Drahtprüfungen

Drahtprüfungen erstrecken sich in der Regel auf Zerreißversuche und Biegeproben, außerdem bei Telegraphendrähten auf Verwindungsproben und auf die Ermittlung des elektrischen Leitungsvermögens und bei verzinkten Drähten auf die Bestimmung der Festigkeit und Dicke des Zinküberzuges. In den Bedingungen für Drahtlieferungen pflegen ferner auch Vorschriften für die zulässigen Abweichungen in den Drahtstärken und für den Zustand der Drähte an der Oberfläche und im Bruch gegeben zu werden.

Die Prüfung von Seildrähten, wie sie seitens der Kgl. Bergämter geübt wird, bezweckt eine periodische Untersuchung der Förderseile auf ihre Betriebssicherheit. Hierzu wird dem Seil ein Abschnitt von 1 m Länge (s. Seilprüfungen) entnommen, und zwar bei neuen Seilen an deren Enden und bei in Benutzung befindlichen Seilen mindestens alle 3 Monate in einer Entfernung von 2–3 m über dem Einbände. Sämtliche Drähte des Abschnittes mit Ausnahme der Drähte der Seelenlitze des Seiles und der Seelendrähte (Kerndrähte) der Seillitzen sind auf Zugfestigkeit und Biegsamkeit zu prüfen, und dann ist die Tragfähigkeit des ganzen Seiles aus der Summe der Bruchfestigkeiten der einzelnen Drähte zu ermitteln. Auszuschließen bei dieser Berechnung sind alle diejenigen Drähte, deren Zugfestigkeit um 20% geringer ist als die mittlere Festigkeit aller untersuchten Drähte, sowie diejenigen Drähte, welche die vorgeschriebene Anzahl von Biegungen nicht ertrugen [1].

Die Zerreißversuche werden auf sogenannten Festigkeitsprobiermaschinen angestellt. Sondermaschinen für Zugversuche mit Drähten sind:

a) Die Maschine von A. v. Tarnogrocky in Essen. Sie arbeitet mit hydraulischem oder Schraubenantrieb zur Krafterzeugung und mit Pendelwage zum Messen der Belastung; ein Zeiger läßt den Pendelausschlag auf einer Kreisteilung ablesen. Bei einer Zugkraft von 1000 bis 3000 kg beträgt der Preis der Maschine beim Schraubenantrieb 660 bis 1100 ℳ. und bei hydraulischem Antriebe 820–1210 ℳ.

b) Die Maschine von Rudeloff [2]. Sie besitzt Schraubenantrieb und Hebelwage; zwischen beiden befindet sich die Probe. Die Schraube wird entweder durch unmittelbaren Antrieb der am Maschinengestell drehbar gelagerten Mutter mittels Handrads oder durch ein mit der Mutter verbundenes, ausrückbares Schneckengetriebe betätigt. Die Wage ist ein Winkelhebel mit dem Uebersetzungsverhältnis 1 : 10, der mit Schneiden gegen das Maschinengestell abgestützt ist. Die Maschine wird bei 1000 kg Kraftleistung und für Proben bis zu 1,5 m Länge von Max Hasse & Co., Berlin, zum Preise von 1200 ℳ. geliefert.

c) Die Maschine von Amsler-Laffon & Sohn, Schaffhausen, für 5000 kg Kraftleistung (Preis 1760 ℳ.). Die durch Schraubenantrieb (Fig. 1) erzeugte Belastung der Probe wird durch diese auf den Kolben des auf zwei Säulen ruhenden Zylinders übertragen und so in Flüssigkeitsdruck umgesetzt. Dieser wird zu einem zweiten Zylinder (dem Druckreduktor); geleitet, in ihm durch ein System von Kolben reduziert und Schließlich durch ein Quecksilbermanometer angezeigt (vgl. Festigkeitsprobiermaschinen). Je nach Schaltung der Reduktionskolben entspricht die Steighöhe der Quecksilbersäule um 1,5 m der Belastung von 5000 oder 1000 kg. Sämtliche Kolben arbeiten ohne Abdichtung; sie sind lediglich in ihren Zylindern gut eingeschliffen, so daß sie ganz von der Druckflüssigkeit (Oel) umgeben sind. Um die Reibungswiderstände möglichst ganz zu beseitigen, können die Kolben um ihre Achse hin und her gedreht werden. Ein Schreibapparat dient dazu, eine Schaulinie von dem Verlauf des Versuches mit der Dehnung der Probe in einfacher, doppelter oder dreifacher Größe aufzuzeichnen.

d) Die Maschine der Düsseldorfer Maschinenbau A.-G. vorm. J. Losenhausen, Düsseldorf-Grafenberg (Fig. 2 und 2a), mit Schraubenantrieb am unteren Ende und hydrostatischer Meßdose, in der die Belastung der Probe in Flüssigkeitsdruck umgesetzt wird, und Manometer zur Lastanzeige am oberen Ende. Der Antrieb erfolgt durch Handkurbel H und konische Räder, wobei die Spindel durch das Führungsstück F gegen Drehung gesichert ist. Zur schnellen Einstellung der unteren Einspannvorrichtung E, entsprechend der Probenlänge, kann die Verbindung zwischen Spindel und Führungsstück bei L gelöst und die Spindel an dem Handrade R zur Auf- und Abwärtsbewegung gedreht werden. Die Meßdose besteht aus der mit der sehr dünnen, elastischen Gummimembran b überspannten gefäßartigen Vertiefung a in der oberen Traverse T, dem auf a aufgesetzten Zylinder c und dem in letzterem geführten Kolben d. Das Gefäß a ist unter Austreiben der Luft vollständig mit Flüssigkeit gefüllt und durch einen Kanal unmittelbar mit dem Manometer l sowie durch Rohr r mit dem Manometer U verbunden. Der Kolben d ruht auf der Membran b und ist am oberen Ende durch eine zweite, elastische Membran g staubdicht gegen den Zylinder c abgedichtet. Der Hohlraum zwischen [34] Zylinder c und Kolben d ist mit Knochenöl gefüllt. Der Zylinder c ist durch den aufgelegten Ring h gehalten, so daß er sich beim Anspannen der Schrauben i nicht verziehen kann. Auf dem Kolben d ruht das bügelartige Gehänge f m mit der oberen Einspannklaue E₁. Der Stützpunkt des Gehänges im Kolben d ist als Kugelzapfen ausgebildet, so daß die Belastung der Probe zwanglos und zentrisch auf den Kolben und durch diesen auf die Füllung des Gefäßes a und die Manometer übertragen wird. Der Widerstand, den die Membranen b und g der äußerst geringen Bewegung des belasteten Kolbens d entgegensetzen, ist kaum meßbar und daher ohne wesentlichen Einfluß auf die Empfindlichkeit der Messung. Durch die aufgesetzte Kappe ist die Meßvorrichtung gegen Eindringen von Staub und sonstigen Verunreinigungen gesichert; immerhin aber dürfte die Erhaltung gleichbleibender Empfindlichkeit der Lastanzeige gute Wartung der Maschine bedingen. Vor allem ist auch die Membran stets in gutem Zustande zu erhalten. Durch unmittelbare Belastung mittels eingehängter Gewichte wird man sich aber leicht von der Richtigkeit der Lastanzeige jederzeit überzeugen können. Das Zifferblatt des Doppelfederröhrenmanometers ist drehbar, so daß es vor dem Versuch dem Anfangsdruck entsprechend eingestellt werden kann, der von dem Eigengewicht der von dem Kolben d getragenen Teile herstammt. In der Rohrleitung von der Dose a zum Manometer ist ein Rückschlagventil eingeschaltet, das sich beim plötzlichen Entladen der Dosenfüllung infolge Bruches der Probe schließt und dann durch eine seine Bohrung im Ventilkopf allmählichen Ausgleich der Flüssigkeitspressung bewirkt, so daß das Manometer stoßfrei entlastet wird. Die Dehnung der Probe ist an einem Maßstabe abzulesen, der an zwei durch ein Gegengewicht ausgeglichenen, an einer der beiden Tragsäulen angebrachten Schwingen aufgehängt ist. In den Endmarken der Meßlänge sind Klemmvorrichtungen (Fig. 3) an dem Probestabe angebracht. Der Maßstab legt sich gegen den mit der oberen Klemme verbundenen Arm k; die Bewegung des Zeigers e an der unteren Klemme gegen den Maßstab entspricht der Dehnung der Probe. Die Maschine wird in sechs Größen für 500, 1000, 1500, 2000, 3000 und 5000 kg Zugkraft geliefert; die Preise betragen 850–1680 ℳ., einschließlich Spannkeile und Dehnungsmesser.

Zur Biegeprobe (auch Umschlagprobe genannt) wird der Draht mit dem einen Ende in einen Schraubstock eingespannt, dessen Klemmbacken nach dem vorgeschriebenen Halbmesser von 5 oder 10 mm abgerundet sind. Das hervorragende Ende wird abwechselnd über beide Backen umgebogen und die Anzahl der Biegungen bis zum Bruch gezählt. Als einzelne Biegung gilt das Umlegen aus der Senkrechten um 90° zur Horizontalen und das Zurückführen in die Senkrechte. Besondere sehr handliche Apparate (s. Fig. 4), bei deren Anwendung der mittels eines Exzenterhebels D eingeklemmte und durch den Arm A hindurchgeführte Draht e mit Hilfe des Hebels C gebogen wird, liefert A. v. Tarnogrocky in Essen, zum Anschrauben an einem Tisch eingerichtet, für 43 ℳ. und in feinerer Ausführung, bei der die Klemmbacken durch gehärtete, auswechselbare Wellen ersetzt sind, für 235 ℳ. Fast die gleiche Anordnung hat der Umschlagapparat von Amsler-Laffon & Sohn in Schaffhausen. Einen eigenartigen Biegeapparat mit maschinellem Antrieb hat die Firma Falcot Frères, Lyon, angegeben. Die Biegung erfolgt wie bei dem gewöhnlichen Apparat in derselben Ebene um je 90° abwechselnd nach[35] rechts und links nach vorgeschriebenem Biegungshalbmesser. Die Anzahl der Biegungen wird durch ein Zählwerk angezeigt, und nach dem Bruch des Probedrahtes wird die Maschine selbsttätig stillgestellt [3]. Oswald Meyer fand, daß die Biegungszahl bei einem und demselben Draht dem Abrundungshalbmesser der Backen proportional ist. Er empfiehlt daher, ihn stets gleich dem fünffachen Drahtdurchmesser zu nehmen [4]. – Eine besondere Art von Biegeprobe, die bei den Kgl. preußischen Eisenbahnen für eiserne Telegraphendrähte im Gebrauch ist, besteht darin, daß der Draht, ohne zu brechen, zu spalten oder zurückzufedern, sich in dicht nebeneinander liegende, einen Draht gleicher Stärke fest umschließende Windungen bringen lassen muß.

Bei der Verwindungsprobe wird die Anzahl der Verwindungen ermittelt, die der Draht auf 150 mm Länge bis zum Bruch aushält; zugleich gibt der

Verlauf der Verwindungen einen Anhalt für die Beurteilung der Gleichmäßigkeit des Materials bezüglich seines Härtegrades, indem die Windungen harte Stellen im Draht überspringen (s. Fig. 5). Bei Drähten mit nicht allzu hoher Verwindungszahl erfolgt das Auszählen in leichter Weise an den Spiralgängen, die eine zuvor auf dem Draht angebrachte farbige gerade Linie auf 150 mm Länge des verwundenen Drahtes bildet. An Drähten mit geringem Durchmesser und großer Verwindungszahl bietet das Auszählen in der beschriebenen Weise Schwierigkeit. Deshalb spannt man derartige Drähte am besten so ein, daß die Länge zwischen den Einspannungen 150 mm beträgt, und bestimmt dann die Verwindungszahl gleich beim Versuch aus der Zahl der Umdrehungen der einen Einspannvorrichtung, während die zweite feststeht. Zu beachten ist hierbei, ob die Wirkung der Einspannköpfe die Zahl der Verwindungen bis zum Bruch beeinträchtigt, indem die Drähte sich zuweilen an den Enden weniger verdrehen als außerhalb des Wirkungsbereiches der Einspannköpfe. In ausgedehntem Gebrauch für Verwindungsversuche steht der Torsionsapparat von A. v. Tarnogrocky. Dieser Apparat (Fig. 6) ist zugleich mit einem Spannwerk, bestehend aus der Spannschraube B, dem Schnurzuge d und dem Belastungsgewicht A versehen, das gestattet, nicht nur die Einspannvorrichtung c des einen Drahtendes entsprechend der mit dem Verwinden verbundenen Dehnung der Probe zu verschieben, sondern auch Verwindungsproben unter gleichzeitiger Zugbelastung anzustellen (Preis 250 ℳ.). Fig. 7 zeigt den Verwindungsapparat von Amsler-Laffon & Sohn in Schaffhausen. Bei ihm wird die Probe beim Verdrehen gleichzeitig durch das links von zwei Stangen getragene Gewicht angespannt (Preis 360 ℳ.). Die Zahl der Verwindungen wird bei beiden Apparaten durch ein Zählwerk angezeigt, das mit dem Antrieb verbunden ist.

Zur Bestimmung des elektrischen Leitungsvermögens wird durch Paalzow folgendes Verfahren empfohlen [5]: In den Schließungsbogen eines Danielschen Elementes werden nach Maßgabe der schematischen Darstellung Fig. 8 drei Drähte eingeschaltet, und zwar ein beliebiger Draht AB, der zu untersuchende Draht CD und ein Normaldraht EF mit bekanntem [36] Leitungsvermögen. Durch zwei starke Messingklötze A₁ B₁ wird der Strom zu der einen Windung eines Differentialgalvanometers geleitet und durch die Klötze C₁ D₁ zu dessen zweiter Windung. Der Abstand der Klötze C₁ und D₁ wird so gewählt, daß zwischen ihnen der Widerstand a ein bekannter wird. Die beiden Klötze A₁ B₁ werden nun so lange verschoben, bis die Galvanometernadel in Ruhe bleibt. Dann werden die Klötze C₁ und D₁ vom Normaldraht abgenommen und auf den zu prüfenden Draht so aufgesetzt, daß die Nadel wieder auf Null steht. Bezeichnet man den Abstand zwischen C₁ und D₁ in Metern mit l₁, so ist der Widerstand x des zu untersuchenden Drahtes pro Kilometer in Siemenseinheiten: x = a : l₁ · 1000 und sein spezifisches Leitungsvermögen s im Vergleich zu Quecksilber: s = l₁ : a F, wenn F den Querschnitt des Drahtes bedeutet. – Die Festigkeit des Zinküberzuges wird ermittelt, indem man den Probedraht auf einen zweiten Draht von gleichem Durchmesser spiralförmig aufwickelt. Hierbei müssen nach den Vorschriften der Kgl. preußischen Eisenbahndirektionen Drähte von 5 mm Durchmesser [37] fünf Umwicklungen, 4 mm starke Drähte sechs und 2,5 mm starke Drähte acht Umwicklungen aushalten, ohne daß der Zinküberzug abblättert. – Die Dicke des Zinküberzuges bei Telegraphendraht aus Eisen oder Stahl wird nach den Vorschriften der Kgl. preußischen Staatseisenbahnverwaltung sowie der Reichspost- und Telegraphenverwaltung geprüft, indem man die Probe wiederholt je eine Minute lang in eine Lösung von 1 Gewichtsteil Kupfervitriol in 5 Teilen Wasser eintaucht. Hierbei müssen Drähte von 6 und 5 mm Durchmesser acht Eintauchungen, solche von 4, 3 und 2,5 mm sieben und Drähte von 2 mm und weniger Durchmesser sechs Eintauchungen vertragen, ohne daß sie sich mit einer zusammenhängenden Kupferhaut bedecken. Die Drähte sind nach jedem Eintauchen in reinem Wasser abzuspülen und mit Putzwolle oder Löschpapier abzutrocknen. Ferner darf der Zinküberzug weder abblättern noch Fehlstellen zeigen, wenn der Draht um einen Zylinder vom zehnfachen Durchmesser des Drahtes in eng aneinander liegenden Windungen gewickelt wird.

Für die Lieferung von Trolleydraht (Kupfer) für Straßenbahnen sind von einer Reihe großer Gesellschaften die folgenden Bestimmungen angenommen worden:

1. Der Draht soll einen mittleren Querschnitt von 53 qmm auf weisen und an keinem Teil um mehr als ± 15% abweichen.

2. Der Draht soll glatte, gleichmäßig runde Oberflächen zeigen und frei von Unebenheit, Rissen, Knicken u.s.w. sein.

3. Der Draht soll auf Holztrommeln aufgewickelt, deren Durchmesser 1 m betragen soll, angeliefert werden. Die Gesamtlänge des Drahts auf einer Trommel soll rund 1000 m sein.

4. Der Draht muß eine elektrische Leitungsfähigkeit von mindestens 96% von reinem Kupfer, eine Zugfestigkeit von mindestens 37 kg/qmm bei einer Dehnung von mindestens 3,8% haben. Diese Festigkeit müssen auch die Lötstellen aufweisen. Die Belastungsproben müssen derart erfolgen, daß zwischen den Belastungen von je 100 zu 100 kg mindestens zwei Minuten zugewartet werden.

5. Der Draht muß sich auf eine Länge von etwa 25 cm in kaltem Zustande mindestens 15 mal verdrehen lassen, ohne zu brechen.

6. Der Draht muß sich so biegen lassen, daß die Drahtteile vollständig aufeinander liegen, ohne daß Risse im Draht sich feststellen lassen.

Literatur: [1] Oesterr. Zeitschr. f. Berg- u. Hüttenwesen 1889, S. 365. – [2] Mitteilungen aus den Kgl. Technischen Versuchsanstalten zu Berlin, 1889, Ergänzungsheft IV. – [3] Rudeloff, Das Materialprüfungswesen auf der Pariser Weltausstellung; Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbefleißes, 1901, S. 37. – [4] Meyer, O., Der Drahtbiegeversuch; Mitteilungen des Technol. Gewerbemuseums in Wien, 1902, S. 204. – [5] Mitteilungen aus den Kgl. Technischen Versuchsanstalten zu Berlin, 1888, Ergänzungsheft I.

Rudeloff.

Vorschriften für die Lieferung von Telegraphen- und Seildrähten.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 2a., Fig. 4.

Fig. 3.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7., Fig. 8.