Titel: Farcot's Dampfhammer mit directem Druck und mit Expansion.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1859, Band 152, Nr. CV. (S. 403–412)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj152/ar152105

CV. Dampfhammer mit directem Druck und mit Expansion, von dem Maschinenbauer Farcot zu Port-Saint-Ouen bei Paris.

Aus Armengaud's Génie industriel, April 1859, S. 169.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Der von Hrn. Farcot construirte Dampfhammer unterscheidet sich von anderen derartigen Apparaten dadurch, daß er mit großer Geschwindigkeit und mit einer bedeutenden Expansion betrieben werden kann.

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Die untere Treibkolbenfläche dieses Hammers ist fortwährend der Einwirkung des Dampfes unterworfen, dessen Spannung gerade hinreicht, um den Kolben nebst dem damit verbundenen Hammer rasch zu heben.

Der frische Dampf vom Generator strömt nur auf die obere Kolbenfläche und die Dauer seines Eintritts in den Cylinder hängt ganz von dem Willen des Maschinenwärters ab, um den Stempel mehr oder weniger schnell, und mit mehr oder weniger Kraft schlagen lassen zu können. Da der Kolbendurchmesser viel größer ist als bei den gewöhnlichen Hämmern, so verfügt man über eine weit wirksamere beschleunigende Kraft, als die von der Schwere veranlaßte. Man kann aber mit einem solchen Hammer auch leichte Schläge ausführen, indem man den Dampf nur während eines sehr kleinen Theils des Kolbenlaufs einströmen läßt.

Sollen gewöhnliche Hämmer große Wirkungen hervorbringen, so muß man sie hoch heben und sehr schwer machen; beim Hammer mit Expansion kann aber ein gegebenes Gewicht bei mäßigem Fall schon eine große Wirkung hervorbringen, weil er durch Dampf geschleudert wird, welcher mit 5 oder 6 Atmosphären Spannung auf eine große Kolbenfläche drückt, und der mögliche Hub braucht nicht mehr zu betragen, als um die größten zu schmiedenden Gegenstände bequem unter die Hammerbahn bringen zu können, wodurch der Dampfverbrauch in dem verlorenen Raum über dem Kolben sehr vermindert wird; dieser Verbrauch ist aber bei gewöhnlichen Hämmern, in den Fällen wo sie nicht auf die höchste Wirkung benutzt werden, sehr bedeutend.

Mit dem Expansionshammer kann man wegen des geringeren Hubes und des starken anfänglichen Drucks auf den Kolben leicht geschwindere und stärkere Schläge ausüben als mit anderen Dampfhämmern, wobei noch an Dampf erspart wird, weil dieser durch Expansion wirkt. Berechnet man nämlich die Wirkungen des neuen Stempelhammers, so findet man, daß ein solcher von 1000 Kilogr. Gewicht mit weniger als 1 Met. Hub eben so starke Schläge führt, wie andere Hämmer von gleichem Gewicht mit mehr als 6 Met. Hub.

Der Expansionshammer kann in Eisenhütten auch als Presse oder Quetsche zum Zängen oder Drücken der Luppen verwendet werden, denn er bewirkt eine hinreichende Compression, damit die Schlacken auszutreten beginnen; darauf gibt man mäßige Schläge und fährt wie mit den gewöhnlichen Hämmern fort. Die älteren Stempelhämmer können beim Zängen der Luppen nicht zum Ausdrücken der Schlacken und zum Quetschen verwendet werden, weil dazu ihr Gewicht nicht hinreicht.

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Fig. 1 ist theilweise eine Ansicht von Vorn und theilweise ein senkrechter Durchschnitt durch die Cylinderachse eines solchen Farcot'schen Hammers.

Fig. 2 ist ein horizontaler Durchschnitt durch den obern Theil des Cylinders, nach der Linie 1–2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Aufriß des ganzen Hammers, zum Theil ein senkrechter Durchschnitt durch die Kolbenstangenachse.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht von dem untern Theil des Gerüstes, welcher mit den Steuerungshebeln versehen ist und mit dem Ventil, das zur Regulirung des Druckes in dem Dampfbehälter dient.

Fig. 5 und 6 stellen dieses Ventil nach einem größern Maaßstabe im senkrechten und horizontalen Durchschnitt bar.

Fig. 7 zeigt die Steuerungshebel im Grundriß.

Fig. 8 ist ein Theil von einem Querdurchschnitte durch die Achse der Bolzen, welche den Cylinder mit dem Gerüst vereinigen.

Fig. 9 ist ein theilweiser Grundriß von dem obern Theile des Gerüstes, in der Höhe der Linie 3–4, den Cylinder als weggenommen gedacht.

Die beiden senkrechten Ständer V, welche das Gerüst dieses Hammers bilden, sind hohl gegossen, um als Dampfbehälter zu dienen; man vermindert ihre Räumlichkeit nach Belieben dadurch, daß man eine größere oder kleinere Wassermenge einführt.

Um eine zu schnelle Condensation des Dampfes zu vermeiden, sind diese Behälter auf ihren drei äußeren Seiten mit einem hölzernen Mantel b versehen, über welchem ein 3 Millimeter dicker Blechmantel angebracht ist.

Der Dampfcylinder A ist an seinem untern Theil mit einer Art doppelter Büchse A' aus einem Stück gegossen, welche durch vier Bolzen a auf den senkrechten Säulen des Gerüstes befestigt ist. Diese Büchse stellt durch Oeffnungen a' eine Verbindung zwischen den Dampfbehältern und dem Cylinderraum unter dem Kolben P her.

Die Dampfvertheilungsbüchse B, welche die Verbindung über dem Kolben herstellt, ist an einer Seite des Cylinders, am obern Theil, an Lappen die an demselben angegossen sind, befestigt; die Büchse ist mit einem kreisförmigen Ventil B' versehen, welches durch den, an der Peripherie gleich vertheilten Dampfdruck ins Gleichgewicht gebracht ist.

Die Stange t dieses Ventils wird durch eine Stopfbüchse c und eine Hülse c', die mit dem Support C (Fig. 1) aus einem Stück gegossen ist, geführt; diese Stange ist mit einem Hebel l verbunden, dessen Schwingungsmittelpunkt sich auf dem Support C befindet und welcher mit dem Steuerungshebel L durch zwei Stangen l' verbunden ist.

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Dieser Hebel ist auf einer kleinen Welle d (Fig. 1, 4 und 7) angebracht, die sich in zwei an dem Gerüst befestigten Supports drehen kann; auch ist er mit zwei Springfedern r versehen, welche den Zweck haben, den Steuerungshebel stets wieder in seine horizontale Lage zurückzubringen. Außerdem ist auch ein kleines Gegengewicht p (Fig. 1) am Ende des Hebels l angebracht, welches dem Vertheilungsschieber das Gleichgewicht hält.

Der Dampf strömt durch die Röhre D in die Büchse B und entweicht durch die Röhre E (Fig. 1 und 2). Die Röhre D steht mit dem Dampfbehälter im Gerüst mittelst des Gleichgewichtsventils e, welches in Fig. 5 und 6 im Detail dargestellt ist, in Verbindung.

Die Büchse S, welche das Ventil s umschließt, ist auf einem Röhrenende s' angebracht, das mit dem Behälter im Gerüst V in Verbindung steht.

Die Büchse S ist im Innern cylindrisch und das Ventil s ist genau eingepaßt. Dieses Ventil ist ein hohler Cylinder, oben mit einem Deckel und am Umfange mit Oeffnungen versehen.

Gegen den Ventildeckel drückt mittelst einer Feder eine Stange e, und die Spannung dieser Feder ist so berechnet, daß sie dem Druck des in dem Behälter des Gerüstes befindlichen Dampfes das Gleichgewicht halten kann. Wenn das Gleichgewicht vorhanden ist, hält der Druck, welchen der Dampf im Gerüstbehälter unter dem Deckel des Ventils ausübt, letzteres in der in Fig. 5 abgebildeten Stellung. Vermindert sich der Dampfdruck, so drückt die Feder das Ventil nieder.

Die von der Dampfbüchse herkommende Röhre T steht durch die Zweigröhren e' und f' mit der Büchse S in Verbindung, ohne jedoch, wenn das Ventil s die richtige Lage hat, mit dem Dampfbehälter V zu communiciren.

Wenn aber das Ventil s niedergeht, was stattfindet, sobald sich der Dampfdruck in dem Behälter V vermindert, so gelangen die an seinem Umfang angebrachten Oeffnungen in die Höhe der Tubulaturen e' und f' und der Dampf von hoher Pressung dringt in den Behälter V. Nachdem der Dampfdruck in demselben aus seinen normalen Grad zurückgekommen ist, so übersteigt er den Druck der Feder und führt das Ventil in die in Fig. 5 dargestellte Stellung zurück. Die Verbindung der Röhre T mit dem Behälter V ist daher von Neuem unterbrochen. Man kann nöthigenfalls, indem man auf den Knopf E' drückt, das Ventil mit der Hand bewegen.

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Zur Vermeidung von Unfällen in Folge der Schwingungen, welche durch den Schlag des Hammers auf das auszuschmiedende Stück veranlaßt werden, ist die Kolbenstange, welche bei den gewöhnlichen Stempelhämmern so oft zerbricht, in diesem mit der Masse des Hammers M durch zwei Schraubenbolzen h' verbunden, zwischen denen ein mit eisernen Reifen umgebener Holzklotz i angebracht ist. Das Anziehen der Schraubenbolzen wird nicht unmittelbar auf der Metallplatte i' bewirkt, in welche das Ende der Stange mit einem Schwalbenschwanz eingelassen ist, sondern auf einer Blechtafel welche eine Holzdecke g' bedeckt. Außerdem ist der Boden des Cylinders geschützt und der Hub des Hammers durch zwei an dem Gerüst angegossene Lappen begränzt, an denen zwei Holzstücke g und mehrere Kautschuklagen h mit zwischenliegenden Blecken angebracht sind. Zwei Bolzen j (Fig. 3) verbinden diese die Stöße vermindernden Buffer mit den Lappen am Gerüst.104)

Um sehr schwere Schabotten zu vermeiden, die sich schwierig transportiren lassen, macht sie Hr. Farcot aus mehreren Stücken und gibt ihnen einen gewissen Grad von Elasticität, indem er Gußeisen und Holz mit einander verbindet. Die Schabotte G ist mit einem Schuh gegossen (in der Abbildung nicht ersichtlich), auf welchem ein Holzrahmen H liegt. Auf letzterem ist durch Bolzen k (Fig. 3) ein hohler gußeiserner Sockel K befestigt, auf den die senkrechten Ständer V des Gerüstes, welche hierzu mit Lappen versehen wurden, durch Bolzen k' festgeschraubt sind. Der Amboß N, auf welchen man die Bahn O befestigt, ist mit der Schabotte durch eiserne Schlüssel verbunden. Für einen bedeutenden Hub ist die Vorrichtung die in Fig. 1 und 3 angegebene, und für geringen Hub wird noch ein zweiter Amboß von bestimmter Höhe aufgesetzt, den man mit dem ersten durch Zapfen verbindet, welche in die Löcher n treten.

Betrieb des Hammers. – Der Dampf gelangt aus dem Generator mittelst der Röhre D in die Büchse B; er umgibt alsdann das kreisförmige Ventil B', welches man, wie wir schon gesehen haben, mittelst des Hebels L steuert.

Entblößt man einen Augenblick die Oeffnungen o, so wirkt der Dampf über dem Kolben, so daß dieser herabgeht. Verschließt man die Oeffnungen |408| wieder, so stellt sich die Expansion ein; der Hammer M sinkt weiter hinab, bis er auf den Amboß geschlagen oder die Impulsionskraft erschöpft hat die er von dem Dampfe empfing, indem er die Federung zusammendrückt, welche ihn stets in die Höhe treibt; diese Federung bildet der unter dem Kolben befindliche Dampf, indem der Cylinder durch die Oeffnungen o' mit dem Innern des Behälters V in Verbindung steht.

Wenn man in diesem Augenblick die Ausströmungsöffnung o' entblößt, welche mit dem Condensator oder mit der Atmosphäre in Verbindung steht, so entweicht der Dampf, welcher zum Niedergange des Kolbens gedient hat, und der Druck des in dem Behälter vorhandenen Dampfes veranlaßt unmittelbar den Hub des Hammers.

Man wird nun leicht einsehen, daß man durch Abänderung der Dauer des Einströmens und der Spannung der den Hammer aufwärts treibenden Dampffeder die Anzahl und Stärke der Schläge beliebig verändern kann, während die Verhältnisse der Dampfbenutzung stets noch gut sind. Die Spannung der Dampffeder wird, wie man aus dem Verlaufe der Beschreibung ersehen konnte, mittelst des Ventiles S automatisch regulirt.

Ein Manometer m und ein Abblasehahn R sind an der Seite des Behälters angebracht, an welcher sich das Regulatorventil und der Steuerungshebel befinden; somit befinden sich alle Apparate zum Reguliren und zum Verändern des Betriebes unter den Händen des Maschinenwärters.

Der hier beschriebene Stempelhammer ist seit 1855 in der Maschinenbau-Werkstätte zu Saint-Ouen im Betriebe. Seine Hauptdimensionen sind folgende:

Gewicht des Hammers, der Kolbenstange und der beweglichen
Nebentheile

1000 Kilogr.
Kolbenlauf 70 Centimet.
Kolbendurchmesser 505 Millimet.
Kolbenfläche 2000 Qdrtcentim.
Dampfdruck im Kessel 6,5 Atmosphär.
Gegendruck unter dem Kolben, zum Heben des Hammers 1,5 bis 2 Atmos.

Der Cylinder ist mit einem ebenfalls gußeisernen Mantel versehen, in welchem zur Brennmaterialersparung Dampf aus dem Kessel circulirt.

Nimmt man nach den obigen Daten einen Effectivdruck auf den Kolben von 4 Atmosphären an, und daß der Dampf während des ganzen Kolbenlaufs einströmt, so wird der gesammte Effectivdruck welcher als beschleunigende Kraft wirkt, um den 1000 Kilogr. wiegenden Hammer hinabgehen zu machen, betragen

4 Kilogr. × 2000 Quadratcentimer + 1000 Kilogr. = 9000 Kilogr.

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Am Ende des Kolbenlaufs wird die in der Masse des Hammers angehäufte lebendige Kraft betragen

0,70 Meter × 9000 = 6300 Kilogrammmeter.

Um dasselbe Resultat mit einem Hammer von 1000 Kilogr. Gewicht durch seinen natürlichen Fall hervorzubringen, wäre eine Höhe von 6,30 Meter erforderlich.

Einen Hub von 2 Met. angenommen, welcher in der Praxis oft angewendet wird, müßte der Hammer, um das obige Resultat bei gleichem Dampfverbrauch hervorzubringen, ein Gewicht von 3150 Kilogr. haben.

Betreibt man den Hammer zu St. Ouen mit Expansion während der Hälfte des Kolbenlaufs, so beträgt die Leistung bloß in Folge der Expansion in diesem Falle, nach der von Lorenz berechneten Tabelle, 0,69 der Leistung ohne Expansion, daher die Gesammtleistung und die in der Masse des Hammers angehäufte lebendige Kraft, nach den vorhergehenden Daten betragen werden: (9000 × 0,35) 1,69 = 5324 Kilogrammmeter.

Mit einer Expansion während zwei Dritteln des Kolbenlaufs wird man haben:

(9000 × 0,70 Met./3) 2,1 = 4350 Kilogrammmeter.

Mit einer Expansion während drei Vierteln des Kolbenlaufs wird man am Ende des Falles noch eine lebendige Kraft haben von:

(9000 × 0,70 Met./4) 2,38 = 3750 Kilogrammmeter.

In diesem letztem Falle wird der Dampfverbrauch per Kolbenzug seyn:

1/4 (0,70 Met.) × 0,20 Quadratmet. = 35 Liter Dampf von 6 Atmos.

Mit einem Hammer des gewöhnlichen Systems von 2000 Kilogr. Gewicht und einem Hub von 1,875 Met., welcher erforderlich ist um die gleiche lebendige Kraft von 2000 × 1,875 = 3750 Kilogrammmetern zu erhalten, müßte man nach der Theorie eine Kolbenfläche von 0,0400 Quadratmeter für einen Druck von 6 Atmosphären anwenden.

Das per Kolbenzug verbrauchte Dampfvolum wird daher für diesen Fall seyn:

1,875 × 0,0400 Met. = 0,07500 Kubikmeter Dampf.

Man würde also 2,14 Mal so viel Dampf verbrauchen als bei einem mit Expansion arbeitenden Hammer.

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In der Praxis ist bei den gewöhnlichen Hämmern der Dampfverbrauch viel größer, in Folge des durch den freien Raum zwischen dem Cylinderboden und der untern Kolbenfläche verlorenen Dampfes. Bei den vorliegend beschriebenen Hämmern ist es anders, da wegen des schwachen Hubes des Hammers der Kolben nach jedem Schlage seinen höchsten Standpunkt wieder erreichen kann und alsdann der freie Raum sehr klein ist, daher die Expansion vortheilhaft angewendet und der Betrieb ein weit schnellerer seyn kann.

Wenn man den entweichenden Dampf in einen Behälter strömen und darin durch einen ununterbrochen wirkenden kalten Wasserstrahl verdichten ließe, um ihn zur Kesselspeisung zu benutzen, so würde man viel an Nutzeffect gewinnen. Man könnte auf diese Weise mit einer bedeutenderen Expansion arbeiten, noch mehr Dampf ersparen und die Betriebsverhältnisse würden sich denen guter gewöhnlicher Dampfmaschinen nähern.

Aus diesen Gründen zusammengenommen, braucht der Hammer von St. Ouen bei gleicher Leistung kaum ein Drittel des Dampfes, welchen ein Dampfhammer von dem gewöhnlichen System erfordert.

Der Hammer in der Hütte zu St. Dizier. – Ein Hammer nach demselben Modell wie der zu St. Ouen angewendete und oben beschriebene, wurde von Hrn. Farcot für die Hütte zu St. Dizier zum Luppenzängen erbaut und ist dort seit 1856 im Betriebe. Er kann 80 bis 120 Schläge in der Minute machen und zwei Luppen in der Minute zängen, so daß er zur Bedienung von neun Puddelöfen hinreicht.

Dieser Hammer wird jedoch unter sehr ungünstigen Verhältnissen betrieben, denn da die Kessel unzureichend sind, so arbeitet man nur mit einer durchschnittlichen Dampfpressung von drei Atmosphären und oft darunter. Dessenungeachtet leistet er aber durch die Schnelligkeit seines Ganges sehr gute Dienste, und man gibt ihm den Vorzug vor einem gewöhnlichen Dampfhammer, der bei gleichem Dampfverbrauch per Kolbenzug nicht soviel leisten kann.

Stempelhammer, in der Stahlfabrik zu Couillet in Belgien, mit Expansion betrieben. – Obgleich dieser Hammer nur einen Stempel von 3000 Kilogr. Gewicht und einen Kolbenzug von bloß 1,20 Met. hat, so kann er doch in Folge des von Farcot befolgten Systems und des Kolbendurchmessers von 0,80 Met., die gleichen und selbst größere Wirkungen hervorbringen, als die mit den größten und mächtigsten bisherigen Hämmern erlangten, z.B. mit dem Hammer von 8000 Kilogr. Gewicht und 3,40 Met. Kolbenhub, welcher vor wenigen Jahren in der Hütte zu Indret aufgestellt wurde.

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Dieß ergibt sich aus folgender Berechnung:

Die Kolbenfläche des Hammers zu Couillet beträgt 5000 Quadrat-Centimeter.

Nun erlangt man mit einem Dampfdruck von 6 Atmosphären im Kessel leicht einen Effectivdruck von 4 Atmosphären auf den Kolben, wie bei dem Hammer zu St. Ouen, und nach Abzug des Gegendrucks unter dem Kolben wird man als beschleunigende Kraft beim Niedergange und im Fall des Betriebes ohne Expansion haben:

4 Kil. × 5000 + 3000 Kil. = 23000 Kilogr.

Die in der Masse des Stempels am Ende des Laufs angehäufte lebendige Kraft wird daher betragen:

1,20 Met. × 23,000 = 27600 Kilogrammmeter.

Dagegen würde der Hammer zu Indret, in Folge seines natürlichen Falles, nur eine lebendige Kraft entwickeln von

8000 Kil. × 3,40 M. = 27200 Kilogrammmeter.

Dazu muß man noch die Leistung in Folge der Ausdehnung der zusammengepreßten Luft über dem Kolben addiren, deren Druck in der Praxis etwa 3 Atmosphären betragen muß und auf eine Kolbenfläche von 0,5400 Quadratmeter für einen Durchmesser von 0,83 Met. wirkt. Man findet durch die Berechnung, daß die Leistung in Folge der Ausdehnung eine weitere lebendige Kraft von 11200 Kilogrammmeter gibt, so daß die gesammte lebendige Kraft des Hammers zu Indret 38400 Kilogrammmeter beträgt.

Obgleich hiernach der Hammer zu Indret eine höhere lebendige Kraft gibt als man mit dem Hammer zu Couillet erhalten kann, wenn dieser ohne Condensation geht, so würde man doch bei letzterm durch Condensiren des Dampfes in der vorher für den Hammer zu St. Ouen angegebenen Weise 1 Atmosphäre gewinnen und hätte ohne mehr Dampf zu verbrauchen eine lebendige Kraft von

(5 Kil. × 5000 + 3000 Kil.) 1,20 Met. = 33600 Kilogrammmeter.

Man würde so mit einem Hammer wie der zu Couillet ist, welcher einen Stempel von 3000 Kil. und einen Lauf von 1,20 Met. hat, so daß die ganze Maschine nur eine Höhe von 6 Met. erhält, fast dieselben Resultate erlangen, wie mit dem Hammer zu Indret, der einen Stempel von 8000 Kilogr., einen Lauf von 3,30 Met. und eine Gesammthöhe von 12,57 Met., also mehr als die doppelte von jenem hat.

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Beim Arbeiten mit Expansion würde die Dampfersparung in demselben Verhältniß stattfinden, wie oben für den Hammer von St. Ouen auseinandergesetzt wurde.

Bei einem Einströmen des Dampfes während eines Viertels des Kolbenlaufs würde der Hammer zu Couillet ohne Condensation eine lebendige Kraft von 16000 Kilogrammmetern geben; er würde in diesem Falle eben so starke Schläge liefern und etwa dreimal weniger Dampf verbrauchen als ein Hammer von 6700 Kilogr. mit einem Hub von 2,40 Met., welcher nach dem gewöhnlichen System construirt ist.

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Bei seinen neuen Hämmern wird Hr. Farcot diese Buffer durch einen doppelten Reitel ersetzen, welcher durch Dampf hervorgebracht wird, den man über einem doppelten beweglichen Boden einführt, womit der Cylinder an seinem obern Theil versehen seyn wird. Die Kolbenstange wird hohl seyn und, um besser geleitet zu werden, einen bedeutenden Querschnitt haben. Kupferne Liederungsstücke mit Federn und Druckschrauben werden die Stopfbüchse ersetzen und Dampfentweichungen verhindern.

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