Titel: Ueber Fabrikschornsteine.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1892, Band 283 (S. 245–251)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj283/ar283068

Ueber Fabrikschornsteine.

Mit Abbildungen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, für die Standfestigkeit der Schornsteine zu Regeln und Formeln zu gelangen. Doch darf wohl behauptet werden, dass diese Versuche bisher einen sicheren Erfolg noch nicht gehabt haben. Die Gründe dafür liegen nicht fern. Es wird zunächst schwerlich eine Formel sich dem Zusammenhaften der Mauersteine – das sowohl durch die Rauheit der Steinflächen und des Mörtels, als auch durch die Wärme und durch das Eigengewicht des Schornsteins beeinflusst ist – auch nur annähernd anpassen. Noch weniger würden der wechselnde Druck der Luft und die durch denselben herbeigeführten Schwingungen sich der Formel einfügen lassen. Jahre lang hat vielleicht der Schornstein den heftigsten Stürmen getrotzt, bis der Zufall eintritt, dass die Windstösse mit der Schwingungsperiode des Schornsteines zusammenfallen, sich gegenseitig unterstützen und so die Zerstörung des bisher für wetterfest gehaltenen Schornsteines herbeiführen.

Nichtsdestoweniger wird man nicht umhin können, soweit es thunlich ist, die Theorie zu Hilfe zu nehmen. Wir geben deshalb im Nachstehenden zunächst (nach der Berg- und Hüttenmännischen Zeitung) eine Untersuchung von Cordier aus Revue industrielle vom 1. und 15. September 1887 wieder, welche sich auf die Zugverhältnisse und die Standfestigkeit der Schornsteine erstreckt, und werden daran Beispiele von praktischen Ausführungen anschliessen.

Nach Cordier sind die Essen oder Schornsteine dazu bestimmt, die für die Verbrennung in industriellen Feuerherden nothwendige Luft zuzuleiten. Sie bestehen aus einem senkrechten, mit heisser Luft gefüllten Rohre, die im Verhältnisse ihrer zu der umgebenden Luft geringen Dichtigkeit bestrebt ist, emporzusteigen und durch kältere, von aussen kommende Luftschichten ersetzt wird. Dies erzeugt den Luftzug.

Die Verbrennungsgase sind verschieden zusammengesetzt, je nach der Natur des Brennmaterials und den Umständen, unter denen die Verbrennung erfolgt. Die Dichtigkeit dieser Gase, auf 0° und 760 mm Druck reducirt, ist dieselbe wie die der Luft.

Verbrennt man reinen Kohlenstoff mit der zur vollständigen Verbrennung genau nöthigen Luftmenge, so enthalten die Verbrennungsgase 79 Proc. Stickstoff und 21 Proc. Kohlensäure, und ihre Dichtigkeit bei 0° ist 1,09. Erfolgt aber die Verbrennung mit der doppelten Luftmenge, so ist die Gasdichtigkeit nur 1,04.

Der einfachsten Art von Essen entströmen die Verbrennungsgase mit einer Geschwindigkeit von:

wenn H die Höhe der Esse, α der Coefficient der Gasausdehnung, t die Gastemperatur und Θ die äussere Temperatur bedeutet.

Die durch die Esse erzeugte Depression ist in Wasserdruck ausgedrückt:

wobei d0 die Gasdichtigkeit bei 0° ist.

Das in einer Secundo entweichende Gasvolumen ist Q = Ω V, wenn Ω den oberen Essenquerschnitt bezeichnet.

Das Gewicht der Gase ist

Durch Rechnung findet man ein Maximum des Zuges, welches eintritt, wenn die Temperatur am Gasabzuge ist:

.

Ist Θ = 0°, so ist das Maximum bei t = 273°
Θ = 13°, „ „ t = 299°
Θ = 15° ,, „ t = 303°
Θ = – 10°, so ist t = 250°.

In der Praxis findet man auch, dass bei etwa 300° die Temperatur Wechsel durch den Zug sich erhöhen, und dass bei höheren Graden der Zug ein wenig abnimmt. Das Maximum findet im Winter bei niedrigerer Temperatur statt als im Sommer, und daraus folgt, dass die Essen im Winter besser ziehen als im Sommer. – Nach theoretischen Formeln hat man die Gasgeschwindigkeiten für Temperaturen von 100 bis 1000° berechnet, ebenso die Volumina, die in einer Secunde entweichenden Gasgewichte und die Depressionen nach Wasserdruck. Hierbei wurde Θ = 0, H = 1 m und Ω = 1 qm angenommen. Aus der so aufgestellten Uebersicht findet man, dass das in einer Secunde entweichende Gasgewicht bei 150° = 2,737 k und bei 500° = 2,740 k beträgt. Indem die Temperatur von 150 bis 500° wechselt, variirt das entweichende Gasgewicht nur von 2,737 bis 2,740 k, und erreicht bei einer Abzugstemperatur von 273° ihr Maximum von 2,8616 k. Man kann deshalb den Zug zwischen diesen beiden Temperaturen für constant ansehen und sagen, dass es keinen grossen Vortheil hat, die Gase heisser als 150 bis 200° aus der Esse entweichen zu lassen. Es ist also rücksichtlich des Zuges unbedenklich die Wärme der Gase auszunutzen, bevor sie in die Esse treten, wenn ihre Temperatur nur innerhalb der obigen Grenzen verbleibt.

Besteht die Esse aus zwei ungleichen Theilen, so besteht der Druckunterschied, welcher die aufsteigende Gasbewegung bewirkt, auch aus zwei Ausdrücken; der eine |246| repräsentirt den Zug einer Esse mit H Höhe und T Temperatur und der andere einen solchen mit h Höhe und t Temperatur.

In einer Esse von beliebiger Form ist der Drucküberschuss, welcher die aufsteigende Bewegung erzeugt, gleich der algebraischen Summe der einzelnen Drucküberschüsse, welche beim Aufstieg der heissen Luft als positiv, aber beim Niedergange derselben als negativ zu rechnen sind.

Bei einer complicirteren Esse besteht der Zug aus demjenigen einer Esse mit H Höhe und T Temperatur, ferner aus dem Zuge einer Esse mit h Höhe und t Temperatur, weniger dem Zuge der Essen H1 und h1. Aus vorstehender Regel folgt, dass man das Niedergehen der Gase vermeiden muss, weil man bei jedesmaligem Niedergange einen Druckverlust hat, welcher das Einströmen der Luft auf den Herd sehr vermindert.

Aber die Gasgeschwindigkeit beim Austritte, mithin auch der Zug, erleiden zahlreiche Beeinträchtigungen; solche bewirken der Luftdurchgang durch den Rost, die Wechsel im Querschnitt und der Richtung der Kanäle, Gaswirbel und die Wandreibungen. Durch diese Widerstände sinkt die wirkliche Geschwindigkeit auf ¼ oder ⅙, durchschnittlich auf ⅕ der theoretischen herab; die ausströmenden Volumina und Gewichte sind gleichfalls nur ⅕ der theoretischen.

Die grossen Essen für Kesselanlagen benutzen für den Zug die von den Verbrennungsgasen mitgeführte Wärme, in welchem Falle man sich wenig mit dem Nutzeffecte beschäftigt, weil man keine Kohlen verthut. Aber es ist nicht immer so; die Essen können benutzt werden, um die Luft in einen Umkreis strömen zu lassen; dann muss man Brennstoff verbrennen, um die Bewegung der Luft zu erlangen.

Die erforderliche Arbeit, um ein Gas in Bewegung zu bringen, ist

T = QE,

wobei Q das in einer Secunde ausgeströmte Gasvolumen und E den Gasdruck bezeichnet. Für eine Esse ist diese Arbeit:

wenn P das in einer Secunde ausgeströmte Gasgewicht angibt. Um diese Arbeit T zu leisten, hat man an Calorienanzahl aufzuwenden:

wobei c die specifische Wärme der Gase = 0,23 bedeutet. Dies beweist, dass man für dieselbe Arbeit um so weniger Wärmeeinheiten braucht, je höher die Esse ist. Nach Péclet kann eine zur Ventilation benutzte Esse mit 1 k Steinkohlen 1000 cbm Luft ansaugen. Aber die Benutzung der Essen zur Ventilation wird durch die geringe erzielte Depression eingeschränkt; so liefert eine 40 m hohe Esse, aus welcher die Gase mit 300 oder 350° entweichen, eine Depression von nur 0,03 m Wassersäule. Beruhen die Essen nicht auf der Ausnutzung von verlorener Wärme, so sind ihnen Ventilatoren vorzuziehen, welche mit demselben Brennstoffaufwande einen bedeutenderen Nutzeffect erzeugen, grössere Depressionen ergeben und die Luft regelmässiger ansaugen. Die Ventilatoren brauchen für die gleiche Arbeit 10 bis 14 mal weniger Calorien als die Essen.

Berechnung der Essendimensionen. Die Höhe einer Esse hängt von dem Zuge, den sie bewirken, und von der Depression ab, die sie ergeben soll. Will man z.B. eine Depression von 0,01 m Wasser erhalten und nimmt man H = 1 und Θ = 0 an, so findet man in der für die verschiedenen Temperaturen berechneten Depressionstabelle, dass bei 200° eine Esse von 1 m eine Depression von 0,00054 m Wasser erzeugen wird. Da die Depression proportional zur Höhe ist, so muss die Esse, um bei 200° eine Depression von 0,01 m zu ergeben, hoch werden. Für Depressionen von 20 und 30 mm müsste man 37,00 bezieh. 55,50 m hohe Essen bauen. Aber die Höhe einer so berechneten Esse genügt nicht immer; je nach der Lage der Esse muss man oft noch andere Betrachtungen anstellen. Kennt man Gewicht und Volumen des in einer Secunde entweichenden Gases, so findet man den oberen Querschnitt leicht nach den Formeln:

.

Für das verbrannte Brennstoffgewicht, den Querschnitt und die Höhe existirt eine bequemere Gleichung; bezeichnet p das Gewicht des stündlich auf 1 qm Rostfläche verbrannten Brennstoffes und S die Rostfläche, so findet man die sehr einfache Formel:

pS = 100 Ω √H.

Berechnet man verschiedene Essenhöhen und berücksichtigt man, dass die höheren Essen höheren Widerständen entsprechen, so erlangt man nachstehende praktische Dimensionen: Essen von 10, 15, 20, 25, 30, 35 bezieh. 40 m Höhe beanspruchen auf 1 qm oberen Querschnitt an Kohlen: 320, 360, 400, 440, 470, 500 bezieh. 520 k.

Construction der Essen. Der Verfasser beschreibt (ausführlich im Bulletin von St. Etienne) verschiedene runde und quadratische Ziegelessen in ihren einzelnen Theilen; er gibt den Profilriss, vom oberen Querschnitte ausgehend, ebenso den der Höhe an; als Sockelhöhe nimmt er die Quadratwurzel aus der ganzen Höhe und als Verjüngung 25 bis 30 mm auf 1 mm an.

Die Schichten sind gleich oder ungleich hoch. Ist h die Höhe einer Schicht, e die Breite eines Ziegels und p die Verjüngung auf 1 m Höhe, so muss

sein, damit die Essenquerschnitte sich nicht verengen. Während man in Frankreich die Essen aus kleinen Ziegeln herstellt, die ziemlich viel Zeit beanspruchen, verwendet man in Deutschland grosse, besonders gewölbeartig geformte Steine, die einen sehr raschen Bau gestatten. Ueber die Armaturen sind die Ansichten ungemein getheilt; die Einen behaupten die Vortheile eines inneren kreisrunden Eisenausbaues, mittels dessen man, wenn er gut angebracht ist, die Spannung in der ganzen Esse ausgleichen kann. Andere wieder sagen, dass geschmiedete Eisenringe sich im Inneren eines Mauerwerkes anders ausdehnen als dieses und nur die Verschiebung beschleunigen können. Als Vergleich schlagen einige Constructeure vor, bis auf eine Höhe von 5 bis 7 m mit einem Zwischenraume von 0,10 m im Inneren eine Doppelwand anzubringen.

Soll eine Esse nicht lange benutzt werden, dann ist eine solche aus Eisen billiger; aber eine Blechesse überdauert |247| 15 Jahre nicht. Dieselbe steht auf einem Mauersockel, der ein durch vier Grundanker befestigtes Gusstück trägt, an welches das untere erste Essenstück angenietet wird. Als eine schöne Blechesse nennt man die 1870 in Creuzot hergestellte; sie ist 85 m hoch, oben 2,30 m weit und wiegt im Ganzen 80 t. Die Aufstellung einer solchen Säule wäre ohne besondere Vorkehrungen unmöglich und ein provisorisches Gerüst war unausführbar. Die Esse wurde stückweise ohne jedes Gerüstschlagen aufgestellt und diente während der Montage selbst als Standpunkt.

Einfluss des Windes auf die Stabilität. Bei Bauwerken, deren Höhe bedeutend und deren wagerechter Querschnitt klein ist, wie bei Leuchtthürmen, Brückenpfeilern, Werkessen u.s.w., ist der Einfluss des Windes sehr wichtig. Zunächst sei bemerkt, dass alle isolirten und leicht construirten Thürme bei Unwetter ähnliche Schwingungen erleiden, wie die Bäume; die Grösse derselben kann an der Spitze 0,15 bis 0,50 m betragen. Diese Schwingungen, welche das Oeffnen der wagerechten Verbindungen nicht bewirken, können die Baulichkeit nur gefährden, wenn ihr wirkliche Stabilität fehlt, d.h. sie kann durch den Wind in der Masse umgeworfen werden.

Bei der Aufstellung des Leuchtthurmes von Belle-Isle nahmen 1831 Fresnel und neuerlich beim Baue metallischer Brückenpfeiler Nordling eine Einwirkung des Windes von 275 k Druck auf 1 qm an. In seinem Projecte des 300 m hohen Eisenthurmes rechnete Eiffel auf einen Mitteldruck von 300 k, der von unten nach oben zwischen 200 und 400 k wechseln sollte. Bei uns im Centrum Frankreichs sind heftige Orkane nicht selten; am 20. Februar 1879 und am 26. Januar 1884 verursachten sie viele Verwüstungen, wobei die beobachtete Maximalgeschwindigkeit 45 m in der Secunde betrug, was einem Drucke von 275 k auf 1 qm entspricht. Man thut deshalb gut, für die Essenstabilität mit dem gleichen Drucke zu rechnen.

Man geht von der Annahme aus, dass die Wirkung des Windes sich wagerecht äussert, und dass sie bei einem Bauwerke mit quadratischer Grundfläche gleich dem auf die Flächeneinheit angenommenen Druck, multiplicirt mit der Projectionsfläche der festen Masse auf eine zur Windrichtung perpendiculäre senkrechte Ebene sei. Bei einem Bauwerke mit kreisrunder Basis beträgt der Gesammtdruck aber nur ⅔ der so erhaltenen Grösse. Der dem Abbrechen am leichtesten ausgesetzte Punkt der Esse liegt in dem Querschnitte des pyramidalen oder konischen Theiles, welcher auf dem Sockel ruht.

Bei der Esse (Fig. 1) sei: D der Durchmesser oder die Aussenseite an der Basis; D1 der Durchmesser oder die Innenseite an der Basis; d der Durchmesser oder die Aussenseite an der Spitze; d1 der Durchmesser oder die Innenseite an der Spitze; P das Gesammtgewicht des Mauerschaftes, bezogen auf das Schwerecentrum G: V die Windwirkung, auf G bezogen; K die Höhe des Schwerecentrums über dem Sockel; R die Resultante des Gewichtes und der Windwirkung. – Um Gleichgewicht zu haben, muss sein, wobei den Stabilitätscoefficienten ausdrückt. Damit die Esse nicht umgeworfen wird, muss S = 1 sein. Das Product S × 275 k repräsentirt die Windstärke, welche die Esse umzuwerfen im Stande ist.

Durch Rechnung findet man den Stabilitätscoefficienten:

1) Für eine quadratische Esse:

2) für eine runde Esse:

Eine runde Esse bietet also eine etwa ⅕ grössere Stabilität als eine quadratische, deren Seite gleich dem Durchmesser jener ist. Bei gleichem Querschnitte empfängt die runde Esse 75 Proc. von dem Drucke, welchen eine quadratische erleiden würde, und ihre Stabilität ist die 1½ fache der letzteren. Hierbei wird vorausgesetzt; dass die Resultante R in A übergeht und dass die Materialien unzerdrückbar sind. Um die Möglichkeit des Zerdrückens der Materialien durch die gemeinsame Einwirkung des Gewichtes und des Windes darzulegen, muss die Resultante von der Kante A auf eine bestimmte Entfernung nach innen rücken. Es genügt, dass sie von A nach rückt, um eine ausserordentliche Sicherheit zu haben, und dies um so mehr, als die von der Essenbasis getragene Last kaum 1/20 derjenigen ist, welche ein Zerdrücken bewirken würde. Unter diesen Umständen ist der Druck noch auf die Hälfte des Basenquerschnittes vertheilt. Der Stabilitätscoefficient S ist auf reducirt und in der Praxis nimmt man S1 = 1,50 an. Die fünf durch den Orkan am 20. Februar 1870 auf der Kohlengrube zu Commentry umgeworfenen Essen haben Stabilitätscoefficienten, welche kleiner als 1 sind. Die Resultante fällt ausserhalb der Esse und ziemlich weit von dem Mauerwerke.

Textabbildung Bd. 283, S. 247
In den Standfestigkeitsformeln hat man die Beschaffenheit des Mörtels nicht berücksichtigt, die sich auch schwer in Rechnung ziehen lässt. Aber es leuchtet ein, dass ein verdorbener Mörtel ein ungenügendes Anhaften der Materialien bewirkt, was die Standfestigkeit sehr vermindert.

Bourdais, der Architekt des Trocadéro, legte 1885 in dem Plane eines 300 m hohen gemauerten Thurmes Standfestigkeitsberechnungen über gemauerte Pylonen von verschiedenen Formen vor. Von den Essen verlangt er, dass die Resultante von der Centralachse auf eine Entfernung wegrückt, welche gleich dem vierten Theil des Basisdurchmessers ist; er nimmt einen Winddruck von 300 k auf 1 qm an und gelangt zu folgenden drei Formeln:

Mittlere Stärke ,
Cubikinhart ,
Gewicht P = K'h2.

Die Coefficienten K und K' sind von dem Verhältniss der oberen und unteren Durchmesser abhängig.

Deren Werthe sind:

|248|
für n = 0,00–0,10–0,20–0,30–0,40–0,50–0,60–0,70
–0,80–0,90–1,00.
K = 85–93–100–105–110–113–117–120–
123–125–127.
K' = 133–160–186–213–240–266–293–320
–346–373–400.

Auf einige Essen angewendet, ergeben diese Formeln eine zu grosse mittlere Stärke; es wird genügen, K = ¾ K und K' = ¾ K' zu nehmen. Dies kommt daher, weil die Entfernung der Kante bis zur Resultante (¼ Durchmesser) und der Winddruck von 300 k zu gross angenommen werden. –

Auf weitere Ausführungen der Cordier'schen Arbeit, Reparaturen an Essen betreffend, werden wir noch zurückkommen.

Ueber die Geschwindigkeiten des Windes und die denselben entsprechenden Pressungen, die im Vorhergehenden zum Höchstbetrage von 275 k/qm in die Rechnung eingeführt wurden, gibt uns eine nachstehende Zusammenstellung von Claudel Auskunft:


Art des Windes
Geschwindigkeit in
der Secunde
Pressung
auf 1 qm
Starker Wind 15 m 30 k
Sehr starker Wind 20 54
Sturm 24 78
Heftiger Sturm 30 122
Orkan 36 177
Gewaltiger Orkan 46 278

Wie erheblich mitunter die Schwankungen von Schornsteinen sind, sehen wir aus einer Angabe Dr. Jordan's im Centralblatt der Bauverwaltung vom 14. März 1888, nach welcher ein Schornstein bei Marseille während eines heftigen Sturmes (durch Beobachtung des Schattens gemessene) Schwankungen bis zu 0,5 m zeigte. Die Höhe betrug 35 m, der äussere Durchmesser oben 1,22 m. Nach jedem Windstosse schien der Schornstein 4- bis 5 mal hin und her zu schwanken, bevor er wieder zur Ruhe kam. An einem Schornstein bei Wien, der in Ringschichten aufgemauert war und bei 50 m Höhe 2 m innere Weite hatte, sind während heftiger Stürme mit Hilfe des Theodolits Schwankungen von 160 mm beobachtet worden.

Als Beispiele für praktische Ausführungen kann nachfolgende Tabelle dienen, deren erste 10 Schornsteine von Cordier, die demnächst folgenden Beispiele einer Arbeit von Rossigneux aus Le Génie civil vom Jahre 1891 entnommen sind.

Im Anschluss an die Tabelle macht Rossigneux auf die grosse Standfestigkeit der Obelisken aufmerksam, von denen der in Paris aufgestellte einem Winddruck von 580 k/qm würde widerstehen können. Ueber einige bemerkenswerthe Schornsteine derselben Tabelle sagt der Verfasser Folgendes:

Der in der Tabelle aufgeführte höchste Schornstein ist derjenige von Townsend in Port-Dundas in Schottland. Seine Höhe über dem Sockel beträgt 138 m, diejenige des Blitzableiters 142,3 m, während das Fundament 4 m 200 tief ist. Der Schornstein ist rund und hat einen Durchmesser von 9,7 m am Boden und 4;05 m am Kopfe; sein Gesammtgewicht beträgt 8000 t. Man brauchte drei Jahre zur Erbauung desselben. Das Sicherheitsverhältniss beträgt 2,6, der Druck durch das Eigengewicht 14,5 k auf 1 qc im Querschnitte am Sockel.

Der an Höhe nächstkommende Schornstein ist derjenige von St. Rollox bei Glasgow. Er ist 132 m hoch über dem Boden und 135 m hoch über dem Fundament. Der Durchmesser am Sockel beträgt 12,2 m, ist also sehr gross, während die Höhe kaum das 10,8 fache des Durchmessers ausmacht. Die Dicke am Sockel ist im Verhältniss sehr gering, doch ist beim grossen Durchmesser die Querschnittsfläche des Mauerwerks beträchtlich, so dass die Beanspruchung für die Quadrateinheit fast dieselbe wie bei dem vorhergehenden Schornstein ist, nämlich 14,2 k/qc; das Gewicht des Theiles über dem Boden beträgt 4100 t. Ein Jahr ist auf den Bau verwendet worden.

Der in der Tabelle angeführte drittgrösste Schornstein wurde 1884 bis 1885 zu Mechernich erbaut. Er ist 134,6 in hoch über dem Fundament und 131,1 m hoch über dem Boden. Das Fundament hat 12,5 m Seitenlänge und eine Dicke von 3,5 m. Der Sockel ist bis 5 m über dem Boden quadratisch und bis 10 m achteckig und besteht zum grossen Theile aus feuerfesten Steinen 250 × 120 × 85. Die Oeffnungen für die aus den Schmelzöfen des Bleibergwerks herkommenden Feuergase sind in dem quadratischen Theile angebracht. Auf dem Sockel erhebt sich der runde Schornstein aus gelben Ziegelsteinen, der einen äusseren Durchmesser von 7,5 m am Sockel und 3,5 m am Kopfe und einen inneren Durchmesser von 3,5 m am Sockel und 3 m am Kopfe hat. Die Dicke beträgt daher 2 m am Sockel und nur 250 mm am Kopfe, was für einen so grossen Schornstein sehr kühn zu nennen ist. Das Fundament wurde im Herbst 1884 gelegt und den Winter über zum Schutz gegen Frost bedeckt. Im April 1885 wurde die Arbeit wieder aufgenommen und im September desselben Jahres beendigt. Das Wetter war im Allgemeinen sehr schlecht, so dass nur 107 Tage gearbeitet wurde, indem man die Arbeit stets unterbrach, sobald es zu stark regnete, um nicht den Mörtel auslaufen zu lassen. Zum Mörtel benutzte man Kalk und Sand mit 10 bis 12 Proc. Portlandcement. Der Druck, den das Gewicht des Schornsteins auf den Boden (Felsen) ausübt, beträgt 3,77 k/qc (man hätte denselben ohne Schaden auf das Dreifache erhöhen können) und auf den Sockel 10,4 k/qc.

Der viertgrösste Schornstein der Tabelle befindet sich in Amerika bei den Clark Thread Works in Kearney (New Jersey). Während die vorhergehenden Schornsteine als Rauchabzug für Oefen dienen, ist dieser Schornstein für Dampfkessel bestimmt; daher ist er der höchste Schornstein für Dampfkessel und zugleich überhaupt der höchste Schornstein auf dem Continent von Amerika. Er empfängt den Rauch von 21 Dampfkesseln von je 200 . Am Fusse sind Vorwärmer angebracht, um das Kesselwasser zu erwärmen und die Feuergase aufs äusserste auszunutzen. Die grosse Höhe des Schornsteins sollte dazu dienen, trotz dieser Abkühlung einen genügenden Zug zu erzeugen und so eine sehr weitgehende Ausnutzung des Brennmaterials herbeizuführen. Die Fabrik rechnet darauf, dass hierdurch die Baukosten sich gut verzinsen. Dieser Schornstein von 112,1 m Höhe, mit einem äusseren Durchmesser von 10,25 m am Sockel und 4 m am Kopfe, ist auf schlechtem sandigen Baugrunde errichtet, weshalb man beim Bau desselben Vorsichtsmaassregeln zu treffen genöthigt war. Man stellte zunächst eine Bettung aus Beton von 1,5 m Dicke in einem Quadrate von 12 m Seitenlänge her und errichtete auf diesem den Schornstein aus Ziegelsteinen mit Mörtel. Die Mischung des letzteren bestand für den Sockel aus 1,5 Th. Sand und 1 Th. Cement, für |249| den unteren Theil des eigentlichen Schornsteins bis zur Höhe von 50 in aus 6 Th. Sand, 2 Th. Kalk und 1 Th. Portlandcement und für den Rest aus 3 Th. Sand, 1 Th. Kalk und 1 Th. Cement. Ungeachtet der niedrigen Temperatur der Feuergase hatte man die Einwirkung ihrer Hitze auf das Mauerwerk gefürchtet und deswegen am Sockel einen Mantel von 500 mm Dicke am Fusse und 300 mm Dicke von der Höhe von 28 m an bis zum Kopfe in einer Höhe von 50 m errichtet. Ein freier Zwischenraum von 500 mm besteht zwischen dem Mantel und dem Schornstein und gestattet dem ersteren, sich frei auszudehnen. Die Dicke des eigentlichen Schornsteins ist 1,57 m am Sockel und 320 mm am Kopfe. Ringe von Flacheisen 100 × 18 und 100 × 12 wurden alle 6 m hoch in den Schornstein in der Entfernung von 200 mm vom Rande gelegt. Die Krone des Schornsteins besteht aus 32 mit einander verschraubten Gusseisenstücken und wiegt 6 t. Das Gesammtgewicht des Schornsteins beträgt 5000 t, davon 4532 t Mauerwerk, 450 t Beton und 18 t Schmiede- und Gusseisen. Die Pressung auf den Boden beträgt 3 k/qc. Das Sicherheitsverhältniss ist 3, also sehr gross, wobei der Mantel noch nicht mit in Betracht gezogen wurde.

Textabbildung Bd. 283, S. 249
Die Tabelle zeigt ferner vier Schornsteine, die noch über 100 m hoch sind. Es sind dies: der Schornstein von Rive-de-Gier (Departement Loire), 105,3 m hoch; derjenige der Wollkämmerei zu Croix (Departement Nord), 104 m hoch; derjenige von Dobson und Barlow in Bolton, 102 m hoch, und endlich derjenige der Aciéries de la Marine et des Chemins de fer in Saint-Chamond (Loire), 100,3 m hoch.

Alle in der Tabelle aufgeführten Schornsteine haben sich seit ihrem Bestehen bewährt mit Ausnahme der fünf |250| Schornsteine der Kohlengruben zu Commentry, welche sämmtlich im J. 1879 durch einen Orkan zerstört und in der Mitte ihrer Höhe an einer Stelle abgerissen wurden, wo die Dicke 220 bis 250 mm betrug. Wenn man sich fragt; warum der Bruch gerade in der Mitte des Schornsteins und nicht am Sockel erfolgte, da doch an letzterer Stelle der gefährliche Querschnitt war, so lautet die Antwort, dass der Mörtel nicht mit genügender Sorgfalt zubereitet war. In gut hergestelltem Mauerwerk kann für kleine Proben der Mörtel eine Zugkraft bis zu 10 k/qc vertragen. Wollte man Rücksicht auf diese Adhäsionsfestigkeit nehmen, so würde man finden, dass das Sicherheitsverhältniss ohne Gefahr geringer als 1,5 sein darf. Auf der anderen Seite erleiden alle Schornsteine unter der Einwirkung des Windes mehr oder weniger starke Schwankungen. Bei den hohen Schornsteinen überschreiten die Abweichungen am Kopfe oft 200 mm. Diese Schwankungen tragen zur Verrückung des Mauerwerkes bei und der Fall von Commentry deutet darauf hin, dass gerade die Mitte des Schornsteins es ist, wo die Wirkung dieser Schwankungen am stärksten auftritt und der entsprechende Bruch am ehesten entsteht.

Diese Vermuthung wird durch einen zweiten Fall noch bestärkt, nämlich denjenigen des Schornsteins zu Rive-de-Gier, der, im J. 1868 erbaut, eine Höhe von 105 m hatte und sich auf eine Länge von 14 m zwischen 50 und 64 m Höhe in Folge eines Orkanes im Winter 1873 bis 1874 spaltete. Der Spalt ging durch die ganze Dicke des Mauerwerkes und war 40 mm breit. Zu gleicher Zeit wurde der Schornstein an dieser Stelle verbogen und sein Kopf um 1,29 m von der Achse abgelenkt. Man stellte die senkrechte Lage wieder her, indem man ein Nachsinken des Mauerwerkes durch in der Mitte des Schnittes angebrachte Sägeschnitte herbeiführte. Die Stabilität dieses Schornsteins, die Pressung auf die Quadrateinheit und folglich die Widerstandsfähigkeit gegen Verzerrung sind ziemlich gleich vom Kopfe bis zum Sockel; deshalb lässt sich die Entfernung des oben gedachten Spaltes und der schiefen Lage zum Theil nur durch die Wirkungen der Schwankungen erklären. Ueberdies ist dieser Schornstein einer der schlanksten der Tabelle, da seine Höhe das 13,8 fache des Durchmessers beträgt; deshalb müssen die Schwankungen auch hervorragend gross sein. Ungeachtet dieser im J. 1873 erfolgten Beschädigung muss dieser Schornstein als genügend sicher bezeichnet werden. Anderentheils ist die Grösse des Schadens dem Umstände zuzuschreiben, dass ein besonders heftiger und heisser Südwind kurze Zeit nach Beendigung des Baues, ehe der Mörtel gehörig hart geworden war, das Mauerwerk ungleichmässig austrocknete und daher die bedeutende Abweichung des oberen Theiles verursachte. Seit der Reparatur im J. 1874 hat sich der Schornstein nicht verändert.

Endlich hat der 1888 in Croix errichtete 104 m hohe Schornstein ein Jahr nach seiner Erbauung ebenfalls in der Mitte seiner Höhe einen ähnlichen Schaden genommen wie der zu Rive-de-Gier und ist wieder in Stand gesetzt worden. Dieser Schornstein hat ein weit grösseres Sicherheitsverhältniss als der vorige, nämlich 2,55 statt 2, und seine Höhe ist nur 13 statt 13,8 mal so gross als der Durchmesser. Deswegen sollte man erwarten, dass er ohne den geringsten Schaden den Stürmen widerstanden haben würde, und die Beschädigung, welche dennoch eintrat, kann nur entweder der ungenügenden Beschaffenheit des Mörtels oder einer Nachlässigkeit in der Herstellung zugeschrieben werden. Jedenfalls aber weisen diese Beschädigungen darauf hin, dass die Mitte des Schornsteins grosse Berücksichtigung verdient und die Mauerung an dieser Stelle mit besonderer Sorgfalt ausgeführt werden muss.

Man kennt indessen Fälle, wo Schornsteine durch den Wind am Sockel abgebrochen wurden; Kraft führt einen Schornstein von geringer Höhe an, bei dem das Sicherheitsverhältniss für eine Windpressung von 275 k auf 1 qm nicht mehr als 0,47 betrug und der am Sockel abbrach.

Alle anderen Schornsteine der Tabelle haben sich, wie gesagt, seit ihrem Bestehen bewährt. Ihre Zahl ist gross genug, um uns in den Stand zu setzen, nützliche Folgerungen daraus zu ziehen. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, die von Bourdois aufgestellten Regeln in Betracht zu ziehen:

1) Wenn die Höhe eines Schornsteins, sein Sicherheitsverhältniss und das Verhältniss der Durchmesser am Sockel und am Kopfe gegeben sind, so ist der Rauminhalt unabhängig vom Durchmesser am Sockel oder, was dasselbe ist, die mittlere Dicke steht im umgekehrten Verhältnisse zum Durchmesser.

Diese mittlere Dicke ist nicht das Mittel der Dicken am Sockel und am Kopfe, sondern diejenige, welche, mit der Aussenfläche multiplicirt, den Rauminhalt liefert.

2) Wenn das Profil, d.h. das Verhältniss des äusseren und des inneren Durchmessers zur Höhe und das Sicherheitsverhältniss gegeben sind, so ist die Dicke constant und unabhängig von den wirklichen Abmessungen.

3) Für eine und dieselbe Höhe und ein und dasselbe Sicherheitsverhältniss hängt der Rauminhalt nur vom Verhältnisse der Durchmesser am Sockel und am Kopfe ab, indem er um so geringer wird, je grösser dieses Verhältniss wird, d.h. wenn der Schornstein sich nach dem Sockel zu stärker verdickt.

4) Wenn das Verhältniss der zwei Durchmesser am Sockel und am Kopfe und das Sicherheitsverhältniss gegeben sind, so steht der Rauminhalt im Verhältniss zum Quadrate der Höhe.

Die zwei ersten Regeln können uns in der Praxis nützlich sein, indem sie uns Rechnungen ersparen. Wenn wir aus der Tabelle einen Schornstein auswählen, dessen Sicherheitsverhältniss uns passt, ebenso seine Höhe oder seine Verhältnisse, so können wir die Abmessungen eines Schornsteins von gleichem Sicherheitsverhältnisse, aber von abweichender Höhe oder abweichenden Verhältnissen bestimmen, indem wir uns dieser Regeln bedienen.

Wir kommen nun darauf, den wahren Winddruck festzustellen. Ueber diesen Gegenstand weichen die Schriftsteller ziemlich von einander ab.

Rankine setzt die Grenze des Winddruckes auf 279 k fest (56 Pfd. auf 1 Quadratfuss engl.), welche Zahl auch der Berechnung der Forthbrücke zu Grunde gelegt wurde. B. Baker, einer der am Bau dieser Brücke betheiligten Ingenieure, ist der Ansicht, dass man auf alle Fälle sicher geht, wenn man diesen Grenzwerth annimmt, der noch nie beobachtet wurde seit Menschengedenken. Er bemerkte, dass die Angaben der Anemometer oft übertrieben erscheinen, so dass in einer Region, wo die Anemometer eine Geschwindigkeit des Windes entsprechend einem Winddrucke von 208 k/qm anzeigten, die Eisenbahnzüge ohne |251| jeden Unfall liefen, während eine Pressung von 198 k/qm hingereicht hätte, um die Wagen umzuwerfen. Die höchste Zahl wurde im J. 1885 während eines heftigen Sturmes im Observatorium auf Ben Nevis verzeichnet, indem die Geschwindigkeit des Windes sich auf 160 km in der Stunde erhöhte, oder 44,5 m in der Secunde, was nach der oben angegebenen Kegel einer Pressung von 258 k/qm entspricht, und doch hat dieser Sturm nur unbedeutenden Schaden verursacht. Es ist daher wahrscheinlich, dass nach Baker der Druck von 258 k/qm niemals wirklich erreicht wurde.

Cordier nimmt an, wie wir vorher erwähnt, dass für einen Winddruck von 275 k/qm das Sicherheitsverhältniss gleich Eins sein soll.

Denfer meint in seinem Buche über Dampfkessel, dass die quadratischen Schornsteine für eine Windpressung von 200 k/qm und die runden für eine solche von 100 k berechnet werden sollen.

Endlich gibt Kraft in den Annales industrielles von 1870 eine Abhandlung über die Wirkung des Windes auf eine gewisse Zahl bestehender Schornsteine und kommt zu dem Schlusse, dass für eine Windpressung von 170 k ein Sicherheitsverhältniss gleich Eins genüge.

Dies würde für eine Windpressung von 275 k einem Sicherheitsverhältniss von 0,62 entsprechen. Kraft führt in der That Schornsteine an, welche nicht mehr als dieses Sicherheitsverhältniss besitzen und sich vollständig bewährt haben. In der Tabelle ist der Schornstein der Gaswerke zu Montmartre angeführt, dessen Sicherheitsverhältniss nicht mehr als 0,65 beträgt und der keinerlei Schaden erlitten hat. Wir sind jedoch der Ansicht, dass die von Kraft gegebene Regel doch nur für kleine Schornsteine oder solche Schornsteine, welche zum Theil durch die umliegenden Bauten geschützt sind, angewendet werden darf. Auf jeden Fall aber ist ein Sicherheitsverhältniss von 0,62 gänzlich unzulässig für einzeln stehende Schornsteine von mittlerer Höhe. Die Dauer des Schornsteins im Faubourg Montmartre kann nur durch seine Lage inmitten von Bauten erklärt werden, die ihn mehr oder weniger schützen, und vielleicht durch einen glücklichen Zufall, der niemals Orkane in diese Gegend geführt hat. Die Schornsteine zu Commentry, deren einer ein Sicherheitsverhältniss von 0,75, also mehr als derjenige im Faubourg Montmartre hatte, sind weggefegt; man kann daher diesen nicht als nachahmenswerthes Beispiel aufführen.

Welches Sicherheitsverhältniss soll man also annehmen? Offenbar ist es am besten, sich nicht streng an starre Formeln zur Berechnung zu binden; man muss vielmehr alle Umstände in Erwägung ziehen, als da sind: mehr oder weniger geschützte Lage, Widerstandsfähigkeit der Materialien, Adhäsionsfähigkeit des Mörtels, auf die Herstellung verwendete Sorgfalt, die Art der Austrocknung und der Senkung. Indessen kann man für Schornsteine von mittlerer Höhe als Regel ein Sicherheitsverhältniss von 1,5 für eine Windpressung von 180 k/qm annehmen, was einem Sicherheitsverhältniss gleich Eins für eine Windpressung von 275 k entspricht.

Für hohe Schornsteine dagegen wird es nöthig, das Sicherheitsverhältniss zu vergrössern. In dieser Beziehung kann der Schornstein von 65 m Höhe, zu Villerupt (Departement Meurthe et Moselle) von Rémaury errichtet, der ein Muster von eleganter und kühner Bauart ist, als Beispiel gelten, indem sein Sicherheitsverhältniss 1,16 für eine Windpressung von 275 k/qm beträgt.

Für sehr hohe Schornsteine muss man nicht bloss die Höhe, sondern auch das Verhältniss derselben zum Durchmesser am Sockel berücksichtigen. Je grösser dieses Verhältniss ist, desto mehr wird der Schornstein schwanken und daher muss man das Sicherheitsverhältniss um so grösser nehmen. Hiernach ist der 105 m hohe Schornstein von Rive-de-Gier, der ein Sicherheitsverhältniss von 2 besitzt, viel kühner als derjenige von St. Rollox, der 132 m hoch ist und nur ein Sicherheitsverhältniss von 1,83 besitzt, weil hier das Verhältniss der Höhe zum Durchmesser wie 13,8 : 1, beim Schornstein von St. Rollox dagegen nur 10 : 1 ist. Bei dem Schornstein von Rive-de-Gier ist der Druck durch das Eigengewicht im Querschnitt am Sockel 20 k/qm und derjenige durch Eigengewicht und den Winddruck von 275 k/qm zusammen dagegen 30 k/qm.

Der Schornstein von Mechernich ist ein noch kühnerer Bau als der vorhergehende. Sein Sicherheitsverhältniss beträgt 1,92, während die Höhe das 16,2 fache vom Durchmesser am Sockel ist, wobei die Dicke am Kopfe nicht mehr als 250 mm beträgt. Nur ausgezeichnete Materialien, die Anwendung von Cementmörtel und von Steinen mit Vertiefungen, in welchen der Mörtel sich gehörig festsetzt, wodurch eine kettenähnliche Verbindung ermöglicht wird, gestatten die Wahl dieser ausserordentlichen Verhältnisse.

(Schluss folgt.)

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