Elektrotechnik und Maschinenbau

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Elektrotechnik undMaschinenbau
Zeitschrift des Elektrotechnischen Vereines in Wien
Schriftleitung: Ing. A. G rünhut
N achdruck n u r mit B e w illig un g
Heft 24
der S chriftieitung, auszugsw eise W iedergabe n u r m it A ngabe der Quelle „ E . u.
Wien, 11. Juni 1933
M. W ie n “
gestattet.
51. Jahrgang
Bemerkungen zum Stoßdurchschlag.
Von W. 0 . S c h u m a n n , München*).
In h a ltsü b e rsic h t: Der Mechanismus des Stoßdurchschlags einer Funkenstrecke ist seit der Feststellung der
sehr kurzen Zeit, in der er sich vollzieht'), vielfach
diskutiert worden. Ein Mangel sämtlicher theoretischer
Überlegungen, die zur Erklärung der kurzen Durchschlagszeit dienen sollten, ist die Nichtberücksichtigung der Feld­
verzerrung vom Beginn des Vorgangs an, die sofort ein­
setzt, sobald Ionen und Elektronen sich in der Strecke
oewegen. Ich habe auf die W ichtigkeit dieser Tatsache
schon 1930*) hingewiesen und zunächst die Feldverzerrung
für den stationären Zustand (sehr langsamer Spannungs­
anstieg) exakt berechnet und näherungsweise die Feld­
verzerrung, die bei sehr plötzlich angelegter Spannung
entsteht, bestimmt. Inzwischen hat Herr Dr. S ä m m e r5)
auf meine Veranlassung das Problem der Feldverteilung
bei Stoßspannung eingehend behandelt und es sollen zu­
nächst die Resultate kurz mitgeteilt werden.
Als Grundlage der Rechnung dient die Annahme,
daß zwei unendlich große, ebene, paiallele Platten
die Luftschicht von der Dicke D begrenzen. Die
Kathode, der negative Pol, liege bei * = 0, die
Anode bei x = D (Abb. 1). Die positive Feldstärke
5 zeigt von rechts nach links, die Elektronen
wandern nach rechts, die positiven Ionen nach links.
Die Luftstrecke sei zunächst ganz ladungsfrei. Zur
Zeit < = 0 werde plötzlich eine Spannung U an die
Strecke gelegt und gleichzeitig beginne an der
Kathode die Emission von Elektronen, etwa durch
die Bestrahlung mit kurzwelligem Licht. Dieser
Strom an der Kathode, dessen Größe unabhängig
von dem dort herrschenden Feld sei, sei Jk. Die
Untersuchung werde durchgeführt, bis die ersten
Elektronen die Anode x = D erreichen. Die Ge­
schwindigkeit v der Elektronen sei proportional der
Feldstärke, v = r.(S, wo r = 3’3 . K P cm ’/k Vs gesetzt
*) Diese Abhandlung konnte wegen Raummangel in
die Festnummer (14/15) der Z. nicht aufgenommen werden.
D. S.
') R o g o w s k i , F 1e g 1e r, ' l a m m , Arch. f. El. 18
(1927) S. 479; R o g o w s k i , Arch. f. El. 20 (1928) S. 104;
25 (1931) S. 551.
’) W . O. S c h u m a n n , Z. techn. Phys. 11 (1930)
S. 58, 131, 194; s. a. W . R o g o w s k i, Arch. f. El. 24
(1930) S. 686.
J) H. S ä m m er, Diss. München 1933 (Zeitschr. f.
Physik 81 (1933) S. 383.
wurde. Die Geschwindigkeit der positiven Ionen ist
so gering, verglichen mit der der Elektronen, daß
sie für die kurze Zeit, die die Elektronen brauchen,
um von der Kathode zur Anode zu kommen, prak­
tisch als bewegungslos angesehen werden können
und infolgedessen auch nicht durch Stoß die Gas­
moleküle ionisieren können.
Unter diesen Voraussetzungen lauten die Diffe­
rentialgleichungen des Vorgangs4)
In diesen Gleichungen bedeutet: n die negative, p
die positive Ladungsdichte, v ist der Absolutwert
der Elektronengeschwindigkeit, a die Townsendsche
Ionisierungszahl, die angibt, wieviele Moleküle ein
Elektron bei der Verschiebung um 1 cm durch Stoß
ionisiert, a ist eine durch empirische Messungen
gegebene Funktion der Feldstärke G, etwa wie in
Abb. 2 darg6stelltr’). Die dritte Gleichung gibt die
Beeinflussung des Feldverlaufs durch das Vorhanden­
sein positiver und negativer Ladungen, wenn A die
Dielektrizitätskonstante bedeutet und £ den Absolut­
wert der Feldstärke.
Herr S ä m m e r hat die Integration der Diffe­
rentialgleichungen nach einem gemischt rechnerisch­
graphischen Verfahren durchgeführt, das sich an­
schaulich folgendermaßen beschreiben läßt. Von der
Zeit Null an ziehen Elektronen von der Kathode
zur Anode, indem sie unterwegs durch Stöße mit
neutralen Molekülen neue Elektronen und positive
Ionen in gleicher Zahl erzeugen. Zunächst herrscht
noch die Feldstärke bei Beginn &b = U / D , aber
allmählich wird die Dichte der Elektrizitätsträger so
groß, daß sie anfangen den Feldverlauf zu beein­
flussen. Das ursprünglich homogene elektrische Feld
wird also verzerrt, aber da die Spannung U dauernd
an der Strecke wirken soll, muß stets auch für das
verzerrte Feld gelten
M an bra u ch t in den G le ic h u n g e n nur den Absolut*) S. zum Beispiel W . 0 . S c h u m a n n , ElektrDurchbruchfeldstärke von Gasen, Verlag Springer, Berlin,
S. 102.
») S. a. P a a v o l a , Arch. f. El. 22 (1929) S. 443;
M a s c h, Arch. f. El. 26 (1932) S. 593.
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Elektrotechnik und Maschinenbau,
wert E der Feldstärke (5 zu berücksichtigen, denn
es läßt sich zeigen, daß @ bei Annahme einer Be­
weglichkeit der Elektronen {y = k .E ) niemals negativ
werden kann, das Feld kann an keiner Stelle etwa
seine Richtung umdrehen. Da der Anfangsstrom der
Elektronen an der Kathode Jk sehr klein ist, etwa
IO-10. . . 10~7A/cml, wird im Anfang die Feldver­
zerrung wegen der großen Geschwindigkeiten der
Elektronen ganz unmerklich klein sein und erst
nach einer gewissen Zeit merkbar werden. Es ist
wichtig zu wissen, wie weit die ersten Elektronen
gekommen sind, bevor ihre Einwirkung auf die Ver­
teilung des Feldes merklich wird.
Zu diesem Zweck integriert man die obigen
Gleichungen zunächst mit der Annahme,
daß
E = const. = E b ist, woraus natürlich auch v = const.
und a = const. folgt, wie das W . R o g o w s k i ”)
zuerst getan hat. Die dritte Gleichung wird also
zunächst nicht berücksichtigt. Hat man daraus den
Verlauf von n und p abhängig von x und < be­
stimmt, so kann man nach der dritten Gleichung
51. Jahrg., 1933, Heft 24
11. Juni 1933
Feldstärken sehr auf die Größe von Jk ankommt
(bei 26kV/cm zum Beispiel für Jk = 10“ 10A/cm!,
s * = 5 -3cm ;dagegenbei-/*=10~ 4A/cm1,s.?= 14cm),
während bei großen Feldstärken um 100 kV/cm
herum wegen der großen Steilheit der Linie der
Einfluß von Jk sehr gering ist.
W ill man nun den Vorgang weiter für größere
s (Entfernung der Front der Lawine von der
Kathode) verfolgen, so ist es dann nötig, nach
dem
erwähnten
Verfahren
alle
Differential­
gleichungen zu benutzen. Es wurden vier Fälle
durchgerechnet
Dem
Jk A/cm2 Eit kV/cm £okV/cm Ü in »H
01
10~7
45
447
06
01
10-'
90
447
110
10
10-7
26
447
- 2 '3
447
10
10-7
50
92
Es bedeutet I) die Schlagweite, Jk der Elektronen­
strom an der Kathode, E b die Feldstärke, die der
angelegten Spannung ohne Feldverzerrung ent-
s
Abb. 3.
Abb. 4.
Abb. 5
Abb. 6.
mit n und p den Verlauf von E berechnen und
feststellen, wann die Abweichung so groß wird,
daß E und damit v und a nicht mehr als konstant
angesehen werden darf. Das Feldbild, das man unter
dieser Annahme erhält, ist in Abb. 37) dargestellt.
Die ersten Elektronen (die Front des Schwarms)
sind bis zur Stelle s von der Kathode gekommen.
Vor dieser Front, von C bis D ist keine Ladung,
also konstantes Feld bis zur Anode. Unmittelbar
hinter der Front von B bis C herrscht vorwiegend
negative Ladung, die das Feld verringert, von da
bis zur Kathode längs A B überwiegt die Ladung
der positiven Ionen, die das Feld gegen die Kathode
ansteigen läßt.
Läßt man etwa eine höchste Abweichung von
10 vH gegen das ursprüngliche Feld zu, so ergibt
sich eine Beziehung zwischen Elektronenstrom Jk
an der Kathode, Frontstellung des Elektronenschwarms
sz und anfänglicher Feldstärke E b , die in Abb. 4
dargestellt ist. Man entnimmt aus diesem Bilde, daß
zum Beispiel bei einem anfänglichen Elektronenstrom
von lO ^ A / c m * bei einer Anfangsfeldstärke von
26 kV/cm die Feldverzerrung erst nach einer W an­
derung der Elektronen um zirka 5‘3cm von der
Kathode merklich wird, daß bei E b = 40 kV/cm
dieselbe W irkung bei einer Wanderung um 7 « cm
eintritt und bei £ ß = 1 0 0 k V / c m schon bei Bruch­
teilen eines mm. Ferner sieht man, daß es bei kleinen
spricht (JlD, F.0 die Durchbruchfeldstärke für
langsam gesteigerte Spannung, und Ü die Über­
spannung (E b — E0)/E 0. Daraus ergab sich:
1. Im ersten Fall ist eine Feld V erzerrung über­
haupt nicht bemerkbar, die Ladungsdichten sind
zu klein.
2. Der zweite Fall ist in Abb. 5 bis 8 darge­
stellt. Abb. 5 zeigt die Verteilung des Elektronenstromes n v über die Funkenstrecke, und zwar
Kurve A. wenn die vordersten Elektronen, die
Front, bis zur Mitte der Strecke gekommen ist.
Kurve B, wenn die Front gerade bis zur Anode
gekommen ist. Abb. 6 zeigt die bei diesen beiden
Momenten zugehörige Feldverteilung H. Die Zeit
des vollen Durchlaufens der Strecke ist 2 '4 .I0 ~ ”
sek. Die gestrichelte Kurve C in Abb. 5 gibt an,
wie der Elektronenstrom wüchse, wenn keine
Feldverzerrung vorhanden wäre. In Wirklichkeit
wächst der Strom viel langsamer, weil, wie
Abb. 6 zeigt, die Feldstärke hinter dem Kopf des
Schwarms, wegen der noch vorhandenen nega­
tiven Raumladung stark abfällt. Außerdem tritt an
die Front eine dauernde Verdünnung der Elek­
tronenladung auf. da die vordersten Elektronen in
einem stärkeren Feld und also mit größerer Ge­
schwindigkeit laufen als die darauffolgenden, und
deshalb die aufeinanderfolgenden Schichten aus­
einander gezogen werden8). Aber immerhin wächst
') S. a. R o g o w s k i, Arch. f. El. 16 (1926) S. 486
und W . O . S c h u m a n n , Zeitschr. f. techn. Phys. 11
(1930) S. 139.
’) S. a. W. O. S c h u m a n n , Z. techn. Phys. 11
(1930) S. 131.
") Aus dieser Tatsache ist also zu schließen, daß
die Raumladunßswirkungen, welche bei E i n s c h a 11v o r R ä n g e n auftreten,
die
Elektronenverniehrunji
stark verringern gegenüber dein W ert dieser Ver-
11. Juni 1933
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heit 24
die Elektronenstromstärke von 10-7 A/cm- bei
Beginn auf zirka 10~5 A/cm2 an der Anode. Außer­
dem ist in Abb. 5 mit i die gesamte Stromdichte
aufgetragen, die den Elektroden von außen zugefülirt werden muß, um die Spannung konstant zu
halten. Sie ist bei konstanter Spannung gleich
dem mittleren Elektronenstrom
wo s den Ort bedeutet, bis wohin die vordersten
Elektronen gerade gekommen sind. Dieser Strom
i beginnt bei zirka s — 0-025 cm an stark zu
wachsen und steigt bis 100 A/cm2 B).
Aus Abb. 6 ergibt sich zunächst, daß die
Feldstärken an Anode und Kathode gleich sind.
Das ist deshalb der Fall, weil sehr nahezu gleich­
viel positive und negative Träger sich zwischen
den Elektroden befinden. Bei jedem ionisierenden
Stoß wird ja gleichzeitig ein positiver und ein
negativer Träger erzeugt. Das Feld an den Elek­
troden (Kurve A) steigt zunächst langsam, bei
s = 0-05 cm auf zirka 130 kV/cm. und dann
rasch auf zirka .380 kV/cm bei s = 0-l cm
(Kurve li). Die Oebiete hohen Feldes liegen nahe
an den Elektroden, und dazwischen liegt eine
breite Schicht ziemlich konstanter niederer Feld­
stärke von zirka 30 kV/cm. Nachdem die erste
Elektronenfront an der Anode angekommen ist,
verschwindet das hohe Feld an der Anode sehr
rasch und es bleibt im weiteren Verlauf nur das
hohe Feld an der Kathode übrig. Die resultierende
Ladungsverteilung (/>—n), wie sie aus der Feld­
kurve nach der Gleichung
mehrung. der ohne Feldverzerrung auftrete. Diese Tat­
sache läßt wohl vermuten, daß die klassischen Townsendschen Futladungsglcichungen. bei denen von einer
Raumladung nicht die Rede ist lind bei denen auch
keine Einschaltvorgänge berücksichtigt werden, sozu­
sagen die günstigste Möglichkeit für die Elektronenvcrmchrung darstellen. Damit dürfte wohl auch Zusam­
menhängen, daß die Durchbruchspanming bei langsam
gesteigerter Spannung den kleinsten W ert hat, während
alle Durchbruchspannungen bei Stoßvorgängen höher
liegen. Die klassische Townsendsche Entiadungsbediiigung ist ja zugleich auch für sehr kleine Ströme die
Bedingung für die Aufrechterhaltung eines stationären
Stromes. Um Irrtiimer auszuschalten sei noch bemerkt,
daß diejenigen
Raumladungswirkungen,
welche im
s t a t i o n ä r e n Z u s t a n d auftreten. nach ganz anderen
Gesetzen verlaufen, und die natürlich die Durchschlag­
spannungen. wie altbekannt, herabsetzen, mit den hier
geschilderten Rauniladungswirkungen beim Finschaltvorgang nichts zu tun Italien.
") Die gesamte Ladungsmenge, welche in der Zeit
von 2 4 . 1 0 - ' sek von der Stromquelle geliefert wer­
den muß, ist zirka 1'6 . Kl—* Coulomb/cm1. Im äußeren
Kreis darf sich so gut wie keine Selbstinduktion be­
finden. weil sonst die Selbstinduktionsspannung L . d i l d t
so groß würde, daß die Spannung an der Funkenstrecke
stark sinken müßte. Von der Ladung der Elektroden
zu Anfang kann diese Elektrizitätsmenge nicht geliefert
werden, da die Kapazität je enr' zirka 10—11 F beträgt
und ein enormer Spannungsabfall eintreten würde, der
den ganzen Verlauf sehr stark beeinflussen würde.
Der von außen zuzuführende Strom würde nach
t = 2'4 . 10—* sek schon mehrere 100 A betragen, wenn
die Klektrodenfläehc einige enr beträgt.
335
abzuleiten ist, ist in Abb. 7 dargestellt. Es ergibt
sich eine starke resultierende positive Ladung vor
der Kathode, dann ein breites praktisch ladungs­
freies Gebiet und schließlich eine negative Raum ­
ladung vor der Anode. Das (iebiet stärkster
resultierender positiver Ladung rückt während der
Wanderung der Elektronen immer näher an die
Kathode.
Die Verteilung der positiven Ladung allein
zeigt Abb. 8 für den Moment des Eintreffens der
ersten Elektronen an der Anode. Es liegt eine
starke Ladung unmittelbar vor der Anode, dann
folgt durch die Strecke hindurch eine breite Zone
gleichbleibender Ladung von etwa der Hälfte der
maximalen Ladungsdichte, und unmittelbar vor
der Kathode sinkt die positive Ladungsdichte auf
Null10).
Abb. 9 und 10 zeigen dieselben Verhältnisse
an einer 10 cm Funkenstrecke, wenn plötzlich
eine Spannung von 260 kV angelegt wird. Man
sieht, daß hier, im Gegensatz zu der 0-l cm
Strecke, bei einer Spannung, die noch unter der
statischen Durchschlagspannung liegt, schon sehr
erhebliche Feldverzerrungen zustande kommen.
Allerdings steigt der Elektronenstrom n r während
des ersten Durchlaufens der Strecke von 10~;
A/cm2 nur auf zirka 100 A/cm2, bleibt also weit
hinter dem Strom zurück, der bei der 0T cm
Strecke bei 100 vH Überspannung zustande
kommt, und der Gesamtstrom / steigt nur auf
zirka 0M A/cm2. Das Feld steigt hingegen an
beiden Elektroden auf zirka 100 kV/cm und da­
zwischen liegt wieder eine breite Zone relativ
schwachen Feldes von 5 . . . 30 kV/cm. Die Kurve
10) Die positive Ladungsdichte vor der Kathode
beträgt etwa 16.10—* Coul/cm*. das macht bei einfach
geladenen Ionen mit einer Ladung von 1'6. 10_ l , Coul. je
Ion zirka Iß ”
geladener Teilchen je cm*. Wenn man
bedenkt, daß im cm3 bei normalem Druck und norma­
ler Temperatur zirka 2 7 .1 0 18 Moleküle sich befinden,
so ist jedes 270 000ste Molekül ionisiert. Diese große
lonenzahl befindet sich in einem Feld, das von 400 kV/cm
bis 100 kV/cm sich ändert.
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Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
der resultierenden Ladung sieht wieder ähnlich
wie in Abb. 7 aus. Der Vorgang des Durchlaufens
dauert bei 26 kV Spannung zirka 7 '5 .1 0 “ 7 sek.
W ir erhalten hier bei großen Schlagweiten bei
relativ viel kleineren Spannungen schon starke
Feldverzerrungen. Es ist also danach zu erwarten,
daß die nötigen Überspannungen für einen Stoß­
durchschlag bei größeren Schlagweiten viel gerin­
ger sind als bei kleinen, wie dies W . H o l z e r 11)
experimentell gemessen hat.
Der anfängliche Elektronenstrom Jk ist in
Abb. 5 und 9 zu 10~7 A/cm2 angenommen worden.
W ie schon erwähnt, folgt aus Abb. 4 daß bei
höheren Feldstärken E b, der Einfluß von Jk auf
die Vorgänge sehr gering wird.
Die Elektrizitätsmenge, die während des
Durchlaufens der Elektronen von der Kathode bis
zur Anode von der Kathode aus in die Luftschicht
eintritt, ist gering. Im Eall der O’l cm Strecke und
100 vH Überspannung mit Jk = 10~7 A/cm2 ergibt
sich eine gesamte Ladungsmenge von 2 .1 0 -16
Coul/cm2 oder 1000 Elektronen'cm2. Mit steigen­
der angelegter Spannung verringert sich die Elek­
trizitätsmenge sehr rasch, die nötig ist, um eine
bestimmte Feldverzerrung zu erzeugen.
Die Beobachtungen haben ergeben12), daß bei
größeren Schlagweiten bei Stoß keine wesentliche
Überspannung nötig ist, und daß die Durchbruch­
zeit bei diesen großen Schlagweiten auch sehr
kurz ist, in der Größenordnung von zirka 10 8 sek.
Daraus wäre dann der Schluß zu ziehen, daß
1. der Durchbruch schon beim ersten Durchlaufen
der Elektronenlawine eintritt13) und 2. daß der
Aufbau des Feldes auf zirka 100 bis 150 kV/cm
schon genügt, um den Durchbruch zu erzielen,
falls es auf besonders hohe Felder an den Elektro­
den ankommt.
Auch bei kleinen Schlagweiten sprechen die
äußerst kurzen eigentlichen Entladungszeiten nach
S t r i g e l 14) dafür, daß es Durchschläge gibt,
die schon nach dem ersten Durchlaufen der Elek­
tronen durch die Strecke perfekt werden, hier
allerdings bei Überspannungen bis zu 100 vH.
Mit Rücksicht auf diese Experimentalarbeit
von R. S t r i g e 1, in der gezeigt wird, daß bei
kurzen Schlagweiten und genügender Überspan­
nung ein Elektron im Mittel den Durchschlag aus­
löst, schien es auch erwünscht, den Fall zu unter­
suchen, wo die Kathode nicht einen kontinuier­
lichen Elektronenstrom emittiert, sondern wo nur
einmal eine Elektronenschicht abgelöst wird, die
von der Kathode zur Anode wandert. Herr
S ä m m e r hat auch diesen Fall behandelt11'). Mit
den gleichen Werten für die Elektronenbeweglich­
keit
3*3 . 10a
kV/cm
ergab sich folgendes,
und
mit a = 0M4
wenn
( E —23)1
die Flächenladungs-
“ ) Areh. El. 26 (1932) S. 865.
,s) Siehe W . H o l z e r , Zeitsehr. f. Phys. 77 (1932)
S. 679.
“ ) W ie ich es schon Z. techn. Phys. 11 (1930) S. 139
vermutet habe.
" ) W iss. Veröff. a. d. Siemens-Konz. Bd. 11 (1932)
M. 2. S. 52.
*5) Zeitselir. f. Phys. 81 (1933) S. 440.
11. Juni 1933
dichte an der Kathode gleich 1 Elektron je cm2,
zirka IO-18 Coul/cm2, gesetzt wurden, wobei
wieder konstante Spannung U und unbewegliche
positive Ionen vorausgesetzt wurden. Da an der
Schicht die Feldstärke springt, ist für ihre Ge­
schwindigkeit und für die Ionisierungswirkung die
mittlere Feldstärke Em (Abb. II) maßgebend. Der
Vorgang spielt sich nun so ab, daß zunächst die
Feldverzerrung ganz zu vernachlässigen ist. Bei
einer bestimmten kritischen Entfernung bildet sich
dann die Feldverzerrung sehr rasch aus, wie in
Abb. 11 dargestellt, wobei sich E m so einstellt,
daß a = 2/D wird, wo I) die Schlagweite bedeutet.
Von da ab bleibt dann Em während der weiteren
Wanderung konstant, während die Größe des
Sprunges von E natürlich immer weiter wächst.
Mit der Gleichung für a wird £ m dann 2 3 + 1 14 2 /ß
Die maximalen Feldstärken an Anode und
Kathode beim Eintreffen der Schicht an der Anode
zeigt Abb. 12, abhängig von der Feldstärke ini
Anfang E b - W ie man sieht, erhält man selbst mit
1 El/cm2 an der Kathode sehr bedeutende Feld­
stärken bei genügenden Überspannungen. Natür­
lich gilt das nur solange, als die Elektronen w irk­
lich in einer Ebene verlaufen. Denn sonst wird die
Elektronenschicht auseinandergezogen, und die
Existenz einer negativen Feldstärke wird unmög­
lich. Bei 100 vH Überspannung erreicht man bei
= 0*1, 1 und 10 cm eine Feldstärke von
250 kV/cm an Anode und Kathode, wie Abb. 13
zeigt. Kleine Überspan­
nungen sind bei /) = 0-l cm
kaum merklich, bei D = 1
und 10 cm rufen sie
schon erhebliche Feld­
verzerrungen hervor. D a­
gegen tritt bei 0 vH
Überspannung (das heißt
bei der statischen Durch­
Abb. 13.
schlagspannung) in kei­
nem Fall eine nennenswerte Feldverzerrung ein.
Also ist Stoßdurchschlag o h n e wesentliche
Überspannung, wie er bei größeren Schlagweiten
eintritt, vom Standpunkt der Enstehung hoher
Felder an den Elektroden auf diese Weise nicht
erklärbar, wenn man noch annimmt, daß er nur
durch e i n Anfangselektron oder einige wenige
zustande kommt. Beim Eintreffen der Elektronen­
ebene an der Anode ergibt sich für die O i cm
Strecke mit 100 vH Überspannung (90 kV) eine
L ad un g sd ic hte v o n N = 4 .1 0 _8Coul/cml ,bei der 10cm
StreckeohneÜberspannung (266kV) mit a = 4 b e i2 6 ,6
kV/cm dagegen nur N = 2 .1 0 “ 0Coul/cm2. Nimmt
11. Juni 1933
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
man nun an, daß in Wirklichkeit ein Elektron, das
je cm2 an der Kathode ausgelöst ist, im Lauf
seiner W anderung zusammen mit den anderen
durch Stoß entstandenen, einen während der
Wanderung sich verbreiternden Kanal bildet, der
beim Eintreffen an der Anode nach F. O l l e n d o r f16) einen Querschnitt besitzt, der bei der
01 cm Strecke zirka 4 .1 0 _ 7 cm 2 bei Zimmer­
temperatur und 0-6 . 10~5 cm2 bei 4000° C beträgt,
und bei der 10 cm Strecke zirka 7 . 10~6 cm2 bei
Zimmertemperatur und 10-3 cm 2 bei 4000° C, so
sind die Elektronendichten auf diese Kanalquer­
schnitte bezogen, viel größer. Setzt man zunächst
die Querschnitte bei Zimmertemperatur ein, so
ergeben sich die Ladungsdichten N bei der 0'1 cm
Strecke zu ’ /,„ Coul/cm2 und bei der 10 cm Strecke
zirka 3 . IO-8 Coul/cm2. Bei 4000° C wären die
Ladungsdichten zirka lOOOmal kleiner. Die in
W ärm e umgesetzte Arbeit je Volumeneinheit ist
N E m, wo Em die mittlere Feldstärke (s. Abb. 11)
beim Eintreffen an der Anode bedeutet, die bei
der 0‘1 cm Strecke und 100 vH Überspannung
zirka 35 kV/cm beträgt, bei der 10 cm Strecke
ohne Überspannung zirka 24 kV/cm, zunächst
vorausgesetzt, daß bei kanalartiger Entladung die
Feldverteilung gegenüber der flächenartigen Ent­
ladung nicht stark geändrt wird. Damit ergibt sich
bei der 0’1 cm Strecke eine Arbeit von 3500 Joule
(bei 0° C) bzw. 3-5 Joule (bei 4000° C) und bei der
10 cm Strecke zirka 0-7 Joule (bei 0° C). Da die
spezifische W ärm e der Luft zirka 10 3 Joule/cm3
beträgt, ergibt sich bei der 0’1 cm Strecke mit
100 vH Überspannung die Möglichkeit sehr starker
Erwärmungen, bei der 10 cm Strecke ohne Über­
spannung jedoch keine nennenswerte Erwärmung.
Verglichen mit der Steigerung der Elektronen­
ladung o h n e Berücksichtigung der Feldverzer­
rung ergibt sich in den beiden Fällen eine sehr
starke Verminderung der Elektronenerzeugung
durch den Einfluß des verzerrten Feldes. Effekte,
die die W irkung der Raumladung herabsetzen,
begünstigen die Elektronenerzeugung ganz außer­
ordentlich. Bei den großen Schlagweiten mit
geringer Feldstärke und kleinem n machen kleine
Schwankungen von « enorm viel auf den Vor­
gang aus.
Eine große Schwierigkeit, die auch R og o w s k i 17) schon betont hat, liegt vor für den
Fall der Entladung isolierter Metallteile. Darf der
Vorgang als eindimensional (nur abhängig von
zum Beispiel a;) und in der dazu senkrechten
yz-Ebene als unendlich ausgedehnt angesehen
werden, so ist der von außen zugeführte Strom,
der zugleich die gesamte Stromdichte in jedem
Querschnitt darstellt,
1=4 —
+ nv
an allen Punkten des Feldes gleich Null. Daraus
dd
folgt, daß — — negativ ist, das Feld kann überall
7>t
nur a b n e h m e n, es kommt gar kein starkes
,B) A rdi. El. 26 (1932) S. 196.
’7) A rdi. El. 24 (1930) S. 686.
337
Feld und keine starke Ionisation zustande. (Vgl.
auch eine analoge Rechnung von M. S t e e n b e c k 18). Bei diesen Entladungsvorgängen ist also
die Rechnung mit eindimensionalem Vorgang
sicher nicht richtig. Aber auch bei Stoßentladung
mit einer äußeren Stromquelle ist es fraglich, ob
zum Beispiel die großen und sehr rasch auftreten­
den Ströme in der kurzen Zeit wirklich von der
Stromquelle abgegeben werden können oder ob
nicht zunächst die Elektrodenladungen den äußeren
Strom ersetzen müssen.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, muß
man mehrdimensionale Vorgänge annehmen. In
einem beliebigen Feld gilt
was bei eindimensionalem Feld als Folge hat
d i/d x = 0 ,i = konst. Die allgemeine Gleichung für
den dreidimensionalen Vorgang verlangt
oder zum Beispiel bei
eines Entladungsfadens
zylindrischer Symmetrie
Sobald also radiale Strömungen (Konvektionsströnie oder Verschiebungsströme) in der Rich­
tung auf die Achse des Zylinders zu auftreten und
diese außerdem nach innen zu zunehmen, kann
dixld r positiv sein, und es ist nicht unmöglich, daß
durch den Strömungsvorgang hohe lokale Felder
gebildet werden, selbst wenn die Spannung zw i­
schen den Elektroden abnehmen sollte.
Der naheliegendste mehrdimensionale Vor­
gang ist die Auslösung nur eines Elektrons an der
Kathode. Gerade bei sehr kurz dauernder Stoß­
entladung wird das kein seltener Fall sein. Eine
kurze Überlegung zeigt, daß in diesem Fall die
Feldverzerrung verglichen mit dem Fall der Elek­
tronen s c h i c h t relativ kleiner wird, denn das
Feld der Einzelladungen fällt mit wachsendem
Abstand quadratisch ab, w'ährend die Felder der
Schichten beim eindimensionalen Problem unab­
hängig vom Abstand von der Schicht sind. Es
treten in diesem Fall zunächst an der Kathode
lokaleFelderhöhungen auf, verursacht durch die
positiven Ladungen. Diese Felderhöhung ist am
Abgangsort des Elektrons am größten, wie Abb. 14
zeigt. Sie veranlaßt die ursprünglich gleichmäßig
verteilte negative Ladung der Kathodenoberfläche
zu dem Ort hinzufließen, wo das ursprüngliche
Elektron ausgelöst wurde, so daß hier wieder ein
Gesamtstrom / zustande kommt.
Daß die ionisierende W irkung eines Elektrons
bei Vorhandensein nur e i n e s sehr dünnen Ent­
ladungskanals größer sein muß, als bei Abnahme
einer Elektronenschicht, folgt auch daraus, daß
der Feldabfall hinter der Elektronenfront (Abb. II )
ja nur ein Ausdruck für die rückziehenden Kräfte
ist, welche die ruhenden positiven Ionen auf die
bewegten Ionen ausüben. Bei einem dünnen Faden
sind es nur die positiven Ionen dieses Fadens,
*") Wiss. Veröff. a. d. Sicmcns-Konz. Fd. 8 (1930)
H. 3, S. 90.
338
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
während es im anderen Fall die positiven Ionen
des ganzen Raumes sind, die das Elektron brem­
sen. Die Elektronen können rascher laufen und
damit stärker ionisieren. W ie groß der Effekt ist,
ist ohne genauere Rechnung schwer zu sagen, es
scheint nach rohen Überschlagungsrechnungen,
daß er nicht unbedeutend ist. Diese Verminderung
der Feldverzerrung oder die Verkleinerung der
lückziehcnden Kräfte auf die bewegten Elektronen
kann nun eine wesentliche Vergrößerung von n r,
das heißt des Elektronenstromes besonders bei
großen Schlagweiten hervorrufen, ähnlich wie in
Abb. 5 und 9, wo die gestrichelte Linie C die
Zunahme des Elektronenstromes ohne Feldver­
zerrung bedeutet. Dann könnte es Vorkommen,
daß unter Umständen schon vor Erreichen der
Anode die Elektronendichte und das Feld so große
Werte erreichen, daß der Kanal zu glühen be­
ginnt, und der weitere Vorgang nach den von
R. R ü d e n b e r g 19) angegebenen Gesichtspunkten
verlaufen könnte. Dieser Fall erscheint möglich
sowohl für die OM cm Strecke bei 100 vH Über­
spannung als auch für die 10 cm Strecke ohne
Überspannung. Bei der 0-l cm Strecke ist dieser
Vorgang bei der statischen Durchbruchfeldstärke
von 45 kV/cm undenkbar. Denn a ist dann zirka
20 und es wird ohne jede Feldverzerrung
n = n0i t = 7 n 0, wobei natürlich kein Wärmeeffekt
entstehen kann. Vielleicht liegt auch darin ein
(irund, daß bei kleinen Schlagweiten große Über­
spannungen nötig sind, bei großen Schlagweiten
hingegen nur sehr geringe.
Treffen diese Überlegungen zu, so kämen wir
zu Beginn des Stoßdurchschlages, wieder auf den
nahezu raumladungslosen Fall als den günstigsten
hinsichtlich
der Elektronenvermehrung zurück,
der dann während des Vorwachsens von einem
zweiten Stadium starker Erwärm ung und starker
Feldverzerrung abgelöst wurde, wie es schon
J. S I e p i a n20), allerdings ohne exakte Berück'“) Wiss. Veröff. a. d. Siemens-Konz. Bd. 9 (1931)
H. 1, S. 1.
” ) El. W orld 91 (1928) S. 761. Es tritt bei dieser
Vorstellung noch die urolie Schwierigkeit auf, zu be­
gründen, warum der Kopf des Fadens, wo sich schließ-
U . Juni 1933
sichtigung der Raumbelastungsfelder und damit
wohl sicher zu günstig, angenommen hat.
Von unserem Standpunkt aus gesehen, ist die
Bildung e i n e s linearen Entladungskanals die
günstigste Bedingung für die Entstehung des
Funkens, günstiger als zum Beispiel der Fall einer
flächenartigen Entladungsschicht, weil er die
größte Steigerung der anfänglich vorhandenen
Elektronenströmung ergibt. Das von
M. v.
L a u e 21) eingeführte Wahrscheinlichkeitselement
zur Erklärung der Funkenverzögerung wäre von
diesem Standpunkt möglicherweise so zu deuten,
daß nicht nur ein Elektron gebildet sein muß, das
dann die Entladung einleitet, sondern daß die
Elektronenerzeugung an der Kathode einen be­
stimmten Ungleichmäßigkeitsgrad auf der Katho­
denoberfläche haben muß. Werden zum Beispiel
wie in Abb. 15« gleichmäßig über die Fläche
verteilte Elektronen ausgelöst, so ist das nicht so
günstig, wie in Abb. 15 ft, wo zufällig nur an zwei
Stellen gleichzeitig oder kurz hintereinander lokale
Elektronenemissionen erfolgen.
Zur Bildung eines Elektronenkanals ist es am
günstigsten, wenn zufällig an einer lokalen Stelle
gleichzeitig oder kurz hintereinander möglichst
viel Elektronen ausgelöst werden, und in deren
Nachbarschaft möglichst wenige, denn dann kann
der einzelne Kanal entstehen, der von Nachbar­
kanälen nicht beeinflußt wird. Je niedriger die
Spannung ist, um so stärker muß dieser Zustand
ausgeprägt sein. Damit hat die lichtelektrische
Austrittsarbeit der Kathode einen sehr bedeuten­
den Einfluß auf die Verzögerungszeit22).
Zusammenfassung:
W enn aus den Experimenten über den S t o ß ­
d u r c h s c h l a g gefolgert werden darf, daß ein
einzelnes Elektron den Durchschlag erzeugt, und
daß bei großen Schlagweiten keine wesentlichen
Überspannungen bei kurzdauernden Strömen nötig
sind, und wenn die Vorgänge bei großen und
kleinen Schlagweiten durch denselben Mechanis­
mus erklärt werden sollen, wenn ferner auch die
Entladung isolierter Körper nach dem gleichen
Mechanismus erfolgt, so ist die naheliegendste
Annahme das Vorwachsen eines einzigen Elek­
tronenkanals aus der Kathode, der während seines
Wachstums an einer Stelle glühend wird und mit
seinem Vorwachsen zugleich Feldverzerrungen in
der Strecke hervorruft.
lieh eine sehr erhebliche Menge von Elektronen be­
findet, durch die gegenseitigen Abstoßungskräfte nicht
explosionsartig auseinanderfliegt. Es führt das auf die
Vorstellung eines ganz speziellen räumlichen Aufbaus
des Fadens aus den Ladungen. Herr Dr. S ä in m e r ist
zurzeit beschäftigt, dieses Problem durchzuarbeiten.
” ) Ann. d. Phvs. 76 (1925) S. 261.
” ) Siehe a. R. S t r i g e I. Arch. El. 26 (1932) S. 803
Rundschau.
Elektrizitätswerke, Elektrizitätsversorgung.
Das Dunston-Werk. Im Zuge der Frequenzänderitng von 40 auf 50 Hz an der englischen Nordostküste
ist zur Versorgung des über 14 000 kms großen, von
Nord East El. Supply Co. mit Strom belieferten Gebie­
tes und zur Stromabgabe an die Landessatnmelschienen
in Dunston am Tyne bei Newcastle ein neues Dampf­
kraftwerk
von
300 000 k W
Maschiiienleistung
im
Vollausbau errichtet worden, das vorläufig drei ParsonsTurbosätze von je 50 000 k W höchster Dauerleistung
bei 1500 U/min und cos y = 0 ’8 enthält. Die ZweizyHnder-Einwellen-Uberdruekturbinen mit einfachem Nieder­
11. Juni 1933
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
druckauslaß arbeiten mit Datnpf von 42 at und 425°, der
\or dein Eintritt in den Niederdruekteil bei 8 atü wieder
auf 425" erhitzt wird. Außerdem werden die Turbinen
an drei Stellen zur Vorwärmung des Speisewassers auf
170° und zur Zusatzspeisewasseraufbereitung angezapft.
Für den letzteren Zweck ist noch eine besondere Anlage
vorhanden, welche mit reduziertem Frischdampf von
17'5 at und 225° arbeitet und 22 5 t/h destilliertes Wasser
liefern kann. Außer dem Dampfeinlaß zum Hochdruck­
teil wird auch jener zum Niederdruckteii durch zwei
Ventile gesteuert, damit nicht bei geringen Leistungen
der Dampf aus den Zwischenüberhitzern in zu großen
Mengen in den Niederdruckteil strömt und dadurch eine
unzulässige Drehzahlsteigerung des Satzes hervorruft.
Um beim motorischen Ingangsetzen der Turbinen die
zum Drehen erforderliche Leistung zu vermindern, wer­
den dabei die Wellenzapfen mittels Drucköl von ihren
Lagern abgehoben. Die mit den Turbinen gekuppelten
13'5 kV-, 50 Hz-Drehstromerzeuger sind samt den zuge­
hörigen 160 kW-, 44t) V-Erregern und zwei Motorventi­
latoren vollständig gekapselt und sie werden im ge­
schlossenen
Kreisläufe unter
Benützung
von
Ölkiihlerii gelüftet. Bei der wirtschaftlichsten Belastung
von 40 000 kW ist nur ein Ventilator im Betrieb. Die
Feldstärke der Hauptmasohinen wird nur durch Feld­
regelung der Erregermaschinen geändert, die motorisch
unter Benutzung selbsttätiger Spannungsregler verstellt
werden. Die Dreistrom - Turbinenkondensatoren
von
je 3700 in2 Kühlfläche sind so eingerichtet, daß während
der Reinigung der einen Hälfte der Kupfer-Nickelrohre
die Turbinen mit verminderter Leistung weiter laufen
können. Von den Hilfsmaschinen sind nur drei lotrechte
Kühlwasserpumpen bemerkenswert, die jede bis rund
8500 ms/h bei 14'3 m Förderhöhe liefern. Die derzeit
errichtete Kesselanlage (die im Vollausbau verdoppelt
wird) umfaßt nur Qruppenrohrkessel. und zw ar sechs
71 t/h-Frischdampfkessel von Clark. Chapntan 6t Co. für
44 at und 440°, und sechs B. & W.-Kessel. die jeder
57 t/h Frischdampf liefern und überdies 82 t/h Dampf
von 270° auf 440“ wieder überhitzen. Je vier der Kessel
sind mit B. & W.-Kettenrosten. Röhrenluftvorwärmern,
Bailey-Wänden
und
Foster-Speisewasservorwärmern
ausgerüstet, die übrigen kohlenstaubgefeuerten Kessel
mit Resolutor-Einzelmühlen, B. & W.-Speisewasservorwärmern und Plattenluftvorwärmern, außerdem alle
Kessel mit Saugzug und Unterwind. Die Verbrennungs­
gase werden entstaubt. Der erzeugte Strom wird in
63 MVA-Ferranti-Trarisformatoren mit zwangläufigem Ö l­
umlauf und Wasserkühlung auf 60 kV gebracht. Die Ö l­
schalter von 1'5 Mill. kVA Abschaltleistung sind auf der
Hochspannungsseite der Transformatoren angeordnet.
Die doppelt vorgesehenen Sammelschienen sind in zwei
durch Drosselspulen gekuppelte Hauptabschnitte unter­
teilt, die wieder durch Isolatoren weiter unterteilt sind.
Die Motoren für die Hilfsantriebe der Maschinen und
Kessel werden für jeden Maschinensatz samt den
zugehörigen zwei Frischdampf- und zwei FrischdampfZwischenüberhitzerkesseln für gewöhnlich von einem
unmittelbar an die Stromerzeugerklemmen angeschlos­
senen Transformator gespeist. Zum Anlassen und für
allen Sätzen gemeinsame Antriebe wird der Strom von
zwei 66 kV-Transformatoren und im Bedarfsfalle auch
von einem 2500 kW-Hausturbosatz geliefert.
Von den abgehenden 16 Leitungen gehören zehn für
die Gesellschaft und sechs für das Elektrizitätsamt, das
in der Nähe des Kraftwerkes ein 66/132 kV-Umspannwerk errichtet hat und von dort Strom in die Landessartimelschienen schickt.
Mit dem neuen Dunstonwerk. das etwa 1'5 Mill. Pf.
kostete, verfügt die N. E. El. Supply Co. über drei Haupt­
werke (Dunston, Carville und North Tees) mit zusam­
men 282 730 kW Maschinenleistung und über Abwärmeanlagen mit zusammen 70 730 kW .
—k
(El. Rev. 112 (1933) S. 183, u. Electrician 110(1933) S. 183.)
339
Kraftwerken1) verteilt sich die jeweilige Gesamtleistung
auf die beiden Teile (etwa die Quecksilberdampf- und
die W asserdampfanlage, welcher Fall im folgenden
immer als Beispiel herangezogen ist) stets nach einem
durch die nutzbaren W ärmegefälle der beiden Arbeits­
prozesse bestimmten Verhältnis und Belastungsände­
rungen wirken daher auch auf die Quecksilberanlage
zurück, die aber bekanntlich gegen Schwankungen sehr
empfindlich ist. Um nun diese Schwankungen von der
Ouecksilberanlage fernzuhalten, also letztere stets mit
der gleichen, vollen Belastung und daher auch mit
hohem W irkungsgrad zu betreiben, sollen in die
Wasserdampfanlage Gefälle- oder Gleichdruckspeicher
eingebaut werden. Im ersten Falle wird die W asser­
dampfturbine als Entnahmeturbine ausgebildct, und je
nach der Belastung (das heißt, wenn diese größer oder
kleiner als die der Quecksilberdampfanlagenleistung
entsprechende W asserdampfanlagenleistung ist) liefert
oder entnimmt sie Dampf einem Wasserdampfgefällespeicher, der auch bei vollständigem Abstellen der
Wasserdampf tu rbine den im Wasserdampfkessel, das ist
bekanntlich gleichzeitig der Ouecksilberdampfturbinenkondensator, erzeugten Dampf aufnimmt. Die Wasserdanipf-Kesselspeisepumpe fördert ständig die gleiche
Menge, die wieder der im Quecksilberdampfkondensator
niederzuschlagenden Menge entspricht. Verwendet man
einen Gleiichdruckspeicher, so wird
dieser in den
Speisewasser-Dampfkreislauf des Wasserdampfkessels
in gleicher Weise eingebaut, wie bei gewöhnlichen
Dampfanlagen, und hier ist die W asserdampfturbine
eine Einstrointurbine, also in der Regel eine Konden­
sationsturbine. Soll eine Zweistoffanlage mit Speicher
in Verbindung mit einem zweiten Speichersystem
(Pumpspeicher, elektrischer Speicher usw.) als Spitzen­
kraftquelle verwendet werden, so ist es zweckmäßiger
einen Gefällespeicher zu verwenden und man würde
dadurch an W ärmekosten etwa 1*5... 2 vH der ge­
samten Erzeugung der Kraftwerke ersparen.
J.
(ETZ 53 (1932) S. 841.)
Dampferzeuger, Feuerungen und Brennstoffe.
A llg e m e in e r M a s c h in e n b a u .
Die Wellenkraltmaschine von Cattaneo besteht
nach J. R i c h a r d aus einem Schwimmer F (Abb. 1)
und einer W asserkammer £ ’ ), welche über die Rolire
7 mit Hilfe der Hähne R entlüftet werden kann. Diese
Rohre dienen gleichzeitig zur Führung im Deckel C.
wobei die Führung durch die Büchsen P erreicht wird.
Die Rohre T sind in der Traverse Tr befestigt, sie
übertragen die durch die Meereswellen erzeugte Aufiind Abwärtsbewegung von E auf die Plunger Pp, deren
Zylinder Cy, durch Stopfbüchsen P abgedichtet, in C
befestigt sind. Bei einer Schacht­
tiefe von 6 m, wovon 3'5 m unter­
halb des mittleren Meeresspiegels
liegen, wurde eine derartige W el­
lenkraftmaschine
unterhalb
des
ozeanographischen
Museums
in
Monaco aufgestellt, damit es des­
sen Aquarien mit Seewasser be­
liefere. Der Schwimmer hat 1 m
Durchmesser und 12 m Höhe,
wovon 0'6 m auf den eigentlichen
Schwimmer F. der Rest auf die
Wasserkammer E entfällt. Der
Schwimmer
wurde aus 5 mm
starkem Kupferblech hergestellt,
die Führungsrohre T von 57 in
Abb. 1.
Länge
und
70
mm
W eite
haben 3 mm W andstärke. Die Plunger haben 60 mm
Durchmesser, sie bewegen sich in 5 m langen, 110 mm
weiten Zylindern. Die Führungs- bzw. Stopfbüchsen sind
aus Bronze, alle übrigen Metallteile sind mit dreifachem
Anstrich mit Indochinalack gegen die Einwirkung des
Seewassers
geschützt.
Bei mittlerem
Wellengänge
können durch die Maschine stündlich 2000 1 51 m hoch
gepumpt werden.
ß.
_________
(Genie civil 52 (1932) S. 21.)
Elastische Kupplung von Arbeitsprozessen in Zweistoff-Dampfkraftwerken. Von H. S c h u I z e. In Quecksilber-Wasserdampfkraftwerken oder anderen Zweistoff-
') Vgl. E. u. M. 32 (1914) S. 271; 45 (1927) S. 320;
49 (1931) S. 131.
Vgl. E. u. M. 43 (1925) S. 381.
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
340
E le k trisch e M a s c h in e n , T ra n sfo rm a to re n .
Die Ersparnisse durch Erneuerung veralteter großer
Maschinen ersehen sich nach M. W . S m i t h aus der
folgenden Zusammenstellung. Die Fortschritte im Bau
von synchronen
Phasenverbesserern, von
W asser­
kraftgeneratoren und von Turbogeneratoren (1800 U/min,
cos <jp=0'8) zeigen sich deutlich in der Abnahme der
Verluste, die in der nachstehenden Tafel in vH der
Leistung bei den drei Maschinentypen vor zehn Jahren
(bzw. vor 1918) und heute vergleichsweise zusammengestellt sind.
11. Juni 1933
berechnet für Durchmesserwicklungen mit 2 und 3 W in ­
dungen je Spule und für verdrillte Wicklungen. S q u z ,
(J. Inst. El. Engs. London, 71 (1932) S. 263.)
L e itu n g e n u n d L e itu n g s b a u .
ölgefiillte Dreileiterkabel für 27 kV unter dem
East River in New York. Zur Verbindung mehrerer
Elektrizitätswerke wurden durch den East River von
Brooklyn nach New York 14 parallele Dreileiterkabel
für 27 kV von je 253 mm5 Kupferquerschnitt gelegt.
Sieben dieser Kabel waren ölgefüllt1). Sämtliche Kabel
waren //-Kabel mit sektorförmigen Leitern. Die Isola-
Wasserkraftgeneratoren
(cos <p — 0*8) syn.
(vor 10 Jahren 5 25
\heute
4
40
31
34
26
31
23
30
22
30
21
295
205
14
16
Leistung
2
vor 1918 6 1
heu(e
3
_
u
1urboGenera­
toren
Leistung
vor 1918
heute
4
60 5
29
2
44
24
3
40
20
6
6
28 5
8
28
4
—
19
5
18
Der Verfasser führt nun mehrere Beispiele au, wo infolge
einer Änderung der Frequenz, der Spannung, der
Phasenzahl eine bestehende Maschine so nach heutigen
Gesichtspunkten umgebaut werden konnte, daß eine
größere Leistung erzielt wurde.
Durch Verbesserung des Anlaufes von Synchron­
motoren in den letzten Jahren konnten diese Motoren
die Induktionsmotoren aus vielen Antrieben verdrängen.
Ein Vergleich der W irkungsgrade und Leistungsfaktoren
läßt die Überlegenheit des Synchronmotors erkennen.
U/min
PS
W irkungsgrad
L e is tu n g s fa k to r
S yn
Ind.
Syn.
Ind.
Syn.
In d .
1000
1200
900
600
450
1185
885
590
435
96-4
955
942
92-9
958
93 5
915
100
100
100
100
92
503
250
200
901
89
83
78
S q u z.
(El. Journ. 29 (1932) S. 548.)
Kupferverluste in Gleichstromankerwicklungen. Von
E. A. H a n n e y. Um die zusätzlichen Kupferverluste in
Gleichstromankerwicklungen rasch schätzen zu können,
gibt der Verfasser Kurven an. aus welchen die folgen­
den Angaben entnommen werden. Für eine Durchmesserwicklung mit 1 W indung je Spule, 15 Nuten je Pol,
6 Spulenseiten je Nut, und einer Wendezone von 1/15
der Polteilung (12°), liegt das Verhältnis (fo) zwischen
den Verlusten bei trapezförmigem zu den Verlusten bei
gleichbleibendem Strome zwischen 1'26 und 317, wenn
ah von 1 bis 2 w ächst. Die Höhe eines Leiters in cm
ist li und
=
für Kupfer, / ist die Frequenz,
t>k die Gesamtbreite der Leiter in einer Schichte in cm,
bn die Nutbreite in cm und a ein Koeffizient: 0193 bei
SO" C und 0187 bei HK)" C. Für eine andere Spulenseitenzahl je Nut sn und für eine andere Stegzahl je Pol
müssen die W erte des Verhältnisses Ar« mit Koeffizien­
ten vervielfacht werden, die für 2 bis 12 Spuienseiten
je Nut und 20 bis 90 Stege je Pol zwischen 0'945 und
1065 liegen. Die Breite der Wendezonen ist hier 12°.
Für Breiten der W endezone von 8° und 16° sind die
W erte fo noch mit Koeffizienten zu vervielfachen, die
für Wendezonenbreiten von 8°, Spulenseitenzahlen je
Nut von 2 bis 12 und Stegzahlen je Pol von 20 bis 90,
zwischen 1 022 und 1061, und für Wendezontnbreiten
von 16°, Spulenseitenzahlen je Nut von 2 bis 12 und
Stegzahlen je Pol von 20 bis 90, zwischen 0'946 und
0973 liegen. Weiters hat der Verfasser noch Kurven
10
12
2-75
27
265
26
6
—
7
8
9
b is
~
18
2-55
30. IC’ kVA
Verluste
in vH
der
Leistung
26
23
1-55
C
22
2-35
16
CV|
18
2-4
1-65
&
14
24 5
1-7
—
10
26
1-8
td
6
3-2
2'2
N
O
Leistung
2
fvor 10 Jahren 4-5
(heute
325
Öl
Phasenverbesserer
20. 10» kVA
— 1 Verluste in
2-4 (
vH
10‘ . 10 kVA
16
1 Verluste in
/
vH
tionsstärke der Massekabel betrug 8'77 mm, die der
ölgefüllten Kabel 5 08 mm. Bei den ölgefiillten Kabeln
befanden sich die Ölleitungen in den drei Zwickeln.
U ber dem Bleimantei der Kabel waren zwei Jutelagen,
darüber die Bewehrung aus galvanisierten Stahldrähten
von 604 mm Durchmesser und darüber noch eine
Jutelage. Die ölkabel wurden in ölgefülltem Zustand ge­
liefert, wobei sich auf jeder Trommel ein eigenes Ölreservoir befand. Die Kabeltrasse führte vom Mannloche
in Brooklyn durch einen Dücker zum Flusse, dann in
einem Graben auf dem Flußgrund weiter und endigte in
New York mit einem offenen Graben am Lande, wel­
cher eine 90°-grädige Krümmung besaß und zum dorti­
gen Mannloch führte. Die Gesamtlänge der Strecke von
Mannloch zu Mannloch betrug 710 m. Der Graben wurde
ohne Taucher von der Flußoberfläche aus mit Hilfe
eines eigenen Bootes hergestellt, welches jeweils ver­
ankert wurde. Die Verlegung erfolgte in der Weise, daß
an beiden Flußufern sowie in der Mitte des Stromes
ein gutes Stück stromauf- und stromabwärts von der
Kabeltrasse je eine Verankerung, im ganzen sechs, ange­
bracht wurden, außerdem wurde eine siebente Veranke­
rung in der Verlängerung der Kabeltrasse am New
Yorker-Ufer hergestellt. Das Kabelverlegungsfloß besaß
an seinen vier Ecken und an der Mitte der Vorder­
fläche je eine Datnpfwindc, von der Seile zu den Ver­
ankerungen führten, wobei erreicht wurde, daß der
Schiffverkehr immer auf der einen Flußhälfte abgewickelt
werden konnte. Es konnten immer zwei Kabel verlegt
werden. Infolge von Ebbe und Flut und der Flußwirbel
konnte nicht verhindert werden, daß sich das Verlegungsfloß manchmal um bis '3 ...4 '5 m stromaufwärts
oder -abwärts von der richtigen Mittellage zum Kabel­
graben bewegte. Um diese Abweichungen zu kompen­
sieren und um ferner eine zu starke Biegung der Kabel
bei der Verlegung zu vermeiden, war eine am Boot be­
festigte, in der Stromrichtung um die genannten Längen
verschiebbare Führung vorgesehen, über welche die
Kabel gelegt wurden. Sobald das Verlegungsboot am
New Yorker Ufer angelaugt war, wurde das Kabel auf
einem zweiten ganz nahe hcrangebraohten Floß in
einer Achterschleife ausgelegt. Die Durchführung dieser
Manipulation erfolgte so, daß vom Lande aus mit Hilfe
eines Kranes eine Scheibe von entsprechend großem
Durchmesser unter das Kabel gelegt lind diese Scheibe
abwechselnd gehoben und gesenkt wurde. Hierauf
wurde das Kabel vom Mannloch aus mit Hilfe einer
W inde in den Graben eingezogen. Bei den Ölkabeln
wurde das auf der Trommel mitgelieferte Ölreservoir
erst im letzten Augenblick entfernt und sofort nach
Einziehen des Kabels in den Landgraben ein neues
provisorisches Ölgefäß angcschlossen.
Dr. T s c h.
(El. W orld 100 (1932) S. 276.)
‘ ) Vgl. F. S c h r o 11 k e, E. u. M. 51 (1933) S. 29 ff.
11. Juni 1933
Elektrotechnik und Maschinenbau, Sl. Jahrg., 1933, Heft 24
Ein neuartiges englisch-belgisches Fernsprechkabel.
Von F e i s t. Uni der Befürchtung zu begegnen, daß bei
Kabclinstandsetzungen die Regelmäßigkeit der Spulenverteilung gestört werden könnte, wurde zu einer eigen­
artigen Ausführung dieses 91 km langen Seekabels ge­
griffen, das von Siemens Bros. & Co. in W oolw ich
hergestellt wurde und abwechselnd aus je 230 m
langen Strecken krarupisierten (Kupferleiter 091 mm,
Krartipdraht 02 mm Durchm.) und unbelasteten Kabels
(von 13 mm) zusammengesetzt ist. Hiebei haben die
Cu-Leiter der unbelasteten Strecken den gleichen Durch­
messer, wie die Krarupleiter einschließlich Umspinnung,
wodurch die Kapazität der beiden Strcckenarten die
gleiche bleibt. Man erreichte Grenzfrequenzen bis
30 000 Hz. Es erschien ferner als ein Vorzug, daß bei
Instandsetzungen des Kabels ein Mehr oder Minder
eines belasteten Abschnittes die Obertragungseigenschaften nicht wesentlich beeinflussen wird. Das Kabel
hat 30 Viererseile, davon 15 für die Sprech- und, durch
einen metallisierten Steg abgeschirmt. 15 für die Hörrichtung. Die Induktivität der Doppeladcr ist 12'5 mH/km
und die Dämpfung 0023 Neper/km bei 800 Hz. Die
günstigen Nebensprechwerte auch bei dem höheren
Frequenzbereich der Musikübertragung machen die
Sprechleitungen für diesen Zweck geeignet und beson­
dere Rundfunkleitungen entbehrlich. Wirtschaftliche Vor­
teile gegenüber dem Spulenkabel scheinen kaum erziel­
bar. Das Spulenkabel besitzt die größere Anpassungs­
fähigkeit: die Belastung des Kabels kann sich durch
geeignete W ahl von Spulenabstand und -Induktivität
deii Betriebsbedürfnissen besser anschmiegen, als dies
bei Krarupkabeln möglich ist.
Dr. M.
(ENT 10 (1933) S. 144.)
Fernmeldetechnik.
Die Ultrakurzwellen-Funkbake. die auf Flugplätzen
zur Landung bei Nacht oder Nebel Verwendung findet'),
ist eine Ausbildung des -sogenannten Leitstrahlverfahrens.
das in Amerika auf Langwellen für die W egweisung der
Flugzeuge in großem Maßstab angewandt wird. Wenn
zwei Richtantennen, deren sonst gleiche Richtcharakteri­
stik um einen Winkel versetzt ist, komplementäre Zei­
chen senden (das heißt, wo bei dem einen Zeichen Pause,
ist bei dem anderen Strich), so entstehen immer
schmale Zonen, in denen beide Zeichen, da sie gleich
laut empfangen werden, zu einem Strich zusamtnenschmelzen; beim Ab weichen vom vorgesdiriebenen
Kurs tritt dann das eine oder andere Zeichen stärker
hervor. Die von E. K r a m a r beschriebene Kurzwellenfunkbakc bestellt aus einem senkrechten Dipol: zu
beiden Seiten desselben ist ein strahlungsgekoppelter,
in
Resonanz
befindlicher
paralleler
Reflektordraht
angeordnet, der die gewünschte Richtcharakteristik her­
stellt. Werden nun die beiden Seitendipole im Gegentaktrh.vthmus allgeschlossen, was am besten durch ein
in Serie geschaltetes Arbeits- und Ruhestromrelais ge­
schieht. dann erhält man eine Zone gleicher Feldstärke,
in der die komplementären Zeichen zu einem Strich
verschmelzen. Der Sender, der die Bake speist, war
beim Vcrsuch ein turinalingesteuerter. tönend modulier­
ter dreistufiger Sender (Wellenlänge 705 m) mit einer
Telephonielcistung von 2 W . Bei den durchgeführten
Versuchen stellte sich heraus, daß man reiii senkrecht
polarisierte Wellen senden muß. was man durch senk­
rechte Antennen erreichen kann, um von der Lage des
Empfangsgerätes unabhängig zu sein. Die Zone, in der
Strichempfang herrschte, war bei einer Entfernung von
4 . . . 5 km 2 ... 3 Grad breit. Telephonleitungen haben
nicht gestört, am meisten noch abgestimmte sehr nahe
der Strichzone befindliche Rückstrahler, die dasjenige
Zeichen bevorzugen, in dessen Bereich sic stehen.
W t.
(ENT 9 (1932) S. 469.)
Magnetismus und Elektrizitätslehre, Physik.
Das positive Elektron. Gelegentlich der Unter­
suchung der Neutronenemission aus Beryllium haben
C u r i e und J o l i o t Elektronenstrahlen gefunden'-’).
’) E. u. M. 49 (1931) S. 668.
’ ) C. r. Ac. Sc. Paris 194 (1929) S. 1229.
341
deren Bahnspuren bei Anlegung eines Magnetfeldes
sowohl jene Krümmung die nach dem Biot-Savartschen Gesetz für negative Teilchen zu erwarten ist, als
auch die entgegengesetzte Krümmung aufwiesen. Sie
schrieben die Bahnen mit umgekehrter Ablenkung Elek­
tronen
zu, die auf die Strahlungsquelle
zulaufen.
B l a c k e t t und 0 c c h i a I i n i') wiesen auf die Mög­
lichkeit der Deutung durch positive Elementarladungen
hin, welche die gleiche Masse wie die negativen Elek­
tronen haben und wiesen solche Teilchen bei der
Untersuchung der Höhenstrahlung nach. Neuerdings
wurde von L. M e i t n e r 1) und L. P h i l i p p
die
Existenz solcher positiver Elektronen bestätigt. Die
Forscher untersuchten die durch Polonium y-Strahlung
aus
Beryllium
ausgelöste
Neutronenstrahlung
und
fanden hiebei auch Elektronenstrahlen, welche im
Magnetfeld nach der umgekehrten Richtung abgelenkt
wurden. Die Verfasser haben bei ihren Versuchen die
Möglichkeit von auf die Strahlungsquelle zulaufenden
Elektronen völlig ausgeschlossen, so daß die Existenz
der positiven Elektronen bewiesen zu sein scheint. Das
Elementarquantum der positiven Elektrizität ist hiernach
nicht, wie man bisher meinte, an die die Elektronenmasse um das ISOOfache übertreffendc Protonenmasse
gebunden, sondern kann frei existieren. Allerdings
dürfte seine Lebensdauer bis zur Vereinigung mit
einem negativen Elektron sehr gering sein. Da die
Entdeckung des positiven Elektrons die Anschauungen
der Physik über die Elementarbausteine der Materie
iimwälzt. bleibt abzuwarten, ob die bisherigen Ver­
suche weiterhin bestätigt werden.
H. M z.
(Die Naturwissensch. 21 (1933) S. 286.)
Verschiedenes.
Technischer Jahresbericht der AEG, Berlin. Aus
der umfangreichen Darstellung seien folgende Daten
entnommen:
Bei der Mitteldeutsches Kraftwerk Magdeburg
A. - ü . wurden eine Kondensationsturbille und zwei
Anzapfturbinen von je 22 500 k W in Betrieb ge­
nommen, eine 50 000 kW-Kondensatioiisturbine wird auf­
gestellt: eine Vorsehaltturbine von 5650 k W für 117 atii
bei 460° Höchsttemperatur für eine Eigenanlage wird
gebaut. Ein Strahlungskessel für 117 atii und 78 t/h mit
drei Resolutor - Einblasemühlen und Staubfeuerungen
wird aufgestellt. Die Umstellung von drei Tischbeinkesseln einer österreichischen Zuckerfabrik auf Staub­
feuerung ermöglichte die Verwendung billiger einheimi­
scher Kohlen, die auf Rosten nicht ausgenutzt werden
konnten, und ergab eine Leistungssteigerung um 30 vH.
Eine Anzahl von Vertikalgeneratoren für 32 500 kVA.
500 U/min, 15 000 V. ferner für 40 000 kVA. 214 U/min.
15 000 V. wurden für Frankreich geliefert. Der erste
100 000 kVA-Transformator für das R W E kam in Be­
trieb. ein zweiter mit zugehörigem Regeltransformator,
der direkt im 100 kV-Kreis arbeitet, wurde in Arbeit
genommen. Eine größere Zahl einphasiger Regeltrans­
formator für 110 kV Drehstrom. ferner Regeltransforma­
toren je 15 000 kVA-, 66 kV/2 X 13 750 V ausgeführt. die
mit Lastregelung für 66 + 9 kV in + zwölf Stufen
ausgerüstet sind: außerdem kann die Spannung durch
besondere Umschaltung um 19'4 vH geändert werden, so
daß der gesamte Regelbereich zwischen 46 000 und
78 000 V liegt. Die Leistung von QuccksilberdainpfGlasgleichrichtern konnte auf 500 A je Glaskörper bei
500 V gesteigert werden, bei erhöhter Gleichspannung:
ein sechsphasiger Gleichrichter für 200 A und eine
Spannung von 3000 V wurde hergestellt. Gittergesteuerte
Gleichrichter mit Quecksilberkathode wurden im Be­
richtjahr zum ersten Male geliefert: so ein gitterge­
steuerter Glasgleichrichter als Ersatz für ein LeonardAggregat, der die Drehzahl eines 4'5 kW-Motors in
weiten Grenzen regelt, für einen Kohlenconveyor. ferner
auch gittergesteuerte sechsohasige Glasgleichrichter für
selbttätige Unterwerke. — Einige größere Schaltanlagen
(100/15 kV und 100/50 kV) sind in Ausführung begriffen.
Neben der W eiterentwicklung der Wasserschalter und der
*) Proc. Roy. soc. London. 139 (1933) S. 699.
’) Naturwissensch. 21 (1933) S. 286.
342
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
I »ruckgasschalter ist zu erwähnen, dali es nunmehr He­
llingen ist, bei einem 100 kV-Olschalter mit 1000 MVA
Abschaltleistung die drei Phasen in einem Kessel unter­
zubringen. Für die gleiche Betriebspannung und eine
Abschaltleistung von 2500 MVA wurden durch einen
besonderen Isolatiousaufhau gegenüber der bisherigen
Ausführung gleiche Leistung so wesentlich kleinere
Abmessungen erzielt, daß die ölm enge etwa auf den
vierten Teil zurückgegangen ist. Um die, insbesondere
bei Wasserschaltern, auftretenden starken Gegenkräfte
beim Eiuschalten eines Schalters zu bewältigen, ohne
dem Netz eine größere Leistung entnehmen zu müssen,
wurde ein Schwungradantrieb entwickelt.- Dias Schwung­
rad läßt sich durch einen Kleinmotor von 0'3 PS oder
von Hand durch Drehen an einer Handkurbel auf die
notwendige Drehzahl bringen. Auf dem Gebiete der
Hochstromschalter sind Trennschalter für 4000 A in
Gußgehäuse und Trennschalter bzw . Trennumschalter für 15 000 A sowie Uberstrom- und RückstromSchnellschalter für 7500 und 10 000 A bemerkenswert.
— Es sind zwei ölgefüllte Kabel abgeliefert worden,
ein Drehstromkabel mittlerer Spannung, in dem die
Beilaufräume als Kanäle für die ülfiihrung in Anspruch
genommen wurden, und ein Hohlleiter-Einleiterkabel mit
neuartigen Öldruekgefäßen. Für ein dänisches Elektrizitäts­
werk wurde ein 60 kV-Seekabel zur Kreuzung des AlsenSundes geliefert. — Für das R W E wurde eine kombinierte
Fcrnmcß- und Fernmeldeanlage geliefert, die mit Hoch­
frequenzübertragung auf einer 220 kV-Leitung. 250 km,
arbeitet, wobei auf einer Hochfrequenzträgerwelle die
Meßwerte nach den linpulskompensationsverfahren über­
tragen werden: als System für die Schalterstellungsineldungen wird das Impulsgruppenverfahreii verwandt.
Im größeren Ausmaß wird das gleiche Impulsgruppensystem zur vollkommenen Fernbedienung von 50 kVSchaltanlagcn bei einer im Laufe des Jahres ge­
lieferten ausländischen Anlage angewandt, die Über­
tragung erfolgt hier auf einem hochspannungsgefährde­
ten Fernmeldekabel mit einem mittelfrcquenten Träger­
strom. Auf dem Gebiete der Fernmessung ist eine aus­
gedehnte Hochfrequenzanlage
besonders bemerkens­
wert: die Übertragung der Meßwerte erfolgt dort
mit dem Impulszeit - Fernmeßverfahren über 10 kVund
50 kV - Freileitungen.
Für
die
Elektrisierung
der Vollbahnstrecke Augsburg— Stuttgart wurde eine
Fernmeßanlage nach dem Impulskompensationssystem
von der Deutschen Reichsbahn in Auftrag gegeben, bei
der mehrere Meßwerte über dieselben Kabeladern durch
eine Tonfrcquenztelegraphie-Apparatur übertragen wer­
den. Erwähnenswert ist noch die Lieferung einer
umfangreichen Fernmeßanlage für den Lastverteiler der
Städtischen Elektrizitätswerke, Wien, die nach dem
Kompensations-Fernmeßverfa'hren arbeitet. — Die voll­
ständige elektrische Ausrüstung für ein Hüttenwerk in
der Türkei wurde in Betrieb gemimmen: sie umfaßt
einen W'alzwerksantrieb für eine 700 min Straße mittels
eines direkt gekuppelten Gleichstrom-Walzinotors für
7880 PS Höchstleistung bei 90 5 tm Grenzdrehinoment
samt Ilgner-Umformer, ferner einen 3 t-EIektroofen. Ein
nach Rußland gelieferter Antrieb für ein DuraluminW alzw erk von 900 mm Walzendurchmesser besteht aus
einem über Zahnradvorgelege arbeitenden Gleichstrom­
motor von 7000 PS Spitzenleistung und 21 tm höchsten
Drehmoment, der in Leonard-Schaltung von einem
Syndironm otorgenerator 3600 PS, 750 U/min mit selbst­
tätiger Anlaufsteuerung gespeist wird. Eine bemerkens­
werte Förderanlage für Kohlen- und Bergeförderung
stellen zwei kürzlich iii Betrieb genommene zwei Trommelfördermaschinen zum Antrieb von zwei Skip-Förde­
rungen dar, und zwar durch je einen Drehstrommotor
von 2600 P S Spitzenleistung. — Eine neue GleichstromTriebwagensteuerung, als Ein- und Zwcitriebwagensteuerung insbesondere fiir Straßenbahnwagen geeignet
(Großraum-Gelenkwagen). besteht aus einem fernge­
steuerten Schaltwerk fiir das Fahren und einem handbedienten Starkstromschalter für das Bremsen, wobei die
Schaltbewegung vom W agenführer eingeleitet wird und
dann selbsttätig über 18 Schaltstufen fortschreitet. In
mehreren Straßenbahn- und elektrischen Omnibusbetrie­
ben wurde ein Rundfunk-Störschutzgerät eingeführt, das
11. Juni 1933
aus einer Hochfrequenzspule. Sicherung und einem Kon­
densator in gemeinsamem Gehäuse besteht und Stör­
schwingungen, die von Motoren und Apparaten eines
Straßenbahnwagens herrühren, für sämtliche Wellen­
längen beseitigt. Die Deutsche Reichsbahn bestellte fünf
1 C-Güterzug- und Rangierlokomotiven, im Bau sind
zwei schwere Co — Co-Güterzuglokomotiven fiir die
Linie Augsburg—Stuttgart, ferner Ausrüstungen für vier
Bo — Bo-Personen- und Güterzuglokomotiven für den
Zugdienst auf der Strecke Freilassing— Berchtesgaden.
Im Zusammenhang mit der Elektrisierung der Strecke
Augsburg— Stuttgart baut die AEG zehn 1 C« 1-Schnellzuglokomotivcti, davon acht für eine Höchstgeschwindig­
keit von 100 km, zwei für 130 km/h. Drei von der D. R. B.
in Auftrag gegebene dieselelektrische Triebwagen fiir
300/330 PS. 80 bis 90 km/h Höchstgeschwindigkeit w ur­
den mit dem Kraftübertragungssystem der AEG ausge­
rüstet; der Dieselmotor wird vom Generator ange­
lassen, der hiezu als Motor arbeitet, der Generator mit
fliegend angebauter Erregermaschine ist im Drehgestell
angeordnet. Eine Selbststeuerung fiir Unterwerke wurde
in ein Großunterwerk der französischen Staatsbahn
eingebaut, zum Selbststeuern von drei AEG-Großgleichrichtern für je 3200 A bei 600 V und 16 Bahnspeisern
von je 4000 A.
.1.
(AEG-Mitt. (1933) Heft 1.)
Patentbericht.
Elektrische Maschinen.
(Fortsetzung a u t H eit 23, S e ile 332.)
Induktionsmotoren.
Einphasenmotoren.
Garbe,
Lahmeyer
&. C o ..
Aachen
(F.
H e i l e s ) , wurde eine Einrichtung zum Anlassen von
Einphasen-lnduktionsmotoren
mit
einer
Hilfsphasen­
wicklung geschützt, in deren Stromkreis durch einen
während der Anlaufperiode in seiner Größe veränder­
lichen Wirk- oder Blindwiderstaud eine Phasenver­
schiebung hervorgerufen wird, bei der erfindungsgemäß
die Änderung dieses W iderstandes zwangsläufig mit
der Änderung des Anlaßwiderstandes im Läuferstrom­
kreis erfolgt.
(D. R. P. Nr. 560 013.)
Bei einem Einphasenasynchronmotor mit neun
Nuten je Pol und räumlich rechtwinklig zur Hauptphasenwicklung angeordneter Hilfsphasenwicklung wird
nach Angabe der A E G, Berlin (H. L u n d und ö.
H u d e t z ) , eine gute Feldform und damit ein guter
Drehmomentvcrlauf erzielt, wenn die Hauptphasenwieklung in sieben, die Hilfsphasenwicklung in sechs Nuten
je Pol untergcbracht ist. Vorzugsweise sollen dabei die
W indungszahlen
der
sieben
nebeneinanderliegenden
Nuten ie Pol der Hauptphase sich annähernd verhalten
w i e : 0-822:0-725:1-36:1 0:1-36 : 0-725:0-822 während
diejenigen der sechs Nuten je Pol der Hilfsphase einander
gleich sind.
(D. R. P. Nr. 539 412.)
Dieselbe Firma (F. K ä c s e r, Paris) verbessert
einen Einphaseninduktionsmotor1). in dessen dauernd
eingeschaltete und um 90 elektrische Grade gegenüber
der Hauptphase versetzte Hilfsphase eine Kapazität,
gegebenenfalls über einen Transformator eingeschaltet
ist. Bei solchen Motoren sind W irkungsgrad und Lei­
stungsfaktor bei Abweichungen von der Nennlast
schlecht. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch ver­
mieden. daß der Transformator eine Zusatzwicklung
trägt, die von einem in Abhängigkeit von der Ik-Iastiing
sich ändernden Strom durchflossen wird und eine mit
der Last sich ändernde Spannung an den Klemmen der
Kapazität hervorruft.
(D. R. P. Nr. 546 672.)
Mchrphasenmotoren.
Ein hohes Anlaufmoment und Kippmoment von
Induktiousmotoren bei geringem Anlaufstrom wird nach
einer Erfindung der S S W , Berlin (H. Z ii r u) dadurch
erreicht, daß die Läuferwicklung aus einer Doppelkäfig­
wicklung nach Boucherot und einer Wirbelstromwicklung zusammengesetzt ist. die in Nuten verschiedener
Tiefe angeordnet sind, wobei die Stäbe der Doppelkäfig‘ ) Vgl. E. u. M. 49 (1931) S. 593.
11. Juni 1933
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
und der W irbelstromwicklung auf dum Umfang des
Läufers miteinander abwechseln.
(ö . P. Nr. 125 092.)
Zur Befestigung von blanken, in offene Läuferntiten radial eingefüiirten Kurzschlußstäben eines KurzschluUläufermotors schlägt B r o w n B o v e r i & C ie .,
Baden (Schweiz), vor, mindestens einzelne Stellen des
im Nutenkopf liegenden Stabkopfes in Aussparungen
benachbarter Zahnköpfe zu drücken.
( « . P. Nr. 127 706.)
Ein
Kurzschlußläufer
mit
besonders kleinem
Schwungmoment wird nach einem Vorschlag der
C a r l E i o h r A .-G ., Berlin, so aufgebaut, daß die
Läufcruuten über den W icklungsquerschnitt hinaus in
radialer Richtung nach innen bis an den die Wellenbohrung unmittelbar umgebenden Jochquerschnitt erwei­
tert sind.
(L). R. P. Nr. 566 366.)
Um bei einem Doppelkäfigankermotor für Vollastanlauf eine Überhitzung des Anlaufkäfigs zu vermeiden,
werden nach einer Erfindung der S S W , Berlin (F.
B l a n c ) , zwischen die Stäbe und die Kurzschlußringe
der Anlaufwicklung außerhalb des Läuferblechpaketes
liegende W iderstände eingeschaltet. Die Stäbe der
Anlaufwicklung können dann geringeren Widerstand
haben. Die W iderstände sind als radiale gegen die
Motorachse geneigte Fahnen ausgebildet und bilden
mit ihrer Außenfläche einen Kegelmantel.
(0. P. Nr. 126 424.)
Bei Wirbelstromläufern kann nach Angabe der
S S W . Berlin (E. F i s c h e r), die W irbelstrombildung
in günstiger Weise dadurch erhöht werden, daß der
Widerstand des an den Luftspalt grenzenden Teiles
jedes Wicklungsstabes innerhalb des Läufereisens durch
Anordnung von in bestimmten Abständen vorgesehenen
Widerstandsstrecken, zum Beispiel durch Querschnittsschwächung oder durch Einfügung von schlechter leiten­
dem Material, erhöht ist.
(I). R. P. Nr. 510 474.)
Wirbelstromläufer zeigen bei Nennbetrieb eine
große Nutstreuung und schlechten Leistungsfaktor. Dies
kann nach einer Erfindung von B B C . Baden (Schweiz),
dadurch vermieden werden, daß längs des am Nuten­
grund liegenden Teils der Stäbe Aussparungen im
Läufereisen vorgesehen sind.
(D. R. P. Nr. 560 973.)
Um beim Anlassen eines Doppelkäfigankermotors
den Kraftfluß von der Laufwicklung abzuhalten, werden
nach einer Erfindung der S a c h s e n w e r k Licht- und
Kraft-A.-ü„ Niedersedlitz (ü . J a c o b y), zwischen je
zwei benachbarten Nuten der Arbeitswicklung oder in
radialer Verlängerung dieser Nuten (nach der Läufermitte zu) im Blechpaket massive Eisenteile angeordnet.
(D. R. P. Nr. 567 130.)
Eine Erfindung der S S W . Berlin (Dipl.-Ing. K.
D o k u p i l ) . betrifft eine Verbesserung der Streuungs­
verhältnisse bei Asynchronmotoren, insbesondere für
große Leistungen. Nach der Erfindung wird hierzu eine
Dämpferwicklung vorgesehen, deren W icklungsfaktor in
bezug auf den Streufluß möglichst groß, in bezug auf
den Hauptfluß aber möglichst klein ist. Hierzu werden
nach Art eines Achters geschlossene W indungen der
Dämpfcrwicklutig angeordnet, die je einen Zahn um­
fassen, indem ihre äußeren Spülenseiten in zwei benach­
barten Nuten liegen und ihre mittleren Spulenseiten
etwa durch die Mitte des zwischen diesen Nuten liegen­
den Zahns verlaufen.
(D. R. P. Nr. 563 703.)
Um bei polumschaltbaren Motoren mit Käfiganker
den Stromstoß beim Umschalten auf die größere Dreh­
zahl zu vermeiden, werden nach einer Erfindung der
S a c h s e n w e r k Licht- und Kraft-A.-G„ Niedersedlitz
(F. T e l l e r t, Dresden), die zwei Wicklungshälften
einer jeden Phase beim Übergang auf die hohe Dreh­
zahl erst in Reihe und dann betriebsmäßig parallel­
geschaltet.
(D. R. P. Nr. 511 475.)
Eine Anlaßschaltung für Asynchronmaschinen mit
Gegenschaltung der einzelnen Wicklungsteile der in
mehr als zwei Teile je Phase unterteilten Sekundärwick­
lung und mit Reihenschaltung der W icklungsteile be­
trifft eine Erfindung der S S W . Berlin (H. T r a s s l ) .
Erfindungsgemäß werden von den einzelnen, beispiels­
weise gleich großen Wicklungsteilen je zwei aufeinan­
derfolgende gegeneinandergeschaltet. Dadurch erreicht
343
man, daß die maximale Stillstandsspannung der W ic k ­
lung gegen das Eisen ganz wesentlich herabgesetzt ist.
(D. R. P. Nr. 519 646.)
Um bei asynchronen Induktionsmaschinen beliebig
kleine Polteilungen zu erreichen wird die Prim ärw ick­
lung nach einer Erfindung der A E G , Berlin (W . S t ä bl e i n ) , so ausgebildet, daß die primären Spulen mehrere
durch Zähne und Nuten oder durch ausgeprägte Pole
bestimmte Polteilungen gemeinsam umfassen und den
auf die Sekundärwicklung einwirkenden magnetischen
Wechselfluß gemeinsam für diese Polteilungen erzeugen,
wobei vorzugsweise derselbe Fluß oder auch die Flüsse
verschiedener Phasen derart auf die Sekundärwicklung
einwirkt, daß sich die induzierenden W irkungen der
über mehr als eine Polteilung sich erstreckenden Fluß­
anteile gegenseitig aufheben. Es kann ferner der nicht
mit der Prim ärw icklung versehene Teil, normalerweise
der Läufer, eine Tertiärwicklung beliebiger Phasenzahl
tragen, deren Polpaarzahl mit der der Sekundärwick­
lung oder der der Prim ärw icklung übereinstimmen
kann. Je nach der Schaltung wird durch die Tertiär­
wicklung erhöhte Regelfähigkeit, ülcichlaufbetrieb mit
anderen ähnlichen Maschinen oder Frequenzumformung
erreicht.
(I). R. P. Nr. 527 l>43, und Nr. 547 552.)
(F o rtie tz u n g fo lg t.)
Literaturberichte.
Elektrizität unter Tage. Von Prof. Dr. Ing. E. h.
W . P h i 1i p p i. VI und 191 S. mit 178 Abb. im Text.
(9. Bd. der Folge „Elektrizität in industriellen Betrie­
ben“ ).') Verlag von S. Hirzel, Leipzig 1932; Preis brosch.
RM. 33'— . in Leinen RM. 35'— .
Das Buch bespricht die anzutreibenden Maschinen
nur insoweit, als es das Verständnis der elektrotechni­
schen Anforderungen verlangt und hebt die W irtschaft­
lichkeit des elektrischen Antriebes durch statistisch
belegte Vergleiche mit anderen Antriebsarten (Druck­
luftmotoren) hervor. Dabei beschränkt sich der Autor
nicht auf deutsche Ausführungen, sondern zieht auch
ausländische, besonders amerikanische und englische
heran. Die einleitenden Kapitel behandeln die Haupt­
eigenschaften der Elektromotoren, wobei besonders auf
den Kurzschlußanker eingegangen wird, weiters die
Gefahren der elektrischen Anlagen durch Berührung,
durch Zündung schlagender W etter, durch Brand und
durch Streuströme, welche vorzeitiges Losgehen der
Sprengzünder bewirken können, ferner das Installations­
material. das den hohen Anforderungen an die Sicher­
heit in der Stromverteilung unter Tage angepaßt sein
muß. Eine eingehende Behandlung erfährt die Gruben­
beleuchtung nicht nur bezüglich der verwendeten Be­
leuchtungskörper, sondern auch wegen ihrer hervor­
ragenden Bedeutung in gesundheitlicher und wirtschaft­
licher Hinsicht. Von den Elektromaschinen haben sich
am raschesten die elektrischen Bohrmaschinen, sowohl
die Dreh- als auch die Säulenbohrmaschinen, wegen
ihrer bedeutenden wirtschaftlichen Überlegenheit gegen­
über dem Druckluftantrieb Eingang verschafft. Ähnliches
gilt von den Schrämmaschinen, welche durch ihre
Meißelketten waagrechte Schnitte bis 1'5 m Länge in
die Kohlenflötze schneiden, wodurch die Handarbeit
erspart und die Sprengungen an Zahl bedeutend ver­
mindert werden. Den Transport in horizontal oder
leichtgeneigten kurzen Stollen besorgen die mit dauernd
laufenden Motoren angetriebenen Schüttelrutschen mit
ihren interessanten Mechanismen, Förderbänder und
Schrapper, eine Art Pflug, der das Material vor sich
herschiebt und von einer mechanisch umkehrbaren
Zweitrommelwinde in beiden Richtungen gezogen wird.
Das Zubringen aus Abbauförderstrecken und Quer­
schlägen, also bei geringen Lasten und kurzen Strecken,
besorgen
Kleinhaspeln
und
Abbaulokomotiven.
Die
Blindschachtförderhaspeln bilden eine kleine Ausführung
der Hauptschachtfördermaschinen und sind entsprechend
einfacher ausgeführt. Ausfiihrungs- und Berechnungs*> Elektrische Fördermaschinen, s. E. u. M. 45
(1927) S. 698 und Elektrizität im Bergbau, s. E. u. M.
42 (1924) S .758.
344
Elektrotechnik und Maschinenbau, 51. Jahrg., 1933, Heft 24
11. Juni 1933
beispiele sowie Schaltbilder ergänzen die ausführlichen
lichungen über diese Mastbauweise in der Literatur
Erklärungen über dieses Gebiet. Ein besonders interes­
weit zerstreut sind, haben es die Verfasser unter­
santes Kapitel ist einer vergleichenden Betrachtung der
nommen, in dem vorliegenden Huche die interessierten
Kreise über alles Wissenswerte, betreffend den Schleu­
Gesichtspunkte gewidmet, welche für die W irtschaft­
lichkeit des Druckluft- und Elektrobetriebes maßgebend
derbetonmast, seine Erzeugung und Anwendung zu
unterrichten. Nach einer geschichtlichen Einleitung wird
sind und ergibt durchaus beträchtliche Ersparnisse
zugunsten des elektrischen Antriebes. Den Schluß des
zunächst die maschinelle Herstellung dieser Maste,
sowie
die Art
ihrer Berechnung
und Erprobung
W erkes bildet eine ausführliche Beschreibung nebst
allgemeinen
Berechnungsbeispielen für Grubenbahnen auf Haupt-? beschrieben. Es folgt ein Kapitel mit
förderstrecken, wobei der Ouecksilberdampf-Gleiclirich- [ Unterlagen für die Berechnung von Durchhang und
ter eingehend berücksichtigt wird, endlich ein Kapitel f Beanspruchung der Leitungen, W ahl der Masthöhe
der
Leiteranordnung
sowie
Auszügen
aus
über moderne W asserhaltungen. Das W erk zeichnet s ic h ; und
ebenso wie die früheren Veröffentlichungen des Ver-j den die Eisenbetonmaste behandelnden Bestimmun­
fassers durch gründliche und großzügige Behandlung? gen der deutschen und ausländischen Freileitungsvor­
schriften. Die nächsten Abschnitte befassen sich mit
des Stoffes, durch klare Darstellung, vorzügliche Bilder
und Zeichnungen aus. Die der Praxis entnommenen Be-j den neuzeitlichen Methoden fiir den Transport und das
rechnungsbeispiele sind für den Ingenieur von hohem > Aufstellen der im Vergleich zu Holz und Eisen immer­
W ert.
Dr. H o r s c h i t z .
J hin hochgewichtigen Schleuderbetonmasten. Interessant
sind auch die weiteren, die Wirtschaftlichkeitsfrage
Die ferromagnetischen Legierungen und ihre ge­
werbliche Verwendung. Von Dipl.-Ing. W . S. M e s s k i n . » behandelnden Abschnitte, aus welchen hervorgeht, daß
Umgearbeitet und erweitert von Dr. phil. A. K u ß m a n n. j Schleuderbetomnaste (im Erzeugungslande) gegenüber
VIII und 418 S. mit 292 Textabb. Verlag J. Springer,} Eisenmasten fast immer, gegenüber Holzmasten in
manchen Fällen wirtschaftlicher sind, wenn beim Ver­
Berlin 1932. Preis geb. RM. 4450.
W ie so viele technisch bedeutsame Gebiete ver-J gleiche die Instandhaltungs- und Erneuerungskosten
langt auch der Ferromagnetismus mehr als eine ( mitberücksichtigt werden. Das letzte Kapitel unterrichtet
über die Anweiidungsmöglichkeiten der Schleuderbetoneinseitige Behandlung. Hier haben neben dem Physiker
auch Elektrotechniker, Metallurgen und Chemiker mit- ■ konstruktionen für besondere Zwecke, zum Beispiel
zureden. In richtiger Erkenntnis dieses Umstandes is t ) Freiluft-Umspannwerke, Niederspannungs- und Schwach­
auch das vorliegende W erk für jeden dieser Speziali- J stromgestänge. Lampenmaste und Mastfüße ,fiir Holz­
maste. Ein Anhang enthält ein Verzeichnis der in
sten bestimmt und für alle in gleicher Weise höchst
Deutschland und im europäischen Auslände bisher aus­
beachtenswert. Es ist das erste umfassende Spezialwerk
geführten Leitungsstrecken mit Schleuderbetonmasten.
über magnetische Legierungen, ein Hand- und Lehrbuch
ln demselben ist Österreich durch die 60 kV-Leitung
des „technischen“ Ferromagnetismus. Erst diese Samm­
Erlaufboden—Scheibmühl—St. Pölten1) vertreten. Diese
lung und systematische Verarbeitung der gesamten
Angabe dürfte jedoch auf ednem Irrtum beruhen, da
einschlägigen Literatur gibt eine klare Übersicht über
diese Leitung keinen einzigen Schleuderbetonmast ent­
Umfang und Bedeutung des Gebietes der magnetischen
hält. [Soweit dem Berichter bekannt, ist in Österreich
Legierungen. Die eigentliche Technologie des Ferroma­
eine einzige etwa 3'5 km lange 25 kV-Leitung der Salz­
gnetismus ist in den Kapiteln VII bis IX dargestellt,
burger EW e (Anif-Niederalin) mit Schleuderbetonmasten
welche die technologisch bedeutsamen magnetischen
ausgerüstet.1
Legierungen, und zw ar: Dauermagnetstähle, Legierun­
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß den
gen für den Elektroniaschinen- und Transformatorenbau,
Verfassern der Versuch, in leichtverständlicher Form
Sonderlegierungen, wie solche mit hoher Anfangs­
und auf knappstem Raum alles Wissenswerte über den
permeabilität, mit höchstem Sättigungswert, unmagneti­
Leitungsbau
mit Schleuderbetonmasten
zu bringen,
sche Stähle usw.. behandeln. Vorausgeschickt sind die
durchaus gelungen ,ist. Zahlreiche Literaturhinweise
Einführung in die Lehre vom Magnetismus, eine ein­
tragen zur Erhöhung des W ertes bei. Druck und Aus­
gehende Behandlung der verschiedenen Prüf- und Meß­
stattung sind tadellos. Das Buch kann vorbehaltlos
methoden für magnetische Legierungen, eine grund­
empfohlen werden.
Ing. K r a u 11.
legende Darstellung des Wesens der Metallphysik und
Legierungskuiide und eine Besprechung der wichtigsten
” ** Die Glimmlampe und ihre Schaltungen, ein viel­
technologischen Eigenschaften der magnetischen Legie­
seitiges W erkzeug des Elektrikers. Von Fritz S C h r örungen. Ausführlich behandelt werden die Dauert e r. 3., verbesserte Aufl. 63 S. mit 39 Abb. Verlag
inagnetstähle. Legierungen für elektrische Maschinen' Hachmeister und Thal. Leipzig 1932. Preis RM. 2'40.
und Transformatoren
und
für
besondere in der
Die dritte Auflage ist gegenüber ihrer Vorgängerin3)
Elektrotechnik und im Fernmeldewesen verwendete
außerordentlich erweitert worden. Neu eingefügt sind
Legierungen. Zum Abschluß des Buches werden die
in den Abschnitten über die praktischen Anwendungen
Herstellungsverfahren der magnetischen Legierungen' der Glimmlampe deren Benützung als Gleichrichter,
kurz gestreift. Die noch zu erfüllenden Wünsche des. Spannungsregler, Glimmrelais und Oszillograph, erwei­
Praktikers, die noch zu lösenden Probleme auf diesem! tert ist das über ihre Verwendung als NiederfrequenzGebiete sind in einem Schlußworte über die Aussichteu
Generator und ihre physikalischen Grundlagen Gesagte.
für die Weiterentwicklung der magnetischen Legierungen
Einige neu aufgenommene Tabellen über fabrikatorisch
angedeutet. Ohne Zweifel liegt hier ein Erfolg ver-„ tiergestellte Glimmlampen,' darunter auch solcher für
sprechendes Arbeitsfeld vor. Das Verdienst, darauf in . Fernseher, erhöhen die Brauchbarkeit des Büchleins, das
augenfälliger Weise hingewiesen und erstmalig einen, in seiner neuen Gestalt Physikern. Schwachstrom- und
grundlegenden Literaturbehelf für eine fruchtbringende; Funktechnikern und in erster Linie Installateuren gleich
W eiterentwicklung dieses Gebietes geschaffen zu haben,
warm empfohlen werden kann.
.1. O n d r a c e k.
gebührt den Autoren dieses vorzüglichen Werkes.
') E. u. M. 42 (1924) S. 699.
Dr. S e i h s e r.
5) E. u. M. 46 (1928) S. 118.
"** Freileitungsbau mit Schleuderbetonmasten. Von
Dr.-Ing. Robert H e u s e r und Ob.-Ing. Robert B ü r g e t .
Metall markt.
VI und 176 S. mit 14S Abb. im Text. Verlag von R. i
Oldenbourg, München und Herlin 1932. Preis geh.
B e r l i n (N ach N . Fr. Presse) Mk. je 100 kg.
Kupfer
30 V .
31. V.
I. VI.
2. VI.
6 VI.
RM. 10—.
Electroljrtlc
62'/«
63'/.
64*/,
64V;
64*'.
Von den bis jetzt entwickelten Ausführungsformen
L o n d o n (Nach „ M inin g Journal* v. 2. VI.) je t (1016 kg)
und Erzeugungsmethoden für Eisenbetonmaste hat der
K upfer:
P f.
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Pf.
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nach dem Schleuderverfahren hergestellte Stahlbeton­
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mast mit kreisringförmigem Querschnitt wohl die größte t- E le c t r o ly t ic ...................................
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W ire b a r a ..................................
Verbreitung gefunden'). Da die bisherigen Veröffent-' B l e i :
') E. ü. M. 40 (1922) S. 519, 598; 41 (1923) S. 6. ,
Engl, p l* c o m m o n ....................
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