XCVII. Ueber die Anwendung der Heißluftmaschine in den Kleingewerben, sowie beim Bergbau und in der Hüttentechnik; von Conrector G. Delabar. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Delabar, über die Anwendung der Heißluftmaschine in den Kleingewerben, beim Bergbau und in der Hüttentechnik. Die Heißluftmaschine, deren verschiedene Constructionssysteme und Verbesserungen in diesem Journale von Zeit zu Zeit mitgetheilt worden sind, hat bis jetzt in der Praxis nicht die Aufnahme gefunden, wie sie in den ersten Jahren nach ihrer Erfindung erwartet worden ist. Die Täuschung, in welcher anfänglich gar Viele befangen waren, daß nämlich die Heißluftmaschine bald die Dampfmaschine auf allen Gebieten der Technik und der Industrie verdrängen werde, mußte nach und nach von Jedem aufgegeben werden, und zwar aus Gründen, welche wir bei einer früheren Gelegenheit näher auseinandergesetzt haben.Polytechn. Journal Bd. CLXXI S. 11. Bei den Schiffsmaschinen, den Locomotiven und den größeren stationären Fabrikmaschinen ist daher in der neuesten Zeit auch gar keine Rede mehr von der Anwendung der heißen Luft als motorische Kraft. Auf diesen Gebieten finden wir die Dampfmaschine noch immer fast ausschließlich in Anwendung. Einige Aufnahme fand die Heißluftmaschine indessen in den Kleingewerben; aber auch da hauptsächlich nur in solchen Fällen, wo sie bestimmt ist, die noch theurere Betriebskraft des Menschen zu ersetzen, und wo man sich eben die ihr noch anklebenden Mängel und Uebelstände gerne gefallen läßt, oder in solchen Fällen, wo eine kleinere stationäre oder locomobile Dampfmaschine schon wegen der größeren Gefährlichkeit hinsichtlich des benöthigten Dampfkessels nicht zulässig ist. Uebrigens hat sich aus den an verschiedenen Orten mit solchen Heißluftmaschinen vorgenommenen VersuchenMan s. polytechn. Journal Bd. CLXXII S. 81 und a. a. O. in Bezug auf ihren Verbrauch an Brennmaterial herausgestellt, daß sie, wenn auch mehr als die großen, so doch nicht mehr, sondern eher weniger als die kleinen Dampfmaschinen an Brennstoff bedürfen. Und auch diesem Umstand, in Verbindung mit anderen Vortheilen, ist es zuzuschreiben, daß die calorische Maschine in den Kleingewerben schon da und dort eingeführt worden ist, so z.B. zum Betriebe verschiedener Werkzeuge und Arbeitsmaschinen in kleineren Werkstätten, oder zum Betriebe von Schnellpressen in Buchdruckereien und ähnlichen Werken. Bereits liegen auch schon einige Berichte vor, wornach dieselbe nicht ohne Vortheil im Berg- und Hüttenbau, namentlich für Grubenzwecke Verwendung gefunden hat. So berichtet die preußische Zeitschrift für Berg- , Hütten- und Salinenwesen in Bd. XI S. 260, über eine zu Dortmund erbaute calorische Maschine von 1 Pferdekraft, die auf der Grube „Zufälligglück“ bei Herdorf im Revier Daaden bei Siegen (in Rheinpreußen) zur Wasserhaltung aus einem 10 Lachter tiefen Gesenke unter der Stollensohle verwendet werde. Diese Maschine habe loco Grube 500 Thlr. gekostet, nebst circa 190 Thlr. für die Aufstellung und die dabei benöthigten Materialien. Die von derselben in Bewegung gesetzte 4 1/2zöllige Saug- und Hubpumpe mache per Minute 21 Hube von 12 Zoll und hebe 2,15 Kubikfuß Wasser 10 Lachter hoch; jedoch könne der gewöhnliche Wasserzufluß mit 16 Huben per Minute bewältigt werden. Die Betriebskosten sollen sich, einschließlich 3 Scheffel (= 5 1/3 Kubikfuß preuß.) Kohks zur Feuerung, per 24 Stunden auf 2 Thlr. 2 3/4 Sgr. berechnen. Eine solche Anwendung calorischer Maschinen findet sich darum auch in mehreren Fach-Zeitschriften befürwortetSo im Jahrbuch für den Berg- und Hüttenmann pro 1865 und im Berggeist vom 9. Januar 1866., und erhellt der Nutzen derselben zunächst bei der Wasserhaltung in kleinen Gesenken und Abhauen, welche vielleicht erst später zu vollständigen Schachtanlagen erweitert werden sollen. Denn während man bei vorfindlichen 1–2 Kubikfuß Grundwasser derartige Abteufungen mittelst calorischer Maschinen unbehindert und mit geringen Neben-Unkosten vornehmen und weiterführen kann, wird schon 1 Kubikfuß bei 18–20 Lachter Teufe mit Menschenhänden nicht mehr zu bewältigen seyn. Für die Folge wird sich aber die Anwendung der calorischen Maschinen auch auf andere, bisher mehrentheils kostspielig und zeitraubend durch menschliche oder thierische Kräfte ausgeführte Arbeiten beim Bergwerksbetrieb ausdehnen lassen. Zu solchen Gebrauchszwecken wird im Berggeist a. a. O. namentlich die Förderung aus Tage-Schächten gezählt, „die für Haspelförderung bereits zu tief, auf denen indessen die Anlage größerer Dampfmaschinen localer Schwierigkeiten, geringer Förderquanta wegen, oder endlich vom finanziellen Standpunkt aus nicht beliebt seyn dürfte.“ „Da man bei fast allen Erzbergbauen meistens über der Thal-Horizontale abgebaut hat und doch nur Bausohlen von 10–20 Lachter nach der Tiefe zu anwendet, so wird, gegenüber der bisherigen Benutzung tonnenlägiger Gesenke im Erzfallen zur Förderung auf die Stollensohle, die Herrichtung saigererer Schächte bei Einführung der Förderungsmethode mittelst calorischer Maschinen als vortheilhafter anzustreben seyn, und diese Förderanlage sowie deren Betriebskosten sich zweckmäßiger und billiger ausweisen.“ „Es dürfte fernerhin in concentrirten Kohlenbauen, wo aus nicht zu langen Hauptquerschlägen zum Schachte gefördert wird, eine versuchsweise Anstellung der calorischen Maschine zur horizontalen Seilförderung von Interesse seyn, so lange das Quantum der gewonnenen Massen nicht in ein zu ungünstiges Verhältniß zu dem zur Verfügung stehenden Kraftaufwand der Maschine tritt.“ „Gegenüber der bereits üblichen Pferdeförderung wird sich eine derartige Fördermethode, d. i. eine Anwendung calorischer Maschinen für diese Zwecke, nur vortheilhaft ausweisen.“ „Endlich sind die calorischen Maschinen als Motor für kleine, resp. vereinzelte Erzaufbereitungs-Apparate und ebenso zweckdienlich für Kohlen-Separations-Trommeln zu empfehlen.“ Was die Verbrennungsproducte der zu solchen Grubenzwecken benutzten calorischen Maschinen betrifft, so können dieselben, da der Verbrauch an Brennmaterial nur gering ist, kaum eine belästigende Rauchmenge abgeben. In tieferen Grubenbauen würden Ableitungsröhren von 140–190 Millimeter lichtem Durchmesser vollkommen hinreichen, um sowohl die Verbrennungsgase als auch die im Cylinder der Maschine verbrauchte heiße Luft abzuführen. Sollte man hierbei das zu schnelle Abrosten der Eisen- oder Zinkblechröhren befürchten, so müßten nöthigenfalls schwache Thonröhren oder je nach der Oertlichkeit, andere geeignete Hülfsmittel zum Abführen dieser Gase angewendet werden. Und was die Kosten dieser Anlagen anbelangt, so werden sie sich nicht höher stellen als bei jeder anderen mechanischen Einrichtung zum Emporheben der erwähnten Wassermenge. Denn würde man z.B. zu diesem Zwecke locomobile Dampfmaschinen, die ihrer leichten Handhabung wegen den calorischen Maschinen am nächsten stehen, verwenden, so müßte man ja zur Abführung des Rauches und Dampfes gleichfalls Ableitungsröhren anwenden, abgesehen davon, daß die Aufstellung eines Dampfkessels in der Grube, wie schon bemerkt, immer mit Gefahr verbunden ist, da die Beaufsichtigung desselben daselbst nicht so leicht ist wie über Tage und sich auch das Grubenwasser nicht immer gut als Speisewasser verwenden lassen dürfte. Auch gibt die Bedienung der calorischen Maschinen nicht viel zu schaffen, indem sie sich lediglich auf die Feuerung und das Einölen der beweglichen Theile wie der Stopfbüchsen und Lager beschränkt, was so wenig Zeit in Anspruch nimmt, daß man hierzu keines besonderen Wärters bedarf, sondern diese Arbeiten durch einen mit der Einrichtung der Maschine einigermaßen bekannten Arbeiter oder Fahrsteiger nebenbei besorgen lassen kann. Endlich ist es bei der Benutzung der calorischen Maschinen für Grubenzwecke, bezüglich des Einbringens wünschenswerth, dieselben so zu construiren, daß sie in mehrere Theile zerlegt, also leichter transportirt und gehandhabt werden können. Das Schwungrad, wie der Cylinder, wird deßhalb aus zwei Theilen zusammengesetzt, die an den Stoßflächen genau abgedreht und zusammengepaßt seyn müssen, damit deren Zusammenstellen in der Grube ohne Schwierigkeit vor sich gehen kann. Die Fundamentirung in der Grube betreffend, so würde die ganze Maschine am zweckmäßigsten auf ein starkes Holzgevierte zu stehen kommen, welches ebenfalls schon über Tage zugelegt und der Maschine genau angepaßt seyn muß. Die Befestigung dieses Geviertes in der Grube selbst wird sich dann nach den räumlichen Verhältnissen und der Bodenbeschaffenheit zu richten haben, indessen wohl ohne Schwierigkeiten geschehen können. Nach allem dem darf man also wohl hoffen, daß durch weitere geeignete Verbesserungen die Heißluftmaschine endlich doch zu einem brauchbaren Motor für die Kleingewerbe, sowie für den Bergbau und die Hüttentechnik werde umgeschaffen werden können. Hr. Gustav Schmidt, Professor in Prag, weist in dieser Beziehung in der Zeitschrift des österreichischen Ingenieurvereins, 1865 S. 135, auf eine solche muthmaßliche Verbesserung hin, welche Hr. Friedrich Arzberger, k. k. Hüttenverwalter zu Vordernberg, in Vorschlag gebracht habe und welche darin bestehe, „daß der Speisekolben nicht durch eine gleichförmig rotirende Kurbel, sondern durch eine Kurbel bewegt werde, welche ihre ungleichförmige Bewegung durch Kombination einer gewöhnlichen Kurbelschleife und zweier Räderübersetzungen im Verhältniß von 2 : 1 und 1 : 2 erlange.“ Der Mechanismus zur Ausführung dieses Vorschlags findet sich in Fig. 1 im Aufriß und in Fig. 2 im Grundriß skizzirt. Um nachzuweisen, daß hierdurch wirklich der Effect der Maschine erhöht und somit vielleicht der Nachtheil eines absichtlich angewandten größeren Spielraumes zwischen dem Blechmantel des Verdrängers und dem Cylinder ausgeglichen wird, erlauben wir uns, die kurze Auseinandersetzung, welche Hr. Schmidt zu diesem Behufe in dem erwähnten Artikel gibt, hier wörtlich aufzunehmen. Er sagt: „Die Vorgänge, welche mit der Luft in einer geschlossenen calorischen Maschine stattfinden, können am besten graphisch dargestellt werden, indem man das Volumen als Abscisse und die Spannung als Ordinate aufträgt. Das vom Arbeitskolben durchlaufene Volumen ist dem Kolbenweg, also bei Vernachlässigung der Kurbelstangenlänge dem Sinus versus des Stellungswinkels ω der Arbeitskurbel proportional. Wir tragen also vom Anfangspunkt O der Coordinaten, Fig. 3, nach links den Cosinus OP des Stellungswinkels AOM = ω auf. Für den ersten todten Punkt A der Kurbel des Arbeitskolbens ist ω = 0, cos. w = 1, also OA = 1 nach links aufzutragen; für den zweiten todten Punkt ist ω = 180°, cos. ω = 1, also OB = 1 nach rechts aufzutragen. AB stellt dann das ganze vom Arbeitskolben durchlaufene Volumen vor. Sey nun, nach demselben Maaßstab aufgetragen, AC das Volumen im Speisecylinder und im schädlichen Raum der Maschine, so wechselt das gesammte Volumen der in der Maschine eingeschlossenen Luft von CA bis CB. Diese Luft hat in jedem Augenblick in allen Räumen der Maschine die gleiche, von der Stellung der Kurbel abhängige Spannung, weil alle Räume beständig mit einander communiciren, jedoch die Temperatur der in den verschiedenen Räumen befindlichen Luft ist eine verschiedene, und durch diese Verschiedenheiten wird die Spannung der gesammten Luftmasse bedingt. Wenn der Speisekolben oder Verdränger von der warmen Seite gegen die kalte hingeht, so verdrängt er die vor ihm befindliche kalte Luft und treibt sie auf die heiße Seite, es vermindert sich das Volumen der kalten und vermehrt sich das Volumen der heißen Luft. Steht also der Arbeitskolben gerade im ersten todten Punkt, während der Speisekolben die Luft auf die heiße Seite treibt, so findet eine Erwärmung bei constantem Volumen statt, somit eine rasche Steigerung der Spannung. In dem Maaße aber als die Geschwindigkeit des Kolbens wächst, wird der erhitzten Luft ein immer größer werdender Raum geboten, die Spannung steigt nicht mehr so rasch wie bei der Erhitzung unter constantem Volumen, bleibt dann vorübergehend constant, wobei die Erwärmung unter constantem Druck erfolgt, und beginnt sodann wieder abzunehmen, d.h. es erfolgt Expansion. Würde der Speisekolben in den todten Lagen der Arbeitskurbel seine Bewegung momentan vollenden und dann stehen bleiben, so ergäbe sich das Diagramm der Fig. 4.“ Darin bedeutet: CA das Anfangsvolum mit der Temperatur t₁, AM die Anfangsspannung, AN die Spannung nach der Erhitzung auf t₂ bei constantem Volumen, NP die Curve der Spannung während der Expansion auf das Volumen CB, wobei die Temperatur von t₂ auf t₃ sinkt, ohne daß von außen Wärme hinzu- oder wegkommt, BP die Spannung am Ende des Kolbenweges bei der Temperatur t₃, BQ die Spannung nach plötzlicher Abkühlung auf die Temperatur t₄ bei constantem Volumen, QM die Curve der Spannung während der Compression auf das Anfangsvolumen CA, wobei ohne Zu- oder Abführung von Wärme die Temperatur wieder von t₄ auf die Anfangstemperatur t₁ steigt, MNPQ die Diagrammsfläche, welche die von der Maschine während einer Umdrehung entwickelte Roharbeit mißt. Findet die Bewegung des Speisekolbens nur theilweise plötzlich, theilweise aber derart statt, daß sowohl in der Erhitzungs- als Abkühlungsperiode die Spannung während eines gewissen Kolbenweges constant bleibt, so entsteht ein Diagramm MRSPTU. Und unter der Voraussetzung, daß die Speisekurbel der Arbeitskurbel um 90° vorauseiltMan s. die Schlußanmerkung meiner Abhandlung im vorhergehenden Hefte dieses Journals S. 343., gestaltet sich dann das wirkliche, von einem Indicator aufgenommene Diagramm als eine, innerhalb der Fläche MRSPTU liegende, die Begrenzungslinien derselben tangirende Curve. Die Anwendung des Arzberger'schen Mechanismus würde dagegen ein Diagramm liefern, welches an die Linien MNPQ tangirend erschiene, folglich das gewöhnliche Diagramm in allen vier Ecken überragen würde, und nach einer von Hrn. Schmidt und Hrn. Arzberger gemeinschaftlich gemachten Untersuchung um 15 Proc. größer wäre als bei der gewöhnlichen Kurbelbewegung. In einer besonderen Abhandlung (in derselben Zeitschrift, 1865 S. 137) macht Hr. Arzberger den weiteren Vorschlag, die Heißluftmaschine in der Hüttentechnik als Heißluftgebläse zu verwenden. Da uns diese Art der Nutzanwendung der heißen Luft von ganz besonderem Interesse zu seyn scheint, so erlauben wir uns, den Hauptinhalt der erwähnten Abhandlung hier ebenfalls folgen zu lassen. Das von Hrn. Arzberger vorgeschlagene Gebläse ist nun aber nichts Anderes als Laubereau's Verdränger mit einem Saug- und Druckventil. Die Anordnung ist aus Fig. 5 ersichtlich, worin: f der Feuerungsraum, e der Essencanal, k, k' der Zu- und Abfluß des Kühlwassers, K der Kolben mit Blechmantel b, welcher letztere wie bei Laubereau's Verdränger an K festgenietet ist, s das Saugventil, d das Druckventil und w eine Welle, die durch eine ganz geringe Betriebskraft in Bewegung gesetzt wird, um den Kolben K auf- und abzuziehen. Da der Druck auf beiden Seiten des Kolbens gleich groß ist, so hat diese Kraft bloß Reibungswiderstände zu überwinden. Das Spiel dieses Gebläses ist einfach Folgendes: Steht der Kolben K oben, so wird die eingeschlossene Luft nach unten in den heißen Theil getrieben, wo sie selbst erhitzt und ausgedehnt wird; steht der Kolben K aber unten, so wird die eingeschlossene Luft in den oberen kalten Theil getrieben, wo sie sich wieder abkühlt und zusammenzieht. In Folge dieses abwechselnden Erwärmens und Abkühlens und des damit zusammenhängenden Ausdehnens und Zusammenziehens öffnen sich auch abwechselnd die Ventile und zwar wird bei jedem Hub durch das Ventil s Luft angesogen und durch das Ventil d eine entsprechende Menge der erwärmten Luft wieder in die Windleitung gepreßt. Diese calorische Maschine, welche ohne alle Kolbendichtung die Arbeit direct in Form von heißem Wind abgibt, hat vor den bestehenden Maschinen dieser Art in der That Manches voraus, nämlich: 1) daß jede Kolbendichtung in heißer und trockener Luft bei ihr, wie gesagt, ganz wegfällt; 2) daß mit dieser Dichtung auch viel an Bewegungshindernissen wegfällt, welche bei den geringen wirksamen Pressungen auf die Flächeneinheit bei den sonstigen calorischen Maschinen immer beträchtlich groß sind; 3) daß das Gebläse, wenn man nicht hohe Pressungen, wie bei Bessemer's Proceß verlangt, z.B. für Holzkohlen-Hohöfen mit 25–30''' (österr. Maaß) Pressung auch noch geht, wenn der schädliche Raum ziemlich groß ist, – ein Umstand von der größten Wichtigkeit, da dann die Maschine noch lange gehen kann, wenn auch der Blechmantel b, b (Fig. 5) durch die Wärme schon stark verzogen ist. Als Gebläse hat die Maschine aber noch die weiteren Vortheile geringer Windverluste, leichter Fundirung und Aufstellung, und da die eigentliche Arbeit direct an die Luft und an keine Maschinenbestandtheile übertragen wird, sehr geringer Betriebskraft. Ueberdieß kann dabei ein besonderer Winderhitzungsapparat erspart werden. Der bedeutendste Nachtheil dieses Gebläses besteht dagegen darin, daß ein großer Theil der heißen Luft wieder gekühlt werden muß, wodurch natürlich viel Wärme verloren geht. Es ließe sich zwar ein Heißluftgebläse construiren, bei welchem man alle erwärmte Luft als Gebläseluft erhielte; allein dieses würde wieder die Einfachheit und damit viele der erwähnten Vortheile einbüßen. Durch eine theoretische Entwicklung, die wir des beschränkten Raumes wegen hier jedoch übergehen müssen, auf die wir aber unsere Leser verweisen, sucht der Verfasser das Gesagte nicht nur zu bestätigen, sondern aus derselben zugleich noch einige andere wichtige Schlüsse über das Wesen dieser neuen Gebläsemaschine zu ziehen. So zeigt er in ersterer Beziehung durch eine wirkliche Berechnung, daß dieselbe in der That einen sehr großen schädlichen Raum verträgt, ohne dadurch in der Windlieferung viel ungünstiger, oder gar unbrauchbar zu werden. Denn wird der schädliche Raum gleich dem ganzen Verdrängervolumen angenommen, so wird dadurch das Volumen der während einem Spiele ausgeblasenen Luft erst um 12 Procent vermindert, und dann wäre die Maschine des schädlichen Raumes wegen noch keineswegs zu verwerfen. Nimmt man den schädlichen Raum aber nur zu 1/5 des Verdrängervolumens an, so wird die während einem Spiele ausgeblasene Luftmenge erst um 2,4 Proc., also verhältnißmäßig nur sehr unbedeutend verringert. In letzterer Beziehung ergibt sich dagegen aus seinen Rechnungen das Resultat, daß der Volumenseffect des Gebläses ein sehr schlechter wird, wenn man das Maximum an dynamischer Arbeit erhalten will, woraus folgt, daß dieses Gebläse eben nur dann brauchbar ist, wenn man wirklich sehr heißen Wind nöthig hat, und wenn ein großer Theil der Wärme nicht in Form von dynamischer Arbeit, sondern in Form von hoher Windtemperatur seine Nutzanwendung findet. Wenn deßhalb auf diese Weise die Aufgabe der Heißluftmaschine auch nur sehr einseitig gelöst werden kann, so geht aus dem Mitgetheilten doch so viel hervor, daß diese neue Art der Wärmebenutzung voraussichtlich mehr Erfolg als die meisten übrigen bis jetzt bekanntgewordenen calorischen Maschinen haben wird und daß dieselbe darum auch alle Beachtung verdient.