Titel: Exner, über ein System der vergleichenden mechanischen Technologie.
Autor: Exner, W. F.
Fundstelle: 1875, Band 215 (S. 171–183)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj215/ar215052

Ein System der vergleichenden mechanischen Technologie; von Professor W. F. Exner in Wien.1)

Ueber den Arbeitsbegriff: Gießerei.

Einleitung.

Gießerei ist derjenige Arbeitsbegriff, welcher auf der Eigenschaft gewisser Körper beruht, aus ihrem tropfbar flüssigen Aggregatzustande oder |172| von ihrer feinen Vertheilung (Suspendirung oder Lösung) in einer tropfbaren Flüssigkeit in den festen Aggregatzustand übergeführt werden zu können und dabei eine vorher beabsichtigte oder sogar genau bestimmte Gestalt und Größe anzunehmen. Nach dieser Definition zerfällt die Gießerei in zwei Arten: A) Gießerei von schmelzbaren Rohstoffen; B) Gießen von in Flüssigkeiten suspendirbaren oder löslichen Rohstoffen.

Jedesmal ist das Erstarren einer Flüssigkeit unter gewissen die Gestalt des erstarrten Körpers bedingenden Modalitäten das charakteristische des Verfahrens, „Gießen“ genannt.

Die Umwandlung des flüssigen Körpers in einen starren geschieht durch Aenderung des Aggregatzustandes oder aber durch Beseitigung des flüssigen Mengungs- oder Lösungsmittels. Die Eigenschaft des Rohstoffes, auf welcher das Verfahren „Gießen“ beruht, kann also eine zweifache sein und begründet dadurch solche Verschiedenheiten in den Hilfsmitteln des Verfahrens, daß sich zwei Hauptarten der Gießerei unterscheiden lassen. Diese zwei Arten sind gesondert zu behandeln, weil dann bei der wesentlichen Verschiedenheit der Rohstoff-Eigenschaften und den aus ihnen entspringenden Verschiedenheiten bei den Hilfsmitteln leichter die Gesetze, welche diesen Arbeitsbegriff beherrschen, erkennbar werden.

A. Gießen von schmelzbaren Rohstoffen.

I. Die Arbeits-Eigenschaften des Rohstoffes.

1. Schmelzbarkeit. Die Erhöhung oder Ermäßigung der Temperatur eines Körpers wird durch eine Zufuhr oder Entnahme von Wärme, d. i. einer Anzahl von Wärmeeinheiten2), bewerkstelligt. Die specifische Wärme ist jene Zahl von Wärmeeinheiten, die zur Erhöhung oder Ermäßigung der Temperatur um 1° C. von einem Kilogramm |173| einer bestimmten Substanz nothwendig ist. Hierbei muß zwischen specifischer Wärme bei constantem Drucke und solcher bei konstantem Volumen unterschieden werden, indem die erstere immer größer als die letztere ist. Da übrigens die Rohstoffe während des Schmelzprocesses in der Gießerei bei ihren Volumänderungen keine wesentliche Beeinträchtigung erfahren, so mag in der folgenden Tabelle nur die specifische Wärme bei constantem Drucke (c) angeführt werden. Dieselbe ändert sich nach den Untersuchungen von Regnault, Wüllner, Dulong und Petit u.a. bei derselben Substanz mit der Dichtigkeit, dem Luftdruck, der Temperatur3), mit dem Aggregat- und dem eventuellen allotropischen Zustande. Diese Modifikationen von c können für die technologische Aufgabe heute noch vernachlässigt werden.

Durch Dulong und Petit u.a. (vergl. Graham-Otto's Chemie, Wüllner's Physik) ist die specifische Wärme c bestimmt worden.

Substanz. c Autor Anmerkung.
Antimon 0,051 Durchschnitt aus mehreren Angaben.
Blei 0,031 Regnault
Eisen 0,114
Gold 0,032
Kupfer 0,094 Verschiedene
Nickel 0,109 Regnault
Platin 0,033 Dulong und Petit 0–100°
Silber 0,056 Verschiedene
Wismuth 0,031 Regnault
Zink 0,093–0,101 Dulong und Petit 0–100° 0–300°
Zinn 0,055 Verschiedene
Stahl 0,117
0,086
Regnault
Messing 0,094 Kopp nach Regnault
Glas 0,177 Dulong und Petit
Glas 0,193 Regnault
Thon 0,185 Kopp nach Regnault
Schwefel 0,180 Regnault 2 Monate n. d. Schmelzen
Roheisen 0,127–0,140 Byström 0–300°
Gußstahl 0,117–0,132
Reines Eisen 0,111–0,126

Bei einer gewissen für jede Substanz charakteristischen Temperatur geht diese aus ihrem starren Aggregatzustande in den flüssigen und umgekehrt |174| aus dem flüssigen in den starren über – vorausgesetzt, daß ihr eine bestimmte hierzu erforderliche Wärmemenge zugeführt bezieh, entzogen wird. Jene charakteristische Temperatur heißt Schmelzpunkt und hängt nach den Untersuchungen von William Thomson, Hopkins und Bunsen wesentlich von jenem Drucke ab, unter welchem das Schmelzen oder Erstarren stattfindet; sie ändert sich nicht, so lange das Schmelzen oder Erstarren dauert, denn die während dieser Zeit zugeführte oder entzogene Wärmemenge, nach älteren Physikern latente, nach neueren Schmelzungswärme4), wird ausschließlich zur Aenderung der Aggregatform verwendet.

Schmelzpunkte ( Celsius).

Schmiedeisen 1600 Zink 423
Stahl 1400–1300 Blei 334
Roheisen grau 1200–1100 Wismuth 270
„ weiß 1100–1050 Zinn 235
Gold 1200 Schwefel 115
Kupfer 1090 Stearinsäure 70
Silber 1000 Bienenwachs 69
Bronze 900 Stearin (+ 50) 60
Antimon 425 Talg 33

In Ziurek's Tabellen findet sich eine Zusammenstellung ohne Angabe der Autoren, die wir anders angeordnet und mit Auswahl wiedergeben.

Platin 2534 Fichtenharz 135
Wolfram 1700 Schwarzes Pech 100
Nickel 1600 Dammarharz 73
Kobalt 1400 Stearinsäure 70
Messing 1015 Palmwachs 70
Emailfarben 963,5 Palmitinsäure 62
Glas 900 Paraffin 55
Bernstein 280 Drachenblut 55
Kautschuk 125 Wallrath 44
Rohrzucker amorph. 90–100 Rindstalg 33
„ krystallisirt 160 Laurostearinsäure 42–44
Newton's Metall (3Sn. 5Pb, 8Bi) 94,5 Palmitin 37,5
Rose's Metall (1Sn, 1Pb, 2Bi) 93,75 Palmöl 29
Schellack 93,2 Leinöl 27
Oxalsäure 98 Cocosnußöl 22

In Kerl's Eisenhüttenkunde findet sich folgende Tabelle.

|175|
Substanz. Dichte c T Aequivalent.
Antimon 6,718 0,0508 512 120,3
Blei 11,380 0,314 334 103,5
Eisen 7,840 0,1138 1900–2100 28,0
Gold 19,320 0,324 1202 197
Kupfer 8,95 0,095 1173 31,7
Schwefel 1,97–2,07 0,2143 111 16
Silber 10,550 0,057 1023 108
Wismuth 9,760 0,030 249 210
Zink 7,2 0,095 411 326
Zinn 7,3 0,056 230 590

Die Schmelzwärme W beträgt in Wärmeeinheiten nach Untersuchungen von Person für 1 Kilogramm

Schwefel 9,368 Zink 28,130
Kalisalpeter 47,371 Silber 21,070
Natronsalpeter 62,975 Legirung
Zinn 14,251 3Bi, 2Pb, 2Sn 4,496
Wismuth 12,640 2Bi, 1Pb, 2Sn 4,687
Blei 5,369

Mit Hilfe dieser Zahlen und der durch sie verkörperten Begriffe kann man die Wärmemenge rechnen, welche gewissen schmelzbaren Rohstoffen zugeführt werden muß, um sie von der mittleren Temperatur (15°) in den völlig flüssigen Zustand zu überführen.

Die gesammte Wärmezufuhr (w) von 0° Temperatur bis zum vollständigen Schmelzen für 1 Kilogrm. eines beliebigen Rohstoffes beträgt, wenn wie vorher c die mittlere specifische Wärme, T der Schmelzpunkt und W die Schmelzungs- oder Werkwärme ist:

w = cT + W (1)

Hat man einen Körper von der Temperatur τ und nicht von 0° vor sich, wie dies in der Praxis des Gewerbebetriebes zumeist der Fall ist, so hat vorstehende Formel zu lauten

w = c (Tτ) + W. (2)

Da aber ein eben völlig geschmolzener Körper noch nicht zum Gießen geeignet ist, weil er im nächsten Augenblicke wieder zu erstarren beginnt, so muß die geschmolzene Masse noch um t° über T hinaus erhitzt werden. Man gießt niemals eine Substanz von der ihr beim Schmelzen eigenthümlichen Temperatur, sondern bei der Temperatur T + t. Kennt man die specifische Wärme der geschmolzenen Substanz c', so ist also außer w noch eine weitere Wärmezufuhr von c't Wärmeeinheiten erforderlich, um ein Kilogramm Gießstoff in die zum Gießen geeignete Verfassung zu bringen.

|176|

Die Gesammtwärme W, welche also erforderlich ist, um einen starren Körper in die zum Gießen geeignete Beschaffenheit überzuführen, berechnet sich nach der Formel

W = c (Tτ) + W + c't. (3)

Wir können von dieser Formel leider vorläufig keinen Gebrauch machen, da wir für T in der Regel nur schwankende, für die durchschnittliche specifische Wärme c unsichere, für t sehr unzuverlässige, für W nur wenige und für c' fast gar keine Daten besitzen. Gegenüber dieser Thatsache kann man auf eine schärfere analytische Formel mit Rücksicht auf Anmerkung3) (S. 173) um so mehr verzichten.

Beispiel. Für Blei ist annäherungsweise

c = 0,031
T = 334, τ = 15,

daher die nothwendige Wärmezufuhr bis zum Schmelzpunkt

0,031 (334–15) = 9,889 Wärmeeinheiten
hierzu Schmelzwärme W = 5,369 „
––––– –––––––––
w = 15,258

c' ist unbekannt, daher W nicht zu ermitteln.

Jede Wärmeeinheit entspricht aber nach der mechanischen Wärmetheorie ca. 423,5 Kilogrm.-Meter mechanischer Arbeit. Man kann und muß daher die Vorbereitung des Rohstoffes zum Gießen – seine unerläßliche Formveränderung – im Wege der Wärmezufuhr als eine mechanische Arbeit A auffassen und nach der Näherungsformel

A = 423,5 W (4)

berechnen.

In dem obigen Beispiele wäre, um 1 Kilogrm. Blei von der gewöhnlichen Temperatur (τ = 15°) bis zum Schmelzen zu bringen:

A = 423,5 × 15,258 Kilogrm.-Meter
= 86 Pferdestärken.

Die Größe w (Formel 1 oder 2), welche von der specifischen Wärme der starren Substanz, dem Schmelzpunkte und der Schmelzungswärme abhängig ist und nur mit 423,5 multiplicirt zu werden braucht, um das gesammte Erforderniß an mechanischer Arbeit darzustellen, welche einen Rohstoff zum Gießen geeignet macht, bestimmt in erster Linie die Eignung der Rohstoffe zur Gießerei und beeinflußt die Hilfsmittel des Verfahrens.

Wir construiren daher eine Reihe aus allen jenen Stoffen vorläufig nach w, für welche c, T und W bekannt, da wir auf eine nur annähernde Bestimmung von W verzichten müssen.

Natronsalpeter 149,294 Schwefel 30,068
Kalisalpeter 128,053 Zinn 27,176
Silber 77,070 Wismuth 21,010
Zink 70,853 Blei 15,723
|177|

Nach W, T oder c geordnet, würde sich die Reihe anders herausstellen, und zwar:

nach W: Natronsalpeter Zinn
Kalisalpeter Wismuth
Zink Schwefel
Silber Blei;
nach T: Silber Natronsalpeter
Zink Wismuth
Kalisalpeter Zinn
Blei Schwefel;
nach c: Natronsalpeter Silber
Kalisalpeter Zinn
Schwefel Wismuth
Zink Blei.

Die letzte dieser Reihen hat die meiste Aehnlichkeit mit der nach w gebildeten Reihe.

Wenn man bedenkt, daß zwei dieser Glieder (Natron- und Kalisalpeter) keinen Belang für die Gießerei haben, daß also diese Reihe jetzt nur aus sechs Gliedern bestehend angesehen werden kann, so muß man Zugeben, daß die bisherigen Untersuchungen in dieser Richtung sehr unvollständig sind. Ganz besonders fällt es auf, daß hier Roheisen, Gußstahl, Bronze, Stearinsäure u.a.m. fehlen.5)

Als Beweis aber, daß von verschiedenen Seiten die Wichtigkeit des Begriffes W erfaßt wird, mag folgendes Beispiel gelten. In der berg- und hüttenmännischen Zeitung, 1870 S. 195 u.s.f. (Kerpely's Jahresbericht über die Fortschritte der Eisenhüttenkunde im J. 1870) findet sich eine theoretische Beurtheilung der Apparate zum Einschmelzen von Roheisen; von Dr. E. F. Dürre. Es wird dort W – allerdings mit Außerachtlassung von W – berechnet, und zwar nach der Formel

W = c (T + t)

wobei c die specifische Wärme bei einer über den Schmelzpunkt hinausgehenden Temperatur und (T + t) die Temperatur des geschmolzenen Eisens bedeutet. Für T nimmt Dürre 1175°, für c von 0 bis T nach Schinz 0,134, nach Weisbach 0,129, – bei 1500° aber (d. i. T + t) steigt c auf 0,146. Es ist demnach (mit Vernachlässigung von W)

W = 0,146 × 1500 = 219 Wärmeeinheiten,

alles auf 1 Pfund bezogen.

Und nun berechnet Dürre die für das Schmelzen von 100 Pfd. Roheisen nöthige Wärmemenge aus dem wirklich in verschiedenen Vorrichtungen verbrauchten Brennstoff.

|178|

Bei Tiegelguß von 100 Pfd. Roheisen werden verbraucht: 80 Pfd. Coaks = 64 Pfd. reinem Kohlenstoff, welcher zu Kohlenoxyd nur verbrannt 64 × 2400 = 153600 Wärmeeinheiten liefern müßte. Nachdem aber das wirkliche Erforderniß an Wärme nur 220 × 100 = 22000 beträgt, so ergibt sich ein Verlust von 153600 minus 22000 = 131600.

In ähnlicher Weise berechnet Dürre den Wärmeverbrauch in der Praxis bei anderen Vorrichtungen und den Verlust an Wärme. Hier folgt eine Zusammenstellung der Resultate, welche trotz der unrichtigen Aufstellung von W dennoch für einen Vergleich der Schmelzapparate nicht ohne Werth ist.

Für 100 Pfd. Roheisen wird zum Schmelzen verbraucht an Wärmemenge im

Tiegelofen 153600 daher Verlust gegenüber W 131600
Schachtofen:
a. Cupolofen für kleineren
Betrieb, mit zwei Düsen

89500


67500
b. Ireland-Ofen 56100 34100
c. Krigar-Ofen 41600 19600
Flammofen 372400 350400

Nebst der Eigenschaft und der Temperatur der geschmolzenen Masse kommt für die Befähigung oder Eignung der Rohstoffe zur Gießerei noch an Arbeitseigenschaften in Betracht: die Volumsveränderung beim Schmelzen und Erstarren; die Consistenz, Beweglichkeit der Molecüle (Dick- und Dünnflüssigkeit); das specifische Gewicht und dessen Aenderungen beim Schmelzen und Erstarren; das Verhalten der Masse beim Erstarren; die Adhäsion der geschmolzenen Rohstoffe zu dem Materiale, aus welchem die Gußformen hergestellt sind; Veränderungen der mechanischen Beschaffenheit der Substanz durch das Gießen.

2. Volumsänderung. Die Wärme dehnt die Körper aus und das Volumen eines Körpers v₁ bei der Temperatur t kann aus seinem Volumen v₀ bei 0° berechnet werden, wenn der Ausdehnungscoefficient α bekannt ist.

v₁ = v₀ (1 + αt) (5)

Dieser Formel entsprechend müßte ein geschmolzener Rohstoff immer ein größeres Volumen, also auch eine geringere Dichtigkeit haben als der starre. Beim Eise, Eisen, Zink, Wismuth und Antimon ist aber gerade das entgegengesetzte der Fall. Das in einem geschlossenen und vollgefüllten Gefäße enthaltene Wasser dehnt sich beim Gefrieren, Erstarren, mit solcher Kraft aus, daß das vollgefüllte, geschlossene Gefäß mitunter zersprengt wird. Starres Eisen, Zink, Wismuth schwimmen auf den geschmolzenen Massen derselben Stoffe – ein Beweis, daß erstere specifisch leichter sind und daher ein relativ größeres Volumen besitzen als letztere. Schon diese Erscheinungen haben darauf hingewiesen, daß obiges Gesetz (5) |179| bei Aenderung des Aggregatzustandes für manche Substanzen nicht mehr gelten wird.

G. A. Ermann (Poggendorff's Annalen, Bd. 9) hat das ganz eigenthümliche Verhalten des Rose'schen Metalles nachgewiesen und dasselbe graphisch dargestellt. Bei 44° hört die Legirung auf, dem Gesetze (5) zu folgen, hat das Maximum des Volumens, also das Minimum der Dichte erreicht, um bei rapider Abnahme respective Zunahme bei nahezu 60° die Dichte und das Volumen von 0° wieder zu erlangen, bei 69° die höchste Dichte zu erreichen, dann wieder im Sinne der ursprünglichen Bewegung mit steigender Temperatur sich auszudehnen.

Textabbildung Bd. 215, S. 179

Bei 93° geschmolzen, erlangt sie mit 100° wieder die Regelmäßigkeit in ihrem Verhalten. Unterhalb 44° und oberhalb 100° ist also die Ausdehnung normal, zwischen diesen beiden Grenzen anormal. Kopp setzte diese Untersuchungen fort. Der Phosphor, Schwefel und die Stearinsäure nehmen in der Nähe des Schmelzpunktes sehr erhebliche, man könnte sagen, stürmische Volumsvergrößerungen an. Sehr sonderbar ist das Verhalten des letzteren Körpers, und erklärt es sich vielleicht nur durch die chemische Zusammensetzung des Stoffes.

Ein für die Gießerei dienliches Verhalten zeigen Gußeisen, Zink, Wismuth und Antimon, welche als Ausnahme von der Regel im Momente des Erstarrens sich ausdehnen, also alle Höhlungen einer Form auszufüllen im Stande sind, sich in dieselben hineinzwängen. Der regelmäßige Fall jedoch ist, daß der geschmolzene Körper beim Eintritte in die Gußform das größte Volumen besitzt und mit zunehmender Abkühlung, Erstarrung und weiterer Abkühlung, immer kleiner wird.6) Findet dies gesetzmäßig statt, so kann man die Größe dieser Contraction berechnen, falls der Coefficient α gegeben ist. Man nennt dieses Verhalten |180| der Gußstücke: Schwinden. Dieselbe Erscheinung tritt auch beim Brennen des Thones, der Porzellan-, Steingut- und Fayence-Masse und beim Trocknen des Holzes auf und heißt auch da Schwinden. Das Verhältniß der ganzen linearen Verkürzung einer Dimension zu dieser heißt das Schwindmaß (s). Ueber die Größe des Schwindmaßes sind Daten gesammelt worden, welche Karmarsch, wie folgt, zusammenstellt.

Durchschnittlich Grenzwerthe
Glockenmetall 1/63
Messing 1/65 1/80 1/50
Zink 1/80 1/97 1/65
Blei 1/92 1/104 1/86
Gußeisen 1/97 1/98 1/95
Statuenbronze 1/120 hellgraues dunkelgraues
Kanonenmetall 1/130 1/70 1/72
Zinn 1/147 1/173 1/120

Diesen Daten entsprechend hat Glockenmetall das größte, Zinn das kleinste, Gußeisen ein mittleres Schwindmaß. Ein genaues Uebereinstimmen von s mit α findet nicht statt; doch ist ein Schluß aus letzterem im Allgemeinen auf ersteres zulässig. Genaue Untersuchungen für das lineare Schwindmaß fehlen fast gänzlich für die Gießereistoffe; besonders aber mangelt die Kenntniß darüber, wie viel von dem Schwindmaß auf den Moment der Aggregatänderung und wie viel auf die Contraction im starren und flüssigen Zustande zu rechnen ist.

Der Betrag der Flächenschwindung und jener der Körperschwindung rechnet sich aus dem Schwindmaß s mit hinlänglicher Genauigkeit für die Bedürfnisse der Praxis, wenn man ersteren = 2 s, letzteren = 3 s setzt (Karmarsch).7)

Auf das Schwinden muß stets Bedacht genommen werden – in besonderem Grade dann, wenn von dem Gußstücke eine genau bestimmte Größe, die ohne auf den Guß folgendes Nacharbeiten erzielt werden soll, gefordert wird, wie bei gewissen Maschinenbestandtheilen. Wenn ja ein Nacharbeiten bei gegossenen Maschinentheilen stattfindet, so ist dasselbe oft nur in einem wenig ausgiebigen Maße gestattet.

Bei hohlen Gußstücken hat die Gußform einen die innere Höhlung des Gußstückes bestimmenden Theil, den Kern. Dieser Kern bildet ein Hinderniß für die Schwindung, Zusammenziehung der ringförmigen, |181| hohlen Gußwaare. Damit dieser Kern nicht das Gelingen des Gusses vereitelt, muß er entweder rechtzeitig entfernt oder verkleinert werden, oder hinlänglich zusammendrückbar sein.

Mit dem Schwinden, einer in der Natur des Verfahrens begründeten, daher unvermeidlichen Eigenthümlichkeit, sind nicht zu verwechseln jene Fehler, die beim Guß häufig vorkommen, und welche durch das verschiedenzeitige Eintreten des Schwindens und Erstarrens entstehen können. Hierher gehören: das Saugen, concave Stellen der Oberfläche, welche durch die Form nicht gegeben sind; Hohlräume in der cohärenten Gußmasse; Ziehen, Verziehen oder Werfen, Abweichungen des Gußstückes von der Gußform durch unregelmäßige Schwindung und das Zusammensinken der Gußwaare. Zu dem erstgenannten Fehler neigt sich am meisten das Zinn, am wenigsten das graue Gußeisen.

3. Specifisches Gewicht. Auf die specifische Schwere des geschmolzenen Rohstoffes muß Rücksicht genommen werden beim Bau der Gußform. Die Größe des Seiten- und Bodendruckes ist der Dichte der Flüssigkeit gerade proportional, – und die Gußform hat ja statisch nichts anderes zu leisten, als diese Drücke auszuhalten, welche nebst dem specifischen Gewichte nur noch durch die Druckhöhen der Flüssigkeit bedingt sind.

4. Consistenz (Zähigkeit) der Rohstoffe im geschmolzenen Zustande. Jene, welche dünnflüssig sind, erfüllen leichter die feineren Theile der Form als die dickflüssigen. Verläßliche Daten, namentlich ziffermäßige, fehlen.8)

5. Art des Erstarrens. Manche Rohstoffe, die sich sonst recht gut zur Gießerei verwenden ließen, schließen sich durch die eigenthümliche Art des Erstarrens aus, so z.B. das Kupfer, welches sich blasig zusammenzieht. Die Verwendung dieses Rohstoffes in der Gießerei würde an dieser Eigenschaft gänzlich scheitern und seine äußeren Vorzüge würden für die auf dem Gießen fußenden Industrien verloren gehen, wenn man nicht durch seine Vereinigung mit anderen Metallen (zu sogenannten Legirungen) ein Auskunftsmittel gefunden hätte.

Nebst dem Kupfer zeichnen sich auch reines Silber und Bessemermetall |182| nicht sehr vortheilhaft in dieser Richtung aus, wenn sie auch weniger schwierig sind als Kupfer.9)

6. Adhäsion der geschmolzenen Stoffe zu anderen Substanzen. Die Adhäsion der Rohstoffe zu den Substanzen, aus denen Gußformen bestehen, spielt eine nicht unwichtige Rolle im Gießereiverfahren, da sowohl die erstarrte Masse weder an der Form, noch bei Herstellung der Formen gewisse Theile an einander haften dürfen. Die Kenntniß dieser Adhäsionsverhältnisse führte zu der Nothwendigkeit gewisser Zwischenmittel – Stoffe, mit denen man die Form überzieht, um sie von der Schmelzmasse zu trennen.10) Diese Zwischenmittel dienen in manchen Fällen auch als schlechte Wärmeleiter. Solche Stoffe sind Graphit, Ruß (also feinvertheilte Kohle), Lehmtünche, feiner Sand, Stärke und dergleichen.

7. Veränderung der mechanischen Beschaffenheit der Materie durch die beim Erstarren eintretende größere oder geringere Raschheit der Temperaturveränderung. Ist die Form aus einem gutwärmeleitenden Stoffe, so findet eine rasche Temperaturveränderung d.h. eine rasche Abkühlung statt. Der nasse Formsand kühlt rascher als trockene Sandformen (Masseformen). Noch viel rascher als bei ersterem findet die Abkühlung bei metallenen Formen (Schalenformen) statt, und dies geschieht in um so höherem Grade, wenn die Metallform dick, nach Außen frei und nicht etwa dünn und außen von einem schlechten Wärmeleiter umgeben ist. Man hat es also in der Hand, einen gewissen Grad der Raschheit der Abkühlung herbeizuführen. Dieser Umstand hat aber einen Einfluß auf die nachherige materielle Beschaffenheit |183| der Gußwaare.11) Eisen z.B. hat die Eigenschaft durch rasches Abkühlen während der Erstarrung – also durch beschleunigtes Erstarren – einen besonderen Grad von Härte und Sprödigkeit an den der Oberfläche zunächst gelegenen Stellen anzunehmen. Diese harte, spröde Haut des Gußstückes ist um so dicker, je intensiver und je rascher die Abkühlung war, und ist der Gegenstand dünn, so kann die ganze Masse jene materielle Beschaffenheit erlangen. Diese Eigenschaft der Rohstoffe findet nun ihre Beachtung in der Gießerei und wird entweder ausgenützt oder bekämpft durch die dem Verfahren dienenden Hilfsmittel.

(Fortsetzung folgt.)

Als Verfasser am 5. December v. J. im „Oesterreichischen Ingenieur- und Architekten-Verein“ zu Wien seine Ansichten über eine Reform des Systemes der mechanischen Technologie entwickelte, that er dies in der Absicht, die Aufmerksamkeit des Fachpublicums auf diese wichtige Frage zu lenken und eine Discussion über dieselbe in weiteren Kreisen anzuregen. Die wesentlichsten Grundzüge einer Reform wurden deshalb auch in diesem Journal, 1874 214 410 u.s.f. niedergelegt. Der Erfolg dieser Publication und jenes Vortrages war ein sehr befriedigender und für den Verfasser in hohem Grade ermunternder. Mehrere hervorragende Fachmänner gaben schriftlich ihre Beistimmung zu den entwickelten Ansichten zu erkennen. Nachträglich wurde Verfasser auch aufmerksam gemacht, daß Professor Friedr. Kick in Prag bereits im November 1873 – also früher als Verf. in dieser Sache öffentlich aufgetreten ist – in der 4. Hauptversammlung des deutschen polytechn. Vereins in Prag einen Vortrag: „Ueber neuere Bestrebungen auf dem Gebiete der Mechanik und Technologie“ gehalten und als Hauptaufgabe des Technologen bezeichnet hat, eine Mechanik der Formveränderungen zu schaffen und auf dieser die Technologie aufzubauen (vergl. Technische Blätter, 1873 S. 111) – für den Verfasser eine angenehme Bestätigung seines Ausspruches (a. a. O. S. 412), daß für die Mehrzahl seiner Collegen die dem neuen Systeme zu Grunde liegende Idee nicht neu sei.

Die im Ingenieur-Vereine hervorgerufene Discussion veranlaßte nun den Verfasser in der Section der Maschinen-Ingenieure (am 23. December v. J.) einen zweiten Vortrag zu halten, um durch Beispiele – zunächst durch Darstellung des Gießerei-Begriffes – darzulegen, wie schon gegenwärtig eine Anordnung des dermaligen Lehrstoffes nach dem System der vergleichenden Technologie nicht nur möglich sondern auch ersprießlich sei, indem die neue Methode die noch zu lösenden Aufgaben präcisire und deren Inangriffnahme anbahne.

|172|

Wärmeeinheit ist jene Wärmemenge, welche 1 Kilogrm. reines Wasser bei Atmosphärendruck von 0° auf 1° C. erwärmt.

|173|

Insoferne c sich mit der Temperatur ändert, also allgemein:

ct = c o + At + Bt² + . . . .

ist, kann füglich nicht von der specifischen Wärme einer bestimmten Substanz schlechthin, sondern nur von deren mittlerer specifischen Wärme innerhalb eines gegebenen Temperatur-Intervalles die Rede sein.

|174|

Von Deluc beim Eise zuerst nachgewiesen und von Clausius auch Werkwärme genannt.

|176|

Insoferne c sich mit der Temperatur ändert, also allgemein:

ct = c o + At + Bt² + . . . .

ist, kann füglich nicht von der specifischen Wärme einer bestimmten Substanz schlechthin, sondern nur von deren mittlerer specifischen Wärme innerhalb eines gegebenen Temperatur-Intervalles die Rede sein.

|177|

Allerdings läßt sich nach der von Person aufgestellten Theorie die Schmelzungswärme der Metalle und Nichtmetalle mit ziemlicher Sicherheit rechnen; doch ist der Werth solcher gerechneten Daten noch immer ein so problematischer, daß selbst, wenn alle für diese Calculation nöthigen Daten sicher erhoben wären, man es doch noch immer zu überlegen hätte, sie einer weiteren Speculation zu Grunde zu legen. Uebrigens sind die theoretischen Arbeiten Person's namentlich seine Theorie des Schmelzprocesses höchst bemerkenswerth. (S. Wüllner: Wärmelehre S. 499.) In der Person'schen Formel erscheint die specifische Wärme der geschmolzenen Substanzen (c'), welche, wie oben erwähnt, nicht experimentell ermittelt ist.

|179|

Wenn sich ein Stoff im Momente des Erstarrens sehr stark zusammenzieht, so beeinträchtigt dies sehr die Eignung zum Gießen. Das Wachs, welches überdies noch eine sehr große Zähigkeit und Adhäsion zu den Formen zeigt, ist deshalb zum Gießen fast völlig ungeeignet.

|180|

Nach einem Artikel über Zinn von Kerl in Muspratt's Chemie ist die kubische Ausdehnung der Metalle pro 1° C. zwischen 9 und 72° folgende:

Cadmium0,000094Kupfer0,000051
Blei0,000089Wismuth0,000040
Zink0,000089Eisen0,000037
Zinn0,000069Antimon0,000033
|181|

Die Untersuchung könnte durch Messung der Zeit, in welcher ein Gegenstand in Flüssigkeiten untersinkt, geführt werden, da bei Flüssigkeiten von gleichem specifischen Gewichte und gleicher Adhäsion zum Sinkkörper diese Zeit von der Zähigkeit abhangt; doch sind die hohen Temperaturen der geschmolzenen Massen ein Hemmniß für die Untersuchung. Die Praxis kennt im Allgemeinen die in Rede stehende Eigenschaft. Das weiße Gußeisen ist im geschmolzenen Zustande zähe und daher für Gußstücke mit vielen scharfen Kanten und zarten Formen nicht geeignet.

|182|

Der weiche Stahl, also auch der Bessemerstahl, steigen beim Eingießen in die Formen unter lebhafter Entwickelung von Kohlenoxydgas in die Höhe, und bilden dann eine blasige Masse. Als Gegenmittel wird „Abkühlen“ des geschmolzenen Stoffes empfohlen. Sehr bemerkenswerthe Beobachtungen über die Dichtheit des Gußes veröffentlichte unlängst der Hüttenmeister in Gröditz, A. Ledebur. (S. Deutsche Industrie-Zeitung, 1874 Nr. 50 bis 52).

|182|

Versuche über Adhäsion liegen wenige vor. Allerdings hat Guyton-Morveau die Adhäsion verschiedener Körper gegen das Quecksilber untersucht und bestimmt. Auch Muschenbrock hat eine Reihe von Versuchen bekannt gemacht, welche die Adhäsion verschiedener Körper unter sich selbst, z.B. Platten von Silber zu Silber, nachwiesen.

Es wäre indessen ungerechtfertigt, aus den Muschenbrock'schen Resultaten auf die Adhäsion der geschmolzenen Körper zu den festen aus derselben Materie einen Schluß zu ziehen. Wir lassen übrigens hier die Resultate folgen, welche etwa doch interessiren könnten.

VerhältnißziffernVerhältnißziffern
Adhäsion vonEisenzu259Adhäsion vonWismuthzu109
„ „Blei234 „ „Glas 89
„ „gehärt. Stahl184 „ „Silber 84
„ „Kupfer159 „ „Zinn 59
„ „Messing109 „ „Zink 59
|183|

Die Raschheit der Abkühlung hängt daher von der Wärmeleitungsfähigkeit der Substanz ab, welche die Form bildet. Das Eisen hat eine hohe Wärmeleitungsfähigkeit.

Dieselbe fürGold = 1000gesetzt,ist sie nachDespretz
fürSilber973fürZinn363
Kupfer898Blei 179,6
Eisen374Antimon 179,6
Zink363Wismuth 179,6

Nach Kerl (vergl. Muspratt's Chemie, Artikel Zinn) würde das Wärmeleitungsvermögen abnehmen nach folgender Reihe: Silber, Gold, Kupfer, Quecksilber, Aluminium, Zink, Cadmium, Eisen, Zinn, Stahl, Platin, Natrium, Gußeisen, Blei, Antimon, Wismuth.

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