zur E r
läuterung der nachstehenden A usführungen wieder
gegebenen schematischen Darstellungen.
W e s e n u n d A u f t r e t e n d e r S t r e u s t r ö m e . Da ebensoviel Strom, wie von einer Elektrizitäts
quelle ausgeht, auch zu ihr zurückkehren muß, weisen alle Streuström e eine geschlossene Bahn auf. Sie bilden Nebenschlüsse zu dem eigentlichen Strom leiter und fließen, solange dieser Strom führt, oder auch, wenn bei v orha ndener S pannung der H a u p t
stelle der Streuström e betriebsmäßig unterbrochen ist (Abb. 1 und 2). Von diesen d a u e r n d fließenden Streu
strömen sind solche zu unterscheiden, deren Stromkreis sich erst schließt, wenn sich ihnen eine G elegenheit
J A1 v e n s l e b e n : Di e beim B etrieb e e lek trisch er G r u b e n b a h n e n m it O b e rle itu n g a u ftre te n d e n S tr eu s trö m e u n d die F r a g e ih r e r G efährlichkeit fü r die S ich erh eit des G ru b e n b e tr ie b e s , G lü c k au f 1916, S. 925.
Umformer
+
Oberleitung J„-1 5 0 A
250V Schienen e-7 V
Streustrom
c i / / 220V
± r ~
Umformer Oberleitung
Schienen 4=0
i Unter- ,
\brechung
Streustrom
Abb. I. Abb. 2.
Jo Oberleitungsstrom, J g Gleichstrom, J s Streustrom, e Spannnungsverlust.
Abb. I und 2. Entstehung von Streuströmen.
dazu bietet. Sie sind deshalb besonders gefährlich, weil sie oft völlig unerwartet, weit entfernt von elek
trischen Stromquellen oder Elektrizitätsverbrauchern, bisweilen sogar auf ändern Sohlen und in Schächten auftreten. Sie sind die Folgen verschleppter Span
nungsunterschiede, sogenannter S t r e u s p a n n u n g e n , die durch Rohrleitungen, Kabelmäntel, Signal
leitungen, Flöze oder w asserführende Klüfte von ver
schiedenen Orten zusammengeführt werden. Sind die so entstehenden Streustromkreise geschlossen, so gilt für sie dasselbe wie für die dauernd fließenden.
Die Bedingungen für die E ntstehung von Streu
strömen sind also ein vorhandener Spannungsunter
schied zwischen Austritts- und Eintrittsstelle, eine un
genügende Isolierung an diesen Stellen und ein .gang
barer Stromweg. Elektrotechnisch ausgedrückt be
deutet dies, 'daß die Stromstärke der Streuströme desto g röße r ist, je höher der Spannungsunterschied und je geringer der elektrische Übergangswiderstand sowie der W iderstand des Streustrom weges im Ver
gleich zum Betriebsstromweg ist. Der Ü b e r g a n g s w i d e r s t a n d hängt von der Art der Stoffe ab, zwischen denen der Übergang erfolgt, von der Innig
keit der Berührung, dem G rade der Feuchtigkeit und der Größe der Berührungsflächen. Zwischen glatten und auf breiter Fläche gu t aufliegenden metallischen Leitern ist er gering, gegen Holz oder andere Isolier
stoffe dagegen größer. Er ist nach dem Gebirge hin beträchtlicher als nach einem Flöz und schwankt in sehr weiten Grenzen. Bei Verwendung eiserner Schwellen auf feuchter Unterlage in Flözen tritt also mehr Strom aus den Grubenschienen in die Sohle über als ' bei Verwendung hölzerner Schwellen auf trocknem Gebirge. Der zweite die Größe der Streu
ströme beeinflussende Faktor, das Verhältnis des elektrischen W i d e r s t a n d e s des Betriebsstromweges zum elektrischen W iderstand des Stromweges, ist in der Art der Streustromwege als Nebenschlüsse des Be
triebsstromweges begründet. Bei parallel geschalteten Stromwegen stehen die Stromstärken in umgekehrtem Verhältnis zu den Widerständen. Will man also die Stärke der Streuströme verringern, so muß man vor allem dafür sorgen, daß der Betriebsstromweg einen möglichst geringen W iderstand hat. Hierzu sind bei G rubenbahnen ein möglichst großer Rückleitungs- qucrschnitt und eine gute Verbindung der einzelnen Schienenstücke untereinander, auch an den Kreuzungen und Weichen, ferner ein ungehem mter S trom über
gang von der Oberleitung zur Lokomotive und von dieser zu den Schienen erforderlich. Die Wichtigkeit gerade dieser Dinge beleuchtet die Angabe des Dampf-
* A l v e n s i e b e n , a. a. O . S. 027.
kessel-Ü berw achungs-V ereins1, daß bei schlecht in
standgehaltenen G rubenbahnanlagen bis zu 80 o/o Streuströme gemessen w o rd e n sind.
Die Streuströme selbst wählen den W e g des kleinsten Widerstandes, werden also vorwiegend den in ihrem Bereich liegenden guten Elektrizitätsleitern, wie eisernen Rohrleitungen, Kabelmänteln, Signal- lcitungen, Wasserseigen, feuchtem Erdreich und Flözen, folgen, im übrigen aber einen ganz unregel
mäßigen Verlauf nehmen. Solche in der Nähe und parallel von elektrischen Bahnschienen gelegenen metallischen Leiter können also die Bildung von Streuströmen fördern, ohne daß sie metallisch mit ihnen verbunden sind, da sie den W iderstand des Streustromweges verringern, wenn die Möglichkeit besteht, daß die Streuströme zu ihnen gelangen. Als höchster S p a n n u n g s u n t e r s c h i e d kann dabei die Betriebsspannung auftreten, also bei Gru benbahnen die S pannung zwischen F a h rd r a h t und Schienen. Die durch diese Art von Streuströmen hervorgerufenen Gefahren sind jedoch verhältnism äßig gering, da sich die F ahrdrahtleitung bei einigermaßen sorgfältiger Anlage, leidlicher B ehandlung und ständiger Über
wachung stets in gutem Isolationszustande erhalten läßt und die sich hier bildenden Streuströme leicht zu Kurzschlüssen mit so hohen Strom stärken führen, daß die Strecke durch den selbsttätigen Strecken
schalter stromlos gemacht und dadurch ein Unheil verhütet wird.
Anders liegen die Verhältnisse, wenn man nur. das bei G rubenbahnen meist als Stromrückleitung ver
wendete Gleis betrachtet (Abb. 3). In jedem Strom-
I S
Spannung Qieis 'R G9 en
Abb. 3. Streuströme und Spannungsunterschied zwischen Gleis und Erde bei E rdung der Schienen in A.
kreise besteht zwischen zwei beliebigen Punkten ein Spannungsunterschied, also auch zwischen den beiden Gleispunkten
Aund
B .Die G röße dieses den Strom von
Bnach
Atreibenden Spannungsunterschiedes hängt ab von dem elektrischen W iderstand des Gleises zwischen
Aund
Bund der Stromstärke. Nimmt man an, daß e i n e Lokomotive auf der Strecke fä h rt und so viel W agen zieht, daß ihre beiden M otoren von je 18 PS voll ausgenutzt sind, wobei durch den F a h r d ra h t ein Strom von rd. 150 A, beim Anfahren rd.
50 o/o mehr, also von 225 A fließt, so ergibt sich auf
einer Strecke von 1 km Länge bei einem Gleisquer-
schnitt von 2 X 2040 qmm ein Gleiswiderstand
+15 % Zuschlag für die Stöße, also 0,04 + 0,006 = 0,046 Q und daraus ein Spannungsverlust e = S - R = 150- 0,040 = 6,9 = rd. 7 V oder beim Anfahren von 2 2 5-0,046
= rd. 10 V. Dieser Spannungsunterschied (s. Abb. 3) nimmt natürlich von B bis A allmählich ab und hat, da die Schienen gegen Erde nicht isoliert sind, zur Folge, daß Ströme aus den Schienen in die Sohle übertreten und von d o rt nach den Schienen zurück
kehren. U nter der Voraussetzung, daß der Übergangs
widerstand der Schienen gegen Erde auf der ganzen Länge gleich ist und nur der Punkt A mit der Erde gut leitend verbunden, also besonders geerdet ist, würden die Streuströme überall annähernd gleichmäßig aus
treten und in A zu den Schienen zurückkehren. An den Stellen, an denen der Übergangswiderstand nach der Sohle geringer ist, muß die Stromdichte zu
nehmen. Die Größe der Streuströme Js läßt sich durch Messung der Stromstärken im F ah rd rah t Jo und in dem Gleis J g feststellen, und zwar ist
Js = J o - J g .
Im vorliegenden Falle würde man durch Messung finden, daß der Gleisstrom von B nach A ab
nimmt, der Streustrom also durch allmähliches Aus
treten von B nach A zunimmt. Ist B geerdet, so liegt der durch Abb. 4 veranschaulichte Fall vor.
T T
AStreuströme
j - 0
• " 1" " 1" ...—--- p , Spannung Qleis gegen Lrde
Abb. 4. Streuströme und Spannungsunterschied zwischen Gleis und Erde bei E rdung der Schienen in B.
Sind A und B geerdet, so werden die Streuströme in der Hauptsache bei B aus- und bei A eintreten, während dazwischen Aus- und Eintritt etwa wie in Abb. 5 erfolgen. Dieser ist die Annahme zugrunde
gelegt, daß weder bei A noch bei B besondere Erdung vorhanden, der Übergangswiderstand von den Schienen zur Erde vielmehr überall annähernd gleich ist. Bei dieser Voraussetzung und gleichem Schienenwider
stand muß, auf die ganze Länge gleichmäßig verteilt, ebensoviel Strom aus den Schienen aus- wie ein
treten, es muß also in der Mitte ein N ullpunkt'liegen, in dem die Strom stärke in den Schienen am kleinsten und die S pannung gegenüber der Erde Null ist. Die sich gemäß Abb. 5 verteilende S pannung a ist in den Punkten A und B nur halb so groß wie in Abb. 4
x
Ja * Jq "Js
j z r
-s.2
TTTTrilllihlrli
NullpunktAbb. 5. Streuströme und Spannungsw iderstand zwischen Gleis und Erde bei gleichmäßigem Übergangsw iderstand auf der
.ganzen Länge un d gleichem Schienenwiderstand,
bei A und in Abb. 3 bei B. ln Wirklichkeit wird sich jedoch der N ullpunkt infolge von ungleichmäßigen Übergangswiderständen nach der Sohle und von Ver
schiedenheiten in den Stoßverbindungen der Schienen nach dem g e rin g e m Übergangs- und dem g ro ß e m Schienenwiderstand hin verschieben; es werden sogar .auf der ganzen Länge der Gleise meist mehrere N ull
punkte auftreten, und die Verteilung von Spannung und Strömen wird sich sehr unregelm äßig gestalten.
Befinden sich auf der Strecke mehrere Lokomotiven, also mehrere Belastungsstellen, so ergibt sich eine gebrochene Spannungslinie. An den Belastungsstellen treten wieder S pannungserhöhungen ein, und der Nullpunkt verschiebt sich nach A hin. W äre die Be
lastung gleichmäßig über die ganze Strecke verteilt, was praktisch für den Grubenbetrieb nicht in F rage kommt, bei stark belasteten Straßenbahnstrecken aber annähernd zutreffen kann, so nähme die Spannungs
kurve die Gestalt einer Parabel mit bei A liegendem Scheitel an.
Verteilt sich der W iderstand auf die ganze Länge und die beiden Schienen eines Gleises gleichmäßig, so ist zwischen gleichliegenden Punkten der beiden Schienen kein Spannungsunterschied vorhanden. Dies läßt sich jedoch praktisch nicht erreichen, da der W iderstand der Schienenstoßverbindungen nur sehr klein sein darf und daher immer Unterschiede auf
treten. F ür S traßenbahnen schreiben die Verbands
vorschriften vor, daß auf den W iderstand der Schienen
stöße höchstens 20 °/o von dem der ganzen Schienen entfallen dürfen. Legt man dies auch für G ru b e n bahnen mit einer Schienenlänge von 6 - 8 m und somit etwa 125 Stößen auf 1 km Schiene zugrunde, so darf der W iderstand eines Stoßes nur
20 0,08
100 ' 125
betragen, wobei 0,08 Q der W iderstand von 1 km Schiene ist. Die Messungen des Dampfkessel-Über- wachungs-Vereins haben aber größtenteils höhere W erte bis zum fünffachen Betrag e r g e b e n 1.
S c h l e c h t e S t o ß V e r b i n d u n g e n vergrößern nicht nur den Spannungsabfall in den Schienen und ver
ringern dadurch die nutzbare S pannung der Loko- motivmotoren, sondern fö rdern geradezu die E n t
stehung von Streuströmen, indem sie d en 'w irk sa m e n Spannungsunterschied erhöhen und, wie bereits e r
wähnt, den Strom zwingen, einen ändern W e g mit kleinerm W iderstande zu nehmen. Man stellte daher kupferne Schienenverbinder her, die jedoch, besonders im Kriege, gestohlen wurden. Eiserne Verbindungen besitzen zwar im allgemeinen eine geringere Leitfähig
keit, scheinen sich aber in der zweckmäßigen Ausgestal
tung von B r u n n e n b u s c h 1 bew ährt zu haben. N euer
dings ist man dazu übergegangen, die Schienenstöße oder die Laschen zu schweißen oder auch die Schienenenden, Laschen und Schraubenbolzen mit Hilfe des Metallspritzverfahrens zu verbleien oder zu verzinken. Mit beiden Verfahren hat man nach den erwähnten M essungsergebnissen des Dampfkessel-
1 Q lückauf 1922, S. 618.
12,8 . 10-5 Q
Vereins bei nicht zu druckhaftem Gebirge gute Er
fahrungen gemacht und sie daher bereits vielfach angewendet. Das Schweißen weist allerdings den Nachteil auf, daß sich die Verbindungen bei Umbauten und beim Auswechseln von Schienen schlecht lösen lassen. Auch die besten Stoßverbindungen können jedoch keine ganz gleichmäßige W iderstandsver
teilung gewährleisten, besonders nicht bei m angel
hafter Ausführung, deren Einfluß auf die Spannungs
verteilung die Abb. 6 - 8 veranschaulichen.
Nach Abb. 6 befindet sich in jeder der beiden Schienen 1 und 2 an verschiedenen Stellen je eine gleichwertige schlechte S toßverbindung I und II von 100 o/o. Der Gesam tw iderstand ist also in beiden Schienen gleich, daher auch ¡r ¡2= J ° . Von B bis II herrscht in beiden Schienen derselbe Spannungsabfall
J„*150A
,e V
i-zr
. Jo
Lr z
*
: Spannung 2 g eg en 1;
B e -S V
/, =
¿2
= 75 A, /?, = /?2 = 0,080. + 100 °/0.Abb. 6. Spannungsunterschied zwischen 2 Schienen eines Qieises ohne Querverbindungen mit zwei gleich schlechten
Schienenverbindungen bei I und II.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _J0 - 150A i2 ■ 107 A
m//
v A 1,7 V' Spannung2 g eg en T ^ 'yy B
i\ < ¡2, R i = 0,08 Q + 150 •/„, R 2 = 0,08 Q.
Abb. 8. Spannungsunterschied zwischen 2 Schienen eines Gleises ohne Q uerverbindungen mit zwei verschieden
schlechten Schienenverbindungen in derselben Schiene.
Die auf verschiedene Weise entstehenden Span- nungsunterschiede können nicht nur die Ursache dauernd fließender Streuströme sein, sondern auch durch metallische Leiter jeder Art, durch Flöze und in geringem! Maße durch das Gebirge verschleppt werden und dann an anderer Stelle in Form der er
wähnten Streuspannungen auftreten. Man hat diese beobachtet zwischen den beiden Schienen eines Gleises, zwischen zwei Gleisen, zwischen Gleis und Erde, R ohrleitung und Erde, Rohrleitungen und Gleis, zwischen Rohrleitungen untereinander, Kabelmänteln, Signalleitungen und ändern Leitern. Einige Beispiele
>100%
1.7V
B
^ • R a j , also die gegenseitige Spannung Null. In II tritt ein hoher Spannungsabfall auf | y . R a j also hat 2 gegen l diesen W ert als negativen Spannungsunter
schied, der bis I . Rbj konstant bleibt, da in diesem Stück die Spannungsabfälle wieder gleich sind, ln l wird der Spannungsunterschied ausgeglichen, weil R,=RÜ ist, und von da ab bis B ist er wieder Null.
In Abb. 7 haben die beiden Stoßverbindungen ver
schiedenen Widerstand, I 50 o/0 und II 100 o/o, daher ist ij, > i2- Die Spannungsverteilung der Schienen gegen
einander läßt sich ohne weiteres aus der Abbildung erkennen. In Abb. 8 sind die beiden schlechten Stoß
verbindungen in der Schiene 1 vorhanden, und zwar 1 1 = 1 0 0 % und 1 = 5 0 % , so daß
¡2> ij, ist.
_____ ______________ Op --150 A
- z :
. 100%
i , - 3 6 A f f 5 0 %
! ' Spannm
UT
4,6Vh > k , R \ = 0,08 Q + 50 \ , R 2 = 0,08 Q + 100 %.
Abb. 7. Spannungsunterschied zwischen 2 Schienen eines Gleises ohne Querverbindungen mit zwei verschieden
schlechten Schienenverbindungen.
von solchen verschleppten Spannungsunterschieden werden durch die Abb. 9 - 1 4 veranschaulicht. Sie lassen sich auch sämtlich an der eingangs erwähnten Lehrvorrichtung nachweisen.
S c h ä d l i c h e W i r k u n g e n d e r S t r e u s t r ö m e . Abgesehen von den erwähnten, infolge schlechter Isolierung abirrenden h ö h e r n Spannungen sind als schädliche W irkungen der Streuströme hauptsächlich ihr zerstörender Einfluß auf die eiserne Strecken- und Schachtausrüstung durch Elektrolyse sowie die G e fäh rd u n g des elektrischen Schießbetriebes durch H erbeiführung von F rühzündungen zu nennen; auch scheint die Möglichkeit der Schlagwetterentzündung durch den Öffnungsfunken von Streuströmen nicht ganz ausgeschlossen zu sein.
F ü r die e l e k t r o l y t i s c h e W i r k u n g sind die Be
dingungen gegeben, wenn die Stromart Gleichstrom ist und dieser aus einem metallischen Leiter, besonders Eisen, in feuchte Luft oder in eine säure- oder salz
haltige Flüssigkeit tritt und diesen Elektrolyten zer
setzt, wobei sich an dem Leiter chemisch wirksame Stoffe ansammeln, die ihn im Laufe der Zeit zer-
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T ■ •' ' Spannung Rohr gegen Erde - 0
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Abb. 9. Rohrleitung bei A mit den Schienen verbunden und geerdet (s. Abb. 3).
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Spannung Rohr gegen Erde <*0 + * ] l l i 11 i I i I • IH i 1 ffTTTiTlW ft'H l’i W lU i W.llÜJ i H1H i SI i H11M1 i j 11 < 1 il*H ?
A Spannung ftohr gegen Q/eis * 0 bis + e &
Abb. 10. Rohrleitung bei B mit den Schienen verbunden und Schienen bei A geerdet (s. Abb. 3).
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-TT^rß- U M
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Spannung ftohrgeg»Rohr gegen Q/eis - 0 bis - gSpannung ftohrgegen Erde - -e
Abb. 11. Rohrleitung bei A mit den Schienen verbunden und Oleis bei B geerdet (s. Abb. 4).
ÄT
oi- Spannung Rohr gegen Erde -O b is-§ \ß
Spannung Hohr gegen (¡ieis-O bis-e -ih
Abb. 13. Rohrleitung bei A mit den Schienen verbunden, Gleis nicht geerdet (s. Abb. 5).
=135
Spannung ftohr gegen Q/eis . Obis +e ^ B
ipjgmmnnmmBn ujaijituammi
Spannung Rohr gegen Erde *0
Abb. 12. Rohrleitung bei B mit dem Gleis verbunden [und geerdet (s. Abb. 4).
Abb. 14. Spannungsunterschied zwischen zwei Rohrleitungen, von denen I bei A und II bei B mit dem Gleis verbunden ist.
Abb. 9 — 14. Durch Rohrleitungen aufgenommene und verschleppte Spannungen (Spannungsabfall im Rohr = 0).
stören. Dies trifft besonders für die im Erdboden verlegten Rohrleitungen und Kabel zu, und zwar verhalten sich schmiedeeiserne Rohre ungünstiger als gußeiserne, da sie ihrer fünf- bis sechsmal g ro ß e m Leitfähigkeit entsprechend höhere Stromstärken führen und infolge ihrer geringen W andstärke eher durch
gefressen sind. Auch bildet die G u ß h a u t einen aller
dings geringen natürlichen Schutz gegen das Ein
treten der Streuströme. Bei der Streckenausrüstung untertage ist deshalb die G efahr derartiger Schäden nicht sehr groß, weil die Rohrleitungen und Kabel hier in der Regel nicht in das Erdreich gebettet, sondern an Stempeln frei aufgehängt werden. Immer
hin gibt es auch hier Stellen, wo beim Strom aus
tritt Grubenwasser oder Grubenfeuchtigkeit vor
handen sind und Rohre oder Kabel mit diesen in Be
rührung stehen. Grubenwasser enthält Salze, haupt
sächlich Chlorverbindungen, welche die Anfressungen befördern. Das beim S trom durchgang entwickelte Chlor ist im Zustande des Entstehens sehr wirksam.
Hohe Stromdichte, d. h. das Zusammendrängen einer großen Stromstärke auf einem engen Durchschnitts
weg ist hier besonders schädlich, daher sind die Rohre vor allem an den Schellen und Dichtungs
stellen gefährdet. Die Vorschriften des Verbandes deutscher Elektrotechniker geben deshalb an, daß Stromdichten von mehr als 0,75 A'IA qdm für die Rohre als schädlich anzusehen sind. Rohre von kleinem Durchmesser sind stärker gefährdet als weite.
Ein Rohranstrich’ an der Austrittsstelle kann, da er nie ganz dicht ist, die austretenden Ströme an einer undichten Stelle vereinigen und so die ungünstige W irkung verstärken, während er gegen den Stromein
tritt in das Rohr einen guten Schutz zu bieten ver
mag. Die R ohranfressungen führen schließlich zur Undichtheit. Schlimmere Folgen können die Beschä
digungen bei Kabeln haben, da sie unerwartete Kabel- durchschläge hervorrufen. Angesichts des weiten Aus
dehnungsbereiches der Streuströme sollte man bei er
heblichen Anfressungen an Förderseilen untersuchen, ob nicht Streuströme die Ursache sind. Selbstverständ
lich können auch nur chemische Einflüsse vorliegen, es ist jedoch erwiesen, daß elektrolytische Wirkungen
unter sonst gleichen Bedingungen stärker als rein chemische sind.
W ährend für die elektrolytische Wirkung, deren Schaden erst nach einer lange m Zeit sichtbar wird, vorwiegend die dauernd fließenden Streuströme in Frage kommen, ist die G e f ä h r d u n g d e s S c h i e ß - b e t r i e b e s hauptsächlich auf Streuspannungen zurück
zuführen, die einen Ausgleich durch Schießleitungen und Zünder finden und dadurch Frühzündungen von Schüssen hervorrufen (Abb. 15). Bei den heute ge-
Zünder ScHieJs/eitunoio
~TP?,..
~T1 ^ '■yrriiM oS/m s/rom Abb. 15. Falsches und richtiges Kurzschließen
d er Schießleitung.
bräuchlichen Spalt- und Brückenglühzündern wird durch den eingeleiteten elektrischen Strom in einem W iderstand eine W ärm em enge erzeugt, die die T em p e
ratur der Zündmasse bis zu ihrer Entzündung erhöht.
Die entwickelte W ärm em enge ist dabei abhängig vom P rodukt J 2 Rz t (Stromstärke, Widerstand, Zeit). Der W iderstand wird bei den Spaltglühzündern durch die Zündmasse selbst oder eine Isolierung, bei den Brücken
glühzündern durch einen dünnen Platin- oder Nickelin- streifen gebildet. Die letztgenannten Zünder erfordern wegen ihres erheblich g eringe m W iderstandes zur E r
zeugung derselben W ärm em enge eine größere Strom stärke. Von der entwickelten W ärm em enge wird einTeil abgeleitet. Entspricht die abgeleitete der entwickelten Wärm emenge, so tritt keine T em peraturerhöhung ein und der Zünder nicht in Tätigkeit. Die Entwicklung der zur Zündung notwendigen T em peratur kann längere Zeit, bis zu einigen Sekunden, dauern, sie kann aber auch so schnell vor sich gehen, daß bei Brückenglühzündern die Zündmasse unter Umständen keine Zeit zur Entzündung findet. Jeder Zünder hat also eine M indeststromstärke nötig. Die Zünd
maschine erzeugt nur die S pannung; nach dieser und dem Gesamtw iderstande des Stromkreises richtet sich die Stromstärke J = —. E Der Gesamtwiderstand R setzt
K
sich zusammen aus dem innern Widerstand der Zünd
maschine Ri, aus dem Widerstand der Schießleitung RI, dem Widerstand der Zünddrähle und dem der Zünder Rz, dazu kommen noch die Ü bergangs
widerstände an den Verbindungsstellen. Demnach ist R - Ri + RI + R z+ R ü.
Dieselben Verhältnisse liegen vor, wenn als Strom quelle keine Zündmaschine, sondern eine Streuspan
nung wirkt. Diese kann nur dann zünden, wenn der W iderstand des ganzen Streustromweges so klein ist, daß die Stromstärke im Zünder einen genügend hohen W ert erhält. An Stelle von Ri treten die vielfachen Widerstände des übrigen Stromweges, die sehr hoch sein können, wenn der Strom durch die Erde oder durch Rohrleitungsdichtungen wandern muß, so daß die Zündung trotz einer an sich für den Zünder allein ausreichenden S treuspannung ausbleiben kann.
Ist dagegen der W iderstand des Streuweges gering, so kommt es im wesentlichen auf den W iderstand des Zünders an, da ja die Schießleitungen ein e n g ro ß en Querschnitt haben und die Streuspannung so nahe bei der Zündstelle auftreten kann, daß der W iderstand der Zündleitung keine Rolle mehr spielt. So würde z. B. ein Spaltglühzünder von 20 Q Widerstand,
1 / l \ 2 i
— A Strombedarf und — ■ 20 = — Watt Leistung bei
1U \ 10/ 5
20 • “ = 2 V, dagegen ein Zünder von 80 Q Wider-
1 / 1 \ 2 1
stand, —rA Strombedarf und (-■_) - 8 0 = Watt, also
2U \20/ 5
von gleicher Stromleistung, bei 80 • 4 V ansprechen.
Der hier günstige höhere W iderstand ist für die Zündmaschine im allgemeinen nicht so vorteilhaft, wenn eine größere Anzahl von Schüssen in Hinterein
anderschaltung abgegeben werden soll, da die Zünd
maschine dann eine höhere Spannung, aber wegen der dem höhern Zünderwiderstand entsprechenden geringe m Stromstärke keine größere Leistung her
geben muß, der Leistungsverlust in der Schießleitung infolge der verringerten Stromstärke vielmehr kleiner ist. Streuspannungen von 15 V und m ehr bilden d a her, abgesehen von den Funkenzündern, fast für jede andere Art der gebräuchlichen Zünder eine Gefahr. Ein Zünder von 100 W iderstand würde z. B. nur dann nicht ansprechen, wenn er einen höhern Strom als-y—^ = 0,15 A benötigte, während 15 er tat
sächlich schon bei 0,1 A wirken dürfte. Gegen so hohe und gar noch höhere Streuspannungen muß man sich also unbedingt zu schützen suchen.
Die G efahr der Schlagwetterentzündung besteht da, wo vor O rt ein durch Druckluft- oder W a sser
leitungsrohre gebildeter geschlossener S treustrom kreis unterbrochen wird und ein hinreichend starker Öffnungsfunke entsteht. Ein derartiger Fall hängt von so vielen ungünstigen Zufälligkeiten ab, daß er wohl kaum eintreten dürfte. Nach dem Ergebnis der vom D am pfkessel-Überwachungs-Verein ange- stellten Versuche mit Azetylengas ist eine Zündung
nur in den Strecken mit G rubenbahnbetrieb möglich;
der Verein bezeichnet daher die Möglichkeit der S chlagwetterentzündung durch Streuströme als fast ausgeschlossen.
V e r h ü t u n g u n d S c h u t z m a ß n a h m e n . Das wirksamste M i t t e l g e g e n d i e E n t s t e h u n g der Streuströme und Streuspannungen würde darin be
stehen, alle strom führenden Leiter gut zu isolieren und als Rückleitung für Gru benbahnen statt der Schienen eine zweite gut isolierte Oberleitung zu wählen. Hierbei würden sich aber Schwierigkeiten in der Stromabnahme durch Rollen oder Bügel, un
günstige Verhältnisse für Kreuzungen und Weichen und eine erhebliche Verteuerung der Anlage bis zur Unwirtschaftlichkeit ergeben.
Ein anderes Mittel bietet in Strecken mit dop p el
gleisigen Bahnen die Anwendung des Dreileiter
systems (Abb. 16), wobei die Schienen beider Gleise
t Oberleitungl
Ąov
¿ w500V \ „ I
*50V -O berteitungE V / ^
Abb. 16. Dreileitersystem,
gutleitend verbunden sein müssen und als Nulleiter dienen. Dieser ist stromlos, wenn beide Gleise gleich
mäßig belastet sind, oder er führt nur den sehr viel schwachem Differenzstrom. Da eine ganz gleich
m äßige Belastung aber nie vorliegt, wird strecken
weise doch ein starker Strom in den Schienen fließen;
dieser nimmt seinen W e g von der Oberleitung I über Lokomotive, Gleis I und Gleis 11 nach der O berleitung II, fließt also in voller Stärke zwischen Lokomotive—G leis I und Lokomotive —Gleis II. Nach
teilig ist, daß die Oberleitungen gegeneinander die doppelte S pannung von z. B. 500 V bei 250 V gegen die Schienen haben, obwohl die Anlage nach den Vorschriften des V. D. E. als Niederspannung gilt; In der Zentrale muß ein Doppelmaschinensatz oder eine besonders ausgeführte Maschinenschaltung vorhanden sein. Das Mittel ist also nur unter dafür geeigneten Bedingungen anwendbar.
Die wichtigsten und einfachsten Abwehrmaßnahmen bestehen in einer guten A usführung und Überwachung- aller Isolierungen, sowie einem Stromrückleitungsweg von möglichst geringem W iderstande durch die Schienen. Dazu ist ein reichlicher Schienenquerschnitt und eine tadellose Verbindung der einzelnen Schienen an den Stößen, Weichen und Kreuzungen erforder
lich. Die dauernde Überwachung des Zustandes der Anlage ist von größter Wichtigkeit. Die Firma Siemens & Halske hat eine Vorrichtung gebaut, die eine schnelle P rüfung des W iderstandes der Schienen
verbindung im Betriebe gestattet. Am besten haben sich neuerdings metallische Verbinder oder die Schweißung der Schienen oder der Laschen bewährt.
Nach den Feststellungen des Dampfkessel - Über
wachungs-Vereins besitzen geschweißte Schienen
laschen nur etwa ein Zehntel des W iderstandes von
gewöhnlichen Eisenlaschen mit konischem Eisen
stöpsel. W o die Schweißung nicht angängig ist, empfiehlt sich die Anwendung verzinkter oder ver
bleiter Eisenverbinder oder der oben erwähnten Schienenverbinder von Brunnenbusch.
Auch ein Versetzen der Schienenstöße in der Längsrichtung um die halbe Schienenlänge erscheint mir bei Verwendung von gut leitenden Querverbin
dungen als ein brauchbares Mittel, besonders dort, wo die Schienen' geschweißt werden, also längere Zeit liegen bleiben. Bei einem nicht gut leitenden Schienen
stoß fließt dann der Strom durch die Q uerver
bindungen und die andere Schicne. An den Enden, Weichen und Kreuzungen würden dann allerdings Ausgleichstücke erforderlich sein.
Zum Ausgleich von Spannungen zwischen den Schienen muß man mindestens alle 100 m gut leitende Querverbindungen anbringen. Parallele Gleise sind ebenfalls in gleichen Abständen untereinander gut leitend zu verbinden. Abgelegte Förderseile lassen sich zweckmäßig zur V ergrößerung des Querschnittes der Rückleitung und zur Überbrückung schlechter Schienen
verbinder benutzen, wobei jede einzelne Schiene mit dem Seil gut leitend verbunden sein muß (Abb. 17); ein
Oberleitung__________________________
Schlechter C m /
Umformer Schienen sSchienenverbinöer i-J s
---¿—r--- 1---1--- <--- T--- H---1--- !---
_4_J_ _ _ j _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ± _ _ _ 1_ _ _ kB.
Förderseil
Abb. 17. Vergrößerung des Riickleitungsquerschnittes durch Förderseil.
Ersatz für die Schienenverbindungen kann und darf dieses Behelfsmittel jedoch nicht sein. Die Frage, ob Holz- oder Eisenschwellen vorteilhafter sind, ist u m stritten. Mir erscheinen Holzschwellen als zweck
mäßige]-, da sie den Übergangswiderstand nach der Sohle vergrößern, nicht rosten und elektrolytischen Zerstörungen nicht unterw orfen sind. Überreichliches Sandstreuen ist zu vermeiden, weil es zwar die Reibung zwischen Schienen und Rädern vermehrt, aber durch V ergrößerung des Übergangswiderstandes die nutzbare Spannung der Motoren verringert und Veranlassung zu erheblichen Streuströmen geben kann.
Als S c h u t z m i t t e l g e g e n v o r h a n d e n e S t r e u s t r ö m e kommt ihre Ableitung oder ihre Fernhaltung von den bedrohten Stellen in Betracht, während Streuspannungen sich auf unschädliche Weise durch einen Strom ausgleichen lassen. Die Isolierung der Rohre und Kabel durch einen Anstrich, der den Streuströmen den Eintritt verwehrt, wäre an sich zweckmäßig, wenn er sich zuverlässig anbringen ließe. Ein unvollkommener Überzug wirkt aber eher schädlich als nützlich, da an undichten Stellen die Stromdichte beim Austritt sehr hoch und die elektro
lytische W irkung besonders stark wird und da ferner die Rohre, wenn sie einmal eine Spannung ange
nommen haben, diese infolge der Isolierung besser t halten und verschleppen können.
Die gegenteilige M aßnahm e erscheint daher ge
eigneter, die darin besteht, die Rohre an den Enden und in Abständen von 100 m untereinander und mit den Schienen gut leitend zu verbinden. Damit ist
allerdings der Nachteil verbunden, daß die unmittel
bar zur Stromleitung herangezogenen Rohre im Falle von fehlender oder schlechter Schienen Verbindung den ganzen Strom führen können und daß an den Verbin
dungsstellen der Rohre infolge hoher Stromdichte elek
trolytische Wirkungen möglich sind, die sich nur durch gelegentliches Verlegen dieser Verbindungsstellen be
seitigen lassen. Anderseits können aber größere Spannungsunterschiede zwischen den Rohren sowie zwischen ihnen und den Schienen nicht entstehen und daher auch nicht verschleppt werden. Von höchster Bedeutung ist dies dann, wenn die Rohre infolge eines Isolationsfehlers die S pannung der Oberleitung annehmen, wodurch, wenn kein Ausgleich durch Ver
bindung mit den Schienen vorhanden ist, also kein Kurzschluß und damit die Abschaltung der Strecke erfolgen kann, alle sie befahrenden Menschen durch Berührung der Rohre in Lebensgefahr geraten und hier auch Schlagwetterentzündungen durch Ver
schleppung der S pannung bis vor O rt hervorgerufen werden können.
Das vielfach bei Gas- und W asserleitungen über
tage angewendete Mittel, Isolierstücke in die R ohr
leitungen einzufügen und dadurch den Streuströmen und Streuspannungen den D urchtritt zu verwehren, ist untertage von zweifelhaftem Wert, weil hier außer den Rohren noch andere T räger der Streuströme, wie Kabel, Signalleitungen, Flöze usw., vorhanden sind. Überdies können sich an diesen Stellen zwischen den zusammenstoßenden Rohren höhere Spannungs
unterschiede bilden, welche die elektrolytischen W ir
kungen verstärken und auf den bekannten W egen fortwandern. Am Ende von elektrischen Bahnstrecken dürfte es dagegen zweckmäßig sein, die weiterge
führten Schienen und Rohrleitungen durch kurze Isolierstücke zu trennen.
Um die elektrolytischen Wirkungen zu verringern, nimmt man bei Straßenbahnen durch Vertauschung der Hin- und Rückleitung von Zeit zu Zeit einen Polwechsel vor. Diese Maßnahme läßt sich jedoch nicht bei jeder Anlage durchführen, da alle Vorrich
tungen, Meßgeräte usw. für die Änderung der Strom richtung eingerichtet sein müssen.
Über den Schutz des Schießbetriebes vor Streu- strömen und -Spannungen sei noch bemerkt, daß die Prüfung der Rohrleitungen und Schienen vor Ort nur geringen W e rt hat, da im Augenblick der M es
sung die Grubenbahnstrecke wegen des zufällig ruhenden Betriebes unbelastet, im Augenblick des Schießens dagegen durch gleichzeitiges Anfahren mehrerer Lokomotiven sehr stark belastet sein kann.
Die Verwendung isolierter Schießleitungen hat nur dann Zweck, wenn alle Teile, auch die Verbindungs
stellen, bis zum Zünder isoliert sind oder jede Be
rü h ru n g von blanken Teilen der Leitung mit ändern Leitern, wie feuchten Stempeln, Kappen oder der Sohle, verhindet wird. Die wirksamste Schutzmaß
nahme ist das Kurzschließen mit einer Kurzschluß- klemme, wobei man den Kurzschluß in g rößter Nähe des Schießortes vornehmen muß (s. Abb. 15). E n t
fernt liegender Kurzschluß, etwa gar am ändern Ende
der Sclüeßleitung ist zwecklos, weil der Widerstand der Leitungen einschließlich der Kurzschlußstelle so groß sein kann, daß noch ein für die Zündung g e nügender Streustrom durch den Zunder geht. Der Kurzschluß der Schießleitung muß erfolgen, ehe man die Zünderdrähte an ihr befestigt. Ferner sollte man lieber Zünder mit h o h em W iderständen und für die Hintereinanderschaltung mehrerer Schüsse Ziindma- schinen höherer Spannung mit höherer U m drehungs
zahl verwenden. Wie sich das Schießen mit W echsel
strom von höherer Frequenz im Betriebe bew ährt hat, ist mir nicht bekannt. Die Prüfungsergebnisse der Versuchsstrecke in Derne sind günstig gewesen.
Die Verwendung von Wechselstrom höherer Fra- quenz bietet eine wirksame Sicherung, da die Streu
ströme meist Gleichströme sind und auch Irrläufer aus W echselstromanlagen von 50 Perioden dann auf den Schießbetrieb keinen Einfluß ausüben würden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die Streuströme und Streuspannungen den Gruben
betrieb nur dann ernstlich gefährden können, wenn man ihre Bildung durch mangelhafte A usführung und Instandhaltung der Isolierungen und Schienenrück
leitungen der elektrischen Gru benbahnen begünstigt und die Anwendung der bewährten Schutzmaßnahmen unterläßt.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Mit der Zunahme elektrischer Maschinen untertage gewinnt das Auftreten von Streuströmen und Streu
spannung weiter an Bedeutung. Ihr Wesen wird daher näher erklärt und die E ntstehung an Hand von Skizzen erläutert. Anschließend werden die schäd
lichen W irkungen der Streuströme besprochen und die Mittel zu ihrer Verhütung sowie die arizu- w endenden Schutzmaßnahmen einer kritischen Be
trachtung unterzogen.
Das schwefelsaure Ammoniak als Düngemittel1.
Von Dr. O. N o l t e , Geschäftsführer der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft, Berlin.
Zu den wichtigsten der gebräuchlichen D ünge
mittel gehören zweifellos die stickstoffhaltigen, unter denen die Ammoniakdünger heute am meisten Ver
w endung finden. Anfänglich verachtet und verkannt haben die Ammoniakdünger im Laufe der Jahre den Landwirten ihre guten Eigenschaften bewiesen und, be
sonders nachdem im letzten Jahrzehnt durch die tech
nische Vervollkommnung der Synthese von F. H a b e r eine vermehrte und billigere H erstellung gelungen war, mit Riesenschritten das Feld erobert. Die stetig gestiegene Nachfrage unserer Landwirtschaft zeigt, daß man sic als wichtigen W achstum sstoff und Mittel zur Steigerung und Verbesserung der Bodenerträge zu würdigen weiß. Bekanntlich ersetzen das schwefelsaure Ammoniak und der Kalkstickstoff heute nicht nur den frü h em Bedarf an Chilesalpeter, son
dern haben darüber hinaus die Menge des vor dem Kriege verbrauchten Düngestickstoffs um fast 50 o/o gesteigert.
Nach dem Grundsatz, daß man mit möglichst ge
ringem Aufwand möglichst W ertvolles erzeugen soll, muß auch der Landwirt auf die Anw endung möglichst billiger Rohstoffe von g rößter Wirksamkeit bedacht sein. Zur Verbesserung der Ernten fü h rt er seiner W irtschaft von außen Hilfsstoffe zu, von denen die wichtigsten Stickstoff, Phosphorsäure, Kali oder Kalk enthalten. Da nun der W irkungsw ert der Dünge- stoffe verschieden, derjenige des Stickstoffs meist kleiner als der der Phosphorsäure oder des Kalis ist und unsere Böden in der Regel für Stickstoff bedürftiger als für die mineralischen Stoffe sind, muß der Stickstoffdünger in verhältnismäßig größerer Menge verwendet werden als die ändern. Zu dieser Erkenntnis ist man merkwürdigerweise erst in den letzten Jahren, besonders durch die Arbeiten F.
5 V o rtr ag , gehalten in d e r G e n er alv e rsa m m lu n g d es V ereins für die b e r g baulichen Interessen in Essen am 26. F e b ru a r 1925 (O lü ckauf 1925, S. 291),
A e r e b o e s , gelangt, obwohl die Stickstoffbedürftig
keit der Äcker schon vor den Zeiten J. v. L i e b i g s , der als Vater der K unstdüngung gilt, bestanden hat.
Beim Studium der Schriften Liebigs1 findet man, daß er die Bedeutung der D üngung mit Ammoniaksalzen völlig verkannt hat, indem er die Meinung vertrat, daß wohl die Zufuhr der Mineralstöffe, des Kalis, der P hosphorsäure und des Kalkes, zum Boden notwendig sei, nicht aber die des Ammoniaks, weil dieses den Pflanzen in ausreichender Menge durch die Atmo
sphäre und durch das Bodenwasser aus den Ver
wesungserzeugnissen der organischen, stickstoff
haltigen Pflanzen geliefert würde. Gegen diese den Tatsachen widersprechende Ansicht erhoben die Ver
treter der wissenschaftlichen Landwirtschaft lebhaften Widerspruch, der durch die spätem Untersuchungen von J. B. B o u s s i n g a u l t , G . V i l l e , J .B . L a w e s und J. H. G i l b e r t eine Bestätigung gefunden hat. Außer
dem war schon seit langem bekannt, daß eine der wichtigsten organischen Verbindungen, das Eiweiß, bei Verwesung Ammoniak bildet, und auf G rund des G e
setzes von der E rha ltung des Stoffes ahnte man, daß aus Ammoniak unter Mithilfe anderer Wachstumsstoffe Eiweiß gebildet werden könne. In dem Kampf der Meinungen über die Bedeutung des Ammoniaks als Düngemittel unterlag Liebig, der später seine Lehre dahin ergänzte, daß die D üngung nicht nur an
organische »Aschenbcstandteile« sondern auch Ammoniak als zu den » mineralischen«^ Pflanzenbau- stoffen gehörig erfordere, und dadurch der ganzen Streitfrage den Boden entzog. Seine anfängliche Ab
lehnung, Welche die A nwendung der Stickstoffdün
g u n g immerhin gehem mt hat, erklärt sich daraus, daß er die Fähigkeit der bodenbereichernden Schmetter
lingsblütler, freien Stickstoff zu binden, und die Mög-
1 Die o rg a n isch e C hem ie in ih r e r A n w en d u n g au f A grikultur u n d P hysio
lo g ie , 1. Aufl.
lichkeit der Vereinigung des Stickstoffs mit W a sser
stoff zu Ammoniak sowie seiner Oxydation zu Sal
petersäure nicht berücksichtigte. Infolgedessen konnte er sich in bezug auf den Stickstoff und das Ammoniak nicht vom Humus freimachen, den er ja als Pflanzenbaustoff ausschalten wollte, weil, nach seiner Auffassung, alles Ammoniak, mit Ausnahme des durch Vulkantätigkeit gebildeten, immer wieder aus der Verwesung stickstoffhaltiger Pflanzenstoffe hervorging. Tatsächlich wurde bis etwa zum Jahre 1900 sämtliches Ammoniak, auch das der Kokereien, wenigstens mittelbar aus organischen Stoffen erzeugt.
Erst durch die Bindung des Luftstickstoffes an Kalzi
umkarbid nach A. F r a n c k und N.. C a r o oder an W asserstoff nach H a b e r ist es gelungen, Ammoniak in größerer Menge aus nicht organischen Stoffen zu gewinnen. Durch die Nutzbarmachung des Luftstick
stoffs zur F örderung des Pflanzenwuchses sank der Preis des Ammoniaks, während die Möglichkeit und der U m fang seiner wirtschaftlichen Anwendung als Düngemittel zunahm.
Über die L e i s t u n g s f ä h i g k e i t des schwefel- sauern Ammoniaks als Dünger, dessen Bewertung nach dem. Stickstoffgehalt erfolgt, liegen zahlreiche Untersuchungen vor. Danach leisten 21 kg N je ha:
Getreidekörner
in dz
Hessen 3,7
Brandenburg 3,1
Deutschland 3,2
Dänemark 2,8
Man ersieht daraus, daß die Leistung des Stick
stoffs vom Klima, d. h. hauptsächlich der Sonnen
einwirkung, abhängt, und zwar nehmen beide vom Äquator nach den Polen hin ab. Unter mittlern deutschen Verhältnissen kann inan für 1 dz Ammoniak
dünger mit einem E rtrage von 3,2 dz Getreidekörnern oder 22 dz Kartoffeln je ha rechnen. Die W irkung des Stickstoffs ist aber auch abhängig von der Größe der verabreichten Gabe. So wurden z. B. im Jahre 1923 bei den Versuchen der Deutschen Landwirt
schafts-Gesellschaft für Deutschland je 21 kg N und je ha folgende Leistungen festgestellt:
G röße der Gabe ( N H 4) 2S 0 4 ent
sprechend N
Leistung
dz- ,
te
dzRoggenkörner
1,6 34 2,71
2,0 42 3,44
2,4 50 3,89
Haferkörner
1,6
—
2,352,2
—
3,152,8 — 3,37
hn Jahre 1922 gewann man in Brandenburg für die genannte Einheit Stickstoff bei einer Gabe von 1,5 dz ( N H 4)gS04 ( = 3 1 kg N) 3,4 dz Getreide
körner und bei 3,0 dz (N H ^ o S O , (= 63 kg N) 2,8 dz Getreidekörner. F ü r die W irkung ist schließlich auch
die Art des Stickstoffdüngers maßgebend, wie die nachstehende Zusammenstellung zeigt. Je 21 kg N leisteten:
bei einer Gabe von 40 kg 80 kg 120 kg N je ha
1923: als (NH4)*S04 . 6,75 6,85 6,91 dz Heu als Kalkstickstoff 6,26 5,65 5,78 „ „ 1924: als (NH4)2S 0 4 . 7,16 6,22 6,09 „ „ als Kalkstickstoff 5,99 5,38 4,97 „ „ Nach Liebig wird bekanntlich die H öhe der E rträge vom »M inim um «, d . h . vom Verhältnis des in g e ringster Menge vorhandenen Wachstumsstoffes zu allen ändern geregelt; seine richtige Erkennung ist für den Landwirt zur Erzielung g rößter W irt
schaftlichkeit wichtig. W enn nicht alle N ährstoffe in günstigster Menge vorhanden sind, wird die W irkung der einzelnen W achstum sstoffe nicht voll ausgenutzt.
Wie die Zusam menstellungen erkennen lassen, sind recht hohe Gaben Stickstoffdünger mit guter steigender Verwertung angew andt worden, nämlich bis zu mehr als 50 kg je ha für Getreide. E rst eine Gabe von 60 kg N je ha hat 1922 in B randenburg ein Sinken der Erträge zur Folge gehabt. W enn man bedenkt, daß bei einem jährlichen Verbrauch von 280 000 t N in Deutschland bei 28 Mill. ha landwirt
schaftlich genutzter Fläche auf 1 ha durchschnittlich nur 10 kg entfallen, so ergibt sich, daß der Stick
stoffverbrauch noch erheblich gesteigert werden kann und muß, zumal, da in den intensiven W irtschaften 4 - 5 f a c h höhere Gaben mit Nutzen Verwendung ge
funden haben.
Gegen diese von führenden W issenschaftlern ver
tretene Auffassung ist nun in den letzten Jahren eine andere laut geworden, die dahin geht, daß die aus
giebige Verwendung physiologisch saurer Dünger, zu denen auch das schwefelsaure Ammoniak gehört, durch Hinterlassung der säuern Reste auf den Boden schädigend wirke und daher möglichst einzuschränken sei. Selbstverständlich genügt das bloße Ausstreuen des Ammoniaksalzes oder eines beliebigen ändern D üngers auf den Äckern nicht, sondern es müssen auch die Vorbedingungen für seine W irkung geschafft werden, d. h. der Boden muß, wie der Landwirt sagt,
»in Kultur« sein. Auf Unland gestreut wird es nie
mals die angeführten, auf gründlich bearbeiteten Böden erzielten Versuchsergebnisse erreichen; erst durch Schaffung der.» alten Kraft« des Bodens nimmt auch hier die D üngewirkung zu. W ir wollen uns aber von dem G espenst der B o d e n s ä u r e nicht schrecken lassen, sondern versuchen, seiner Daseins
berechtigung auf den G rund zu gehen. Zur Bindung von Säuren benutzt man meist Basen, und in der Tat-
Durchschnitt aus den Jahren
Erträge auf 1 ha in dz R o g g e n\ Weizen
t Gerste Hafer
Kar
toffeln
1911-1913 18,5 22,3 21,3 19,7 137,5
1914-1916 15,3 19,1 17,8 17,7 125,1
1917-1919 13,6 16,5 14,3 13,3 112,5
1920-1922 13,4 17,0 15,4 14,4 321,1
1923 15,3 19,6 18,1 18,3 119 5
1924 13,4 16,6 16,6 16,0 131,9
sache, daß die Verwendung der billigsten Base, des Kalkes, seit 1913 erheblich zurückgegangen, die der säuern Dünger dagegen gestiegen ist, glaubt man die Ursache des Rückganges der Ernten seit 1914 e r
blicken zu müssen.
Bei Betrachtung der vorstehenden Übersicht über die Ernteerträge in den Jahren 1 9 1 3 - 1924 erkennt man, daß das Jah r 1923 durchschnittlich eine ebenso gute Ernte wie die Jahre 1914/15 geliefert hat, in denen die großen Kalkmengen von 1913 doch nach
wirken mußten. Gerade für 1923 hatten aber die Anhänger der Bodensäure-Theorie besonders für den H afer eine erschreckende Mißernte vorausgesagt, während er tatsächlich 50 o/o mehr als im Jahre 1922 erbrachte. Auch die Ernte an den besonders säure
empfindlichen Futterpflanzen Klee und Luzerne war recht gut. Die heftigen Regenfälle im Sommer 1924 haben bekanntlich einen erheblichen Teil der G e
treideernte vernichtet, die noch im August fast eben
so hoch geschätzt wurde als jene von 19231. Die E r
träge der weniger säureempfindlichen Getreidearten schwanken in den einzelnen Jahren noch m ehr als die der Gerste und des Weizens. Auffallend gut war im letzten Jahre die Ernte der besonders säure
empfindlichen Rüben, wie folgender Vergleich zeigt:
Jahr dz ha
1924 260,3 1923 226,7 1922 258,6 1917 248,1
Jahr dz/ha
1916 246,0 1915 1914 1913
274,0 297,3 299,7
W enn die Säure des schwefelsauern Ammoniaks die Böden wirklich »krank« machte, müßte die Bodensäure hauptsächlich in den ausgiebig d ü ngen
den Gegenden zu spüren sein. Eine Umfrage der Düngerstelle der Deutschen Landwirtschafts-G esell
schaft bei fast 2000 intensiv wirtschaftenden Land
wirten, von denen 62 o/o antworteten, hat jedoch e r
geben, daß die sogenannte Bodensäure nicht in den Gebieten mit intensiver, sondern mit extensiver W irt
schaft am meisten verbreitet war. Auch eine P rüfung der Bodenreaktion in der stark düngenden Provinz Sachsen durch F. M u n t e r hat gezeigt, daß die be
sonders ausgiebig düngenden Kreise nicht versauert waren. Daraus muß man notwendigerweise schließen, daß die Erscheinungen der Bodensäure auf Mängel in der Bewirtschaftung und das Verkennen des Mini
mums zurückzuführen sind.
ln der T at haben die Felder w ährend des Krieges und in der Nachkriegszeit erheblich Mangel an guter B ehandlung gelitten. Die Arbeitszeit wurde verkürzt, die Unkrautbekäm pfung ließ nach, die Bestellung war minderwertiger, die Menge des zur Verfügung stehenden Stallmistes ging zurück usw. Sollten sich diese M ängel nicht in einer Abnahme der Erträge äußern? Mit dieser Auffassung steht auch die T a t sache im Einklang, daß besonders die extensiv be
wirtschafteten G egenden an Bodensäure leiden. W enn zufällig der Verbrauch an Kalk für landwirtschaft
liche Zwecke in jene r Zeit zurückgegangen ist, so
1 Schätzung von A u g u st 1924: R o g g en 14,2, W eizen 17,3, G erste 18,0, H a fe r 17,4 dz/ha.
braucht dies noch lange nicht die Ursache für die m angelhaften Erträge zu sein, denn mit derselben Berechtigung könnte man den geringen Kalkver
brauch als G rund für die Steigerung der Erträge seit dem Jahre 1919 anführen. M aßgebend für den Kalk
verbrauch ist die Preisgestaltung. Mit der Verbilli
gung des Mergels vermehrte sich auch sein Absatz.
Der Verbrauch an Ätzkalk und an Superphosphat wird hinter dem der Vorkriegszeit bleiben, solange die Preise wesentlich den Friedenspreis überschreiten;
um gekehrt hat die Verwendung von Stickstoff zuge
nommen, weil sein Preis gefallen ist, und dasselbe steht von einer Preisherabsetzung der Kalisalze zu erwarten.
Weiterhin läßt sich auch jene B ehauptung der Vertreter der Bodensäure nicht aufrechterhalten, daß saure Düngemittel für saure Böden ungeeignet sind.
Durch Versuche der Deutschen Landwirtschafts-Ge
sellschaft wie auch von H. D e n s c h , O. Lern m e r m a n n u. a. ist festgestellt worden, daß saure Dünge
mittel, z. B. Kalisalze und Superphosphat, auf säuern Böden auf die verschiedensten Pflanzen recht gut und sogar besser als alkalische D ünger gewirkt haben. Das saure Superphosphat wie auch das basische Tom asmehl übertrafen auf säuern Böden öfter sogar die Kalkung, die gelegentlich ganz ver
sagte, wie die von der Deutschen Landwirtschafts- Gesellschaft angestellten Untersuchungen zum System Aereboe-W rangell zeigen, ln Deutschland wirkt das schwefelsaure Ammoniak in der Regel besser als der Kalkstickstoff. Dies haben vornehmlich die neuesten Versuche der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft auf Wiesen, die leicht sauer sind, dargetan. Zudem ist die Kalkbedürftigkeit der Böden nach altern Ver
suchen von P. B ä s s l e r und nach neuern der land
wirtschaftlichen Versuchsstationen im Mittel geringer, als man nach der großen Zahl der säuern Böden erwarten sollte.
Die Ursachen für das Auftreten der Bodensäure sind nämlich mannigfaltig, und zwar besonders häu
fig übermäßige D urchwässerung oder ungenügende Durchlüftung, Mängel, die man vor allem beheben muß. Es geht auch nicht an, daß man, wie H.
K a p p e n , das Superphosphat nicht als physiologisch sauer betrachtet, da es auf alle Fälle dem Boden zunächst Säure zuführt, auf sauerm Boden also das Wachstum verringern müßte, während es tatsächlich auch hier, besonders in der beliebten Mischung mit schwefelsaüerm Ammoniak im Verhältnis 9 : 9 er
tragverm ehrend wirkt, ln diesem Zusammenhang sei auch auf die physiologisch säuern Kalisalze hin
gewiesen, die nach dem einwandfreien Zeugnis von W. H e n n e b e r g , F. N o b b e und C. V o g e l ihre er
tragsteigernde W irkung in den 60 er Jahren zuerst auf säuern Wiesen, sauerm Niederungsm oor und armen, oft säuern Sandböden, aber nicht auf dem alkalischen oder neutralen Boden der M agdeburger Börde bewiesen haben.
Bei der W ahl des Düngemittels sind weniger
chemische als wirtschaftliche Gesichtspunkte zu be-
achten. Man darf also für saure Böden nicht ohne weiteres saure oder physiologisch saure Dünger ab
lehnen, sondern muß sich sagen, daß der W achstum s
stoff, der im Minimum und verhältnismäßig am billigsten ist, die größte Rente bringen wird und daher vorwiegend Verwendung zu finden hat. In der großen Mehrzahl der Fälle ist dies von den Hilfs
düngern, wie zahlreiche Versuche gezeigt haben, der Stickstoff, es können aber auch P hosphorsäure, Kali oder Kalk in Frage kommen, nicht zu schweigen vom Wasser. Die Entscheidung, welches Düngemittel für seinen Boden am nutzbringendsten ist, muß der Land
wirt auf G rund seiner Erfahrungen, nötigenfalls unter Zuhilfenahme von Feldversuchen selbst treffen.
Der Grund für die in der Frage der Bodensäure herrschende Verwirrung ist hauptsächlich in den mangelhaften Anschauungen über das P f l a n z e n w a c h s t u m zu suchen. Man berücksichtigt dabei nicht genügend die beiden Sprichwörter: »Allzuviel ist ungesund« und »Jedes Ding hat zwei Seiten«.
Sie besagen, auf den Pflanzenwuchs angewandt, daß jeder Wachstumsstoff, m ag er sauer, neutral oder alkalisch sein, je nach den Umständen fördernd und verringernd wirken kann. Das »Ausmergeln«, von dem unsere G roßväter sprachen, kann nicht nur durch einseitige D üngung mit Kalk, sondern auch,m it Chile
salpeter, mit Kalisalzen, Ammoniumnitrat usw. ein- treten, wie so viele m ehr mißverstandene als miß
lungene Versuche beweisen. Dem Ausspruch Liebigs:
»Das Minimum re gelt die, Höhe der E rträge«, liegt die Auffassung zugrunde, daß die Pflanze die N ä h r
stoffe in einem bestimmten »harmonischen«, ihren Bedürfnissen entsprechenden Mischungsverhältnis ver
langt. Diese Harmonie, die aliein die sparsamste Ausnutzung aller Nährstoffe gewährleistet, muß der Landwirt aus seinen Pflanzen herausklingen hören oder im Notfälle durch Versuche ermitteln.
Zur Veranschaulichung des W achstum svorganges diene ein Bild über die W irkung der einzelnen Wachstumsstoffe, wie man es sich auf G rund neuerer Versuche von E. A. M i t s c h e r l i c h (s. A b b . l ) machen
Abb. 1. Wirkung der einzelnen Wachstumsstoffe auf den W achstumsvorgang.
