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7. Mai 1921.
Die Kolloidmühle in der chemischen Großtechnik.
Von Zivilingenieur Carl Naske, Berlin-Charlottenburg.
Wesen und Bedeutung der Kolloide. Bau und Arbeitsweise der von Hermann Plauson erfundenen Mühle zur Herstellung eines Mahlerzeugnisses von 0,001 mm Korngröße und darunter. Anwendungen.
In der Zeitschrift für angewandte Chemie vom 25. Januar 1921 ist über die Kolloidmühle ein Bericht von Berthold Block, Charlottenburg, erschienen, der die volle Aufmerksamkeit nicht nur des Chemikers, sondern auch des Ingenieurs verdient. Der Gegenstand des Aufsatzes ist die von Hermann Plauson, dem Leiter des früher Otto Traunschen Forschungslaboratoriums, Hamburg, erfundene Mühle, die dazu bestimmt ist, die bisher nur im kleinen Maßstabe durchführbare Herstellung von Kolloiden oder Dispersoiden kolloidaler Natur im Großbetrieb zu ermöglichen. Der ihr zugrunde liegende Gedanke, ihre Bauart und Wirkungsweise wird dargelegt und durch die Beschreibung zweier ausgeführter Anlagen der Nachweis ihrer praktischen Bewährung erbracht.
Wesen und Bedeutung der Kolloide.
Bevor auf den Inhalt des Aufsatzes näher eingegangen wird, erscheint es nützlich, die Bedeutung der von Block darin angewandten Fachausdrücke einem meist aus NichtChemikern bestehenden Leserkreise klar zu legen.
Was ist zunächst ein Kolloid? Nach einer von Graham herrührenden Einteilung unterscheidet man zwischen kristalloiden und kolloiden Stoffen. Zu den kristalloiden gehören diejenigen Körper, welche, gelöst, ein beträchtliches Diffusionsvermögen haben und fähig sind, durch Membranen aus Pergamentpapier zu dringen. Zu der andern Gruppe gehören diejenigen Stoffe, die ein sehr geringes Diffusionsvermögen aufweisen und denen die Fähigkeit abgeht, durch Pergamentpapier oder Gallerte zu diffundieren 1). Die Bedeutung der Kolloide geht aus der Tatsache hervor, daß die Lebewesen zum größten Teil und ebenso die meisten Nahrungsmittel aus organischen Kolloiden zusammengesetzt sind und daß die anorganischen Kolloide der Ackerkrume die löslichen Nährstoffe (Kali, Phosphorsäure, Salpeter, Ammonsalze) zurückhalten und sie den Pflanzen wurzeln zuführen, daß also ohne sie die so wichtige künstliche Düngung gar keinen Erfolg haben würde. Endlich spielen und das ist hier die Hauptsache anorganische Kolloide in der Tonwaren-, der Mörtelund Glasindustrie, der Färberei, Photographie usw. eine hervorragende Rolle.
Unter Sol versteht man die Lösung eines Kolloides im allgemeinen, unter Hydrosol seine Lösung im Wasser. Ent-. fernt man das Lösungsmittel oder läßt man Salze oder andre Fremdkörper auf eine kolloide Lösung wirken, so geht diese in ein halbfestes gallertartiges Gebilde über. Aus Hydrosolen erhält man auf diese Weise Hydrogele oder allgemein Gele. Die Brownsche Bewegung ist eine Eigenschaft der kolloiden Lösungen, und zwar erscheint sie um so mehr ausgeprägt, je kleiner die Teilchen sind. Sie ist demnach ein Maß der Kleinheit der Teilchen und nur im Ultramikroskop zu erkennen, also bei Teilchen, deren Größe unter 100 μu beträgt. (1 μ μ 1/1000000 mm.) Dispersion bedeutet Zerteilung, Zerstreuung; Dispersoid das Erzeugnis der Zerteilung. Kondensationsverfahren ist die Herstellungsweise kolloider Lösungen entweder durch einfache Auflösung des trocknen Kolloides in einem Lösungsmittel (z. B. Gummi arabicum in Wasser) oder durch Peptisation von Hydrogelen (d. h. Zurückverwandlung von Hydrogelen in Hydrosole durch den Einfluß fremder Stoffe) oder endlich durch chemische Reaktionen. Dispersionsverfahren bedeutet die Herstellungsweise der kolloiden Lösungen mittels feinster Zerteilung, z. B. durch elektrische Zerstäubung oder durch mechanische Mittel.
Bau und Arbeitsweise der Kolloidmühle.
Auf dem letzten Verfahren hat nun Plauson seine Erfindung der Kolloidmühle aufgebaut. Er geht von der bekannten Tatsache aus, daß der allerfeinsten Zerkleinerung fester Körper mittels Schlagmühlen der mit der Umfangsgeschwindigkeit der Schläger wachsende Luftwiderstand entgegenwirkt und daß sich diese Mühlen stark erwärmen, somit einen erheblichen Teil der aufgewendeten Arbeit nutzlos verschwenden. Bringt man eine Absaugvorrichtung an, um die Mühle und das Mahlgut zu kühlen, so entsteht dadurch der
1) Richard Zsigmondy, Kolloidchemie, S. 1 u. f. Leipzig 1912. Otto Spamer.
große Nachteil, daß die feinen Teilchen mit dem Luftstrom mitgehen, ohne durch die Schleuderkraft der Arme gegen die Roste geworfen zu werden. Die Teilchen gleiten an den Rosten vorbei und werden trotz wiederholter Rückführung des Staubes in die Mühle nicht weiter zerkleinert.
Aber der letzte und hauptsächlichste Grund für die unbefriedigende Wirkung der Schlagmühlen ist der Umstand, daß sich die in den einzelnen Schlägern aufgespeicherte Energie nicht voll auswirken kann, weil die in der Luft schwebenden Teilchen dem Schlage nach allen Richtungen auszuweichen vermögen. Die von den Armen ausgeteilten Schläge sind daher, soweit die kleinsten Teilchen in Betracht Auch mit kommen, >>Lufthiebe und somit wirkungslos. Kugelmühlen ist das Ziel selbst bei Naßmahlung nicht zu erreichen. Die Fallgeschwindigkeit der Kugeln ist wegen des praktisch begrenzten Durchmessers der Mahltrommel nur klein, die Schlagwirkung daher gering. Da die Anzahl der Schläge, die durch die Kugeln entstehen, gleichfalls nur verhältnismäßig klein ist, so muß man sehr lange mahlen, um eine weitestgehende Zerkleinerung zu erreichen. Nach Fischer1) bedarf es zwölfstündiger Arbeit einer Kugelmühle, um in einem Glaspulver, das als Flußmittel für Porzellanfarben dient, 49 vH Körner bis auf durchschnittlich 2.3 μ zu zerkleinern (1 μ 1/1000 mm). Erst nach 24 stündigem Mahlen wird eine Feinheit von 1,7 im Mittel erreicht. Bedenkt man nun, daß die Kolloidteilchen Größen von 0,01 bis 1 μ darstellen, so ist klar, daß man mit der Kugelmühle wochenlang mahlen müßte, um diese Feinheit zu erzielen.
Abb. 1 und 2. Kolloidmühle.
Plauson sieht also die Ursache der (verhältnismäßigen) Wirkungslosigkeit
a) bei den Schlagmühlen in dem Fehlen der festen Unterlage für den an sich genügend energischen Schlag, b) bei den Kugelmühlen in der zu geringen Energie des einzelnen Kugelschlages und in der gleichfalls zu geringen Zahl der Schläge in der Zeiteinheit.
Beiden Uebelständen begegnet er dadurch, daß er erstens die Schlagarme seiner Müble auf eine Flüssigkeitsoberiläche, also eine vollkommen uaelastische Unterlage, auftreffen läßt, so daß die zu zerkleinernden Teilchen nicht ausweichen können und deshalb zertrümmert werden müssen, und zweitens dadurch, daß er dem schlagenden, mit einer Anzahl Arme versehenen Werkzeug eine sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit verleiht, so daß in der Zeiteinheit eine ungeheure Anzahl Schläge auf das Mahlgut ausgeübt werden.
67
Abb. 1 und 2 zeigen zwei Schnitte durch die Kolloidmühle. In dem ringförmigen Gehäuse a ist eine mit Armen besetzte Trommel b gelagert, die schlagend auf die Flüssigkeit wirkt, sie dabei gegen Aufhalter c wirft und so eine starke hämmernde Zerkleinerungsarbeit leistet. Alle Flüssig
1) Technologie des Scheidens, Mischens und Zerkleinerns, S. 247. Leipzig 1920, Otto Spamer.
keit wird von den Armen abgeschleudert, und um die Trommel entsteht ein leerer Raum. Um die Arme bildet sich ein Flüssigkeitskranz, der durch den inneren Unterdruck immer wieder angesaugt wird. Dadurch kommen immer neue Teilchen mit Flüssigkeit vermischt in den Bereich der Arme und werden einer außerordentlich heftigen Schlagwirkung ausgesetzt, da die Arme mit 40, 60 und mehr m/s umlaufen. Flüssigkeit wird also beständig eingesaugt und herausgeworfen. Gleichzeitig entsteht durch die im Unterteil vermehrte Schleuder wirkung ein Umlauf der Flüssigkeit im Gehäuse.
Die
Zu dieser außerordentlich starken rein mechanischen Kraftäußerung geselit sich die Wirkung der plötzlich freiwerdenden Wärmemengen, die so groß ist, daß, wie beim Sublimieren oder Verdampfen, der körperliche Zusammenhang zerrissen und aufgehoben wird. Endlich treten noch reibungselektrische Wirkungen ein, die die Zerstäubung unterstützen. Die Ultramikronen werden elektrisch aufgeladen. Dadurch werden die Teilchen auseinander gehalten, und ihr Zusammenhang wird gelockert.
Die Hauptschwierigkeit bei dieser Mühle besteht in der Dichtung der Welle und der Erzielung der erforderlichen hohen Umfangsgeschwindigkeiten mit einfachen und zuverlässigen mechanischen Mitteln. Die Schwierigkeiten sind zum großen Teil schon überwunden, geben aber fortgesetzt Veranlassung zu weiteren Versuchen. Die Grenze der Zerkleinerung ist durch die Eigenfestigkeit der umlaufenden Mühlenteile gegeben. Bisher wurde dafür Stahl mit einer Zugfestigkeit von 4- bis 8000 kg/cm2 verwendet, doch ist bei den neuen Versuchen Federplattenstahl von weit höherer Festigkeit in Aussicht genommen. Bemerkt sei an dieser Stelle, daß sich bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 20 m/s Zerkleinerungen bis 0,3 μ, bei 30 m/s aber schon solche von 0,1 μ erzielen lassen. Bei 40 m/s werden bereits echte kolloidale Zerteilungen beobachtet.
·
Anwendungen.
Abb. 3 zeigt eine Gesamtanlage zur Herstellung von kolloidalem Zellstoff, Abb. 4 eine solche zur Verarbeitung von Oelschiefer. Der einfache Herstellungsvorgang ist daraus leicht zu erkennen. Die praktischen Erfolge der beiden Anlagen sind sehr bemerkenswert. So wurde festgestellt, daß in der Anlage nach Abb. 3 hergestellte Zellstoffplatten von 3,5 mm Dicke von einem Funken mit 55 000 V Spannung noch nicht durchschlagen wurden, daß die Zerreißfestigkeit des Zellstoffes 300 bis 500 kg/cm2 und das spezifische Gewicht 1,2 beträgt. Ferner, daß in der Anlage nach Abb. 4 bei Oelschiefer, der in der trocknen Destillation nicht mehr als 8 vH Oel abgibt, die Ausbeute auf 12 bis 14 vH gesteigert worden ist. Diese Anlage ist mit einigen Aenderungen auch zur Verarbeitung des ölhaltigen Schlammes, der sich auf den russischen Oelfeldern findet, verwendbar, ebenso für Oelkuchen und Bleicherde an Stelle der Extraktion.
Auch sind Versuche im Gange zur Herstellung flüssiger (in Oel kolloidal zerteilter) Kohle, die dazu dienen soll, den Verbrauch der Diesel- und Rohölmotoren an kostbarem Teeröl wesentlich herabzusetzen und ihren Wirkungsgrad zu erhöhen. Daß die Erzeugung der Farben (namentlich der Erdfarben), der Lacke, der Seife usw. durch die Kolloidmühle in hohem Maße beeinflußt werden wird, ist klar. Dagegen wollen mir die Hoffnungen, die Block auf die Phosphatindustrie setzt, insofern nicht ganz berechtigt erscheinen, als die notwendige Befreiung des Phosphatdispersoids von seinem Lösungsmittel vorderhand noch so große Kosten verursachen dürfte, daß dadurch die Wettbe
Eine Kupfer-Glimmerschmelze
von stark veränderlichem elektrischem Widerstand. Durch Zusammenschmelzeu von Glimmer und Kupfer im elektrischen Lichtbogen erhielt A. L. Williams eine dunkle spröde Masse, die anscheinend vollkommen homogen war und eine außerordentlich große Abbängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur zeigte. So ergab eine Probe bei 27° 16000 Ohm, bei 850o 0,5 Ohm (also einen sehr hohen negativen Temperaturkoeffizienten). Das Material war bei etwa 2000° dehnbar. Ein bei dieser Tempe
a Aufzug
b Mühle zum Vormahlen
d Meßgefäß e Mischer
h Sammler ¿ Nutsche
f Kolloidmühle k Abscheider g Pumpe Luftpumpe
deutscher Ingenieure.
Abb. 3.
Anlage zur Herstellung von kolloidalem Zellstoff.
m Vortrockner
n Trockenschrank
o Naßluftpumpe
c Mischer e Kolloidmühlen 9 Säurebehälter d Pumpe f Abscheider h Oel
Abb. 4. Anlage zur Verarbeitung von Oelschiefer mit der Kolloidmühle.
i Pumpe
k Filter
ratur gewalzter Stab hatte bei 25° einen spezifischen Widerstand von 10 400 Ohm, bei 30° 8000 Ohm. Es wurde ferner versucht, dünne Schichten durch Pressen zwischen Platinfolien berzustellen. Zwar gelang es, die Masse bis auf 140 mm Dicke zu pressen, doch haltete dann die Platinfolie so fest an der Masse, daß es unmöglich war, sie voneinander zu trennen. Dieses zwischen den beiden Platinfolien befindliche Häutchen der Glimmer-Kupfer Schmelze war äußerst empfindlich gegen Temperaturänderungen. Die ultraroten Strahlen eines Lichtbogens brachten sofort eine starke Widerstandsänderung hervor. (Zeitschrift für Metallkunde April 1921)
7. Mai 19.1.
Wellen, die auf Verdrehen beansprucht werden und nach Abb. 1 Bohrlöcher a zum Schmieren oder Nuten 6 aufweisen, reißen erfahrungsmäßig häufig an den Rändern in den Punkten A, C oder B, D auf, die unter 45° gegen die Richtung der Erzeugenden liegen. Eine einwandfreie Erklärung für diese Beobachtung, die auf eine beträchtliche Erhöhung der Spannung an den bezeichneten Stellen schließen läßt, liegt meines Wissens noch nicht vor. Für die kreisförmige Bohrung glaube ich diese Erklärung auf einfache Weise geben zu können.
Die Spannungserhöhung, die an Bohrlöchern in Wellen auftritt, ist die gleiche wie bei Löchern in einem ebenen Spannungszustand. Für diesen läßt sich die Spannungserhöhung einfach angeben. Die Erhöhung der Bruchgefahr infolge des Bohrloches beträgt das Doppelte und Dreifache.
Es sei mit die größte Schubspannung bezeichnet, die hei gegebenem Drehmoment in einer glatten, kreiszylindrischen Welle auftritt. Bekanntlich liegen die Schnittflächen dieser größten Schubspannung im Mantel des Zylinders in der Richtung der Erzeugenden und senkrecht dazu, während die Schubspannungen in den beiden Schnitten unter 45o gegen die Erzeugenden verschwinden und dafür Normalspannungen σ von gleicher Größe wie auftreten, und zwar Zug in der einen und Druck in der dazu senkrechten Schnittrichtung. Die Höchstbeanspruchung ändert sich nicht, wenn man statt der Vollwelle eine Hohlwelle vom gleichen Außenhalbmesser und sehr geringer Wandstärke durch ein entsprechend kleineres Moment verdreht, so daß einerseits im Mantel der Hohlwelle der gleiche Spannungszustand wie vorher bei der Vollwelle herrscht, anderseits der Unterschied zwischen den Spannungen an der Außen- und der Innenwand wegen der beliebig geringen Wanddicke der Hohlwelle wegfällt und somit die Spannung durch die ganze Wand hindurch als gleichmäßig angesehen werden kann. Für den Fall einer Bohrung in der Welle behält diese Ueberlegung offenbar auch noch Gültigkeit, wenn wir nur voraussetzen, daß die Bohrung scharf, ohne sanften Uebergang, in die Welle eingeschnitten ist. Nehmen wir ferner an, daß der Durchmesser der Bohrung gegenüber dem Wellendurchmesser klein ist, so kann es für die Spannungsverteilung in dem dünnen Zylindermantel nicht wesentlich sein, wenn wir den Durchmesser der Welle beliebig vergrößern, sofern Dur das Drehmoment auch entsprechend vergrößert wird. Durch Y Uebergang auf unendlich großen Durchmesser kommen wir auf einen unendlichen ebenen Streifen, dessen Breite die Länge der ursprünglichen Welle ist und dessen Belastung in einer gleichmäßigen, an beiden Rändern entgegengesetzt verlaufenden Schubkraft besteht. Das Bohrloch erscheint in dem Streifen als Kreis mit dem Halbmesser a. Wäre es nicht vorhanden, so hätten wir an jeder Stelle des Streifens die gleiche Spannung, und zwar reine Schubbelastung. Durch das kreisförmige Loch wird dieser gleichförmige Spannungszustand in der nächsten Umgebung gestört. Da wir anı ehmen, daß das Bohrloch von den Enden der Welle entfernt ist, so kann sich die Störung, die das Loch im ebenen Spannungszustand hervorruft, nicht bis zu den Rändern des Streifens bemerkbar machen, so daß wir uns den Streifen auch beliebig verbreitert denken können, wenn nur an den Rändern die gleiche Schub belastung angebracht wird. Eine solche unendlich ausgedehnte, in der angegebenen Weise belastete Scheibe befindet sich im gleichen Spannungszustand, wenn wir an Stelle der Schubbelastung der beiden Ränder in Schnitten unter 45° gegen diese Ränder einen gleichmäßig verteilten Zug p = 7 und senkrecht dazu einen eben solchen Druck p τ wirken lassen. Die Ueberlagerung dieser beiden Spannungen muß demnach auch am Lochrand die gleiche Spannungsverteilung
t
•
T
3)
Abb. 1. Welle mit Bohrloch und Nut.
Einfluß von Löchern und Naten auf die Beanspruchung von Wellen.
Von L. Föppl, Dresden.
3
Abb. 2.
Spannungen im gelochtem Blech.
liefern, wie die ursprüngliche Beanspruchung des Streifens und damit auch wie an dem Bohrloch der Welle.
Wie Abb. 2 zeigt, legen wir ein rechtwinkliges Achsenkreuz Y, Z so in die Ebene des Spannungszustandes, daß der Anfangspunkt mit dem Mittelpunkt des Loches zusammenfällt und sich die Y- und die Z-Achse mit der Druck- und der Zugrichtung des gleichförmigen Spannungszustandes im Unendlichen decken.
standes:
Die Punkte A, B, C, D und 1, 2, 3, 4 entsprechen einander in Abb. 1 und 2. Der Spannungszustand bei gleichförmigem Zug oder Druck im gelochten Blech ist bekannt1). Er wird durch Angabe der Spannungsfunktion eindeutig bestimmt. Wählen wir die in Abb. 2 eingetragenen Polarkoordinaten rund y, so wird die Spannungsfunktion F1 für die Druckbelastung parallel zur Y-Achse (p.2 — a2)? 22
T
7 [m3
4
F1 +2 2 a2 lg r und die Spannungsfunktion F2 für die Zugbelastung parallel zur Z-Achse (~? — a2)2 до 2 Daraus folgt durch Ueberlagerung beider Belastungen die Spannungsfunktion FF + F des gesuchten Spannungszu
T
F1 = = [ r — 2
2 a2 1gr +
9].
4
τ
F
ł (22 — a2)?
(1).
In bekannter Weise lassen sich aus der Spannungsfunktion die Spannungen an jeder Stelle angeben. Das Ergebnis dieser einfachen Rechnung ist:
1 OF
στ
τ
(197)
r
Aus diesen Formeln sieht man sofort, daß bei verschwindendem Loch (a = 0) oder, was auf dasselbe hinausläuft, in großer Entfernung vom Loch reine Schubbeanspruchung herrscht:
(σro T cos 2 y; (σt)o = τ T coś 2 p; (Tr, t)o = r sin 2 4, da in den Schnittrichtungen g ±45° die Normalspannung verschwindet und die Schubspannung in voller Größe 7 wirkt.
Am Lochrand, für r = a, verschwinden σ, und Tr,t, wie es auch die Grenzbedingung verlangt, während die tangentiale Spannung den Wert
Ф
(at) Loch 4 T cos 2 annimmt. Daraus erkennt man, wie außerordentlich stark die tangentiale Spannung σt am Lochrand bei veränderlichem q schwankt. Während sie an den Stellen 1, 2, 3, 4 verschwindet, so daß diese Stellen überhaupt spannungsfrei sind, nimmt sie bei A und C die Werte 47 und bei B und D die Werte 4 T an.
Diese starken Spannungserhöhungen an den Stellen A, B, C, D des Lochrandes, und zwar unabhängig von der Größe des Lochhalbmessers a, sind der Grund für die häufig beobachteten Risse an diesen Stellen.
Der vierfachen Spannungserhöbung entspricht allerdings keine vierfache Bruchgefahr, da die zulässige Schubbeanspruchung kleiner ist als die zulässige Zug- bezw. Druckbeanspruchung. Nach der Dehnungstheorie ist
m
Ozul.,
Tzul. = m + 1 10 was mit dem Wert m = für die Poissonɛche Zabl 3
Tzul. = 0,77 Ozul. liefert. Nach dieser Annahme über die Fruchgefahr würde die 4fache Spannungserhöhung einer 4·0,77 = 3,08 fachen Erhöhung der Bruchgefahr durch die Bohrung entsprechen.
1) 8. z. B. A. and L Föppl, Drang und Zwang«, Bd. I S. 304,
Legt man die Mohrsche oder die Guestsche Theorie zugrunde, so würde für Schmiedeisen und Stahl die 4fache Spannungserhöhung nur der doppelten Bruchgefahr entsprechen. Auf jeden Fall bedeutet die Bohrung eine ganz erhebliche Erhöhung der Bruchgefahr, und es sei in diesem Zusammenhang auch darauf hingewiesen, daß bei Wellen mit solchen Bohrungen, deren Verdrehbeanspruchung bald in dem einen, bald im anderen Sinn wirkt, häufig sowohl bei A und C, wie bei B und D Risse auftreten, während Wellen, die nur in dem einen Sinn beansprucht werden, in der Regel nur an den Stellen höchster Zugbeanspruchung, also entweder bei A und C oder bei B und D, je nach dem Sinn der Beanspruchung, aufreißen.
Aus den angestellten Ueberlegungen geht hervor, daß bei Löchern und Aussparungen an Stellen, wo hauptsächlich
Dampfspeicher mit unveränderlichem Rauminbalt.
Neben dem Wärmespeicher von Rateau und dem HarléBalckeschen Glockendampf-peicher bat neuerdings der Dampfspeicher mit unveränderlichem Rauminhalt Verbreitung gefunden, in dem der Dampf unter Drucksteigerung aufgespeichert wird. Abb. 1 zeigt die Bauart Estner-Ladewig. Soll z. B. eine Druckzunahme von 1,0 anf 1.2 at zulässig sein. so wird in diesem Speicher ein Raum von 0,270 m3/kg gleich dem Unterschied der zu den genannten Drücken gehörigen spezifischen Rauminhalte frei. In diesem freiwerdenden Raum können 0,186 kg Dampf untergebracht werden, so daß also 15,7 vH des ganzen Raumes für die Speicherung nutzbar gemacht werden.
Die Raumspeicher, die wie die Harlé-Speicher meist für eine mitlere Dampfspannung von 1,1 at bemessen werden, bestehen aus einem von Mauerwerk umgebenen zylindrischen Blechmantel von 7 bis 9 mm Wandstärke bei 8 bis 14 m Dmr.; sie sind oben halbkugelförmig abgeschlossen und erreichen bis zu 22 m Höhe. Die Luftschicht zwischen Blechmantel und Mauerwerk verhindert Wärmeverluste. Durch Einschaltung dieses Zwischenraumes in den Fuchs einer Dampfkesselanlage kann der Speicherdampf überhitzt werden. Es gelang hierbei, die Zugverminderung auf 2 bis 3 mm W.-S. zu beschränken.
Der unten zugeführte Dampf wird dem Speicher oben nahezu luftfrei und trocken entnommen, da infolge der geringen Dampfgeschwindigkeit Luft und Wasser ausgeschieden werden. Die Kondensation der angeschlossenen Kraftmaschinen wird sonach wesentlich entlastet. Die sich unten im Speicher ansammelnde Luft wird von Zeit zu Zeit entfernt. Gegen Ueberdruck ist der Speicher durch Ueberdruckventile geschützt, während Unterdrucke durch die Sicherheitsvorrichtung nach Abb. 2 verhindert werden. Der Wasserspiegel im Speicher, der gegenüber dem in der Sicherheitsvorrichtung sehr groß ist, wird auch bei bedeutenden Druckänderungen nur sehr wenig schwanken, praktisch wird diese Schwankung fast null sein. Bei Auftreten von Unterdruck strömt Luft durch das Standrohr unmittelbar in die Kraftmaschine; diese saugt also keinen Speicherdampf an, und die Verminderung der Luftleere im Kondensator verhindert gröBeren Unterdruck im Speicher.
10 11 12 1 2
Abb. 3.'
Druckschwankungen eines vollbelasteten geheizten Speichers auf der Zeche Massen.
Abb. 3 zeigt die Druckschwankungen eines vollbelasteten geheizten Speichers auf der Zeche Massen. Die mittlere Spannung im Speicher liegt 0,05 at über der tiefsten, die gesamte Dampfmenge beträgt 17000 kg/h. Aus der Schaulinie der Spannungsänderung läßt sich ersehen, daß die angeschlossene Fördermaschine für die tiefste Sohle 20 bis 24 Förderzüge, die für die höhere Sohle 28 Förderzüge stündlich macht. Die Last beträgt hierbei 6 Förderwagen aus 535 m bezw. 4 Förderwagen aus 385 m Tiefe. Die Betriebspannung der Kessel schwankt zwischen 9 und 10 at. Die Antriebmaschinen eines Ventilators und einer Wäsche senden ihren Dampf in den Speicher. Der Speicherdruck beträgt rd. 1.2 at abs., weil der belieferte Turbokompressor, der 8400 m3/h Dauerleistung aufweist, soviel Dampf erfordert, daß die für die günstige Ausnutzung des Abdampfes etwas zu schwache Kondensation nicht die genügende Luftleere schafft. Es müßte also der Turbine Frischdampf zugeleitet werden, um die nötige Leistung zu erlangen.
Abb. 2.
Wasserdruck-Sicherheitsvorrichtung für Dampfspeicher.
deutscher Ingenieure.
Bei Heizung des Speichers durch vier Kessel wurde die Dampftemperatur von 102 auf 117o, bei Heizung durch sechs Kessel von 104 auf 1480 erhöht. Die Abgastemperaturen betrugen 370° vor, 2130 hinter dem Speicher. Der Wasserabfluß wurde zu 2,2 m3/h ermittelt. [601] H. D.
7. Mai 1921.
Rundschau.
Geschichtliche Fabrikanlage - Oelfeuerung Steuerungen für Verbrennungsmaschinen Amerikanische
Persönliches.
Wie es in einer berühmten Maschinenfabrik vor 100 Jahren aussan.
Mitte der Werkstatt befindliche große fahrbare Drehkran in meh
reren Einzelzeichnungen dargestellt.
Unsere technischen Zeitschriften und die Druckschriften der Firmen geben uns, seit die Kunst des Photographen in die Welt gekommen ist, auch Einblick in das Innere unsrer Fabriken. Diese Bilder sind heute in solcher Fülle vorhanden, daß wir, übersättigt, oft nur an augenblicklichen Propagandawert denken. Dem Geschichtschreiber späterer Zeiten aber werden gerade diese Bilder manch wertvollen Aufschluß über unsre Zeit geben. Wie viel würden uns heute gute Bilder aus den berühmten Werkstätten von James Watt erzählen können, was wir mühsam uns aus dem gedruckten Wort rekonstruieren müssen! Man hat wohl einzelne Maschinen und ihre Teile sorgfältig gezeichnet, aber Innenansichten von ganzen Fabriken sind selten zu finden.
Da ist die Abbildung 1, die aus dem Jahr 1833 herrührt, besonders bemerkenswert. Stellt sie doch eine der berühmtesten Maschinenfabriken aus der ersten Hälfte des 19ten Jahrhunderts, die mechanische Werkstatt von Maudslay in London, dar. Die Abbildung nimmt eine ganze Tafel in den »Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleißes<< ein; auf einer zweiten Tafel ist der in der
Der FabrikenKommissionsrat Wedding, der im Auftrage der Kgl. Technischen Deputation für Gewerbe damals England bereiste, hebt in seiner Beschreibung besonders die Dachkonstruktion der 148 Fuß langen, 55 Fuß breiten und 22 Fuß hohen Halle hervor. Die Dachbinder bestehen aus Gußeisen, das Dach ist mit Metall eingedeckt. Weiter heißt es: »In diesem Raum werden insbesondere die Dampfmaschinen für Schiffe aufgestellt. Ein Kran mit doppelten Auslegern, auf kleinen Rädern ruhend, dient zum Heben, Fortschaffen und Einsetzen der verschiedenen schweren Teile, die durch Rollwagen aus den mit diesem Raum in Verbindung stebenden Werkstätten herangebracht worden sind. Eine kleine Dampfmaschine ist außerdem hier in Betrieb, um erforderlichenfalls Hilfsarbeiten verrichten zu können; sie wird aber hauptsächlich nur zum Betrieb der Werkzeuge in dem angrenzenden Werkraum benutzt.<<
Feuerung für flüssige Brennstoffe.
Die bisher bekannten Feuerungen für flüssige Brennstoffe benutzen Zerstäuberdüsen, die mit künstlichem Zug oder Druck für die Verbrennungsluft und Vorwärmung des Brennstoffes betrieben werden müssen, ohne daß die schwere Zündbarkeit sowie die Neigung des Brennstoffes zum Verstopfen der Düse und zur Bildung von Stichflammen ganz behoben werden könnte. Man hat dann versucht, durch Verdampfen des Brennstoffes die Zerstäubung oder Zernebelung zu ersetzen, und in erster Linie heiße Luft den Oeldämpfen zugemischt. Dadurch werden aber bei Beginn des Zündvorganges Temperaturen von 1200° und mehr erzeugt, die die Wirkung des Luftsauerstoffes beeinträchtigen; außerdem kann dabei der Brennstoff auch oberflächlich verbrennen und vergasen.
Die Hebezeuge in einer Fabrik spielten damals noch eine sehr nebensächliche Rolle. Laufkrane kannte man nicht. Maudslay war auch mit den Hebezeugen, die wir auf dem Bilde sehen, sicher den meisten damaligen Maschinenfabriken weit voraus. C. Matschoß.
Eine von der Oelfeuerungsindustrie Becker & Co., Witzenhausen a. d. Werra, gebaute Feuerung wirkt nun derart, daß dem verdampften Brennstoff zunächst geringe Luftmengen zugegesetzt werden, so daß er entzündbar wird. Sobald die Flamme gebildet ist, wird dann der restliche Luftsauerstoff zugeführt. Da bierbei, soweit praktisch möglich, die kleinsten Teilchen von Sauerstoff umspült werden, steigt die Temperatur plötzlich
außerordentlich hoch. Mit dieser Flamme wird ein verhältnismäßig
kleiner feuerfest
ausgekleideter Raum beheizt, dessen Oberfläche als Zündfläche wirkt. Die Verbrennungsluft erwärmt sich an den Wänden des Blechmantels, der diesen Raum umgibt; die verhältnismäßig hohe Vorwärmung vermindert die Strahlungsverluste.
Durch die Verdampfung entsteht im Verdampfer ein leichter Ueberdruck, so daß die Oeldämpfe mit entsprechender Geschwindigkeit in einem ringförmigen Strabl austreten. Wenn diese Strömungsenergie verbraucht ist, kommt der Kaminzug zur Wirkung und führt den Luftsauerstoff von innen und außen an den ringförmigen Oeldampfstrom heran.
HMERINYA CONDUIT
Abb. 1.
Die Maschinenfabrik von Maudslay vor 100 Jahren.
Ein am 15. März 1921 vom Dampfkessel Ueberwachungsverein Cassel ausgeführter Verdampfversuch an einer 35 PS. Heißdampflokomobile von Lanz bat 84,2 vH Wirkungsgrad und 12,03 fache Verdampfung, also bisher unerreichte Höchstwerte, ergeben. Auch der Gehalt der Rauchgase von 10,94 vH CO2 ist äußerst günstig, wenn man berücksichtigt, daß sie erhebliche Mengen von Wasserdampf enthalten. Die Abzugtemperatur der Rauchgase hat 202.2o betragen.
Die Belastung der Feuerung läßt sich in weiten Grenzen regeln. Ihr Betrieb erfordert keinerlei künstlichen Zug oder Druck und sie läßt sich durch einfaches Vorsetzen an vorhandenen Feuerungen anbringen. E. Stach.