XIX. Ueber ein Instrument zum Messen der Luftmenge, welche waͤhrend der Verbrennung in einen Feuerraum hineinzieht, von Hrn. F. Frey in Aarau. Aus dem Bulletin de la Société industrielle de Mulhausen, N. 9. S. 337. Mit Abbildungen auf Tab. III. Frey, uͤber ein Instrument zum Messen der Luftmenge. Ich nehme mir die Freiheit, der Gesellschaft ein Instrument vorzulegen, welches ich erfand, um die Menge von Luft bestimmen zu koͤnnen, welche waͤhrend der Verbrennung in einen Feuerraum tritt. Dieses Instrument besteht aus einer kupfernen Roͤhre, in deren Innerem ein Rad mit geneigten Fluͤgeln befestigt ist, aͤhnlich denjenigen, welche man an den kleinen Ventilatoren aus Weißblech sieht, die so haͤufig an einem der oberen Fensterscheiben, besonders in den Werkstaͤtten unserer Baͤker und in den Schenken, angebracht sind. Auf derselben Achse, welche dieses Rad traͤgt, ist ein Getriebe mit zehn Zaͤhnen angebracht, welche in die Zaͤhne eines horizontalen Rades mit hundert Zaͤhnen eingreifen, das sich ebenfalls im Innern der kupfernen Roͤhre dreht. Die senkrechte Achse dieses lezteren Rades ist nach oben verlaͤngert, geht durch den Cylinder und fuͤhrt an ihrem oberen Ende eine Nadel, welche auf einer Scheibe die Anzahl der Umdrehungen des Rades bezeichnet. Ein auf derselben Achse befestigtes Getriebe mit fuͤnf Zaͤhnen bewegt ein horizontales Rad mit fuͤnfzig Zaͤhnen, dessen Achse oben ebenfalls eine Nadel fuͤhrt, und unter dem Rade ein Getriebe mit fuͤnf Zaͤhnen, welches das lezte Rad mit fuͤnfzig Zaͤhnen dreht, dessen Achse ebenfalls mit einer Nadel versehen ist. Dieses Instrument besteht also aus einem Wendrade, welches zwar nicht leicht genug ist, um als ein fliegender Regulator zu wirken, wohl aber hinreichend leicht, damit sich seine Bewegung nach der groͤßeren oder geringeren Geschwindigkeit der durch die Roͤhre zustroͤmenden Luft regulirt und aus einem Zaͤhler, welcher die Anzahl der Umdrehungen dieses Rades bezeichnet. In der That hat die erste Nadel ihre Scheibe nach zehn Umdrehungen des Flugrades durchlaufen; die zweite nach hundert, und die dritte nach tausend Umdrehungen. Die Fig. 15, 16, 17, zeigen diesen Anemometer in seiner natuͤrlichen Groͤße. Es handelt sich nun darum, die Anzahl der Umdrehungen zu kennen, welche ein gegebenes Volum Luft hervorbringt. Um diese Frage zu beantworten, muß man zur Erfahrung seine Zuflucht nehmen. Ich ließ eine hoͤlzerne Kiste verfertigen, welche oben verschlossen, unten offen war und genau einen halben Kubikmeter faßte. Am oberen Boden war eine Roͤhre aus Weißblech angebracht, welche unter einem rechten Winkel gekruͤmmt war, so daß ihr aͤußerstes Ende, in welches man die Roͤhre des Anemometers befestigen konnte, eine horizontale Lage hatte. Wenn man diese Kiste nach Art der Gasometer uͤber einer anderen, groͤßeren und mir Wasser gefuͤllten Kiste aufhing, konnte sie in dasselbe getaucht und mehr oder weniger schnell herausgezogen werden, indem man mit groͤßerer oder geringerer Geschwindigkeit die Kurbel drehte, auf der das Seil, an welchem die Kiste aufgehaͤngt war, sich waͤlzte. Es ist klar, daß wenn man diesen Gasometer in die mit Wasser gefuͤllte Kiste tauchte, die Luft ausgetrieben wurde, durch die einzige Oeffnung, an welcher der Anemometer befestigt war, entwich und das Flugrad drehte, aber in umgekehrter Richtung, weil die Luft von innen nach außen herkam; wenn man die Kiste aus dem Wasser zog, trat die Luft durch dieselbe Oeffnung wieder hinein und drehte das Flugrad nochmals. Zahlreiche Versuche, welche ich mit diesem Apparate anstellte, lehrten mich, daß ein und dasselbe Volum Luft eine gleiche Anzahl von Umdrehungen des Flugrades hervorbringt, vorausgesezt, daß die Bewegung der Luft weder zu langsam noch uͤbermaͤßig schnell ist, was außerdem dem Instrument nachtheilig waͤre. Um lezteres bei Bemessung von Luftstroͤmen von sehr verschiedenen Geschwindigkeiten zu schonen, ließ ich mehrere Flugraͤder verfertigen und bediente mich insbesondere zweier, wovon das eine 34 enge Fluͤgel hat, welche unter 45° geneigt sind und welchem 100 Liter Luft, sey es, daß sie in drei oder in dreißig Minuten eintreten, 154,8 Umdrehungen ertheilen; das andere besteht aus 8 kuͤrzeren, aber breiteren Fluͤgeln, die unter 50° geneigt sind; 10 Liter Luft verursachen 107,686 Umdrehungen des Flugrades; hieraus folgt, daß 1000 Umdrehungen des ersten Flugrades, 645,99 Liter, und 1000 Umdrehungen des zweiten, 928,62 Liter durchgegangener Luft entsprechen. Mit diesen beiden Flugraͤdern kann ich leicht die Luft messen, welche in Feuerraͤume tritt, die gegen zwei Kubikmeter Luft in jeder Minute verzehren; fuͤr groͤßere Feuerraͤume muͤßte man ein Flugrad mit noch mehr geneigten Fluͤgeln anwenden oder vielmehr ein Instrument von groͤßeren Dimensionen. Um die Luftmenge, welche in einen Feuerraum tritt, zu messen, braucht man nur an dem Aschenraum, durch welchen die Luft zu dem Rost gelangt, eine Thuͤre anzubringen, in welche der Anemometer befestigt werden kann und welche der Luft allen anderen Zutritt als durch die Roͤhre des Instrumentes verschließt; man zaͤhlt die Anzahl der Umdrehungen des Flugrades und eine einfache Berechnung ergibt dann die Luftmenge bei der Temperatur und unter dem atmosphaͤrischen Druk waͤhrend des Versuches. Wenn man das Instrument wechselsweise an dem Aschenraume und an der oberen Oeffnung des Schornsteins anbringt und die innere Temperatur dieses lezteren beruͤksichtigt, so kann man leicht die Schnelligkeit des Zuges berechnen; und wenn man, um die Versuche zu vervollstaͤndigen, die Gasarten bei ihrem Austritt aus dem Schornstein analysirt, so erfaͤhrt man genau, wie viel Sauerstoff verzehrt worden ist. Ich habe noch nicht Gelegenheit gehabt, mein Instrument an Feuerraͤumen von sehr verschiedenem Zug anzubringen; auch ist der Apparat noch nicht eingerichtet, um oben an Schornsteinen angebracht werden zu koͤnnen; aber ich habe mir vorgenommen meine Versuche uͤber diesen Gegenstand zu vervielfaͤltigen und werde dann meine Resultate der Société mittheilen. Ich habe schon oft die Luft gemessen, welche in den Feuerraum eines zum Erhizen eines großen Sandbades bestimmten Ofens tritt, worin die Waͤrme gut regulirt werden muß, erstens, damit die Fluͤssigkeit, welche in dem auf dem Sandbade befindlichen Bleikessel enthalten ist, langsam verdampft wird, und zweitens damit der Ofen nicht so haͤufig reparirt werden muß; denn auch ein wenig heftiges Feuer verdirbt nach und nach die Gußeisenplatten, woraus der Boden des Sandbades besteht. Freilich wird nicht viel mehr als die Haͤlfte der erzeugten Waͤrme wirklich benuzt. Nachdem das Feuer angezuͤndet ist, macht das Flugrad ungefaͤhr 55,000 Umdrehungen waͤhrend der 120 ersten Minuten; waͤhrend der 120 folgenden Minuten macht es beilaͤufig 70,000 Umdrehungen; wenn aber einmal 5 Stunden abgelaufen sind und das Mauerwerk des Ofens hinreichend erhizt ist, macht es gewoͤhnlich 68,300 Umdrehungen stuͤndlich, wenn die Temperatur der Luft + 5 bis + 10° C. betraͤgt. – Man verbrennt stuͤndlich 9,10 Kilogr. troknes Tannenholz, welche (wenn einmal die constante Geschwindigkeit des Zuges hergestellt ist) sich unter einem Luftzutritt von 68,200 × 928,62 (diese Zahl 928,62 bezeichnet die Anzahl der Liter Luft, welche 1000 Umdrehungen des Flugrades entspricht), oder 63424 3/4 Liter verzehren. Diese Quantitaͤt Luft betraͤgt ziemlich so viel, als nach der Berechnung zu einer vollstaͤndigen Verbrennung erforderlich ist, und da der Schornstein nur sehr wenig raucht und sich fast gar kein Ruß absezt, so muß man annehmen, daß diese Luft bei diesem schwachen Zug in der That zur Verbrennung des Holzes hinreicht. Die innere Temperatur des Schornsteins uͤbersteigt selten 150°; unter der Voraussezung, daß eine vollstaͤndige Verbrennung erfolgt, wird also das Volum der durch den Schornstein entweichenden Gasarten bei der angegebenen Temperatur stuͤndlich 102657 Liter oder 28 1/3 Liter fuͤr die Sekunde betragen; hieraus folgt, daß bei einem Durchschnitt des Schornsteins von 2 Quadratdecimeter die Geschwindigkeit des Zuges 1,425 Meter fuͤr die Sekunde seyn wird; dieß scheint durch die Geschwindigkeit der kleinen Menge Rauch, welche von Zeit zu Zeit durch den Schornstein entweicht, bestaͤtigt zu werden. Ich habe sechs solche Kessel, welche auf sechs Sandbaͤdern stehen, wovon jeder seinen besonderen Feuerraum und Schornstein hat und die Resultate einer großen Anzahl von Versuchen mit allen diesen Feuerraͤumen sind nur sehr wenig verschieden. Bericht des Hrn. Joseph Koechlin, im Namen des mechanischen Comité's, uͤber die Abhandlung des Hrn. Frey. Vorgelesen in der Sizung der Société industr. de Mulhausen am 24. April 1829. Seit langer Zeit wuͤnschte man in den Kuͤnsten ein Mittel zu kennen, wodurch die Luftmenge, welche ein Feuerraum verzehrt, auf eine directe und leichte Weise ausgemittelt werden kann. Alle bisher dazu vorgeschlagenen Verfahrungsweisen sind mehr oder weniger ungenuͤgend. Der Heber zum Beispiel, welchen Hr. Leonhard Schwartz gebrauchte, gibt kein directes Resultat. Das Verfahren, welches Hr. Peclet bei seinen neuen Versuchen uͤber die Verbrennung anwandte, erheischt große Genauigkeit und Geschiklichkeit, wenn es gelingen soll; uͤberdieß mußte er ein Instrument gebrauchen, um die Zeit zu messen, welches nicht jedem zu Diensten stehen kann. Hr. Frey hatte die gluͤkliche Idee, hiezu die in den Werkstaͤtten und anderen Zimmern zur Erneuerung der Luft uͤblichen Ventilatoren anzuwenden und damit einen Zaͤhler zu verbinden, um leichter die Geschwindigkeit des Flugrades und der in dasselbe stroͤmenden Luft bestimmen zu koͤnnen. Der Verfasser hat seine Versuche mit der groͤßten Genauigkeit beschrieben und seine Abhandlung laͤßt in dieser Hinsicht nichts zu wuͤnschen uͤbrig; jeder kann nach seiner Anleitung mit Huͤlfe der beigefuͤgten Zeichnung das Instrument verfertigen und anwenden. Hr. Frey verspricht seine Versuche fortzusezen und sie besonders auf groͤßere Feuerraͤume auszudehnen; das Comité glaubte daher seinen Untersuchungen nicht vorgreifen zu duͤrfen und beschraͤnkt sich auf einige theoretische Bemerkungen. Eine sehr merkwuͤrdige Eigenschaft des Instrumentes, wodurch seine Anwendung viel leichter und allgemeiner wuͤrde, ist nach Hrn. Frey, daß eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen des Flugrades immer eine gleiche Menge durchgegangener Luft anzeigt, die Geschwindigkeit des Flugrades mag seyn welche sie wolle, vorausgesezt daß 100 Liter Luft innerhalb 3 bis 30 Minuten durchgehen. Diese Eigenschaft scheint auf den ersten Blik mit der Theorie uͤber die Bewegung luftfoͤrmiger Fluͤssigkeiten in Roͤhren, nicht uͤbereinzustimmen; es scheint, daß wenn der Ventilator schneller geht, seine eigene Reibung und der Widerstand, welchen er der Luft entgegensezt, groͤßer seyn muͤßten als in geradem Verhaͤltniß mit der Geschwindigkeit: dieß ist auch wirklich der Fall, aber eine andere Ursache gleicht ohne Zweifel diesen Kraftverlust aus, naͤmlich der Druk auf den Ventilator, welcher wie das Quadrat der Geschwindigkeit der Luft zunimmt. Man kann in dieser Hinsicht den Ventilator mit den Windmuͤhlen vergleichen, von welchen es durch die genauesten Versuche erwiesen ist, daß die Umdrehungen des Wellbaumes mit der Geschwindigkeit der Luft viel mehr als in geradem Verhaͤltnisse zunehmen. Diese Versuche, welche in Hachette's Traité des machines zusammengestellt sind, ergeben fuͤr eine Geschwindigkeit des Windes von 2,27 Meter 1 Sekunde, 3 Umdrehungen des Wellbaumes auf die Minute und fuͤr eine vier Mal so große Geschwindigkeit des Windes oder 9,1 Meter auf die Sekunde, 22 Umdrehungen des Wellbaumes auf die Minute. Da obige Eigenschaft des Anemometers nur innerhalb gewisser Glaͤnzen von Geschwindigkeiten Statt findet, so muß man das Instrument, um es auf Feuerraͤume anwenden zu koͤnnen, welche verschiedene Mengen Brennmaterial verzehren, in verschiedenen Groͤßen verfertigen; denn wenn der Luftzug zunimmt, wird auch die Geschwindigkeit des Ventilators groͤßer und wenn ersterer sein Maximum nicht uͤberschreiten soll, muß man also den Ventilator großer machen. Wir haben berechnet, daß man bei den Dimensionen des Instrumentes des Hrn. Frey, dessen Roͤhre 8 Centimeter im Durchmesser hat, eine Roͤhre von 46 Centimeter (oder beilaͤufig 17 Zoll) Durchmesser fuͤr den Feuerraum einer Dampfmaschine noͤthig haͤtte, welcher taͤglich 36 Ztr. Steinkohlen verzehrt. Der Effect dieses Instrumentes muß nach Hrn. Frey ausgemittelt werden, ehe man davon eine Anwendung machen kann, ein Fehler, den es mit den meisten anderen physikalischen Instrumenten gemein hat. Das Instrument zeigt sodann die Luftmenge an, welche waͤhrend seiner Anwendung in den Aschenraum gelangt; aber diese Luftmenge muß offenbar von derjenigen verschieden seyn, welche in den Feuerraum dringt, wenn der Aschenraum frei ist. Der Aschenraum ist in Vergleich mit dem Rost und dem Schornstein in der Regel die groͤßte Oeffnung eines Ofens; nun kann man aber den Anemometer nicht anbringen, ohne diese Oeffnung auf ein Viertel oder ein Fuͤnftel zu verringern; wenn man nun die Zugkraft des Schornsteins als constant annimmt, so muß offenbar durch die Verkleinerung der Oeffnung des Aschenraums die in den Feuerraum dringende Luftmenge merklich verringert werden. Unter dieser Voraussezung koͤnnte das Instrument, ohne daß es die absolute Luftmenge angibt, noch nuͤzlich angewandt werden, um ziemlich gleiche Feuerraͤume unter einander zu vergleichen. Hr. Frey hat diese Verengerung nicht beruͤksichtigt: er stellte Versuche mit einem Schornstein an, welcher 2 Quadratdecimeter im Durchschnitt hatte: die Rohre seines Apparates, durch welche die Luft eindrang, hatte nur den vierten Theil dieser Oberflaͤche, oder einen halben Quadratdecimeter. Die Reibung mußte also in dieser Roͤhre baͤrker als in dem Schornstein seyn und sein Versuch mußte ihm eine geringere Luftmenge ergeben, als ohne Anwendung seines Instrumentes eingetreten waͤre. Der Verfasser haͤlt sich ganz versichert, daß die Luftmenge, welche waͤhrend seiner Versuche in die Feuerraͤume trat, zu einer vollstaͤndigen Verbrennung hinreichend war. Ist es aber bei dem gegenwaͤrtigen Zustande unserer Kenntnisse nicht ein wenig schwer zu bestimmen, ob die in einen Feuerraum tretende Luftmenge zu einer vollstaͤndigen Verbrennung gerade hinreicht und weder mehr noch weniger betraͤgt? und ist es bei dieser Unsicherheit nicht zwekmaͤßig eher zu viel als zu wenig hineinstroͤmen zu lassen? Uebrigens ergaben bekanntlich die genauesten Versuche, daß selbst in Feuerraͤumen von der besten Construction hoͤchstens die Haͤlfte der zustroͤmenden Luft verbrannt wird. Auf den Zufluß der Luft zum Feuerraum hat die Groͤße der Oeffnungen in den Verbrennungs-Apparaten einen großen Einfluß; denn bekanntlich tragen zwei Ursachen maͤchtig dazu bei, diesen Zufluß abzuaͤndern, und zwar in einem viel groͤßeren Verhaͤltnisse als dem aus der Groͤße der Oeffnungen oder der Staͤrke des Zuges abgeleiteten; erstens, naͤmlich die Reibung, welche wie das Quadrat der Geschwindigkeit der Luft zunimmt und diese Geschwindigkeit in dem Maße als sie selbst zunimmt, zum Theil aufhebt, und zweitens die Reibung, welche sich wie die Durchmesser der Oeffnungen verhaͤlt, deren Oberflaͤche in quadratischem Verhaͤltniß zu den Durchmessern steht. Man kann diese evidente Wahrheit nicht genug wiederholen: wenn ein unendlich kleines Loch in dem wohl verschlossenen Register eines großen Feuerraumes angebracht ist, so geht fast gar keine Luft durch dieses Loch, die Zugkraft mag noch so groß seyn. Es scheint daher Ihrem Comité, daß die Oeffnung am Instrumente des Hrn. Frey zu klein ist, als daß sie nicht einen merklichen Einfluß auf die Luftmenge haben sollte; dieß wuͤrde noch viel mehr der Fall seyn, wenn man das Instrument mit seinen gegenwaͤrtigen Dimensionen an einem Feuerraum anbraͤchte, der taͤglich etwa 36 Zentner Steinkohlen verbrennt. Die kreisfoͤrmige Oeffnung haͤtte 17 Zoll und nach Abzug des Raumes, welchen das Flugrad und der Mechanismus des Zaͤhlers einnimmt, entspraͤche sie kaum einem Kreise mit einem Durchmesser von 13 bis 14 Zoll: nun hat die Erfahrung hinreichend gezeigt, daß eine solche Oeffnung zu klein ist und daß, wenn die Oeffnung des Schornsteins fuͤr einen solchen Verbrauch an Brennmaterial, ein Quadrat von wenigstens 20 Zoll Seitenlaͤnge seyn muß, die Oeffnung des Aschenraumes nicht kleiner seyn darf. Das von dem Verfahren angegebene Resultat zeigt, welchen großen Einfluß die Einrichtung des Flugrades auf die Reibung hat. In sein Flugrad von 34 Fluͤgeln treten naͤmlich bei einer Umdrehung 100/154,8 = 0,646 Liter Luft, waͤhrend in dasjenige von 8 Fluͤgeln bei einer Umdrehung 100/107,6 = 0,929 Liter Luft einstroͤmen. Es wird Hrn. Frey bei seinen ferneren Versuchen wohl noch gelingen, den Nachtheil der zu kleinen Oeffnungen durch Abaͤnderung der Gestalt und Dimensionen des Flugrades zu beseitigen. In seiner gegenwaͤrtigen Gestalt ist das Instrument jeden Falls noch sehr brauchbar, um die Feuerraͤume unter einander zu vergleichen. Wir glauben, daß der Verfasser dieser interessanten Mittheilung unsern Dank verdient und schlagen vor, seine Abhandlung mit diesem Bericht in das Bulletin aufzunehmenWir verweisen bei dieser Gelegenheit die Leser auf Clément's Vorlesung: uͤber die Bewegung der heißen Luft in den Schornsteinen, Bd. XXXIII. S. 133. des Polyt. Journ.A. d. R.).