Titel: Maschinenelemente.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1894, Band 294 (S. 251–256)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj294/ar294068

Maschinenelemente.

I. Röhren und Rohrleitungen.

Aus Veranlassung des schweren Unfalles auf der „Brandenburg“ hat der Geheime Admiralitätsrath a. D. Gurlt in dem Verein deutscher Maschineningenieure einen Vortrag gehalten, aus dem wir nach dem uns freundlichst zugesandten Auszuge Nachstehendes entnehmen1):

Um auf den Dampfern die zur Verdoppelung ihrer früheren geringen Geschwindigkeit erforderliche achtfache Maschinenkraft unterzubringen, ist im Laufe weniger Jahrzehnte das Gewicht der Maschinen auf ein Drittel, ihr Kohlen verbrauch auf ein Viertel für die Pferdekraft vermindert worden – hauptsächlich durch Steigerung des Dampfdruckes auf das Neun- und Zehnfache. Diesen enormen Spannungen hielt aber die altbewährte kupferne Dampfleitung namentlich da nicht mehr stand, wo sie gegen die Wirkungen des Dampfdrucks und hoher Temperaturen nicht zweckmässig befestigt oder in Folge ihrer Anordnung heftigen Wasserschlägen ausgesetzt war; gelöthete Röhren haben in Folge von Ueberhitzung oft spröde Stellen, gezogene schwer erkennbare Längsrisse. Viele Menschenleben sind den aus weit klaffendem Bruch ausgeströmten Dampfmassen zum Opfer gefallen. Sicherer scheinen schon die sehr festen und dehnbaren Kupferröhren, die nach Elmore's Verfahren galvanisch unter stetiger Pressung des sich bildenden Niederschlages hergestellt werden. Auch geschweisste schmiedeeiserne Dampfröhren werden neuerdings angewandt. Aber auch diese würden nicht widerstehen können, wenn angesammeltes Condensations- oder übergekochtes Kesselwasser unter der Einwirkung des Dampfes in ihnen seine furchtbaren Stösse ausübte, deren Wucht bei Versuchen, welche kürzlich die Kaiserl. Marine veröffentlichte, bis über das 30fache des angewandten Dampfdruckes betrug. Gegen solche völlig unberechenbare Stosswirkung gewährt den Dampfleitungen auch die immer mehr zur Anwendung kommende Drahtumwickelung keine volle Sicherheit, da sie zwar gegen Längsriss, nicht aber gegen Querbruch stärkt. Eine Handhabung der Absperrventile vom Oberdeck aus ist bei Leitungsbrüchen nothwendig, um nachfolgende Kesselexplosionen zu verhüten, lässt sich aber nicht so schnell bewirken, dass nicht die Dampfausströmung schon Unglücksfälle verursacht haben könnte. Auch selbsthätig wirkende Kesselabsperrungen sind in Bezug auf die erforderliche Schnelligkeit nicht zweifellos oder könnten im entscheidenden Moment einmal versagen.

So gibt es denn nur ein nach menschlicher Berechnung sicheres Mittel: völlige Isolirung der ganzen Dampfleitung von allen sie umgebenden Räumen durch Einschliessung derselben in ein weites starkes Stahlblechgehäuse mit über das Oberdeck hinausgeführten weiten und stets offenen Ausgangsröhren für den ausströmenden Dampf. Dies Gehäuse schützt die Dampfleitung auch im Fall eines Wassereinbruchs in einen von ihr durchlaufenen Schiffsraum und sichert den Weiterbetrieb der Maschine; sie schützt die dünnwandigen Dampfröhren auch bei einer schweren Maschinenhavarie oder im Gefecht gegen äussere, durch Maschinen oder Geschossbruchstücke drohende Verletzungen. Alle nicht zum Maschinenbereich gehörigen Schiffsräume müssten unbedingt gegen Eindringen von Dampf völlig abgeschlossen sein. Dass bei den meisten Dampfrohrexplosionen nicht bloss die zunächst vom Dampfstrom Getroffenen, sondern alle in dem Raum Befindlichen den Tod fanden, hat seine Ursache nicht in einer blitzschnellen Verbrühung auch dieser Entfernteren, sondern in der Sperrung des einzigen Ausgangs durch den Dampf, indem die allein zur Benutzung stehenden Treppen und Leitern im Kessel- oder Maschinenraum selbst in die Höhe, also mitten durch den Bereich des nach oben strömenden Dampfes führen. Diese Einrichtung haben die allermeisten Dampfer, daher ist auf allen diesen die Herstellung von Nothausgängen unbedingt erforderlich, die zunächst unten aus dem betreffenden Raum hinaus und erst ausserhalb desselben auf geräumiger Treppe nach dem Oberdeck zu entkommen gestatten. Kesselräume müssten an jedem Ende einen solchen Ausgang erhalten, weil dort, wo nur einer vorhanden, die Leute von ihm durch die Dampfausströmung abgeschnitten werden können. Auf einem Dampfer, wo letzteres der Fall war und wo alle Leute im Kesselraum, in den die Ausströmung erfolgte, getödtet wurden, blieben diejenigen, welche sich ganz nahe der letzteren in einem nach dem Maschinenraum führenden, offenen Gange befanden, unverletzt, weil der lebhaft nach oben strömende Dampf sofort einen starken Luftstrom aus dem Maschinen- nach dem Kesselraum erzeugte, der den Dampf nicht in jenen eindringen liess. Damit nun solche selbsthätige Luftströmung gesichert bleibe, ist jeder dieser Räume und jeder Nothtreppenschacht mit weiten, über das Oberdeck hinausgeführten, stets offenen Dampfausgangs- bezieh. Lufteintrittsröhren (natürlich mit Regendach) zu versehen. Ohne diese Oeffnungen erhitzt sich, wie der Vortragende durch Versuche im Kleinen festgestellt hat, sowohl der Ausströmungsraum, wie der zugehörige Ausgangsschacht in wenigen Minuten auf fast 100° C., bei genügenden Oeffnungen dagegen der Raum selbst schon weit weniger, während in den Ausgangsschacht der Dampf überhaupt nur noch eindringt, wenn er aus einem Riss auf der Unterseite der Leitung, also zunächst nach unten strömt. Dieser ungünstigste Fall ist jedoch maassgebend und jeder Maschinen- und Kesselraum daher mit einer Anzahl durchlöcherter Röhren zu versehen, aus welchen man mit einem einzigen Handgriff einen starken Seewasserregen niederströmen lässt, der durch theilweise Condensirung des Dampfes die Temperatur im Raum noch weiter erniedrigt, und zugleich den Menschen, bis sie letzteren verlassen haben, die dringend nöthige rein äusserliche nasse Kühlung gewährt. Denn nach einer vom Vortragenden selbst gemachten Probe kann man grössere Hitze in den Athmungsorganen, also innerlich, als z.B. auf dem Handrücken vertragen. Welches übrigens die lebensgefährliche Temperatur der mit Wasserdampf gesättigten Luft ist, hat die Physiologie noch nicht ergründet, und es ist deshalb anzustreben, die Hitze nicht über die in Dampfbädern höchstens etwa zugelassenen 55° kommen zu lassen. Auch den in den Kohlenräumen Befindlichen muss ein schnelles Entkommen auf Leitern, die nach einem Einschüttloch führen, gesichert sein.

Die Einkapselung der Dampfleitung macht die Nothausgänge nicht entbehrlich, weil auch Maschinen- und Kesselbrüche nicht ausser Betracht bleiben dürfen. Das höchst mögliche Maass von Sicherheit zu schaffen, gebietet |252| schon die Menschlichkeit gegen Maschinisten und Heizer; denn von ihrer unerschütterlichen Rühe und Kaltblütigkeit hängt heutzutage das Geschick des ganzen Schiffes und aller auf ihm ab, für deren Leben also jene Sicherung auch eine der stärksten Bürgschaften bietet. Bald wird auch der Oceanreisende bei der Wahl des Schiffes nicht mehr den höchsten Luxus, sondern die höchste Sicherheit, die es bietet, entscheiden lassen, dem Rheder aber würden seine vollbesetzten Schiffe die Auslagen und Opfer reichlich ersetzen, die er an Raum für Fracht und Passagiere gebracht hat, um jene Sicherheit zu schaffen, die heute dem Weltverkehr mehr Noth thut, als das Wettjagen über den Ocean, um dem anderen eine Stunde abzugewinnen.

In Glaser's Annalen vom 1. October 1894 macht A. Brandt, Director der Firma A. Borsig in Berlin, einige Entgegnungen, in denen er Folgendes ausführt:

Nach seiner Ansicht sind die Wasserstösse in den Dampfrohrleitungen nicht so erheblich, als Gurlt sie schildert; auch die Materialfehler hält er nicht für so erheblich, und glaubt, dass diese ursprünglich gar nicht vorhanden seien und vielfach erst durch die Anstrengungen beim Betriebe entstehen, z.B. durch die unvermeidlichen Molekularbewegungen in Folge wechselnder Temperatur. So sei das explodirte Rohr des Dampfers Elbe mit einem Probedruck von 20 bezieh. 23½ at, also mit dem doppelten Betriebsdrucke, abgepresst worden. Wenngleich das Material an der Bruchstelle um 13 Proc. gegenüber dem übrigen Material verminderte Festigkeit besass, so kann doch dieser Materialfehler nicht als Ursache des Bruches gelten; vielmehr müssen in allen vorstehend berührten Fällen Constructionsfehler als Beschädigung angesehen werden. (Sollte nicht, wie das bei Druckproben an fertigen Kesseln vielfach nachgewiesen ist, der übergrosse Druck beim Abpressen den Keim zum Untergang gelegt haben? D. R.)

Der Vortragende betont alsdann die Nothwendigkeit, der Rohrleitung Gefälle nach der Maschine hin zu geben. Wo die örtlichen Verhältnisse nöthigen, die Leitungen ansteigen zu lassen, müssen diese Strecken möglichst senkrecht liegen. Auch macht er auf den Einfluss des Schlingerns der Schiffe bezüglich dieser Verhältnisse aufmerksam. Ebenso sind seine Bemerkungen über die Lage der Rohre und die Compensationsvorrichtung wohl zu beachten. Als Packung für die Rohrflanschen empfiehlt Brandt besonders die Metallpackung mittels Kupferringen von Staeding und Meysel (1893 287 * 35). Die von ihm dargelegten Constructionsgesichtspunkte seien bei vielen Rohrleitungen seit mehr als zehn Jahren und stets mit gutem Erfolg angewendet worden, auch habe er Hinweise angetroffen, dass die gleichen Grundsätze auch anderwärts Beachtung finden. Die Anwendung der Pendelrohre führe auch den nicht zu unterschätzenden Vortheil herbei, dass sogen. Passrohre fast nie erforderlich werden.

Wagerechte gerade Rohrleitungstheile, Dampfsammler u.s.w., dürfen nur in solcher Länge angewendet werden, dass sie durch zwei Unterstützungen hinreichend getragen werden. Bei Oeffnung des Dampfabsperrventils am Kessel erwärmt sich eine Rohrleitung stets zunächst in ihrem oberen Theil und hebt sich von etwaigen mittleren Unterstützungen ab. Wird dadurch die Entfernung der Stützpunkte zu gross, so sind Brüche, innere Corrosionen, Undichtigkeit der Flanschenverbindungen u.s.w. die Folge, Solche gerade Rohrleitungstheile müssen deshalb, wenn ihr Durchmesser von Belang ist, in Pendelstücke zerlegt werden. Bei Schiffen muss dies selbstverständlich mit Rücksicht auf das Schlingern mit entsprechender Vorsicht, nöthigenfalls unter Anwendung von Wasserscheidern u.s.w. geschehen.

Hierauf erwidert Gurlt in Glaser's Annalen Nachstehendes:

Was zunächst die Unzuverlässigkeit des Materials betrifft, so bietet nach der Ansicht Brandt's eine Wasserdruckprobe der Dampfleitung mit dem doppelten Betriebsdruck vor der ersten Inbetriebsetzung und eine Wiederholung derselben alle acht bis zehn Jahre vollkommene Sicherheit gegen gefährliche Rohrbeschädigungen in Folge von Materialfehlern.

Für die kupfernen Rohrleitungen an Bord, welche dort bisher fast ausschliesslich Anwendung fanden und zunächst auch in Zukunft wohl noch weiter finden werden, besteht indessen diese vollkommene Sicherheit nicht; denn neue Rohrleitungen dieser Art, welche anstandslos jene Probe ausgehalten haben, sind kurze Zeit nach derselben aus Veranlassung von Materialfehlern aufgerissen und haben zum Theil sehr schwere Katastrophen herbeigeführt.

Was die in meinem Vortrage – sagt Gurlt – als besonders gefährlich bezeichneten Wasserstösse in der Dampfleitung betrifft, so können solche nach Brandt's Meinung überhaupt nicht entstehen, wenn die im Uebrigen richtig angelegte Leitung mit selbsthätiger Entwässerung versehen ist.

Dies mag für Landdampfleitungen zutreffen, sowohl in Bezug auf das in ihnen sich sammelnde Condensationswasser, als auf das durch Ueberkochen in dieselben gelangende Kesselwasser. Letzteres tritt, bei der Unbeweglichkeit der Dampflandkessel und der grossen Höhe des Dampfaustritts über der Oberfläche des Kesselwassers, wenn überhaupt, dann in so geringer Menge auf, dass man bei Landdampfmaschinen die selbsthätigen Wasserauswurfventile im Boden und Deckel der Dampfcylinder nicht für erforderlich erachtet, welche sich bei den Schiffsmaschinen als unentbehrlich erwiesen, aber selbst diese nicht immer haben vor Zertrümmerung bewahren können.

Das in den Schiffskesseln fast immer in Bewegung befindliche Wasser wird bei starkem Seegange oft Tage und Wochen lang so heftig umhergeschleudert, dass ein plötzliches und massenhaftes Uebertreten desselben in die meistens nicht hoch über dem Wasserspiegel ausmündende Dampfleitung sehr leicht erfolgen kann. Selbsthätige Vorrichtungen aber, welche diese Wassermasse sicher und ebenso schnell aus der Leitung entfernen, als sie in dieselbe eindrang, sind bis jetzt nicht bekannt geworden und auch wohl sehr schwer herzustellen; ehe solche nicht vorhanden, bleibt die Gefahr der in ihrer Wirkung ebenso furchtbaren, wie unberechenbaren Wasserstösse für die Schiffsdampfleitungen bestehen, und zwar in um so höherem Maasse, je mehr Biegungen in denselben vorhanden sind.

Aus letzterem Grunde dürfte auch ein Schiffsmaschinentechniker kaum geneigt sein, ein gerade angeordnetes Dampfrohr, welches z.B. von den Kesseln direct zum Hauptwassersammler im Maschinenraum und durch eine gewöhnliche Stopfbüchse in denselben hineingeführt ist, durch die von Brandt empfohlene Anordnung einer ihrer Länge nach aus Pendelstücken zusammengesetzten Rohrleitung zu ersetzen, da jedes dieser Stücke ein viermaliges, kurzes Umbiegen der letzteren mit sich bringt, abgesehen |253| von einer an sich nicht erwünschten Vermehrung der Dichtungsstellen. Das von Brandt als Veranlassung für seine Anordnung angeführte, wohl bei eisernen Dampfleitungen beobachtete Verbiegen derselben in Folge einer stärkeren Erwärmung ihres oberen Theils beim Dampfeinlassen kommt übrigens bei Anwendung der an Bord allgemein üblichen, ganz allmählichen Erwärmung der die Wärme überdies besser leitenden Kupferröhren kaum vor.

Ebenso wenig empfiehlt es sich, in einer geraden Schiffsdampfleitung, wie die oben erwähnte, die eine gewöhnliche Stopfbüchse, welche deren Längsausdehnung durch die Wärme völlig unschädlich macht, durch ein Querpendel von der dargestellten Art zu ersetzen. Denn erstens erhöht ein solches, mit Rücksicht auf das Schlingern des Schiffes, die von einem Wasserstoss drohende Gefahr in noch viel höherem Maasse, als die vorerwähnten kurzen Auslegungen der Längspendel, weshalb auch der Verfasser selbst für diesen Fall entsprechende Vorsicht und Anwendung besonderer Wasserscheider für nöthig erachtet – von denen natürlich das oben Gesagte ebenfalls gilt. Während zweitens die Gelenke eines solchen Querpendels in einer Landleitung während jeder Betriebsperiode nur zweimal – am Anfang durch Erwärmung, am Ende durch Abkühlung – eine ganz langsame Verdrehung erfahren und in der ganzen Zwischenzeit sich völlig ruhig verhalten, würden dieselben an Bord bei jedem stärkeren Seegang nicht nur beständigen Erschütterungen, sondern in Folge der elastischen Biegungen des Schiffskörpers auch unaufhörlichen kleinen Hin- und Herdrehungen ausgesetzt sein, welche nicht wohl die Anwendung gewöhnlicher Flanschenverbindungen gestatten, vielmehr an deren Stelle zwei Stopfbüchsen erfordern würden, auf deren ungünstig durch jene Erschütterungen u.s.w. beanspruchten Ankern die Sicherheit der Rohrleitung beruhen würde. Bei Anwendung des Querpendels würden drittens die sämmtlichen Rohrflanschen der ganzen Leitung sammt ihren Schrauben ausser dem Druck zum Dichthalten der Flanschen Verbindungen und ihrer sonstigen Beanspruchung durch Erschütterungen u.s.w. auch noch den vollen Dampfdruck auf den Rohrquerschnitt auszuhalten haben, während dieser letztere bei der gewöhnlichen Anordnung des geraden Dampfrohres mit einer Ausdehnungsstopfbüchse ganz in Fortfall kommt und nur die durch das Rohr verbundenen Endtheile – im obigen Beispiel also die Kessel und der Hauptwassersammler – gegen diesen Druck abgestützt werden müssen, was bei ihrer ohnehin nothwendigen sicheren Befestigung im Schiffe leicht mitberücksichtigt werden kann.

Vorstehende Erörterung dürfte darthun, dass die in meinem (Gurlt's) Vortrage zum Ausdruck gebrachten Anschauungen über die den Schiffsdampfleitungen innewohnenden Gefahren und die Nothwendigkeit besonderer Sicherheitsvorkehrungen gegen dieselben durch den besprochenen Aufsatz nicht alterirt werden; und zwar gilt dies nicht allein von der grossen Masse der vorhandenen neueren Dampfer – welchen auch Brandt jene Gefahren nicht abspricht –, sondern bis auf weiteres auch von den künftig zu erbauenden Schiffen, und hier vielleicht in noch höherem Maasse, so lange nämlich das Bestreben besteht, immer noch höhere Dampfspannungen zur Anwendung zu bringen.2)

Aus Veranlassung desselben Unfalles bespricht Haedicke in Stahl und Eisen, 1894 Nr. 13, die elastischen Röhrenverbindungen und macht insbesondere auf die mitunter vorkommenden hohen Spannungen bei Richtungsänderungen und damit in Zusammenhang stehenden Constructionen von Stopfbüchsen aufmerksam und führt Folgendes aus:

Der erste Umstand, welcher bei Verwendung langer Dampfleitungen Aufmerksamkeit erheischt, ist die Ausdehnung und Zusammenziehung, welche in Folge des Temperaturwechsels auftreten.

Der Ausdehnungscoëfficient des Eisens ist 0,00115 für 100°. Legt man eine Dampfspannung von 5 bis 6 at Ueberdruck zu Grunde, so kann man mit einer Temperaturdifferenz von rund 150° rechnen, was für eine 10 m lange Rohrleitung 17 mm ergibt. Für Kupfer ist etwa der 1½ fache Werth einzusetzen, was auf eine Bewegung von 25 mm des freien Endes eines am anderen Ende festgelegten 10 m langen Kupferrohres führt. Die Unzulässigkeit, eine solche Leitung starr mit Kessel und Maschine u.s.w. zu verbinden, ist bekannt. Die Mittel, welche diesem Umstand Rechnung tragen, sind das Knie, der Bogencompensator, der Linsencompensator und die Stopfbüchse. Hierzu tritt noch die freie Lagerung eines mehreren neben einander liegenden Kesseln gemeinsamen Rohres, bei welchem man die Ableitung in der Mitte anbringt.

Bei einigen der angegebenen Constructionen tritt noch die sehr wesentliche Frage der Aufnahme der Spannungen hinzu.

Das Knie und ebenso der Bogencompensator sind als stabile Organe anzusehen. An beiden Enden verschlossen und einer inneren Spannung ausgesetzt, unterliegen sie nur denjenigen Bewegungen, welche wir bei der Bourdon-Manometerfeder zur Spannungsangabe ausgenutzt finden. Diese Bewegungen sind gering und geben zu Bedenken nur in wenigen Fällen Veranlassung.

Anders liegt es mit der Stopfbüchse. Hier kommt der volle, dem Rohrquerschnitt entsprechende Dampfdruck zur Geltung. Für einen lichten Durchmesser von 20 cm und 5 at Ueberdruck erhalten wir eine nach beiden Seiten hin auf Trennung wirkende Kraft von 314 . 5 = 1570 k, welche unbedingt aufgenommen werden muss, falls man nicht einen bedenklichen dauernden Druck wirken lassen will, zu dessen Aufnahme beispielsweise 3 Stück ¾zöllige Schrauben erforderlich sein würden. Die Vernachlässigung dieses Umstandes kann sehr ernste Folgen haben, namentlich wenn ein Knie auf die Stopfbüchse folgt.

Noch bedenklicher ist der Linsencompensator. Bei diesem kommt ein Durchmesser zur Berechnung des Dampfdruckes in Betracht, welcher zwischen dem des Rohres und dem des Compensators liegt und von der Nachgiebigkeit des Bleches abhängt. Nehmen wir denselben zu 30 cm an, so erhalten wir, wieder bei 5 at Ueberdruck, eine aufzunehmende Spannung von 707 . 5 = 3535 k, wozu etwa 7 Stück ¾zöllige Schrauben verwendet werden müssten. Dieser Umstand wird indessen wohl selten übersehen, da stets die Rohrenden festgelegt werden und die Ausdehnung sich nur durch Vergrösserung und Verkleinerung der Linsendicke geltend macht.

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Bei den Schiffsdampfmaschinen tritt zu diesen beiden Erscheinungen noch das Erzittern, dem der ganze Schiffskörper mehr oder weniger ausgesetzt ist, sowie die ausserordentliche Erhöhung, welche die Dampfspannung in neuester Zeit erfahren hat.

Die Erzitterungen erfordern selbst bei sehr kurzen Leitungen Vorsichtsmaassregeln. Man findet daher häufig bei dicht neben einander liegenden Dampfcylindern die Linse verwendet, in anderen Fällen trompetenartigen Anschluss. Beide Constructionen sind nur für kleine Bewegungen bestimmt.

Zu diesen Ausgleichsmitteln tritt nun noch wieder die Stopfbüchse, gegen deren Verwendung zuweilen schwere Bedenken zu erheben sind. Ein in der Marine verschiedentlich verwendetes Absperrventil ist dasjenige, welches mit seiner Rohrleitung durch eine Stopfbüchse verbunden ist. Offenbar hat eine derartige Stopfbüchse einen Sinn, wenn sie Bewegungen des Rohres aufzunehmen hat, erfordert aber gebieterisch eine Sicherung der Stabilität. Bewegungen des Rohres sind vorauszusehen, wenn dasselbe gerade fortgeführt wird und irgendwo, am Kessel oder auf dem Wege eines gestützten Kniees einen festen Widerhalt hat. Der das Rohr hinaustreibende Druck beträgt beispielsweise bei einer Spannung von 12 at und einer lichten Rohrweite von 30 cm 707 . 12 = 8484 k, zu dessen Aufnahme 8 bis 9 Stück 1zöllige Schrauben nothwendig sein würden. Es ist dies eine Kraft, die nicht ungestraft übersehen werden darf. Mit dieser Kraft werden die beiden, an den Enden des Rohres befindlichen Objecte aus einander gepresst. Das Ventil wird z.B. nach links, der andere Gegenhalt nach rechts gedrängt, und es ist zweifelhaft, ob beide Theile ohne weiteres als so widerstandsfähig angesehen werden können, dass man ihnen die Aufnahme dieses Druckes auf die Dauer unbedenklich überlassen kann. Es erscheint vielmehr erforderlich, Ventil und den anderen Gegenhalt sorgfältig mit einander zu verbinden. Das Rohrende kann sich dann vorschriftsmässig in der Stopfbüchse hin und her bewegen und diese wird voll und ganz ihren Zweck erfüllen.

Vorsicht ist ferner geboten, wenn das Rohr einen ∞-förmigen Verlauf nimmt. Hier ist die nachgiebige Eigenschaft des Kniees noch nicht in genügender Weise vorhanden. Unter der Voraussetzung der freilich bereits schwieriger herzustellenden Abstützung der Anschlüsse an den beiden Rohrenden wird auch hier die Stopfbüchse spielen und ihre Aufgabe leisten.

Anders ist es bei der Verwendung eines vollen Kniees. Hier genügt selbst eine auf irgend eine Weise erreichte Starrheit des Ventils und des anderen Rohrendes nicht, sondern es muss noch dafür gesorgt werden, dass das Rohr sich aus der Stopfbüchse nicht herausziehen kann, denn auf die diesbezügliche Widerstandsfähigkeit des Kniees, einer Kraft von 8½ t gegenüber ist nichts zu geben. Hier ist nun die sogen. Stopfbüchssicherung eingeführt worden. Es gibt deren zwei Formen. Man versieht das Rohr mit einem Flansch und hält diesen mit Hilfe besonderer Schrauben oder der verlängerten Stopfbüchsschrauben fest. Die andere Form besteht in der Anbringung eines Ringes am Ende des Rohres, welcher durch die Packung zurückgehalten wird. Mit dieser Anordnung ist die Nothwendigkeit verbunden, die Stopfbüchsringe zweitheilig zu machen. In beiden Fällen ist allerdings gegen ein Herausziehen des Rohres gesorgt. Wenn schon diese beiden Sicherungen ihre Aufgabe als solche zu erfüllen im Stande sind, so geben sie doch in Verbindung mit der Stopfbüchse zu eigenartigen Betrachtungen Veranlassung. – Wir denken uns eine solche Stopfbüchse mit Flanschensicherung fertig montirt. Der Monteur wird mit Rücksicht auf die beim Dampfeinlassen zu erwartende Ausdehnung die Muttern angedreht haben, so also, dass sie eben lose anliegen. Jetzt wird angewärmt. Das Rohr dehnt sich aus und die Stopfbüchse kommt als solche zur Wirkung, gestattet also das Einschieben des Rohrendes. In Folge dessen löst sich der Flansch von der Mutter ab und zeigt den der Ausdehnung des Rohres entsprechenden Spielraum. Jetzt wird mehr Dampf gegeben; es beginnt die Spannung desselben sich geltend zu machen. Das Rohr hat, in Folge der Temperaturerhöhung, eher die Tendenz, weiter nach einwärts als nach auswärts zu gehen, und da es auf diese Weise dem Ventil keinen Halt mehr geben kann, so ist dies auf die eigene Festigkeit angewiesen. Es kommt jetzt darauf an, ob der Flansch desselben dem grossen Moment gewachsen ist, welches sich auch aus dem Dampfdruck und dem Hebelarm desselben, dem Abstand der Rohrmitte vom unteren Flansch, berechnen lässt. In Wirklichkeit wird das Ventil etwas nachgeben und vielleicht durch Lecken des unteren Flansches seinen Protest gegen die Mangelhaftigkeit der Rohrverbindung kundgeben, bis die Mutter zur Anlage gelangt und damit die Sicherung in Thätigkeit tritt. Dies kann jedoch nur dann von Erfolgsein, wenn das Rohr als Zugorgan wirken kann, also möglichst in gerader Linie bis zu einem festen Halt fortgeführt ist. Noch schlimmer würden sich die Folgen zeigen, wenn der Monteur den Sicherheitsmuttern von Anfang an Luft gegeben haben würde, in welchem Falle die Widerstandsfähigkeit des Ventils noch weit mehr beansprucht werden würde. Denn in diesem Fall kommt die Sicherung überhaupt nicht zur Geltung. Es erscheint unzweifelhaft, dass die Stopfbüchse hier nur selten einen Zweck haben kann, wenn nicht eine Absteifung des anderen Rohrendes stattgefunden hat. Dann aber hat die Sicherung wieder keinen Sinn. Denn diese wirkt erst, nachdem der Sicherungsflansch bezieh. -ring zur Anlage gekommen ist, nachdem also das Ventil sich bereits um das Maass der Ausdehnung des Rohres einseitig abgebogen hat, was ihm aber nicht zugemuthet werden darf. Alles dies kann vermieden werden durch eine Vorrichtung, welche von dem früheren kaiserl. Marineingenieur Glass angegeben worden ist.

Man führt nämlich das Rohr durch das Ventil durch und schliesst es dort ab. Dadurch wird es in eine stabile Leitung übergeführt und es wird die zweifelhafte Verwendung der besprochenen Sicherungen unnöthig gemacht. Das Rohr kann sich frei in der Stopfbüchse bewegen, und auf das Ventil kommt gar keine seitliche Kraft.

Hat das Rohr aber ein Knie, so wird sich beim Anwärmen nur dann eine Lücke zwischen der Mutter und dem Sicherungsflansch zeigen, wenn das Knie nicht elastisch wirkt. Hat es dagegen einige Länge, ist es also ein Knie in dem bisher angenommenen Sinne, d.h. nachgiebig, so wird sich das Rohrende einfach gar nicht hineinschieben, da beim Anwärmen die Ausdehnung durch die Elasticität des Knies unter Mitwirkung der meist nicht geringen Reibung der Stopfbüchse aufgehoben wird. Sobald aber |255| die eigentliche Dampfspannung zu wirken beginnt, legt sich der Sicherheitsflansch erst recht gegen die Muttern, bezieh. gegen die Packung. Die Stopfbüchse kommt also gar nicht zur Geltung. Die Sicherheitsvorrichtung aber ist dann nur als eine Correctur des Fehlers zu betrachten, welcher in der Anordnung der Stopfbüchse liegt. Die einfache feste Flanschenverbindung bietet hier ohne weiteres die erforderliche Sicherheit. Fehlt aber auch die Sicherung, so gestaltet sich der Vorgang wie folgt:

Mit der furchtbaren Gewalt von 8½ t wird das Rohr zunächst herausgedrängt und findet darin nur Widerstand in der Festigkeit des Knies. Dasselbe wird sich etwas zusammengeben und der Flansch muss brechen. Kann das zweite Knie nachgeben, so wird das Ventil unbeschädigt bleiben können und der Vorgang mit dem Herausschleudern des Rohrendes seinen Abschluss finden.

Kann das Knie nicht nach unten nachgeben, so will sich das obere Knie um seinen Stützpunkt drehen und es tritt eine Componente auf, welche auf das Ventil nach oben wirkt. Die Gefahr liegt nahe, dass der Flansch bricht; seine Widerstandsfähigkeit könnte der gewaltigen Aufgabe nicht gewachsen sein.

Erscheint hiernach die Anbringung einer Sicherung für die Stopfbüchse unabweislich, so muss man trotzdem gegen die einseitige Stopfbüchse überhaupt Bedenken erheben. Bei gerader Leitung oder steifem Knie würde die Anordnung der Doppelstopfbüchse nach dem Glass'schen Vorschlag warm zu empfehlen sein. Bei vollem, d.h. als nachgiebig anzusehendem Knie dürfte die feste Flanschverbindung der immerhin recht bedenklichen einfachen Stopfbüchse vorzuziehen sein, wobei aber eine Versteifung des Ventils erforderlich sein wird. Auch hier kann die Doppelstopfbüchse verwendet werden, wenn man in der Lage ist, das Knie durch ein geeignetes Zugorgan in sich abzustützen. Dann würden Knie und Ventil, jedes für sich, entlastet und doch die erforderliche Beweglichkeit gewährleistet sein.

Einen sehr beachtenswerthen Vortrag über die Frage: „Welches sind die besten Dichtungsmaterialien für hohe Dampfspannungen, und wie haben sich dieselben bewährt?“ hat der Oberingenieur des Württembergischen Kesselüberwachungsvereins, Lechner, auf der Delegirtenversammlung in Eisenach gehalten. Der übersichtliche Vortrag ist veröffentlicht in Mittheilungen aus der Praxis des Dampfkessel- und Dampfmaschinenbetriebes, 1894 Nr. 20; wir müssen uns jedoch hier auf diesen Hinweis beschränken.

Bemerkenswerthe Mittheilungen über Röhren macht Nr. 21 von Stahl und Eisen, Jahrg. 1893, gelegentlich eines Berichtes über die Ausstellung in Chicago. Es heisst in demselben: Röhren aus schmiedbarem Eisen: Das Hauptinteresse boten die Röhren aus schmiedbarem Eisen. Es ist noch nicht lange her, als man behauptete, solche Röhren, wenn sie geschweisst werden sollten, seien nur aus Schweisseisen herzustellen. Dann lernte man das an sich viel bessere Flusseisen schweissen, und der grösste Theil geschweisster Röhren besteht heutigen Tages aus Flusseisen. Aber jede Schweissung hat bekanntlich ihre Mängel, welche sich nie ganz beseitigen lassen und welche nur durch sorgfältige Proben unschädlich gemacht werden können. Aus diesem Grunde hat man schon lange versucht, schweissnahtlose Röhren herzustellen, ohne mit den Versuchen zum Abschluss gekommen zu sein, wie die Ausstellung bewies.

Geschweisste Röhren: Die gewöhnliche Schweissung ist bekanntlich die in der Längsnaht des Rohres. Sie ist noch heute die üblichste. Der nöthige Druck wird dabei durch eine unbewegliche Furche (Zangenfurche mit Dorn beim Ziehen) oder durch eine bewegliche Furche (Walzenfurche mit oder ohne Dorn beim Walzen) ausgeübt. Die Schweissung kann in jedem Falle stumpf oder mit Ueberlappung ausgeführt werden. In ersterem Falle ist der Regel nach die Haltbarkeit grösser. Solche Schweissung genügt selbst für hohe Drucke bis zu 10 at und darüber, wenn der Durchmesser des Rohres nicht zu gross ist. Ein Beweis dafür war in den Röhren der Babcock- und Wilcox-Dampfkessel geliefert.

Grössere Gegenstände dieser Art, welche aus schmiedbarem Eisen hergestellt werden sollen, sind sehr schwierig zu schweissen und erfordern ungemein grosse Geschicklichkeit der Arbeiter. Auch in dieser Richtung stand eine deutsche Firma obenan, und zwar Fitzner in Laurahütte, Oberschlesien. Die Ausstellung, welche bei allen Sachverständigen grosse Beachtung fand, war reich an verschiedenen geschweissten Gegenständen. Abgesehen von geschweissten Röhren jeder Art, waren besonders geschweisste Gefässe für Brauereien (Kühlapparate), dichte Einsätze für Holzgefässe, namentlich für Cellulosefabriken, Gefässe für zusammengepresste Kohlensäure, Sauerstoff und andere Gase, Leuchtgasbehälter, hohle Wellen, Retorten, Tiegel und Gefässe für elektrolytische Anstalten zu sehen. Das merkwürdigste Stück war ein 65,5 Fuss langes, 31 Zoll weites Dampfrohr. Man hatte es ausgestellt, um zu zeigen, dass die Schweissung keine Grenzen kenne, als die der Transportfähigkeit. Das Rohr wog 3½ t und hatte 5/16 Zoll Wandstärke. Eine hohle Welle, die ausgestellt war, hatte 16 Fuss Länge, 12 Zoll äusseren Durchmesser und eine Wandstärke von ¾ Zoll, während eine für einen artesischen Brunnen bestimmte Röhre nur 3/16 Zoll Dicke hatte und mit angeschweissten Ansätzen für die Verbindungen versehen war. Meines Wissens – sagt der Referent – wird beim Schweissen Wassergas gebraucht, welches für diesen Zweck sich wohl bewährt, während es als Feuerungsmaterial im Allgemeinen vollkommen Fiasko gemacht hat. Alle anderen vorgeschlagenen Schweissungen, wie die spiralförmige, welche die Eisenhüttenleute noch 1890 mit aussichtsvollen Hoffnungen beobachten konnten, sind wieder verschwunden.

Die elektrische Schweissung war nur in unvollkommenen Proben zu sehen, bald geschah sie unter Wasser, also in Wasserstoffatmosphäre (vgl. 1893 290 * 73. * 97. * 127), bald durch Durchleitung des elektrischen Stromes durch die zu schweissenden Theile, bald durch Aufleitung des elektrischen Stromes. Wohl ist zu erwarten, dass sich bei Ausbildung der nöthigen Instrumente (vgl. Sitzungsbericht der Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleisses; 1893, Octobersitzung) das letztere Verfahren Bahn brechen werde, aber für grössere Gegenstände bedarf es doch noch vieler Fortschritte.

Interessant war noch die Ausstellung der Tyler Tube and Pipe Co. in Washington, weil sie, um die Biegungsfähigkeit der bereits geschweissten Röhren besonders zu bewahren, Holzkohleneisen benutzt. Die Röhren waren von ausgezeichneter Beschaffenheit, aber es ist nicht |256| daran zu denken, ein so theures Material allgemein anzuwenden.

Ungeschweisste Röhren: Die Unvollkommenheit der Schweissung bei billigen Verfahren einerseits, der hohe Preis vollkommener Schweissungen3) andererseits hat schon lange zu Versuchen angeregt, Röhren ohne Schweissnaht herzustellen.

Die ältesten Versuche, dies durch Pressung, in ähnlicher Weise wie bei Blei, nur in höherer Temperatur, zu erreichen, sind gescheitert. Ebenso hat sich das sogen. Fingerhutverfahren, welches bei Kupfer mit grossem Vortheil Verwendung findet, und bei welchem aus einer runden Scheibe allmählich ein zuerst an einer Seite geschlossenes Rohr erzeugt wird, als praktisch für Eisen nicht brauchbar erwiesen.

Vier praktisch brauchbare Verfahren für diesen Zweck zeigt indessen trotzdem die Ausstellung.

Das erste ist das Mannesmann-Schrägwalzverfahren, dessen Producte in zwei vortrefflichen Ausstellungen im Bergwerks- und im Fördergebäude aufgestellt waren. (Verfahren und Producte sind den Lesern unseres Journals ausreichend bekannt, um hier nochmals besprochen zu werden.) Man kann nur bedauern, dass der geniale Gedanke des Erfinders in der praktischen Durchführung so vielen Schwierigkeiten begegnet ist, dass eine allgemeine Anwendung für Eisen bisher noch nicht hat stattfinden können, während für Kupfer, Messing und Aluminium diese Schwierigkeiten nicht hinderlich im Wege standen. Wir zweifeln nicht, dass das Verfahren trotzdem, wenn auch immer in Anwendung auf ein beschränkteres Gebiet, als der Erfinder erhofft hatte; sich seinen Weg bahnen werde.

Das zweite ist das Ehrhard'sche Verfahren, welches den Mitgliedern des Vereins deutscher Eisenhüttenleute ebenfalls durch den eigenen Vortrag des Erfinders bekannt geworden ist und welches durch eine zwar kleine, aber allgemeine Aufmerksamkeit erregende Ausstellung im Fördergebäude vertreten war. Die Einfachheit des Verfahrens, das erforderliche Loch in ein festes Eisenstück durch Einführen eines Dorns zu erzeugen, wobei die zwischen Eisenstück und Form frei gebliebenen Oeffnungen durch das vom Dorn verdrängte Metall ausgefüllt worden, nimmt ungemein für das Verfahren ein, und die ausgestellten Proben zeigten die Möglichkeit einer recht mannigfaltigen Anwendung.

Das dritte Verfahren ist das Bethlehemer Verfahren zur Herstellung hohler Wellen. Es schliesst sich an das vorige an. Auch hier wird das Loch durch einen Dorn erzeugt, aber es kommt nicht auf eine genaue äussere Form an, da der ausgehöhlte Block nachher noch unter der hydraulischen Presse auf stets stärkere Dornen ausgeschmiedet wird. Die hierbei benutzten Flusseisenblöcke sind schon beim Gusse durch die hydraulische Presse gedichtet, dann erst wird der Dorn durchgepresst, welcher eine entsprechende Metallmasse nicht, wie bei Ehrhard, verdrängt, sondern ausstösst (punscht). So hat man Löcher von 14 Zoll Durchmesser durch Blöcke von 6 Fuss Länge gebracht.

Das vierte Verfahren ist das schon früher erwähnte schwedische, nach welchem Hohlkörper durch Ausguss des noch flüssigen Kerns von Blöcken gebildet werden.

Dass die ungeschweissten Hohlkörper für viele Zwecke die geschweissten weit übertreffen, unterliegt keinem Zweifel, ob aber irgend eines der durch die Ausstellung bekannt gegebenen Verfahren geeignet sein wird, die gewöhnlichen Röhren für Hochdruck billig genug zu ersetzen, mag fraglich sein. Keines sämmtlicher Verfahren erscheint geeignet, mit einem einzigen Vorgange ein fertiges Rohr zu bilden. Wahrscheinlich bedürfen sämmtliche Hohlkörper, sie mögen durch irgend eines der vier Verfahren hergestellt sein, zur Bildung längerer Rohre noch der Nacharbeit durch Walzen oder Ziehen. Diese Nacharbeit kostet in jedem Falle Geld, und deshalb werden vorläufig alle diese Producte nur dann Anwendung finden können, wenn ihre Eigenschaften denjenigen der geschweissten Röhren so weit voran stehen, dass die Mehrkosten dadurch aufgewogen werden, und dies wird immer nur für besondere Zwecke der Fall sein, also für Granaten, Gefässe für gepresste Gase und Flüssigkeiten, Hochdruckdampfröhren (Locomotivsiederöhren) u.s.w.

Wir lassen hier noch eine Aeusserung der Werkmeister-Zeitung, die naturgemäss den praktischen Standpunkt im Auge hat, folgen. Nach derselben werden Stopfbüchsen in Dampfleitungen wohl hier und da angewendet, es ist aber durchschnittlich kein gutes Resultat damit erzielt worden. Bei Stopfbüchsen kommt es sehr oft vor, dass dieselben sich festsetzen und, wenn nicht immer darauf geachtet wird, rosten dieselben (bei Eisen) fest und functioniren nicht mehr. Bei Rothguss- oder Messingstopfbüchsen ist es dasselbe, nur dass diese nicht rosten, aber festsetzen, ausserdem undicht werden. Die Stopfbüchsen sollen doch als Compensatoren dienen, um das Länger- und Kürzerwerden der Leitungen auszugleichen. Am besten haben sich dazu die kupfernen Compensatoren (Federrohre) in Lyraform bewährt und sind dieselben auf den grossen Werken in Betrieb. Diese Federrohre, welche auf die Längenausdehnung der Leitung berechnet sein müssen, geben dem geringsten Druck nach und bewirken so ein stets gleichmässiges Functioniren. Wenn dieselben bei Anschaffung auch theurer sind als eiserne Stopfbüchsen, aber doch noch billiger als Stopfbüchsen aus Rothguss, so haben sie doch den Vortheil, stets gleichmässig zu functioniren. In Lauenburg in Pommern sah der Berichterstatter vor kurzem mehrere eiserne Stopfbüchsen liegen, die 1 bis 1½ Jahre in Betrieb gewesen, aber total festgerostet und zerfressen waren. Diese sind alle durch kupferne Federrohre ersetzt, und so liegen auf verschiedenen Werken die Stopfbüchsen als werthloses Material. Die Firma Eisenberg und Schmöger in Dortmund liefert diese kupfernen Federrohre als Specialität und ist dieselbe gern bereit, jede Auskunft zu ertheilen bezieh. mit näheren Erklärungen zu dienen.

(Fortsetzung folgt.)

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Der Vortrag ist ausführlich wiedergegeben in Glaser's Annalen vom 1. Juli 1894.

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Wir bringen hier die selbsthätigen Absperrventile, die in dem französischen Regulative für die Zuleitung von jedem Kessel aus vorgeschrieben sind, in Erinnerung, die ausführlich beschrieben sind an folgenden Stellen: 1885 258 * 484. 1887 264 * 358. 1888 267 * 244. 1892 285 * 272. 1893 290 * 153. Die Anwendung und Ausbildung dieser Armaturtheile kann nicht dringend genug empfohlen werden.

(D. R.)

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Anm. d. Red. von Stahl und Eisen. Der Gegensatz zwischen billigen unvollkommenen Schweissungen und theuren vollkommenen Schweissungen besteht in der Praxis nicht. Den Röhrenwalzwerken verursacht die Schweissarbeit keine Schwierigkeit, so dass von einer Unvollkommenheit geschweisster Röhren für die Praxis, mit Ausnahme einiger Sonderverwendungen, u. E. überhaupt nicht die Rede sein kann. Der Beweis ist leicht zu erbringen, dass ein billiges stumpfgeschweisstes Rohr von 34mm äusserem und 24 mm lichtem Durchmesser 500 at Druck, ein überlappt geschweisstes Flusseisenrohr von 140 mm äusserem Durchmesser und 6,5 mm Wandstärke 250 at Druck aushält. Versuche haben bewiesen, dass überlappt geschweisste Röhren fast nie an der Schweisstelle gebrochen sind.

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