Titel: Violette, über Verkohlen des Holzes mittelst erhitzten Wasserdampfs.
Autor: Violette,
Fundstelle: 1848, Band 110, Nr. XXXIX. (S. 189–211)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj110/ar110039

XXXIX. Ueber die Anwendung des erhitzten Wasserdampfs zur Bereitung der Kohle für Pulverfabriken und zu verschiedenen industriellen Zwecken; von Hrn. Violette.21

Aus den Annales de Chimie et de Physique, Jun. 1848, S. 475.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Ueber die Verschiedenheiten der Holzkohlen.

Es ist längst bekannt, daß das Product, welches man durch Verkohlen des Holzes in geschlossenen Gefäßen erhält, nach der angewandten Temperatur verschieden ist: so erhält man bei starker Hitze eine sehr schwarze Kohle, welche von den flüchtigen wasserstoffhaltigen Substanzen nur wenig mehr enthält; bei geringerer Hitze hingegen eine Kohle von rothbrauner Farbe, die sich mehr dem Holz nähert und |190| noch flüchtige Bestandtheile enthält. Letztere Sorte eignet sich besonders zur Fabrication des feinen Jagdpulvers (wozu man in Frankreich, sowie auch für Stückpulver, ausschließlich Faulbaumholz verkohlt). Ich habe durch genaue Versuche die Hitze ermittelt, welche eine Kohle von bestimmter Qualität erzeugt, oder vielmehr die thermometrischen Gränzen, zwischen denen die rothbraune Kohle (charbon roux) entsteht, welche kein Holz mehr und noch keine vollkommene Holzkohle ist; meine Untersuchungen über die schwarzen Holzkohlen werde ich später veröffentlichen.

Versuche über die Temperatur, bei welcher sich das Holz in geschlossenen Gefäßen verkohlt.

Beschreibung des Apparats. In einem weiten Glasrohr A, Fig. 9, halte ich eine Legirung im Fluß, welche aus 1 Theil Wismuth, 4 Th. Blei und 3½ Th. Zinn besteht und bei 160° C. (128° R.) schmilzt. Dieses Rohr steckt oben im Zugglas V einer Carcel'schen Lampe L, womit man die Temperatur des Metallbades leicht reguliren kann. In dieses Bad taucht ein Quecksilberthermometer C, welcher bis zu 350 Centesimalgraden eingetheilt ist, welche Temperatur man nicht überschreiten darf, weil bei dieser Hitze das Quecksilber ins Sieden kommt. In das Metallbad tauchen ferner drei Röhren B, welche bloß am unteren Ende verschlossen sind und in die man die zu verkohlenden Holzstäbchen steckt; letztere kann man mittelst eines Platindrahts D, woran sie befestigt sind, nach Belieben herausziehen. In diesem Apparat ist das Holz ohne merkliche Berührung der Luft, der vom Thermometer angezeigten Temperatur ausgesetzt. Wenn man am Anfang des Versuchs die Höhe des Lampendochts genau regulirt, kann man leicht mehrere Stunden lang eine fixe Temperatur unterhalten, welche nicht um einen Grad wechselt.

Das Holz, welches in diesem Apparat eine Stunde lang einer Wärme von 200° C. ausgesetzt wurde, verwandelte sich nicht in Kohle: es wurde nur braun und schwärzt das Papier, worauf man es reibt, nicht.

Holz, welches eine Stunde lang der Wärme von 250° C. ausgesetzt wurde, nahm die Farbe der rothbraunen Kohle an; es ist aber hart, zäh, spröde, zeichnet das Papier kaum und läßt sich leicht schaben: es ist nicht in Kohle verwandelt.

Holz, welches zwei Stunden lang der Temperatur von 250° C. ausgesetzt wurde, hat die Farbe der rothbraunen Kohle. Es ist noch hart, aber weniger als das vorhergehende; es zeichnet das Papier stark |191| rothgelb und brennt mit Flamme wie das vorhergehende. Die Oberfläche dieses Holzes ist wirklich in eine gute Kohle verwandelt, aber das Innere ist noch Holz.

Das Holz, welches drei Stunden lang der Temperatur von 250° C. ausgesetzt wurde, verwandelte sich in eine harte und spröde rothbraune Kohle, welche das Papier stark rothgelb zeichnet. Es brennt mit Flamme, aber die Verbrennung pflanzt sich nicht fort. Beim Zerstoßen zertheilt es sich in Fasern, die sich dann leicht in ein rothbraunes Pulver verwandeln. Es bildet gleichsam das Mittelglied zwischen der Kohle und dem Holze.

Aus diesen Versuchen geht also hervor, daß sich das Holz bei der Temperatur von 250° C. nur unvollkommen verkohlt, man mag es derselben noch so lange aussetzen.

Holz, welches in diesem Apparat der Wärme von 300° C. eine Stunde lang ausgesetzt wurde, verwandelte sich in eine sehr gute rothbraune Kohle, die noch ziemlich hart, aber leicht pulverisirbar ist; bei zweistündiger Einwirkung dieser Temperatur entsteht eine noch vollkommenere rothbraune Kohle; sie ist zerreiblicher und bildet auf dem Papier einen dunkleren gelben Strich, verbrennt mit Flamme und dabei andauernder. Bei dreistündiger Einwirkung dieser Temperatur verwandelt sich das Holz in eine noch vollkommenere Kohle; ihr Strich ist dunkler und ihre Verbrennung lebhafter andauernd.

Als ich Holz in diesem Apparat der Temperatur von 350° C. eine halbe Stunde lang aussetzte, verwandelte es sich in eine rothbraune Kohle, welche alle physischen Eigenschaften der vorhergehenden besitzt, aber weniger roth ist.

Das zu diesen Versuchen angewandte Faulbaumholz war seit mehreren Jahren im Magazin aufbewahrt und enthielt 6 Procent Feuchtigkeit.

Ich habe diese Versuche nicht weiter fortgesetzt, weil ich nur die niedrigste Temperatur erfahren wollte, bei welcher es möglich ist das Holz in eine ganz gute rothbraune Kohle zu verwandeln: diese Temperatur scheint 300 bis 350° C. zu betragen.

Diese Versuche ergaben auch, daß das Ergebniß an Kohle in dem Maaße abnimmt, als die Temperatur zunimmt. Bei der Hitze von 300° erhielt ich 42 Proc. guter rothbrauner Kohle; bei den Temperaturen zwischen 350 und 400° aber nur noch 30 bis 26 Proc.

Für dieselbe Temperatur nimmt das Ergebniß an Kohle in dem Maaße ab als die Dauer des Versuchs ausgedehnt wird. So erhielt ich nach einstündiger Erhitzung des Holzes auf 300° C. 42 Proc. Kohle; |192| nach zweistündiger Erhitzung aber nur noch 40 Proc. und nach dreistündiger 36 Proc. Kohle. Bei 350° C. waren die Unterschiede noch auffallender; nach 15 Minuten dauernder Verkohlung erhielt ich 30 Proc. Kohle; nach 30 Minuten 28 Proc. und nach 45 Minuten nur noch 26 Procent. Es ist dessenungeachtet wahrscheinlich, daß, nachdem das Holz eine gewisse Zeit lang einer eonstanten Wärme ausgesetzt wurde, die Abscheidung der flüchtigen Substanzen aufhört sowie die Zersetzung des Holzes.

Verkohlung des Holzes mittelst Wasserdampfs.

Die verschiedenen Verfahrungsarten, welche man gegenwärtig in den Pulverfabriken zum Verkohlen des Holzes anwendet, haben alle den Fehler, daß man die Temperatur nicht zu reguliren im Stande ist.

Nachdem die Civilingenieure Thomas und Laurent den überhitzten Wasserdampf zum Wiederbeleben der Knochenkohle, also zum Zerstören der in solcher enthaltenen pflanzlichen und thierischen Substanzen in Vorschlag gebracht hatten, kam ich auf die Vermuthung, daß sich auch das Holz nach diesem Verfahren verkohlen läßt, wobei es überdieß möglich wäre die Temperatur in den erforderlichen Gränzen zu unterhalten, indem man entweder den Zulassungshahn des Dampfs regulirt oder auch die Heizung des Schlangenrohrs, worin der aus dem Kessel tretende Dampf circulirt. Ich stellte meine ersten Versuche mit dem kleinen Apparat Fig. 13 an, welcher 1 Kilogr. Holz faßte und überzeugte mich bald, daß diese Verkohlungsart unbestreitbare Vortheile gewährt. Ich ließ sogar mit dieser neuen Kohle 80 Kilogr. extrafeines Jagdpulver fabriciren, welches beim Probiren vermittelst des Pendels mit Gradbogen der Kugel eine größere Geschwindigkeit ertheilte, als Pulver derselben Art, das zu gleicher Zeit und unter denselben Umständen mit gewöhnlicher destillirter Holzkohle dargestellt worden war.

Abgesehen von der vorzüglicheren Güte des Pulvers ergab sich auch, daß man nach dem neuen Verfahren aus demselben Quantum Holz viel mehr Kohle erhält; denn während man nach dem alten Destillirverfahren nicht leicht über 33 Proc. gewinnt, erhielt ich durch die Anwendung des Dampfs 42 Proc.

Durch diese Versuche ermuthigt, machte ich dem Kriegsministerium den Vorschlag, einen großen Apparat zur Verkohlung durch Dampf in der Pulverfabrik zu Esquerdes bei St. Omer herzustellen, deren Direction mir anvertraut ist. Nachdem mir hiezu 5000 Fr. angewiesen worden waren, construirte ich den Apparat, welcher am 6. März 1847 vollendet war. Nach mehrtägiger Anwendung desselben war das schlecht |193| construirte Schlangenrohr unbrauchbar geworden; es wurde am 30. April 1847 durch ein neues spiralförmig gewundenes Rohr aus geschmiedetem Eisen ersetzt, welches gut widerstand. Die Versuche wurden am 16. Jun. wieder aufgenommen und seitdem ohne Unterbrechung fortgesetzt. Der Apparat war seitdem ohne Störung in Gebrauch und liefert alle braunrothe Kohle für das Jagdpulver, deren die Fabrik bedarf (jährlich 3000 Kilogr.).

Später erfuhr ich, daß man in einer Pulverfabrik in Belgien ebenfalls das Holz mittelst erhitzten Wasserdampfs verkohlt, worüber mir jedoch nichts Näheres bekannt ist.

Beschreibung des großen Apparats zum Verkohlen des Holzes durch erhitzten Wasserdampf.

Dieser in Fig. 15, 16, 17 und 18 abgebildete Apparat besteht aus zwei concentrischen Cylindern H und K von Eisenblech; der äußere H dient als Gehäuse des inneren K, in welchen das Holz kommt; unter diesen Cylindern befindet sich das spiralförmig gewundene eiserne Rohr C, dessen eines Ende mit einem Dampfkessel D, das andere aber mit dem Boden des Cylinders H communicirt. Der Feuerraum A, welcher mit Holz oder Kohks beschickt wird, erhitzt das Schlangenrohr auf den geeigneten Grad. Eine Sperrscheibe I aus Schmiedeisen schließt den Cylinder H, und zwei Thüren F aus Gußeisen schließen den Apparat so, daß jede äußere Erkaltung verhindert wird. Durch eine Röhre L aus Kupfer, welche in den Boden des Cylinders K gesteckt ist, kann der Dampf und mit ihm die Destillationsproducte entweichen. Der Rauch des Feuerraums A zieht durch den Schornstein G ab. Ein massives Mauerwerk hüllt den ganzen Apparat ein; er befindet sich in einer Abtheilung des Gebäudes, welches für den Dampfkessel (zum Heizen der Trockenräume) errichtet wurde. Am Schlüsse dieser Abhandlung sind alle Details dieses Apparats mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben.

Gang des Apparats. — Nachdem das Feuer angezündet und das Schlangenrohr gehörig erhitzt ist, öffnet man den Eintrittshahn des Dampfs: letzterer entweicht, circulirt im Schlangenrohr, erhitzt sich darin und dringt in den großen Cylinder H. Hier nimmt er seinen Weg zwischen den beiden Cylindern, tritt in den inneren Cylinder K durch dessen vorderen offenen Theil, durchdringt nach und nach das Holz, setzt in dessen Poren seine Wärme ab, erhöht so die Temperatur des Holzes bis zu dessen Verkohlung und entweicht durch das Rohr L |194| alle gasförmigen Destillationsproducte mit sich reißend: es bleibt keine Spur von Theer im Innern zurück, sondern es werden alle Destillationsproducte durch den Dampf hinausgetrieben. Die erhaltene Kohle ist von vorzüglicher Güte und je nach der Temperatur des Dampfs und der Dauer seiner Einwirkung auf das Holz, entweder schwarze oder rothbraune. Nie erhält man mit Glanzruß, d. h. mit einer glänzenden Schicht getrockneten Theers überzogene Kohle, welche als schlechter betrachtet und gewöhnlich nur für das Sprengpulver verwendet wird.

Bestimmung der Temperatur. — Es war von Wichtigkeit die Temperatur genau bestimmen zu können, weil es nur dadurch möglich war eine Kohle von constanter Beschaffenheit zu erzielen. Ein Quecksilber Thermometer ist nicht anwendbar, weil die erforderliche Temperatur dem Siedepunkt dieses Metalls zu nahe ist. Ein Luft-Thermometer, welcher die größte Genauigkeit gewährt hätte, war wegen der Construction meines Apparats schwierig anzubringen.

Ich erreichte meinen Zweck vollkommen, indem ich Metalle oder Legirungen anwandte, welche bei bestimmten Temperaturen schmelzen. Zwei kleine hohle Röhren aus Kupfer a, Fig. 10, welche an einem Ende verschlossen sind, werden so angebracht, daß ihr verschlossenes Ende in das Innere des Cylinders K hinabreicht: jede dieser Röhren enthält einen sehr kleinen Cylinder b von Zinn, Blei oder einer Legirung; eine kleine freie Nadel c aus Eisen, auf welcher ein leichtes Gewicht d angebracht ist, steht auf dem Metall: kaum ist letzteres geschmolzen, so dringt die Nadel ein und zeigt durch ihr Sinken die dem Schmelzpunkt des Metalls entsprechende Temperatur an. Vier ähnliche kleine Röhren, welche Metalle oder Legirungen enthalten, würden eine bequeme und in der Praxis hinreichende Wärmescala bilden.

Gehäuse des zu verkohlenden Holzes. — Das zu verkohlende Holz bringt man in ein Gehäuse M, Fig. 18, das man in den Cylinder K steckt; es gestattet denselben leicht zu beschicken und zu entleeren; dieses Gehäuse ist ein Cylinder aus Metalltuch oder besser aus starkem Eisenblech mit Löchern von 1 Centim. Durchmesser, welche 2 bis 3 Centimeter von einander abstehen. Diese Anordnung gewährt noch den Vortheil, daß sie nach Art der Metallgewebe jede Ausdehnung der Flamme nach außen verhindert, wenn die Kohle beim Herausnehmen aus dem Apparat sich entflammen sollte.

Spannung des Wasserdampfs im Kessel. — Ich habe durch Versuche die Spannung zu ermitteln gesucht, auf welcher man den Dampf im Kessel erhalten muß, um die besten Kohlen zu erzielen. |195| Da der Dampf nicht bloß zum Uebertragen der Wärme dient, sondern auch die Rolle eines mechanischen Agens spielen, nämlich alle bituminösen Destillationsproducte des Holzes austreiben und mit sich reißen muß, so würde man bei einer zu schwachen Spannung desselben glänzende (mit Theer überzogene) Kohle erhalten. Ich habe gefunden, daß der Dampf bei einer halben Atmosphäre Spannung (über dem Luftdruck) gehörig wirkt und noch besser bei der Spannung einer Atmosphäre, während man mit Dampf von einer Viertels-Atmosphäre Spannung mit Glanzruß überzogene Kohle erhält.

Angewandtes Brennmaterial. — Der Dampfkessel wird mit Steinkohlen geheizt. Den Feuerraum, welcher das Schlangenrohr erhitzt, habe ich anfangs mit Holz gespeist, dessen Flamme sich in die Biegungen des Rohrs verlängerte ohne es anzugreifen, was bei schwefelhaltiger Steinkohle der Fall wäre. Später ersetzte ich das Brennholz mit Vortheil durch Kohks und bisher hat das schmiedeiserne Schlangenrohr deren Hitze vollkommen widerstanden.

Behandlung des Apparats. — Man bringt in das Gehäuse 25 bis 30 Kilogr. Faulbaumholz. Der Arbeiter heizt am frühen Morgen den Dampfkessel, bis der Manometer eine Atmosphäre anzeigt; hierauf besorgt er das Feuer für das Schlangenrohr und nach Verlauf einer Viertelstunde öffnet er die zwei Thüren des Apparats, schiebt das Gehäuse mit dem Holz in seinen Cylinder und bringt an demselben dessen Scheibe (Deckel) an, nachdem er deren kreisförmigen Rand vorher mit einer dünnen Thonschicht überzog, zieht die Schraube stark an und schließt die zwei Thüren. Nach zehn Minuten (der erforderlichen Zeit um den Thon etwas auszutrocknen, so daß er consistent wird) öffnet der Arbeiter den Eintrittshahn des Wasserdampfs, der nun mit Gewalt in den Apparat dringt. Der Heizer erhält das Feuer im Raum A constant auf der Intensität, welche ihm die Erfahrung lehrte; er betrachtet und überwacht das Feuer durch das kleine verglaste Fensterkreuz a und sieht die Flamme sich über das Schlangenrohr entfalten: dieser Umstand ist ihm ein sicherer Anhaltspunkt um das Feuer zu regieren. Nach einiger Zeit zeigt der Metallthermometer das Schmelzen des Zinns an, und auch der Wasserdampf zeigt durch seinen Geruch und seine Farbe an, daß ihm die ersten Destillationsproducte beigemischt sind, folglich die Verkohlung beginnt. Der Rauch oder der Dampf wird dicker und erhält nach einander ein verschiedenes Ansehen, nach welchem man bei hinreichender Erfahrung sicher auf den Zustand der Verkohlung schließen kann. Nach einer Dauer von etwa zwei Stunden, von dem |196| Zeitpunkt an wo die Destillation begann, zeigt der Rauch durch seine Beschaffenheit an, daß die Operation beendigt ist. Man muß die erzeugte Kohle sogleich aus dem Apparat nehmen, denn bei ihrem Verweilen in demselben dauert die Verkohlung fort, sogar ohne Dampfstrom, bloß durch die im Apparat concentrirte Wärme, und überschreitet sehr rasch die Gränze, bei welcher die rothbraune Kohle bestehen kann, ohne sich in schwarze zu verwandeln. Die Wirkung der Wärme braucht nur 3 bis 4 Minuten über die erforderliche Zeit anzudauern, damit sich die schönste rothbraune Kohle in schwarze verwandelt.

Man schreitet nun zum Entleeren des Apparats: zwei Arbeiter ergreifen nämlich das Abkühlgefäß, einen großen Cylinder aus Eisenblech von 0,55 Meter Durchmesser und 1,20 Meter Höhe und halten sich bereit die Kohle zu empfangen. Der Vorarbeiter sperrt den Dampf ab, öffnet die gußeisernen Thüren, dreht die Druckschraube, fährt mit dem hölzernen Muff, welchen er in jeder Hand hält, über die Griffe der Querstange I, die den scheibenförmigen Deckel andrückt, macht sie los und taucht sie in eine neben ihm stehende Kufe mit Wasser; mit denselben Muffen erfaßt er dann die Griffe des Deckels, ertheilt ihm eine schwache Kreisbewegung, um ihn vom Thon frei zu machen, hebt ihn weg und taucht ihn in dieselbe Kufe mit Wasser. Während dieser Zeit müssen die genannten zwei Arbeiter das Abkühlgefäß sogleich horizontal vor die Oeffnung des äußeren Cylinders H halten, so daß es diese Oeffnung verschließt. Der Vorarbeiter steckt in das hintere Rohr L eine lange Eisenstange und treibt damit das Kohlengehäuse heraus, welches in das Abkühlgefäß fällt; die Arbeiter beseitigen letzteres sogleich, setzen es auf den Boden, legen schnell den Deckel auf und versehen den hydraulischen Verschluß dieses Gefäßes mit Wasser. Die Operation ist dann beendigt und man schreitet ohne Verzug zur zweiten Verkohlung.

Zu diesem Zweck bringt der Vorarbeiter eine vorräthige Beschickung von 25 Kilogr. Holz in den Cylinder, bestreicht den scheibenförmigen Deckel mit Thon, bringt ihn an seine Stelle und befestigt ihn mit der Schraube; dann schließt er die zwei Thüren und läßt den Dampf einströmen. Das Entleeren und Wiederbeschicken des Apparats dauern zusammen nicht über fünf Minuten. Während dieser Zeit wird der Feuerraum fortwährend gespeist und das Schlangenrohr immer auf derselben Wärme erhalten.

Für die zweite Operation sind die Umstände schon günstiger, weil das Mauerwerk sehr heiß geworden ist. Auch bleibt im Metallthermometer |197| das Zinn flüssig. Das Holz erhitzt sich schnell und die Verkohlung beginnt nicht erst nach Verlauf einer Stunde, wie vorher, sondern schon nach einer Viertelstunde und die ganze Operation dauert nur beiläufig zwei Stunden, während zur ersten Operation drei Stunden erforderlich waren. Die folgenden Operationen dauern noch kürzere Zeit und die sechste, welche in der Regel die letzte des Tagwerks ist, dauert kaum über anderthalb Stunden.

Ergebniß der Versuche mit diesem Verkohlungsapparat.

Ich habe schon gesagt, daß man in den Pulverfabriken zweierlei Arten Kohle anwendet, nämlich die sehr rothbraune Kohle und die schwarze oder weniger rothbraune Kohle; jede entspricht einer Verkohlung bei bestimmter Temperatur: erstere eignet sich lediglich und vorzüglich für das beste Jagdpulver und letztere wird für das Stück- und Sprengpulver angewandt. So leicht es ist, schwarze Kohle zu bereiten, eben so schwierig ist es, sehr rothbraune Kohle zu erzielen; ich habe mich daher hauptsächlich darauf beschränkt, die Bedingungen zu ermitteln, unter welchen sich letztere bildet.

Die unten folgenden Tabellen enthalten zuerst die im J. 1847 angestellten Versuche, woraus man den gewöhnlichen und normalen Gang des Apparats ersieht. Bei diesen Versuchen wurde das Schlangenrohr mit Holz geheizt; seit dem Monat Februar 1848 ersetzte man aber das Brennholz durch Kohks, von denen man 5 bis 6 Kilogr. zu einer Operation verbraucht.

Hierauf folgen die Versuche, welche im Juli 1848 angestellt wurden; sie zeigen wie nach längerer Erfahrung die Resultate sowohl constanter als genügender wurden.

|198|

Tabelle A.

Textabbildung Bd. 110, S. 198
|199|

Tabelle A.

Textabbildung Bd. 110, S. 199
|200|

Versuche, im Juli 1848 angestellt.

Textabbildung Bd. 110, S. 200
|201|

Bemerkungen über die vorhergehenden Versuche. — Die rothbraune Kohle ist von sehr guter Qualität und zur Fabrication des feineren Jagdpulvers ausgezeichnet geeignet. 100 Kilogr. Faulbaumholz, welche 10 bis 12 Proc. Feuchtigkeit enthalten, gaben im Durchschnitt nach den Versuchen im Juli 1848:

rothbraune Kohle 36,50
schwarze Kohle 0,00
Brände 1,66.

Das Ergebniß stieg bis auf 40,2 Proc. des Holzes. Da mein einziger Zweck war, rothbraune Kohle zu erzeugen, so vermied ich es immer schwarze Kohle zu erzielen, welche bei zu hoher oder zu lange andauernder Wärme entsteht, und zog es daher vor, daß eine kleine Menge Brände zurückbleibt; diese Brände erzeuge ich aber absichtlich, um sicher zu seyn, daß nur rothbraune Kohle entsteht. Uebrigens geben diese Brände bei einer späteren Verkohlung noch eine ausgezeichnete Kohle.

Das Holz, welches die ganze Nacht über in dem von den Operationen des vorhergehenden Tags noch heißen Apparat verblieb, wird darin stark ausgetrocknet und verkohlt sich daher außerordentlich leicht, in viel kürzerer Zeit und daher mit großer Ersparniß an Brennmaterial.

Praktische Daten. — In dem Apparat zu Esquerdes werden in jeder Operation, welche 1½ bis 2 Stunden dauert, 25 bis 30 Kil. Holz verkohlt. Man macht täglich sechs Operationen, welche zusammen wenigstens 50 Kilogr. guter Kohle liefern. Der stündliche Verbrauch von Dampf beträgt 20 Kilogr. bei ¼ Atmosphäre Spannung; 25 Kil. bei ½ Atmosphäre und 45 Kil. bei 1 Atmosphäre Spannung. Der Verbrauch an Steinkohlen beträgt täglich zwischen 80 und 120 Kil., nach der Spannung des Dampfs. Zum Heizen des Schlangenrohrs sind für jede Operation 15 bis 20 Kil. Brennholz oder 5 bis 6 Kil. Kohks erforderlich, also 150 bis 200 Kil. Holz oder 60 bis 80 Kil. Kohks auf 100 Kil. gewonnener Kohle. Ich beschreibe im Folgenden eine Abänderung des großen Apparats, bei welcher bedeutend an Brennmaterial erspart werden kann.

Vergleichung des alten und neuen Verfahrens das Holz zu verkohlen.

Hinsichtlich des Ergebnisses. — Beim Verkohlen des Holzes in geschlossenen Cylindern, welche über freiem Feuer erhitzt werden, |202| erhielt man in den letzten vier Jahren zu Esquerdes folgende Resultate:

Tabelle B.

Textabbildung Bd. 110, S. 202

Man sieht also, daß 100 Kil. Faulbaumholz, welche 10 bis 12 Proc. Feuchtigkeit enthalten, durchschnittlich gaben:

rothbraune Kohle 14,18
schwarze Kohle 17,81
–––––––
Kohle im Ganzen 31,99.

Dagegen lieferten nach Tabelle A 100 Kil. desselben Holzes beim Verkohlen mittelst Dampf durchschnittlich:

rothbraune Kohle 36,50
schwarze Kohle 0,00
––––––––
Kohle im Ganzen 36,50.

Nach dem neuen Verfahren erhält man also mehr als das Doppelte rothbrauner Kohle. Dabei ist der höchste Ertrag beim Verkohlen durch Dampf, nämlich 40,2 rothbrauner Kohle, nicht berücksichtigt, obgleich sich derselbe mit einem guten Luftthermometer wohl regelmäßig erzielen ließe.

Hinsichtlich der Gestehungskosten. — Die Handarbeit ist für die eigentliche Verkohlung dieselbe; bei beiden Verfahrungsarten |203| reichen zwei Arbeiter aus, einer um das Holz vorzubereiten und einer um die Verkohlung zu besorgen.

Bei dem alten Verfahren erforderten nach Tabelle B 100 kil. gemengter Kohle, rothbraune und schwarze, zu ihrer Fabrication 231 Kil. Brennholz, welche (zu Esquerdes) 8 Fr. 66 Cent. kosten; da aber die rothbraune Kohle kaum die Hälfte des ganzen Products beträgt, so müssen wir für sie die Kosten des Heizmaterials wenigstens verdoppeln. Wir nehmen also an, daß 100 Kil. rothbrauner Kohle 17 Fr. 30 Cent. Brennholz erforderten; da aber die erzeugte schwarze Kohle ebenfalls Heizmaterial erforderte, so werden wir der Wahrheit ziemlich nahe kommen, wenn wir die Kosten des Brennmaterials für 100 Kilogr. rothbrauner Kohle bei dem alten Verfahren zu 15 Fr. annehmen.

Bei dem neuen Verfahren ändern sich die Kosten des Brennmaterials, je nachdem man das Schlangenrohr mit Holz oder mit Kohks heizt:

a) mit Holz. 100 Kil. rothbrauner Kohle erfordern einerseits 160 Kil. Steinkohlen um den nöthigen Dampf zu erzeugen, und andererseits 150 bis 200 Kil. Brennholz für das Schlangenrohr; beide zusammen kosten (zu Esquerdes) 12 Fr.

b) mit Kohks. 100 Kil. rothbrauner Kohle erfordern 160 Kil. Steinkohlen und überdieß 80 Kil. Kohks, welche zusammen 8 Francs 90 Cent. kosten.

Auch hinsichtlich der Brennmaterial-Kosten ist also die Kohlenbereitung mittelst Dampf vortheilhafter als das alte Verfahren, und sie wäre es ohne Zweifel in noch höherem Grade bei einem vollkommeneren Apparat.

Vorschläge zur Abänderung und Verbesserung des neuen Verkohlungsapparats.

Der beschriebene Apparat ist zu Esquerdes über ein Jahr in Gebrauch, hat schon 2500 Kil. guter Kohle geliefert und würde zu einer täglichen Fabrication von 400 Kil. Pulver hinreichen. Er ist noch in sehr gutem Zustande, so daß er noch lange seine Dienste leisten kann. Nach meinen Erfahrungen kann ich jetzt folgende zweckmäßige Abänderungen desselben vorschlagen.

Man sollte versuchen, ob ein Schlangenrohr, welches aus einer Reihe verbundener gußeiserner Röhren besteht und horizontal in einer Art Flammofen angebracht ist, nach Art des zum Wiederbeleben der Knochenkohle in den Zuckerfabriken gebräuchlichen, sich wohl anwenden ließe. Beim Wiederbeleben der Knochenkohle beträgt die Spannung des |204| Dampfs nur ¼ Atmosphäre, während sie nach meinen Versuchen zur Verkohlung des Holzes wenigstens ½ Atmosphäre betragen muß. Auch glaube ich, daß ein spiralförmig gewundenes Rohr aus dickem Rothkupfer, welches leicht anzufertigen ist, ganz gut widerstehen würde.

Der eigentliche Apparat sollte ein doppelter seyn, d. h. aus zwei Systemen von Doppelcylindern A und B bestehen. In der Mitte würde sich ein Schlangenrohr D befinden und darüber wäre ein einfacher Cylinder C angebracht, in welchen das später zu verkohlende Holz käme. Das Ganze würde mit einer gewölbten dicken Mauer umgeben. Fig. 11 zeigt diese Anordnung: A und B sind zwei einander ähnliche Cylinder; sie sind eben so lang wie diejenigen des oben beschriebenen Apparats, aber der ringförmige leere Raum (zum Circuliren des Dampfs) in demselben Paar, d. h. zwischen dem inneren und äußeren Cylinder, ist nicht 10 Centimeter, sondern bloß 1 Centim. weit; der Inhalt des inneren Cylinders gestattet dann die doppelte Menge Holz zu verkohlen. Das Schlangenrohr aus Schmiedeisen oder Kupfer D wäre viel länger; es würde die ganze Länge des Apparats einnehmen und folglich die doppelte Entwickelung des oben beschriebenen darbieten. Man würde es in einen Cylinder aus Eisenblech einschließen, welcher im hinteren Theil zwei Oeffnungen hätte, so daß die Flamme bald über A und bald über B austreten könnte. Der Feuerraum F wäre weniger groß und weniger tief. Der Cylinder aus Eisenblech C würde zum Austrocknen des zu verkohlenden Holzes dienen, er erhielte keinen Dampf und würde bloß durch den Rauch des Feuerraums F geheizt. Folgendes ist der Gang dieses Apparats: der Rauch des Feuerraums F tritt in den Cylinder, welcher das Schlangenrohr einhüllt und zieht am Ende zur Rechten oder Linken ab gegen einen der zwei Cylinder A und B, worin gerade verkohlt wird, entweicht dann oberhalb nachdem er den Cylinder C umhüllt und erhitzt hat. Der Wasserdampf kann mittelst einer Gabeltheilung, welche am hinteren Ende des Schlangenrohrs angebracht ist, nach Belieben in A oder B gerichtet werden und entweicht wie bei dem früher beschriebenen Apparat.

Jeder der drei Cylinder A, B und C ist immer mit seiner Beschickung von Faulbaumholz versehen. Angenommen in A werde die Verkohlung vorgenommen, so wird das Holz in C durch die Wärme des Feuerraums F ausgetrocknet und das in B enthaltene Holz wird durch die Wärme, welche der Apparat angenommen hat, stark ausgetrocknet. Kaum ist die Verkohlung in A beendigt, so leitet man den Dampf in B und die Verkohlung beginnt; hierauf schafft man die Beschickung von C in A für die folgende Operation und beschickt C mit frischem Holz. |205| Angenommen jede Verkohlung dauert zwei Stunden, so wird das Holz im Apparat vier Stunden lang stark ausgetrocknet, nämlich zwei Stunden in C und zwei in A oder B. Bei dieser Einrichtung wird gewiß bedeutend an Zeit und Brennmaterial erspart.

Damit man eine gute Kohle und möglichst viel davon producirt, halte ich es für nöthig, die Arbeit ohne Unterbrechung fortzusetzen. Auch halte ich es für vortheilhaft, den Apparat so lange in Gang zu erhalten, daß man etwa für einen Monat vorräthige Kohle hat, welche man nach Maßgabe ihrer Gewinnung in einen Behälter aus Mauerwerk Fig. 12 schafft. A ist der halbcylindrische Raum für die Kohle, welcher einen Theil der massiven Mauer B bildet; dieser Cylinder ist an seinen beiden Enden durch eine Mauer geschlossen, in deren jeder eine kleine Thür D aus Schmiedeisen oder Gußeisen angebracht ist, durch welche man die Kohle herausschafft, C ist die geschlossene Oeffnung, durch welche man die Kohle hineinbringt. M ist eine über den Fußboden hinaufreichende Mauer, um den Raum A trocken zu erhalten. In einem solchen Behälter ließe sich die Kohle gewiß lange Zeit conserviren, da sie gegen Feuchtigkeit und Luftzutritt verwahrt ist.

Betrachtungen über den Pulversatz.

Da die Holzkohle je nach dem Wärmegrad bei welchem sie erzeugt wurde, von so verschiedenartiger Beschaffenheit ist, so bleiben die Vorschriften für den Pulversatz immer unsicher und man kann mit Grund annehmen, daß die Kohle hauptsächlich die Verschiedenheiten in der Stärke (treibenden Kraft) des Pulvers verursacht. Man schreibt z. B. vor, daß das feine oder ordinäre Jagdpulver auf 100 Theile enthalten muß: 10 Schwefel, 78 Salpeter und 12 Kohle. Aber welche Kohle? Die schwarze Kohle, wie man sie durch gewöhnliche Destillation des Holzes erhält, die rothbraune Kohle, wovon das Holz 30 Proc. lieferte, und die sehr rothbraune Kohle, wovon das Holz 40 Proc. lieferte, sind wesentlich verschiedene Körper, welche kaum dieselbe Benennung verdienen. Man darf sich daher nicht wundern, daß das Jagdpulver, welches in der Pulverfabrik zu Ripault mit einer Kohle bereitet ist, von welcher das Holz höchstens 20 Proc. liefert, in seinen Eigenschaften nicht ganz mit demselben zu Esquerdes fabricirten Pulver übereinstimmt, zu welchem eine Kohle verwendet wird, von welcher das Holz 30 bis 40 Proc. gibt. Eine dieser beiden Kohlensorten kann in demselben Gewicht mehr Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, so daß die Zusammensetzung des Pulvers wirklich eine verschiedene wird. Ich beabsichtige daher die Elementar-Analyse der verschiedenen bei der Pulverfabrication |206| angewandten Kohlensorten vorzunehmen, wobei sich vielleicht Unterschiede herausstellen, die man bisher nicht vermuthete, und welche bei Versuchen zur Verbesserung des Pulvers berücksichtigt werden müssen.

Zur Unterstützung obiger Bemerkungen will ich folgenden Versuch anführen: ich setzte zwei Stückchen Faulbaumkohle, jedes 1 Gramm wiegend, zwei Stunden lang in einem Platintiegel der Rothglühhitze aus; die eine war rothbraune Kohle, mittelst Wasserdampf erzeugt, die andere schwarze Kohle (für Stückpulver bestimmt) von der Verkohlung an der Luft in Kesseln. Zur Vorsicht wurde der Platintiegel in einen irdenen Tiegel eingeschlossen und außen mit Kohlenstückchen umgeben, so daß durch die eindringende Luft nur letztere Kohlen, nicht aber die im Platintiegel enthaltenen, oxydirt werden konnten. Die zwei Kohlenproben wurden vorher mit einander ausgetrocknet und noch sehr heiß in den Platintiegel gebracht. Bei diesem andauernden Ausglühen verloren diese Kohlen sehr verschiedene Quantitäten von flüchtigen Stoffen, nämlich die schwarze Kohle 21,1 Proc., die rothbraune aber 42,3 Proc.

Die rothbraune Kohle enthält also in demselben Gewicht zweimal mehr flüchtige Stoffe und ein Drittel weniger wirkliche Kohle als die schwarze Kohle. Wenn man daher von diesen Kohlenarten zum Pulversatz gleiche Gewichte nimmt, so müssen dadurch bedeutende Anomalien veranlaßt werden: ist z. B. der Satz für Jagdpulver mit schwarzer Kohle: 78 Salpeter, 10 Schwefel und 12 Kohle, so wird er in der Wirklichkeit mit rothbrauner Kohle: 78 Salpeter, 10 Schwefel und 8,77 Kohle. Uebrigens bestehen die flüchtigen Stoffe, welche die Kohle beim Glühen verliert, wahrscheinlich nicht bloß aus Wasserstoff und Sauerstoff, sondern enthalten auch gebundenen Kohlenstoff. Es ist daher wichtig, durch die Elementar-Analyse die Zusammensetzung der bei der Pulverfabrication angewandten Kohlen genau kennen zu lernen; ich beabsichtige überdieß die flüssigen und gasförmigen Producte zu analysiren, welche man während der Verkohlung des Holzes durch erhitzten Wasserdampf bei bestimmten Temperaturen erhält.

Ueber die Stärke des Pulvers, welches mit der durch Dampf erzeugten Kohle dargestellt wurde.

Feines, superfeines und extrafeines Jagdpulver, wie es in der Fabrik zu Esquerdes mit der durch Dampf erzeugten Kohle dargestellt wird, wurde sowohl mittelst des ballistischen Pendels als der Federwaage probirt. Die Resultate sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

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Textabbildung Bd. 110, S. 207
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Bemerkungen. — Nach den Vorschriften in Frankreich müssen die verschiedenen Sorten Jagdpulver der Kugel folgende Anfangsgeschwindigkeiten ertheilen:

Feines Jagdpulver 330 Meter
Superfeines Jagdpulver 350 Meter
Extrafeines Jagdpulver 375 Meter

Ferner ist vorgeschrieben, daß das Jagdpulver beim Probiren mit der Federwaage ein Resultat geben muß, welches nur um 1½ Grade weniger beträgt als bei dem Normalpulver; letzteres wird unter den besten Sorten ausgewählt und von der Centraldirection in Paris den verschiedenen Pulverfabriken als Muster übersandt.

Verschiedene industrielle Anwendungen des erhitzten Wasserdampfs.

Von solchen führe ich hier nur diejenigen an, welche ich selbst mit Erfolg versucht habe.

Gewinnung der Holzsäure.

Ich habe mit der größten Leichtigkeit den Wasserdampf verdichtet, welcher aus dem Apparat im Verlauf der Verkohlung entwich; mit demselben wurden auch alle verdampften Destillationsproducte des Holzes verdichtet, nämlich Essigsäure, flüchtige Oele, Holzgeist, Theer und brandige Substanzen. Durch öfteres Wechseln der Vorlage wird es möglich seyn diese Substanzen, namentlich die Essigsäure zu isoliren und in ziemlich reinem Zustande zu gewinnen. Ich beabsichtige auch zu ermitteln, ob die Destillationsproducte etwa je nach dem bei der Verkohlung angewandten Wärmegrad verschiedenartige sind, so daß man die Gewinnung des einen oder andern Products durch die anzuwendende Temperatur in der Gewalt hätte.

Gewinnung des Holzgeistes.

Diese Substanz, deren Bereitung bisher schwierig und kostspielig war, läßt sich ohne Zweifel vortheilhaft gewinnen, wenn man einmal die Temperatur ermittelt hat, bei welcher sie in größter Menge erzeugt wird.

Backen des Brodes.

Schon im Jahr 1846 bemerkte ich in einem der (französischen) Akademie der Wissenschaften übergebenen Abhandlung, daß der auf etwa 250° C. (120° R.) erhitzte Wasserdampf ein vortreffliches Mittel zum Brodbacken ist und mein Verkohlungsofen als ein continuirlich arbeitender Backofen betrachtet werden kann, welcher das so lange und vergeblich gesuchte Problem des ununterbrochenen Backens löst. Man hat |209| zwar Backöfen construirt, worin Dampf von 1 oder 2 Atmosphären Spannung ohne vorheriges Erhitzen, in der doppelten Hülle des Ofens circulirt und dessen Temperatur aus den erforderlichen Grad erhöht; letzteres geschieht aber nur durch die angewandte Spannung des Dampfs und überdieß ist der Hohlraum des Ofens nothwendig beschränkt, während bei Anwendung von überhitztem Dampf, welchen man über den Teig streichen läßt, der Ofen eine Kammer von beliebigem Inhalt bildet, worin man eine große Anzahl Brode im Verlauf einer Stunde ausbacken kann. Ich habe mit Wasserdampf, welcher auf 250° C. erhitzt war, in einer halben Stunde Brode von je 2 Kilogr. Gewicht vollständig ausgebacken; sie besaßen das beliebte goldgelbe Aussehen und einen sehr angenehmen Geschmack. Auch für feines Backwerk dürfte sich das neue Verfahren sehr vortheilhaft erweisen.

Backen des Schiffszwiebacks.

Die Zwieback-Bereitung besteht einerseits im Backen und andererseits im vollkommenen Austrocknen desselben; diese zwei Operationen müssen bei dem gewöhnlichen Verfahren vereinzelt ausgeführt werden, die erstere in einem Ofen und die zweite in einer Trockenstube im Verlauf zweier Tage; in meinem Verkohlungsapparat lassen sich beide Operationen miteinander in Zeit von einer halben Stunde ausführen, wenn man den Wasserdampf auf 200° C. (160° R.) erhitzt.

Braten und Austrocknen des Fleisches.

Diese Operationen sind in meinem Apparat sehr leicht auszuführen, was zur Verproviantirung von Landheeren und der Marine große Vortheile gewährt.

Austrocknen des Holzes.

Das Austrocknen des Holzes an der Luft ist eine sehr langwierige und dadurch sehr kostspielige Operation. Man pflegt das Holz für die Flinten erst nach vierjährigem Verweilen in den Magazinen zu verarbeiten; während dieser Zeit bezahlt der Staat einen Zins des Capitals, welcher dem Werth des Holzes gleichkommt. In meinem Apparat kann man in zwei Stunden alle Arten Holz von jedem Alter beliebig stark austrocknen.

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Andere Anwendungen.

Feste oder flüssige Substanzen, welche in Wasser unauflöslich oder verdampfbar sind, z. B. wesentliche Oele, Phosphor, Jod, Quecksilbersublimat etc. ließen sich mittelst erhitzten Wasserdampfs mit der größten Leichtigkeit destilliren. — Ueberhaupt lassen sich von dem erhitzten Dampf als Mittel Wärme von 150 bis 500° C. mitzutheilen, die mannichfaltigsten Anwendungen machen.

Erklärung der Abbildungen.

Kleiner Apparat zum Verkohlen durch Wasserdampf (Fig. 13 u.14).

a durchlöcherter Cylinder aus Kupfer, welcher das zu verkohlende Holz enthält.

b Oeffnung des Cylinders a; sie wird nach dem Eintragen des Holzes durch eine aufzuschraubende Scheibe verschlossen.

e Cylinder aus Kupfer, welcher den Cylinder a umgibt; in dem Zwischenraum beider circulirt der Dampf vor seinem Eintritt in den Cylinder a.

d Cylinder aus Kupfer, welcher den vorhergehenden Apparat umgibt, um dessen Erkalten durch die Berührung der äußeren Lust zu verhindern.

e, e bewegliche Deckel des Cylinders d.

f Eintrittsrohr des Dampfes welchen der Dampfkessel X liefert.

g kleines Schlangenrohr aus Kupfer, welches durch den Feuerraum des Ofens l erhitzt wird; in diesem Rohr circulirt der Dampf und erhitzt sich.

h kleiner Behälter für ein Thermometer.

i Rohr für den Eintritt des Dampfs in den Cylinder a.

j Rohr für den Austritt des Dampfs, welcher das Holz durchzog.

k, k′ Tische, worauf der Apparat steht.

l Flammofen.

Großer Apparat zum Verkohlen durch Wasserdampf (Figur 15, 16,17 und 18).

Dieselben Buchstaben bezeichnen dieselben Gegenstände in Fig. 15, 16 und 17.

A Feuer- und Aschenraum.

B kleines Gewölbe aus Backsteinen über dem Feuerraum.

a kleines verglastes Fenster über dem Gewölbe B, um die Flamme und das Schlangenrohr besichtigen zu können.

b kleine Brücke aus Backsteinen, welche die Flamme zwingt sich gegen den oberen Theil des Schlangenrohrs zu ziehen.

C Schlangenrohr aus geschmiedetem Eisen von 20 Millimeter innerem Durchmesser und 5 Millimeter Dicke, im Ganzen etwa 20 Meter lang. Es ist an einem seiner Enden in der Nähe des Hahns c mit einem kupfernen Rohr d, d′, d″ verbunden, welches mit dem Dampfkessel D communicirt; an seinem anderen Ende e ist dieses Schlangenrohr im Boden des Cylinders H befestigt. Das Schlangenrohr wird in seinem cylindrischen Gehäuse aus Mauerwerk mittelst vier kleiner platter Eisenstangen f. gehalten, welche in der Mauer eingelassen sind.

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E hohler Cylinder ans leichtem Eisenblech; er ist an seinen beiden Enden verschlossen und in der Achse des Schlangenrohrs mittelst kleiner eiserner Klammern g befestigt. Er verhindert, daß die Flamme direct in die Achse des Schlangenrohrs zieht und zwingt die Flamme die Windungen des Rohrs zu bespülen.

F zwei dicke Thüren aus Gußeisen, welche jede äußere Erkaltung zu verhindern haben.

G Schornstein, durch welchen der Rauch des Feuerraums A abzieht.

H Cylinder aus Eisenblech von 1 Centim. Dicke; er ruht auf der Mauer h und wird durch zwei Zwischenwände aus Blech i gehalten; letztere treten in einen Schlitz in der Mauer und bilden die Canäle zum Circuliren der heißen Luft des Feuerraums A An seinem hinteren Theil, wo das Schlangenrohr einmündet, ist der Cylinder H geschlossen, vorne aber mit einem breiten kreisförmigen Hals aus Gußeisen l versehen, an welchen der scheibenförmige Deckel I angedrückt wird.

I scheibenförmiger Deckel aus geschmiedetem Eisen von 1 Centim. Dicke.

J horizontale Stange von geschmiedetem Eisen; ihre Enden sind in den Hals l gesteckt, sie dient als Mutter und Stützpunkt der eisernen Schraube m, welche die Scheibe I andrückt und befestigt.

K Cylinder aus Eisenblech von 5 Millimeter Dicke, an seinem hinleren Theil geschlossen und an seinem vorderen Ende offen; er wird durch acht eiserne Klammern n gestützt und ist an seinem hinteren Theil mit vier eisernen Stangen o versehen, welche mit einer kreisförmigen Scheibe p verbunden sind und dazu dienen den Cylinder K im Cylinder H zu befestigen.

L ein mit Hähnen versehenes kupfernes Rohr, welches am hinteren Theil des Cylinders K befestigt ist; durch dieses Rohr entweicht der Wasserdampf, welcher alle Destillationsproducte des Holzes mit sich reißt.

M durchlöchertes Gehäuse aus Eisenblech, welches das zu verkohlende Holz enthält und das man in den Cylinder K steckt.

N Mauerwerk, welches den Apparat umgibt.

Gang des Apparats. — Die Flamme des Feuerraums A streicht nach hinten über das Schlangenrohr, erhitzt es, zieht hinter den Cylinder H, streicht von hinten nach vorne in die zwei Canäle q, q″ an jeder Seite des Cylinders H, zieht zwischen der Scheibe I und der Thür F hin und dann von vorne nach hinten in den oberen Canal r und entweicht in den Schornstein G. Diese Anordnung hat zum Zweck, den Cylinder H mit heißer Luft zu umhüllen, um jede Abkühlung, welche die Wirkung des Dampfs schwächen könnte, zu verhindern.

Der im Kessel D erzeugte Wasserdampf circulirt im Schlangenrohr c, gelangt in den Cylinder H durch dessen hinteren Theil, bricht sich und verbreitet sich über die Scheibe oder den Schild p, zieht zwischen den zwei Cylindern H und K weiter, welche er stark erhitzt, dringt dann in den Cylinder K durch dessen vorderen Theil, durchzieht das in selbigem enthaltene Holz, welches er stark erhitzt (destillirt) und entweicht durch das Rohr L, alle Producte der Verkohlung mit sich reißend.

Ein Auszug dieser Abhandlung wurde bereits im polytechn. Journal Bd. CIX. S. 137 mitgetheilt.

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