Titel: Fesca, über Explosion von Centrifugen.
Autor: Fesca, Albert
Fundstelle: 1872, Band 203, Nr. XC. (S. 356–373)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj203/ar203090

XC. Ueber Explosion von Centrifugen; von Albert Fesca.

Nach einem Bericht, erstattet in der Generalversammlung des Vereines für die Rübenzucker-Industrie im Zollverein, vom 17. Mai 1871 in Berlin. – Aus der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, Bd. XV S. 737.

Die Fälle der Centrifugen-Explosionen haben sich leider in so bedenklicher Weise gemehrt, daß bereits zu befürchten steht, daß die Arbeiter sich in der Folge vor der Bedienung der Centrifugen scheuen werden. Verschiedene solcher Explosionsfälle sind auch vor die Gerichte gekommen, weil sie Verluste an Menschenleben im Gefolge hatten, und sind diese beiden Umstände allein wichtig genug, um die Aufmerksamkeit auf die Ursachen solcher Explosionen zu lenken.

Hierzu kommt nun aber noch der Umstand, daß das kürzlich von dem deutschen Reichstage angenommene Gesetz der Haftpflicht unzweifelhaft für alle diejenigen Fälle zur Anwendung kommen wird, wo durch Centrifugen-Explosion Menschen beschädigt oder getödtet worden, und daß dieses Gesetz dann vermuthlich die volle Verantwortung hierfür demjenigen auferlegen wird, der die Centrifugen betrieben hatte. Solche Verantwortung ist schwer genug, um zu einer gründlichen Erörterung der vorliegenden Frage aufzufordern.

In der Zuckerfabrik Ueffingen ereignete sich in letzter Campagne der Fall, daß durch Explosion einer Centrifuge zwei Menschen getödtet wurden. Dieser Fall wurde vor dem Kreisgericht Wolfenbüttel verhandelt, und Hr. Professor A. Scheffler in Braunschweig von diesem Gericht aufgefordert, die Ursachen der Explosion zu ermitteln und in einem Gutachten darüber zu berichten. Dieses Gutachten liegt mir in Abschrift vor. Dasselbe weist durch Berechnung der centrifugalen Spannung der fraglichen Centrifugentrommel und der Widerstandsfähigkeit der Trommel in deren schwächstem Querschnitt klar und deutlich nach, daß durch ein Mißverhältniß dieser beiden Factoren eine erhebliche Ueberanstrengung der Centrifuge stattgefunden habe.

Es führt sehr zutreffend aus, daß die Ueberanstrengung eines dem Zerreißen ausgesetzten Blechmantels eintritt, sobald das Material desselben, hier Eisenblech, bis an seine Elasticitätsgrenze angestrengt wird, d.h. sobald die Anstrengung annähernd 1/3 so stark wird, als sie seyn müßte, um das Material sofort zu zerreißen. Es führt ferner aus, daß das Erreichen und namentlich das Ueberschreiten der Elasticitätsgrenze hierbei eine Formveränderung, ein wenn auch kaum merkliches Dehnen und Recken des |357| Bleches zur Folge hat, und daß durch solches Ueberanstrengen des Bleches möglicherweise seine Structur, jedenfalls aber das Maaß seiner absoluten Festigkeit allmählich mehr und mehr abgeschwächt und dasselbe dadurch in einen Zustand geringerer Widerstandsfähigkeit übergeführt wird, so daß es später schon bei einer geringeren Anstrengung zerreißen muß, als seiner ursprünglichen Widerstandsfähigkeit entspricht.

Nachdem das Gutachten in dieser Weise die Ueberanstrengung der Centrifuge als Ursache der Explosion nachgewiesen hat, hebt es noch besonders hervor, daß sich nach dem Gesetz der Centrifugalkraft die Anstrengung der Centrifugentrommel in dem Verhältniß des Quadrates ihrer Umlaufsgeschwindigkeit steigert, und liefert hierdurch den Beweis, wie gefährlich es sey, die normalen Centrifugentouren zu überschreiten.

Alsdann erwähnt Hr. Professor Scheffler noch zweier anderer Fälle von Centrifugen-Explosionen, welche in den Zuckerfabriken Eichthal und Barum vorgekommen seyen, und führt deren Ursache ebenfalls auf Ueberanstrengung in Folge von erheblicher Steigerung der normalen Tourenzahl zurück.

Am Schluß seines Gutachtens stellt der Verfasser noch allgemeine Betrachtungen über derartige Explosionen an und schließt daran geeignete Vorschläge, wie dieselben in der Folge zu vermeiden seyen. Dieser letzte Theil des Gutachtens enthält so viel Nützliches und Praktisches, daß ich glaube, denselben hier wörtlich wiedergeben zu sollen. Das Gutachten sagt:

„Aus allen diesen Vorkommnissen wird zu folgern seyn, daß manche Zuckerfabrik-Dirigenten von der Gefahr, die mit einer Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Centrifugen verbunden ist, keine richtige Vorstellung haben, was sich daraus erklären dürfte, daß zur Berechnung der Anspannung des Mantels durch die Centrifugalkraft specielle Kenntnisse der Mechanik gehören, wie sie bei den Dirigenten der Zuckerfabriken nicht immer vorausgesetzt werden können.

Auch hat es den Anschein, als versäumten es die Maschinenfabrikanten oftmals, bei der Lieferung von Centrifugen das Maximalgewicht der Füllung und die zulässige größte Umdrehungszahl, für welche die Centrifugen construirt wurden, bestimmt anzugeben und auf die Gefahr einer Steigerung ausdrücklich aufmerksam zu machen.

Ferner aber wird sich bei der Art und Weise, wie der Centrifugenbetrieb in manchen Zuckerfabriken thatsächlich geführt wird, behaupten lassen, daß es rathsam wäre, die Centrifugen mit größerer Sicherheit gegen ein Aufplatzen des Mantels, also mit größerer Blechstärke, zu construiren. Wenn, wie in Barum vorgekommen, die Umdrehungszahl um |358| 41 Proc. über den Normalbetrag gesteigert wird, womit, wie vorhin schon bemerkt, eine Verdoppelung der Anspannung des Mantels verbunden ist, so ist zwar ein solches Verfahren ohne Frage sehr ungehörig; indessen dürfte dabei meines Erachtens, falls nicht etwa auch zugleich eine erhebliche Steigerung des Gewichtes der Füllmasse vorgenommen wird, ein Zersprengen des Mantels noch nicht eintreten. Dampfkessel z.B. werden vor der Ingebrauchnahme mit einem Drucke probirt, der anderthalb bis zweimal so groß ist wie der im Kessel beim Betriebe zu unterhaltende Dampfdruck und dürfen unter dem Prüfungsdrucke keine bleibenden Formveränderungen annehmen, also nicht bis zur Grenze der Elasticität angespannt werden. Das Platzen einer Centrifuge aber ist wegen des dabei stattfindenden Umherschleuderns des sich aufrollenden Mantels und der Stücke des vom Mantel zertrümmerten äußeren Gehäuses mit mindestens derselben Gefahr für Verlust von Menschenleben verbunden, wie die Explosion eines Dampfkessels.

In Ansehung dieser Gefahren drängt sich die Frage auf, was für Maßregeln wohl ergriffen werden könnten, um den Betrieb der Centrifugen thunlichst zu sichern. Solche Maßregeln müßten offenbar darauf abzielen, zunächst für jede Centrifuge nach Maaßgabe der Blechstärke des Mantels die zulässige Füllmasse und Umdrehungszahl zu bestimmen, und sodann die Zuckerfabriken hinsichtlich der Beobachtungen dieser Bestimmungen während des Betriebes zu controlliren.

Nun läßt sich allerdings, wie oben für die Ueffinger Centrifugen geschehen, die Widerstandsfähigkeit des Blechmantels durch Rechnung bestimmen, wenn die Enden desselben durch Nietung verbunden sind, nicht aber, wenn diese Verbindung (wie an den Centrifugen in Eichthal und Barum, überhaupt an allen aus der Braunschweigischen Maschinenbauanstalt Hierselbst hervorgegangenen Centrifugen) durch Löthung hergestellt und nur in secundärer Weise durch eine Vernietung verstärkt ist. Bei solcher Construction könnte zwar eine Berechnung unter der Voraussetzung gehöriger Haltbarkeit der Verlöthung angestellt, eine Garantie für die Richtigkeit dieser Voraussetzung aber nur von der betreffenden Maschinenfabrik übernommen werden.

Von einer directen Prüfung der Widerstandsfähigkeit des Mantels einer Centrifuge durch eine Probe aber kann wegen der damit verbundenen Gefahr, wie auch aus anderen Gründen, nicht wohl die Rede seyn. Auch ist zu bedenken, daß eine Controlle der Zuckerfabriken in Bezug darauf, ob beim Betriebe keine Steigerungen des Gewichtes der Füllmasse oder der Umdrehungszahl vorgenommen werden, kaum ausführbar seyn würde.

|359|

Dagegen würde es meines Erachtens sehr zweckmäßig seyn, wenn die Inhaber der Zuckerfabriken angehalten würden, vor dem Beginn jeder Betriebscampagne eine Erklärung darüber, mit welchem Maximalgewichte der Füllmasse und welcher größten Umdrehungszahl pro Minute die Centrifugen der Zuckerfabrik betrieben werden sollen, bei der betreffenden Polizeibehörde einzureichen, sowie auch ein von einer Maschinenfabrik, welche sich mit der Anfertigung von Centrifugen befaßt, ausgestelltes Attest, welches enthalten müßte:

1) die Angabe des Durchmessers, der Höhe und Blechstärke des Mantels, der Zahl und Größe der Löcher in jeder Verticalreihe, sowie der Art und Weise, in welcher die Enden des Mantels mit einander verbunden sind;

2) die Angabe des Gewichtes des anzuwendenden Füllquantums, nach Maaßgabe des Inhaltes des Gefäßes, welches zum Einschütten der Masse benutzt werden soll;

3) die Erklärung, daß die Maschinenfabrik den Betrieb der Centrifugen mit dem beabsichtigten Gewichte der Füllmasse und der beabsichtigten Umdrehungszahl pro Minute für unbedenklich hält;

4) die Angabe der Durchmesser der Transmissionsscheiben, durch welche die Bewegung von der Dampfmaschine auf die Centrifugen übertragen wird, und der hieraus berechneten Umdrehungszahl der Maschine, welche der beabsichtigten Umdrehungszahl der Centrifugen entspricht;

5) die Erklärung, daß die Dampfmaschine in Gegenwart des technischen Dirigenten und des Maschinenaufsehers der Zuckerfabrik probenweise in Gang gesetzt worden ist und sich dabei herausgestellt hat, daß der betreffende Maschinenführer, resp. derjenige von den an den Centrifugen zu beschäftigenden Arbeitern, welcher den Gang der Maschine überwachen soll, die festgesetzte Maximalgeschwindigkeit, welche nicht überschritten werden darf, genau kennt und herzustellen versteht;

6) die Angabe, ob die Dampfmaschine mit einem gut functionirenden Regulator, welcher eine erhebliche Steigerung der Geschwindigkeit über den festgesetzten Maximalbetrag unmöglich macht, versehen ist oder nicht.

Bei der Wichtigkeit der Vermeidung von Ueberschreitungen der zulässigen Geschwindigkeit könnte es ferner zweckmäßig erscheinen, unbedingt vorzuschreiben, daß die Dampfmaschine mit einem zuverlässig wirkenden Regulator, welcher eine Steigerung der Geschwindigkeit über den festgesetzten Betrag nicht zuläßt, versehen seyn müsse. In Erwägung aber, daß die Mehrzahl der in den Zuckerfabriken arbeitenden Dampfmaschinen mit exacten Regulatoren nicht versehen ist, auch nicht alle Maschinenfabriken |360| gute Regulatoren liefern, daß endlich an jedem Regulator leicht Veränderungen vorgenommen werden können, welche eine Vergrößerung der Normalgeschwindigkeit zur Folge haben, halte ich den Erfolg einer solchen Vorschrift für illusorisch.

Die vorstehend unter 6) geforderte Angabe dürfte aber doch nützlich seyn, insofern dieselbe die Aufmerksamkeit auf einen wichtigen Punkt lenkt und vielleicht hier und da Veranlassung zu Verbesserungen gibt. Aehnlich verhält es sich mit der Angabe unter 1).

Auf Grund solchen Attestes würde alsdann der Betrieb der Centrifugen zu gestatten, der Fabrikdirection aber aufzugeben seyn, darüber zu wachen, daß während des Betriebes weder eine Steigerung des Gewichtes der Füllmasse, noch der Umdrehungszahl vorgenommen werde; auch neben der Dampfmaschine an in die Augen fallender Stelle eine Tafel aufzuhängen, auf welcher die höchste zulässige Umdrehungszahl der Maschine pro Minute deutlich angegeben ist, und neben den Centrifugen eine Tafel mit Angabe des höchsten zulässigen Gewichtes der Füllmasse.

Die Wiederholung eines solchen Verfahrens vor dem Beginn einer jeden Campagne dürfte sich empfehlen in Rücksicht darauf, daß der Mantel einer Centrifuge mit der Zeit durch Abnutzung geschwächt wird, sowie mit Rücksicht auf etwaige Neuanschaffungen von Centrifugen oder Aenderungen im Betriebsmechanismus, welche die Umdrehungszahl beeinflussen, auch auf einen etwa vorkommenden Wechsel im Personal, sey es der Direction oder der Bedienungsmannschaft.“

Diese Betrachtungen und Vorschläge sind unzweifelhaft sehr nützlich und praktisch; doch ist gar nicht zu verkennen, daß sie, der Zeit ihres Erlasses entsprechend, hauptsächlich darauf hinzielen, einer Behörde, welche den Centrifugenbetrieb zu controlliren befugt ist, die nöthige Anleitung zu dieser Kontrolle zu geben.

Durch die Annahme des Gesetzes über die Haftpflicht ist jetzt jede Befürchtung, es möchte eine amtliche Controlle über den Centrifugenbetrieb eintreten, geschwunden; dahingegen glaube ich, daß es auch um so mehr eine Nothwendigkeit geworden ist, den Besitzern von Centrifugen die Mittel an die Hand zu geben, sich ein eigenes Urtheil darüber zu bilden, wie sie ihre Centrifugen ohne Gefahr betreiben können.

Es scheint mir angemessen zu seyn, wenn der Besitzer von Centrifugen im Stande ist zu erkennen, wann die Gefahr der Centrifugen-Explosion eintritt, damit er in seinem eigenen und dem Interesse seiner Arbeiter die nöthigen Maßregeln zum Schutze gegen solche Gefahr treffen kann; damit er sich zu sichern weiß gegen die herben Folgen der Anwendung |361| des Haftpflichtgesetzes auf durch Centrifugen-Explosionen hervorgebrachte Schäden an Menschenleben.

Es bedarf hierzu vor Allein der Berechnung der centrifugalen Anstrengung und der Widerstandsfähigkeit der Trommeln. Diese Berechnung beruht auf sehr einfachen Grundsätzen und ist ganz leicht auszuführen, wie ich in Folgendem nachzuweisen und an einigen Beispielen zu erläutern mir erlaube:

Aus der Tourenzahl und dem Durchmesser der Centrifugentrommel berechnet sich eine Zahl, der sogenannte Centrifugalcoefficient.

Dieser Centrifugalcoefficient ist

I. bei dem gleichen Durchmesser von zwei Trommeln proportional dem Quadrat ihrer Tourenzahl in der gleichen Zeiteinheit;

II. bei gleicher Tourenzahl in derselben Zeiteinheit proportional dem Trommeldurchmesser.

Das Gewicht der umlaufenden Masse, welche, durch die Centrifugalkraft getrieben, sich von dem Mittelpunkt der Trommel zu entfernen strebt, multiplicirt mit dem Centrifugalcoefficienten, ergibt den centrifugalen Druck, welcher radial von innen nach außen auf die Trommelzarge (den rotirenden cylindrischen Mantel der Trommel) wirkt und dieselbe zu zerreißen strebt.

Als Beispiel diene die Zuckercentrifuge mit laufender Trommel von 2 1/2 Fuß (0,78 Met.) Durchmesser.

Die normale Umlaufsgeschwindigkeit derselben ist

1080 Umdrehungen pro Minute oder 18 Umdrehungen pro Secunde.

Der Centrifugalcoefficient berechnet sich hieraus nach der Formel c²/2gr, in welcher

c die Peripheriegeschwindigkeit in Fußen pro Secunde,

g die Höhe des freien Falles in der ersten Secunde = 15,6 Fuß,

r der Halbmesser der Trommel in Fußen ist. Es ist also hier der Centrifugalcoefficient

c²/2gr = (18 . 3,5 . 3,14)²/(2 . 15,6 . 1,25) = 510.

Die umlaufende Masse, welche sich centrifugal zu entfernen strebt, besteht aus

der Zarge der laufenden Trommel,

den Einlagssieben,

der Zuckerfüllmasse.

Die größte Ladung an Zuckerfüllmasse, welche die Trommel ihren Dimensionen entsprechend aufnehmen kann, wiegt 160 Pfd. Hierbei ist |362| erstes Product gedacht, während von Nachproducten nicht gut mehr als 120 Pfd. Füllung anzunehmen ist, weil sich dieselben in größeren Ladungen nicht gut ausschleudern.

Gleichviel nun, ob das Füllen der Trommel mit diesen 160 Pfd. während ihres Stillstandes oder Ganges geschieht, es wird bis zu dem Augenblick wo dieselbe ihre höchsten Touren, also den vollen Centrifugaleffect erreicht, aus dieser Füllmasse ein erheblicher Theil Syrup centrifugal entweichen, und die dann noch in der Trommel enthaltene Zuckerladung wird nicht mehr als 120 Pfd. wiegen; diese 120 Pfd. Füllmasse werden also in Rechnung zu stellen seyn.

Die Trommelzarge und Einlagsiebe liegen unmittelbar in der Trommelperipherie, die Zuckerfüllmasse hingegen bildet einen ringförmigen Körper, dessen centrifugaler Schwerpunkt der Trommelachse näher liegt, als die Zarge und Siebe, und zwar ungefähr in dem Verhältniß von 11 zu 12 näher. Der Centrifugaleffect dieser Füllmasse ist also nach II. nur 11/12 so groß, als ihr Gewicht von 120 Pfd., in der Trommelperipherie concentrirt gedacht, erzeugen würde, oder es wirken nicht 120 Pfd., sondern

11/12 × 120 = 110 Pfd. Füllmasse,

als in der Trommelperipherie concentrirt gedachte centrifugale Belastung. –

Die in der Trommelperipherie und mit dem Centrifugalcoefficienten von 510 centrifugal wirkende Masse besteht demnach aus dem Gewicht

der Trommelzarge (dieselbe hat 11 1/2 Zoll Höhe und 0,157 Zoll Dicke,
d. i. 6 Pfd. pro Quadratfuß Oberfläche) 45,5 Pfd.
der Einlagsiebe 10,5
Füllmasse 11/12 × 120 = 110,0
–––––––––––––––––––––––––––––
Summa: centrifugal wirkende Masse 166 Pfd.

Aus diesem Gewicht und dem Centrifugalcoefficient 510 berechnet sich der radial auf die Trommelzarge wirkende centrifugale Druck als

166 × 510 = 84,660 Pfd. Druck.

Die Oberfläche der Zarge beträgt

94 × 11,5 = 1081 Quadratzoll,

es entsteht also 84,660/1,081 = 78,3 Pfd. Druck auf den Quadratzoll der Zarge.

Der auf die Zargenoberfläche gleichförmig wirkende centrifugale Druck von 84,660 Pfd. ist zu dividiren durch 3,14, und man erhält dadurch in

|363|

84,660/3,13 = 26,962 Pfd. Druck

diejenige Anstrengung, welche die Trommelzarge in zwei gleiche, durch einen Schnitt in der Richtung der Trommelachse getheilte Hälften zu zerreißen strebt, oder aber die Hälfte dieses Druckes

= 13,481 Pfd. tangentialer Zug

stellt diejenige Anstrengung dar, welche den schwächsten Querschnitt durch die einfache Zarge, d. i. den Schnitt durch eine senkrechte Nietreihe der Zarge zu zerreißen strebt.

Dieser Schnitt durch eine senkrechte Nietreihe beträgt in dem vorliegenden Falle 1,2385 Quadratzoll.

Es ist also ein Quadratzoll Zargenquerschnitt auf Zerreißen angestrengt durch 13,481/1,2385 = 10,885 Pfd.

Ein Quadratzoll bestes Eisenblech zerreißt erfahrungsmäßig bei einer durchschnittlichen Anstrengung von 50,000 Pfd. Die mit 10,885 Pfd. pro Quadratzoll auf Zerreißen angestrengte Trommelzarge bietet also 50,000/10,885 = 4,6fache Sicherheit gegen das Zerreißen.

Nehmen wir an, daß dieselbe Centrifugentrommel mit derselben Zuckerladung anstatt 1080 Touren 1200 Touren pro Minute macht, so würde die Sicherheitsberechnung folgende Resultate ergeben:

Centrifugalcoefficient = 630,

centrifugaler Druck auf die Zarge = 104,580 Pfd.,

Druck auf den Quadratzoll Zargenoberfläche = 96,74 Pfd.

Auf den Schnitt durch eine senkrechte Nietreihe, also den schwächsten Querschnitt durch die einfache Zarge von 1,2385 Quadratzoll, wirken

104,580/(3,14 × 2) = 16,652 Pfd. Zerreißanstrengung,

also auf 1 Quadratzoll Zargenquerschnitt

16,652/1,2385 = 13,445 Pfd. Zerreißanstrengung,

und es ist darnach vorhanden

50,000/13,445 = 3,7 fache Sicherheit

gegen das Zerreißen.

Bis auf nur dreifache Sicherheit gegen das Zerreißen soll man die Centrifugentrommeln nicht anstrengen, weil man alsdann die Trommelzarge bis zur Elasticitätsgrenze der Bleche angestrengt haben würde, und |364| dieß, wie oben angeführt, eine allmähliche Abschwächung der Haltbarkeit des Bleches zur Folge hätte.

Die 4,6fache Sicherheit der Trommeln, wie solche bei 1080 Touren pro Minute vorhanden ist, erscheint mir als eine vollkommen genügende; dagegen halte ich 1200 Touren pro Minute und dem entsprechende nur 3,7fache Sicherheit schon für gewagt, weil man sich hiermit der Anstrengung bis an die Elasticitätsgrenze des Bleches schon zu sehr nähert, und dieselbe durch eine zufällige Steigerung der Centrifugentouren von 1200 auf etwa 1300 effectiv erreichen würde.

In vielen Fällen ist der Wunsch und auch das entschiedene Bedürfniß ausgesprochen worden, den Zuckercentrifugentrommeln auch bei einer höheren Tourenzahl als rund 1080 pro Minute noch genügende Sicherheit zu geben, und es liegt sehr nahe, daß dieß leicht durch eine Vermehrung der Blechstärke zu erreichen ist. Solche Vermehrung der Blechstärke ist denn auch oft zu diesem Zwecke angewendet worden; doch möchte ich hierbei einer irrigen Voraussetzung begegnen, der Voraussetzung nämlich, daß in demselben Verhältniß, wie man die Blechstärke steigert, sich auch die Sicherheit steigern würde. Letzteres ist aber durchaus nicht der Fall, denn es vermehrt sich durch die Steigerung der Blechstärke wohl die Widerstandsfähigkeit der Zarge gegen das Zerreißen, allein es steigert sich auch gleichzeitig die centrifugale Zerreißanstrengung, indem das gegebene Mehrgewicht der Zarge, multiplicirt mit dem Centrifugalcoefficienten, eine neue Zerreißanstrengung erzeugt.

Erläuterung durch Beispiele gibt hiervon am besten ein Bild: Legen wir also die eben angeführten Sicherheitsberechnungen der Zuckercentrifugaltrommel zu Grunde, welche

bei 1080 Umdrehungen eine Sicherheit von 4,6,
1200 3,7

gegen das Zerreißen ergab, und nehmen wir an, daß die Blechstärke ihrer Zarge im Verhältniß von 2 zu 3 vermehrt werde, so wird daraus nicht eine Vermehrung der Sicherheit auf 6,9 resp. 5,55 erfolgen, sondern es erhöht sich durch das Mehrgewicht der Zarge, multiplicirt mit dem Centrifugalcoefficienten, die Sicherheit gegen das Zerreißen nur

von 4,6 auf 6 bei 1080 Touren pro Minute und
3,7 4,9 1200

also um ein Erhebliches weniger, als irrthümlicher Weise vermuthet werden konnte. Wir sehen also hieraus, daß eine Vermehrung der Blechstärke der Zarge nur einen beschränkten Vortheil bietet.

Weiter unten werde ich darauf zurückkommen, wie in dieser Beziehung weit reellere Vortheile zu erzielen sind, wenn für das Centrifugenblech |365| ein Material aufzufinden ist, welches bei zäher und sehniger Beschaffenheit eine höhere absolute Festigkeit als 50,000 Pfd. pro Quadratzoll hat, und dem entsprechend bei gleicher Blechstärke, also gleichem Gewicht der Zarge, der centrifugalen Zerreißanstrengung eine größere Widerstandsfähigkeit entgegensetzen kann.

Zunächst scheint es mir jetzt am Platze zu seyn, auf die eclatantesten mir bekannten Fälle der Ueberanstrengung von Centrifugen aufmerksam zu machen, und zwar um so mehr, als dieselben identisch sind mit den von Hrn. Professor Scheffler in seinem obigen Gutachten angeführten.

Es ist bekannt, daß die Saftgewinnung durch Centrifugen durch andere Saftgewinnungsverfahren überholt und theilweise verdrängt worden ist. Um die vorhandenen Saftcentrifugen nutzbar zu machen, hat man dann theils die ursprünglich von mir für dieselben als normal angegebenen Touren von 950 bis 1000 pro Minute überschritten und allmählich auf 1200 bis 1300 gesteigert, weil die Saftausbeute um so besser wurde, je höhere Touren die Centrifugen hatten; theils hat man dieselben als Zuckercentrifugen verwendet und dabei ebenfalls ihre Tourenzahl bis auf 1200 bis 1300 gesteigert, wie der besprochene Fall von Ueffingen beweist.

Ich will hier kurz in Zahlenresultaten nachweisen, wie eine solche Anstrengung der Saftcentrifugen geradezu eine unerlaubte ist.

Als übliche Ladung der 36zölligen Centrifuge wird 270 Pfd. Zuckerfüllmasse oder verdünnter Rübenbrei anzunehmen seyn. Von dieser Ladung wird ungefähr 1/4 als Syrup oder Saft centrifugal entwichen seyn bis zu dem Zeitpunkt, wo die Centrifuge ihre vollen Touren erreicht hat.

Es wird sonach (3 . 270)/4 = 203 Pfd. als centrifugal auf Anspannung der Trommel wirkendes Gewicht der Ladung in Rechnung zu stellen seyn.

Die Entfernung des centrifugalen Schwerpunktes der ringförmig gelagerten Ladung vom Centrum der Trommel wird circa 14/15 des Trommelradius betragen. Demnach wirken nicht 203 Pfd., sondern 14/15 × 203 = 190 Pfd. Ladung als in der Trommelperipherie concentrirt gedachte centrifugale Belastung.

Die 36zöllige Trommel soll 980 Umdrehungen pro Minute machen. Dieß ergibt einen Centrifugalcoefficienten = 505.

Die in der Trommelperipherie centrifugal wirkende Masse besteht nun aus

|366|
dem Gewicht der Trommelzarge (letztere ist 18 Zoll
hoch und 1/4 Zoll stark.

140

Pfd.,
dem Gewicht der Einlagsiebe 22
„ „ „ Ladung 14/15 × 203 190
––––––––––––––––––––––
Summa: centrifugal wirkende Masse 352 Pfd.

Hieraus berechnet sich der radial auf die Trommelzarge wirkende centrifugale Druck zu

352 × 505 = 177,760 Pfd.

Die Oberfläche der Zarge beträgt:

113 × 18 = 2034 Quadratzoll.

Es entstehen also

177,760/2,034 = 87,4 Pfd. Druck auf den Quadratzoll der Zarge.

Der schwächste Querschnitt durch die einfache Zarge, d. i. der Schnitt durch eine senkrechte Nietreihe, beträgt 2,7187 Quadratzoll.

Dieser schwächste Querschnitt ist auf Zerreißen angestrengt mit

177,760/(8,14 × 2) = 28,305 Pfd. tangentialem Zug.

Es ist also ein Quadratzoll Querschnitt auf Zerreißen angestrengt durch

28,305/2,7187 = 10,411 Pfd.

Dieß ergibt bei 980 Umdrehungen der Trommel

50,000/10,411 = 4,8fache Sicherheit gegen das Zerreißen.

Diese Sicherheit ist als eine vollkommen genügende zu betrachten. Wird dagegen die Umlaufsgeschwindigkeit der Centrifuge auf 1200 oder 1300 gesteigert, wie dieß in mehreren Fabriken geschehen ist, so resultiren

bei 1200 Umdrehungen 131 Pfd. Spannung pro Quadratzoll der Trommel,
bei 1300 Umdrehungen 154 Pfd. Spannung pro Quadratzoll der Trommel,
bei 1200 Umdrehungen 3,2 fache Sicherheit gegen Zerreißen,
bei 1300 2,73 „

Im Augustheft 1867 der „Zeitschrift des Vereines für Rübenzucker-Industrie“ machte ich in einem kurzen Artikel darauf aufmerksam, daß die Zargen der Centrifugentrommeln durch Einfluß der Rübensalze mit der Zeit erheblich angegriffen würden. Einen Beweis hierfür in Zahlen haben jetzt die Zargen der Ueffinger Centrifugentrommeln ergeben.

|367|

Diese Centrifugen sind von mir im Jahre 1857 geliefert, und wogen damals deren Trommelzargen pro Stück 140 Pfund. Das Gewicht der explodirten Zarge gibt Hr. Professor Scheffler in seinem Gutachten mit 120 Pfd. an, und zwei andere der gleichen Zargen aus Ueffingen, welche mir vorliegen, wiegen 119 Pfd. und 146 Pfd. Es hat also eine Abnahme des Zargengewichtes und ebenso des Zargenquerschnittes im Verhältniß von mindestens 7: 6 stattgefunden, und dem entsprechend ist obige Sicherheitsberechnung der Trommeln dahin zu corrigiren, daß durch Abnahme des Zargengewichtes um circa 20 Pfd. die Zerreißanstrengung im Verhältniß von 35 : 33 und zugleich durch Verringerung des Zargenquerschnittes die Widerstandsfähigkeit der Zarge im Verhältniß von 7: 6 abgenommen hat. Hiernach ist die Sicherheit gegen das Zerreißen im Verhältniß von

33 × 7 : 35 × 6 = 11 : 10

geringer geworden.

Die Ueffinger Trommeln hatten sonach unter Berücksichtigung der allmählichen Zerstörung der Zargen durch chemische Einflüsse jetzt nur noch eine

3,2 × 10/11, = 2,9fache Sicherheit gegen Zerreißen bei

1200 Umdrehungen,

2,73 × 10/11 = 2,48fache Sicherheit gegen Zerreißen bei

1300 Umdrehungen,

und es ist wohl kein Zweifel darüber, daß eine so große Anstrengung der Trommeln eine unerlaubte zu nennen ist.

Auf noch einen Umstand möchte ich hierbei aufmerksam machen: Hr. Professor Scheffler fand durch Zerreißversuche die absolute Festigkeit der explodirten Ueffinger Zarge zu 48,000 Pfd. pro Quadratzoll. Mit einer der beiden anderen mir vorliegenden Ueffinger Zargen machte ich einen Zerreißversuch, und stellte sich dabei eine absolute Festigkeit von 53,000 Pfd. pro Quadratzoll heraus.

Ursprünglich hatte das Material dieser Zargen, hervorgegangen aus der Vorsig'schen Hütte in Moabit, welche sich durch höchste Qualität ihres Eisenbleches auszeichnete, nach meinen in den fünfziger Jahren Niederholt damit angestellten Zerreißversuchen eine absolute Festigkeit von 57,000 bis 58,000 Pfund pro Quadratzoll. Es hat also durch die constante Anstrengung des Materiales bis an und über die Elasticitätsgrenze eine, wenn auch nicht sehr große, jedenfalls aber doch wahrnehmbare Abschwächung seiner absoluten Festigkeit stattgefunden, und ist dieß ein Beleg dafür, wie sehr man sich vor diesem Maaß der Anstrengung zu hüten hat.

|368|

Bei dem Betriebe von Centrifugen zum Zweck der Zuckerschleuderung erscheint mir ein höherer Centrifugalcoefficient als 500 durchaus unnöthig; sollte es indessen bei dem Betriebe von Saftcentrifugen eine Nothwendigkeit seyn, denselben eine hohe Geschwindigkeit entsprechend einem Coefficienten von 700 bis 800 zu geben, so möchte es doch nicht gerathen erscheinen, dieß dadurch zu ermöglichen, daß man die Centrifugenzargen aus wesentlich stärkerem als 1/4zölligem Eisenblech macht, um dadurch ihre Widerstandskraft geeignet zu erhöhen, denn es würde hierdurch

1) nicht eine Steigerung der Sicherheit gegen das Zerreißen in dem Verhältniß der Erhöhung der Blechstärke eintreten, wie ich dieß bei Berechnung der 30zölligen Zuckercentrifugen nachwies, und

2) die Lauftrommel würde durch Erhöhung der Blechstärke ein so hohes Gewicht erreichen und das Spurlager so belasten, daß ein Schweißen des Spurzapfens zu befürchten stände.

Für diesen besonderen und alle ähnlichen Fälle, in welchen eine ungewöhnlich hohe Anstrengung der Centrifugentrommeln nothwendig werden sollte, würde es nun erwünscht seyn, ein Blechmaterial zu haben, welches eine erheblich höhere absolute Festigkeit als Eisenblech besitzt und doch auch damit die zähe und sehnige Beschaffenheit von sogenanntem sehnigen Eisen verbindet. Ein solches Material von einer absoluten Festigkeit von 80,000 Pfd. pro Quadratzoll und darüber gibt es nun in neuerer Zeit, und es sollte überall da zu den Zargen verwendet werden, wo eine besonders hohe Anstrengung der Centrifuge vorliegt.

Wenn die vorstehend angeführten Berechnungen über die zulässige Anstrengung der Centrifugen nun auch mit Leichtigkeit von Jedem gemacht werden können, so liegt es doch in der Billigkeit, daß sich vornehmlich der Centrifugenlieferant denselben unterzieht und die Daten, auf welchen die Berechnung in jedem einzelnen Falle beruht, bei der Centrifugenlieferung angibt, etwa wie folgt:

a) Tourenzahl und Durchmesser der Lauftrommel,

b) daraus hervorgehender Centrifugalcoefficient;

c) Gewicht der Zarge der Lauftrommel, Gewicht der Einlagsiebe, Gewicht welches die Ladung der Trommel haben darf in dem Zeitpunkt wo letztere ihre vollen Touren erreicht;

d) die aus a) und c) hervorgehende tangentiale Zerreißanstrengung für den Querschnitt durch die einfache Zarge;

e) Querschnitt durch die schwächste, der Zerreißanstrengung d ausgesetzte Stelle der einfachsten Zarge in Quadratzollen;

f) absolute Festigkeit des Materiales, aus welchem die Zarge der Lauftrommel gefertigt ist, pro 1 Quadratzoll;

|369|

g) Sicherheit gegen das Zerreißen, welche aus d), e) und f) hervorgeht.81)

Mit Angabe dieser Daten würde natürlich der Lieferant die Garantie für deren Nichtigkeit und somit die einzig mögliche Garantie für die Haltbarkeit der Centrifuge übernommen haben, während jede weitere Verantwortung den Besitzer der Centrifuge selbst träfe.

Die Vorsichtsmaßregeln, welche letzterer zur Sicherstellung vor Explosion der Centrifugen zu treffen hätte, ließen sich etwa folgendermaßen zusammenfassen:

I. Die Dampfmaschine, welche die Centrifugen treibt, ist mit einem genau wirkenden Regulator zu versehen, der so construirt ist, daß es dem Maschinenwärter möglichst schwer ist, ihn zu verstellen.82)

II. Es muß entsprechend der Füllmasse, dasjenige Gewicht der Centrifugenladung ermittelt werden, welches, unter Voraussetzung der guten Durchlässigkeit der Centrifugensiebe, geladen werden darf, um nach Erreichung der vollen Centrifugentouren, also nach Ausschleuderung eines Theiles der Flüssigkeit, dem vom Lieferanten sub c) angegebenen Ladungsgewicht zu entsprechen. Diese Ermittelung ist nicht schwer, denn man braucht nur z.B. bei einer Zuckerladung den während des Anlaufens der Centrifuge bis zur Erreichung ihrer ungefähren vollen Geschwindigkeit ausgeschleuderten Syrup besonders aufzufangen und sein Gewicht zu bestimmen. Dieses Gewicht repräsentirt dann die Differenz zwischen dem sub c) angegebenen Ladungsgewicht und dem Gewicht der wirklich einzufüllenden Ladung.

III. Es ist für gute Durchlässigkeit der Centrifugensiebe zu sorgen, damit die sub II. erwähnte Herabminderung des Ladungsgewichtes vom Moment des Einladens bis zur Erreichung der vollen Centrifugentouren auch wirklich erreicht werde und damit nicht durch Unterlassung der Siebreinigung die Belastung der Trommel größer werde, als beabsichtigt war.

Hierzu erlaube ich mir die Bemerkung, daß ich bei Saftcentrifugen stets die nöthige Sorgfalt auf Reinigung der Siebe verwendet gefunden habe, daß ich hingegen bei Zuckercentrifugen vielfach das Gegentheil beobachtete.

Es gibt nur ein rationelles Mittel, die in der Trommel eingebundenen Siebe der Zuckercentrifuge gut und schnell zu reinigen, und dieses |370| ist: das Ausblasen der Siebe mit einem Strahl hochgespannten Dampfes während hoher Touren der leeren Centrifugen.

Hinter den Sieben und in ihren Maschen sammelt sich nämlich ein, Gemisch von feinkörnigem Zucker und Syrup, welches geeignet ist, die Siebe vollständig oder doch so weit zu verstopfen, daß sie nur noch stellenweise und langsam den Syrup hindurch lassen. Dieses Gemisch wird nun durch den Dampfstrahl und das sich aus demselben condensirende Wasser so weit erwärmt und verdünnt, daß es dadurch genügend verflüssigt ist, um durch die hohen Touren der Trommel leicht und vollständig aus den Sieben heraus centrifugirt zu werden.

Scharfe erste und zweite Producte verschmieren natürlich nur langsam die Siebe, und genügt für dieselben deßhalb ein solches Ausdämpfen alle 1 bis 2 Stunden; bei dem Schleudern von Nachproducten muß hingegen nach jeder zweiten oder dritten Procedur und bei ganz geringen Producten mit sehr strengflüssigem Syrup sogar nach jeder Schleuderung ein Ausblasen der Siebe mit dem Dampfstrahl stattfinden, sonst verschmieren sich die Siebe zu sehr und lassen den strengflüssigen Syrup nur sehr langsam hindurch.

Statt des hier beschriebenen Ausdämpfens der Siebe habe ich sehr häufig als Reinigungsmethode derselben folgende beobachtet: entweder man bürstet die Siebe mit Wasser aus, oder aber man deckt die stillstehende Centrifuge mit einem Holzdeckel zu, welcher in seiner Mitte eine kleine Oeffnung hat, ausreichend um einen Dampfschlauch hindurch zu stecken, und läßt nun eine Zeit lang Dampf in die ruhende Trommel hineinstreichen. Erstere Methode des Bürstens mit Wasser taugt absolut nichts, denn sie läßt nach sorgsamem Bürsten höchstens die sichtbare Seite des Köpersiebes rein erscheinen, während der Zuckerpatz (wenn ich diesen Ausdruck gebrauchen darf), welcher zwischen beiden Sieben und namentlich hinter dem Unterlagssieb und in dessen Maschen sitzt und oft die Zähigkeit von Leder hat, fast ganz unverändert daselbst sitzen bleibt. Die zweite Methode, das Dämpfen im Stillstande während einiger Minuten, bewirkt auch nur eine sehr unvollständige Reinigung der Siebe, denn der Dampf erweicht höchstens dabei den Zuckerpatz hinter und in dem Unterlagssiebe, löst ihn aber nicht auf, und alle stark verschmierten Siebstellen sind nach solcher Reinigung noch ebenso verschlossen, wie sie es vorher waren.

Die gute Siebreinigung bietet nebenbei noch den schätzenswerthen Vortheil der schnelleren Vollendung einer jeden Schleuderung, also größerer Leistungsfähigkeit der Centrifugen, und möchte ich deßhalb nicht unterlassen, ganz besonders hierauf aufmerksam zu machen. –

|371|

Zum Schluß möchte ich noch die Aufmerksamkeit auf die Art und Weise der Verbindung der Zargen lenken. Ich habe stets Nietverbindung mit mehreren parallelen Nietreihen hierzu angewendet und dieselbe durch Zerreißversuche controllirt, welche eine größere Haltbarkeit der Nietung als des nebenliegenden freien Bleches ergeben mußten; auch ermittelte ich die Haltbarkeit der Nietung durch directe Nietabscherversuche.

Diese Nietung hat mir vielen Tadel eingetragen, weil sie eine unvermeidliche Unebenheit der Zarge und in Folge dessen ein zu frühes Schadhaftwerden der Einlagsiebe durch diese Unebenheiten zur Folge hatte, und man verlangte deßhalb oftmals statt der Nietung eine Löthung der Zarge von mir als diejenige Verbindung, welche unter allen Umständen eine glatte Zargenoberfläche ergebe.

Ich mußte die Löthung indessen als eine in ihrer Haltbarkeit unzuverlässige Verbindung stets ablehnen, und freue ich mich nun constatirt zu sehen, daß ich mit meiner Ansicht hierüber nicht allein stehe, indem auch Hr. Prof. Scheffler ausdrücklich in seinem Gutachten vor der Löthung warnt, als einer Verbindung welche sich jeglicher Berechnung ihrer Haltbarkeit entzieht. Letzteres ist denn auch in der That der Fall, und ist dieß in der Natur der Löthung von Eisenfläche gegen Eisenfläche begründet. Es läßt sich nämlich eine solche Löthung nicht anders gut ausführen, als wenn man erst die beiden zu löthenden Flächen metallisch rein darstellt, sie dann durch einige Heftniete verbindet, um eine enge Löthfuge zu erhalten, und mit strengflüssigem Schlagloch und Borax löthet.

Wird hierbei der Borax entweder pulverisirt oder in dem durch Hitze aufgeblähten Zustande sorgfältig auf den zu löthenden Flächen vertheilt, bevor dieselben durch Heftniete mit einander verbunden werden, so hat man die äußerste Vorsicht angewendet, um zu verhüten daß eine oder die andere Stelle der Löthfläche aus Mangel an Borax sich nicht mit dem Loth verbindet. Trotz solcher äußersten Vorsicht und dem gewöhnlichen Kennzeichen einer guten Löthung, nämlich dem vollständigen Durchfließen des Lothes von der einen Kante der Lothfläche bis zur anderen Kante, ist es dennoch keine ungewöhnliche Erscheinung, daß solche anscheinend tadellosen Löthungen, wenn man dieselben von einander reißt, erheblich große Stellen zeigen, wo das Loth nicht angeflossen ist.

In dieser bekannten Erscheinung und dem Umstande, daß sich dieselbe gänzlich der Beobachtung entzieht, liegt die Unsicherheit der Löthung, die Ungewißheit darüber, was die Lothstelle hält und bei welcher Anstrengung sie zerreißt.

|372|

Ich habe verschiedene Zerreißversuche mit solchen gelötheten Zargenblechen gemacht, welche zu dem Zwecke mit besonderer Sorgfalt gelöthet waren, und habe allerdings wiederholt gefunden, daß die Löthung mehr aushielt als das Blech daneben; oft war aber auch das Gegentheil der Fall. Ferner habe ich mehrere zersprungene gelöthete Centrifugentrommeln beobachtet und dabei gefunden, daß die Lothstelle gerissen war und nicht das Blech, und ganz eben dieselbe Beobachtung führt Hr. Professor Scheffler in seinem Gutachten an, als von ihm an zwei gelötheten und zerrissenen Centrifugentrommeln gemacht.

Bei solchen explodirten Trommeln, welche in der Lothnaht zerrissen sind, läßt sich nun aber nachträglich absolut nicht feststellen, durch welche Anstrengung sie zerrissen wurden, denn die Lothnaht existirt eben nicht mehr; es kann also kein Zerreißversuch mit derselben angestellt werden. Anders verhält es sich dagegen mit der Nietstelle; denn wenn dieselbe auf Abscherwiderstand der Niete berechnet, in der Nietung selbst mit Sicherheit mehr nachweisbare Festigkeit hat, als in dem nebenliegenden freien Querschnitt des Bleches, so kann und wird die Zarge niemals in der Nietung selbst zerreißen, sondern es kann nur das nebenliegende Blech in seinem schwächsten Querschnitt, d. i. der Schnitt durch die erste oder letzte Nietreihe, zerrissen werden. Dieser schwächste Querschnitt und ebenso auch die absolute Festigkeit des zerrissenen Bleches lassen sich beide nach der geschehenen Explosion ermitteln, deßhalb ist bei genieteter Zarge mit ziemlicher Genauigkeit nachträglich zu bestimmen, wie groß die centrifugale Anstrengung gewesen ist, welche die Trommel zerrissen hat, und hieraus läßt sich dann nachweisen, ob der Lieferant der Trommel in seiner dieselbe begleitenden Berechnung die als genügend anerkannte Sicherheit in der That durch die Construction gegeben hat oder nicht, und ebenso auch, ob und in welchem Maaße die Centrifuge überanstrengt worden, resp. also der Centrifugenbesitzer verantwortlich zu machen ist.

Ganz das Gleiche würde allerdings auch bei einer gelötheten Zarge nachzuweisen seyn, wenn dieselbe eben nicht in der Lothnaht, sondern dicht daneben in dem Blech zerrissen wäre, und wäre hierbei nur noch darauf Rücksicht zu nehmen, daß ein Eisenblech, welches die Glühhitze der Löthung erlitten, hierdurch auch circa 12 Procent seiner früheren absoluten Festigkeit verloren hat; es dürfte indessen sehr schwer seyn, die Garantie dafür zu bieten, daß eine gelöthete Zarge stets neben der Löthung und nicht in der Löthung selbst reißt, und möchte eine derartige Garantie als rein illusorisch erscheinen.

Aus diesem Grunde scheint es mir geboten zu seyn, in der Folge |373| die zuverlässig berechenbare Nietung der unberechenbaren Löthung der Centrifugentrommeln allgemein vorzuziehen. Auch glaube ich, es hier wiederholt empfehlen zu müssen, daß keine Centrifugenzarge länger als 10 Jahre benutzt werde, da ja jetzt thatsächliche Beweise darüber vorliegen, daß die Zargen unter der Einwirkung chemischer Einflüsse allmählich zerstört werden.

|369|

Diese Sicherheit dürfte nicht weniger als die 4 1/2 bis 5 fache seyn.

|369|

Ich halte dieß für durchaus nothwendig, weil, wie oben nachgewiesen, die Anstrengung der Centrifuge wie das Quadrat ihrer Geschwindigkeit wächst, also z.B. eine Steigerung der letzteren im Verhältniß von 7 : 10 eine Steigerung wie 49 : 100 bewirkt.

Suche im Journal   → Hilfe
Alternative Artikelansichten
  • XML
  • Textversion
    Dieser XML-Auszug (TEI P5) stellt die Grundlage für diesen Artikel.
  • BibTeX
Feedback

Art des Feedbacks:
Ihre E-Mail-Adresse:
Anmerkungen: