LXXII. Ueber die mechanischen Anwendungen des vulcanisirten Kautschuks; von J. Syme. Nach dem Bulletin de la Société d'Encouragement, Juni 1872, S. 301. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Syme, über die mechanischen Anwendungen des vulcanisirten Kautschuks. Wir geben im Folgenden einen Auszug einer Abhandlung von J. Syme sen., welche in einer Sitzung des schottischen Ingenieurvereines vorgetragen wurde. Der Verfasser legte bei dieser Gelegenheit der Versammlung Kautschukproben vor, welche er von den beiden Kautschukfabrikanten Moulton u. Comp., und Foster u. Williams erhalten hatte, und zwar in drei verschiedenen Zuständen des Kautschuks: im rohen Zustande, wie er importirt wird, nach der Sortirung und Vorbereitung für die Mischung, und im Zustande der Mischung, nachdem er, ohne jedoch vulcanisirt zu seyn, bereits den Zusatz von Schwefelblumen bester Qualität, die man zur Erzielung eines vollkommen reinen Productes bei ungefähr 149° C. mit ihm zusammen schmelzen läßt, empfangen hatte. Je nach den verschiedenartigen Bestimmungen des Kautschuks fügt man dem Schwefel vor der Vulcanisirung mehrere andere Substanzen in verschiedenen Verhältnissen bei. Syme legte ferner Proben vor, welche verschiedene Grade der Vulcanisirung repräsentirten, und zwar unter Angabe ihres specifischen Gewichtes, da die Dichtigkeit des Productes einen wesentlichen Einfluß auf dessen Handelswerth hat.Syme's Zusammenstellung der von ihm ermittelten specif. Gewichte verschiedener Kautschukarten wurde bereits im polytechn. Journal, 1871, Bd. CCI S. 178 mitgetheilt. Die Anwendungen des vulcanisirten Kautschuks sind heut zu Tage so mannichfaltig, daß wir uns auf eine Auswahl der wichtigsten beschränken müssen, welche zu Glasgow und in der Umgebung dieses großen Mittelpunktes der Fabriksindustrie eingeführt sind. Beginnen wir mit den Klappenventilen der Schiffsdampfmaschinen. Vor einigen Jahren nahm man allgemein an, daß die Klappen aus reinem Kautschuk, welcher auf dem Wasser schwimmt oder beinahe schwimmt, die besten seyen. Aber der Verfasser liefert den Nachweis, daß andere Ursachen als die Qualität des Kautschuks, einen ungünstigen Einfluß auf die Dauerhaftigkeit dieser Organe haben, z.B. die schlechte Construction des Ventilsitzes oder des Deckels, die Anwendung eines zu großen Druckes, oder die Einwirkung einer zu großen Quantität als Schmiermittel dienender Stoffe, welche dem Wasser beigemischt, mit den Kautschukgarnituren in Berührung kommen und dieselben zerstören. Er zeigte zwei abgenutzte Garnituren vor, wovon die eine, weiß von Farbe und im specifischen Gewichte von 1,606, nur 21 Tage der Einwirkung des Dampfes ausgesetzt gewesen war, während die andere, gelblich-grau und im specifischen Gewichte von 1,178, unter gleichen Verhältnissen 90 Tage ausgehalten hatte. Diese beiden Garnituren hatten Risse bekommen, welche von dem centralen Loche ausgingen, während die Masse des Kautschuks noch ganz gut war. Der Verfasser hält indessen die erste Probe in reiner Qualität, für kaltes Wasser als die geeignetste, und glaubt, daß in beiden Proben der Kautschuk zu dicht war. Er ist außerdem der Ansicht, daß Größe und Krümmung des Deckels, indem sie das Bestreben erzeugten, die Garnitur schüsselförmig zu krümmen und mithin rings um ihre Mitte zu zerreißen, mehr zum Bruch beigetragen haben, als die Qualität des Stoffes. Man muß es daher vermeiden, die Einfassung im Verhältniß zur Klappe oder der Oeffnung der Scheidewand zu groß zu machen. Der Verfasser schließt aus seinen Versuchen, daß für reines, kaltes und fettfreies Wasser der reine Kautschuk der beste ist, und daß derselbe bei einem kreisrunden Ventil nicht weiter als um den Betrag seiner Dicke über den Rand der Klappe hinausgehen darf. Syme zeigte das abgenutzte Segment einer zur Luftpumpe einer Condensationsdampfmaschine gehörenden Ventilklappe, welche 52470 Kilometer durchlaufen hatte, und deren specifisches Gewicht 1,222 betrug. Aus der Abbildung Fig. 1 ist die Wirkung der Abnutzung ersichtlich. Die Dicke dieser Klappe, welche die Oeffnung des Sitzes um 0,038 Met. überragt und anfänglich 0,019 Met. betragen hatte, zeigte sich an der dünnsten Stelle bis auf 0,006 Met. reducirt. Das Ventil hatte in einem mit heißem Wasser gefüllten Trog gearbeitet, was zur Erhöhung des Uebelstandes beitrug; sonst hätte dasselbe noch eine Strecke von mehreren tausend Kilometern aushalten können, denn die Qualität des Stoffes war vortrefflich. Der Verfasser besitzt eine ganze Sammlung solcher Ventile, welche bei Condensationsmaschinen des alten Systemes mit einem Cylinder in Anwendung gewesen waren. Wir beschränken uns auf die hauptsächlichsten Folgerungen, welche er an die Untersuchung dieser Exemplare knüpft. Eine erste Serie bestand aus reinem Kautschuk, und lieferte die Bestätigung, daß die schädlichen Wirkungen der Schmiermittel durch die Unbeweglichkeit des Ventiles sehr beschleunigt worden waren, indem dieses sich nicht um seine Mitte drehen konnte, was bei allen runden Ventilen der Fall seyn sollte. Die über die Oeffnung des Sitzes gehenden Stäbe, sowie die Ränder des Sitzes sollten abgerundet seyn; denn der Kautschuk, dessen Dicke 0,015 Met. betrug, zeigte sich, obgleich er von sehr guter Qualität war, in Folge der Wirkung der genannten Stäbe und Ränder halb durchschnitten. Das mit dem Wasser fortgeführte und in die Risse dringende Oel hatte gleichfalls seine zerstörenden Wirkungen ausgeübt. – Ein anderes, 0,022 Met. dickes Exemplar war 2 3/4 Jahre im Dienst gewesen; da aber das Ventil um seine Mitte drehbar war, so hatten die Ränder der Oeffnung und ihre Stäbe keine Spuren auf dem Kautschuk hinterlassen. – Eine andere Probe bildete einen Theil eines Ventiles, welches während 12 Jahren in einer Maschine gedient hatte, die ungefähr 12 Kolbenhube per Minute machte. Dieses Kautschukstück mag ursprünglich 0,022 oder 0,025 Met. dick gewesen seyn; es besitzt gegenwärtig eine dunkle Farbe, sein specifisches Gewicht ist 1,191; der noch in gutem Zustande befindliche Theil hat seine Elasticität größtentheils bewahrt. Die sichtbaren Zeichen der Abnutzung lassen schließen, daß das Ventil in seiner Mitte befestigt gewesen war und in einer constanten Lage auf seinen Sitz geschlagen hatte. Dieses Exemplar liefert den Beweis, daß Kautschuk, dem man außer der erforderlichen Quantität Schwefel eine färbende metallische Substanz beigefügt hat, und dessen specifisches Gewicht 1,152 bis 1,233 beträgt, sich für den fraglichen Zweck am besten eignet, weil der reine vulcanisirte Kautschuk sich durch die Arbeit in ölhaltigem Wasser schneller abnutzt, als wenn er durch die Beimengung einer festen Substanz, auf welche das Oel oder flüssige Fett nicht einwirkt, geschützt ist. Was die Anwendung des Kautschuks als Packung für Dampfmaschinen von hohem und niedrigem Druck anbelangt, bei denen der Dampf fette Substanzen mit sich führt, so machen die hierauf bezüglichen Beobachtungen des Verfassers die rasch zerstörenden Wirkungen klar, welche eine hohe Temperatur und Spannung auf den besten vulcanisirten rothen Kautschuk ausüben. Ein ursprünglich 0,0015 Met. dickes Probestück erster Qualität, welches der Verfasser vorzeigte, hatte bei einer Verbindung der Dampfzuleitungsröhre eines horizontalen Condensationsdampfmaschinen-Paares von 750 Pferdekräften gedient, und zwar unmittelbar unterhalb der Stelle an welcher Wallrath erster Qualität als Schmiermittel angewandt wurde. Die Spannung im Dampfkessel betrug 2,811 Kilogrm. und in dem mit geringerer Spannung arbeitenden Cylinder 0,632 bis 0,710 Kilogrm. per Quadratcentimeter. Unter diesen Umständen hatten 3 oder 4 Monate genügt, um den Kautschuk bis auf die Bolzen, und 6 Monate, um denselben gänzlich abzunutzen. Packungen von gleicher Dicke für die Deckel des Cylinders von höherer Spannung, die jedoch von den Schmierbüchsen weiter entfernt lagen, hatten 6 bis 9 Monate ausgehalten, ehe sie nur bis zu den Bolzen abgenutzt waren. Andere eben so dicke Packungen in Anwendung auf den Cylinder von minder hoher Spannung, also unter einer niedrigeren Temperatur, hatten zwei Jahre und darüber ausgedauert; sie konnten drei- oder viermal herausgenommen und wieder eingefügt werden. Diese Erfahrung beweist, daß eine hohe Temperatur und ein hoher Dampfdruck unter dem Einflusse des dem Dampf beigemischten besten Wallrathes den vulcanisirten Kautschuk sehr schnell zerstören. Vorstehendes Resultat war übrigens vorauszusehen; denn man weiß, daß der Kautschuk bei ungefähr 149° C. vulcanisirt werden kann, und Versuche die der Verfasser mit heißer Luft anstellte, lehrten, daß er bei 204° C. vollständig weich wird. Wenden wir uns zu den Kautschukventilen der Speisepumpen der Schiffsdampfmaschinen mit Hochdruck, bei denen die Spannung im Dampfkessel 3,865 bis 4,216 Kilogrm. per Quadratcentimeter beträgt. Es wurden drei gebrauchte Exemplare vorgezeigt, welche sämmtlich aus reinem grauem Kautschuk construirt waren. Das erste hatte in reinem Wasser unter einer Spannung von 3,865 Kilogrm. per Quadratcentimeter gearbeitet, und die mittlere Dauer desselben bei täglich sechsstündiger Arbeit nur 6 bis 8 Tage betragen; seine Dicke betrug 0,019 Met. bei einem Durchmesser von 0,101 Met.; es war am Centrum befestigt, und zwar unter einem metallenen Deckel von 0,054 Met. Durchmesser. Innerhalb 48 Stunden wurde das Stück von den Stäben seines Sitzes förmlich durchschnitten. Der Verfasser betrachtet daher diese Construction als eine übelverstandene Anordnung; denn man sollte stets berücksichtigen, daß die Elasticität des Kautschuks ihre Grenzen hat, und diese waren unter den vorliegenden Umständen überschritten. – Das zweite Exemplar schien unter einer Metallklappe ohne biegsame Zunge in Gebrauch gewesen zu seyn, und leistete nur 48 Stunden lang in einer Schiffsmaschine Widerstand, wo die Speisung in dem Dampfkessel einem Drucke von 4,216 Kilogrm. per Quadratcentimeter begegnete. Der Verfasser glaubt, daß die kurze Dauer dieses Dienstes erstens daher kommt, daß das Wasser zu sehr mit Oel vermischt war, zweitens daß die Oeffnung des Ventilsitzes zu groß, die Oberfläche der Stäbe aber zu klein, drittens daß der Kautschuk für diese Anwendung zu rein und zu weich war. – Das dritte Exemplar war unter einem Metalldeckel ohne biegsame Zunge angewendet worden; es bestand aus reinem und weichem Kautschuk von 0,019 Met. Dicke und hatte 0,117 Met. im Durchmesser. Dasselbe hatte nur eine sehr kurze Existenz, indem es bei der Probefahrt des Dampfers nur 6 Stunden unter einer Dampfkesselspannung von 4,216 Kilogrm. arbeitete. Zieht man den Querschnitt der Oeffnungen und die Oberfläche des Ventilsitzes in Erwägung, so wird man sofort erkennen, daß letztere zu klein war, indem sie nicht die Hälfte des Querschnittes der Oeffnungen erreichte, so daß der auf den Stäben liegende Theil des Kautschuks einen Druck von 9,136 Kilogrm. per Quadratcentimeter, oder mehr als das Doppelte des Dampfdruckes im Kessel, auszuhalten hatte. Auch hier hatte man die Elasticitätsgrenze des reinen Kautschuks überschritten, selbst wenn letzterer nur einer von der wechselnden Spannung einer federnden Zunge freien Compression unterworfen ist. Im Hinblick, auf die eben erwähnte verfehlte Construction schlägt der Verfasser verschiedene Anordnungen vor, deren eine sich auf die Anwendung von Geschützbronze, die andere auf die des Kautschuks bezieht. Das Charakteristische der letzteren, welche in Fig. 2 im Grundrisse, in Fig. 3 im Verticaldurchschnitte skizzirt ist, liegt in der Anordnung des mit runden Löchern durchbohrten Ventilsitzes. Dieser bietet nämlich eine Oberfläche dar, welche geeigneter ist, den Druck des Kautschuks, ohne einzuschneiden, aufzunehmen. Der Durchmesser jener Löcher beträgt 0,013 Met., die Dicke des Kautschuks 0,022 Met. bei einem Durchmesser von 0,107 Met. Ueber die Kautschukscheibe ist ein Hut aus Bronze gedeckt, welcher mit einer Spindel von 0,019 Met. Durchmesser versehen ist, die in der Mitte des Sitzes gleitet und als Führung dient. Ueber den Metallhut ist noch ein 0,019 Met. dicker Kautschukring geschoben, welcher die Bestimmung hat, den Stoß des Ventiles bei seiner Hebung zu mildern. Für vorstehenden Zweck empfiehlt der Verfasser Kautschuk von der Qualität Nr. 3 von 1,473 bis 1,633 specifischem Gewichte. Wir gehen nun zur AnwendungAnwedung des Kautschuks und der Guttapercha für die Kolben und Ventile der Pumpen über. Fig. 4 stellt einen Pumpenkolben mit zwei ringförmigen Packungen aus Guttapercha oder vulcanisirtem Kautschuk im Verticaldurchschnitt dar. Diese Packungsringe liegen in zwei auf der Drehbank in die Seitenfläche des Kolbens gearbeiteten Rinnen von 0,022 Met. Tiefe. Letztere communiciren mit zwei in den Kolben bis zur unteren Rinne gebohrten Löchern, so daß der Druck der in der Pumpe stehenden Wassersäule sich bis zur hinteren Wand der Packungsringe fortpflanzt und diese Ringe gegen die Röhrenwand andrückt, selbst wenn sie sich bereits bis auf 0,022 und 0,006 Met. Dicke abgenutzt haben. Der Verfasser machte die Wahrnehmung, daß der Kautschuk auf solche Weise bei der Luftpumpe einer 60pferdigen Condensationsdampfmaschine angebracht, seinen Dienst 3 1/2 Jahre mit vollkommenem Erfolg versah. Da das Wasser in derartigen Fällen heißer und mit fetten Substanzen stärker imprägnirt ist, so muß man dichteren Kautschuk anwenden, der eher im Stande ist, diesen Substanzen, welche ihn aufzulösen streben, Widerstand zu leisten. Eine weitere Anwendung und zwar des reinen vulcanisirten Kautschuks bezieht sich auf die Schwefelsäure-Pumpe, bei welcher Blei und Kautschuk allein mit der Säure in Berührung kommen. Diese in Fig. 5 im Durchschnitt abgebildete Pumpe ist eine Druckpumpe und wird aus freier Hand in Thätigkeit gesetzt. Sie hebt die Säure auf die für ihre Vertheilung nöthige Höhe von 2,740 Met. Eine umgekehrte sphärische Schale oder Kuppel aus vulcanisirtem Kautschuk wird bei jedem Hub eines eisernen Kolbens, welcher gleichfalls eine Schale jedoch in entgegengesetztem Sinne bildet, einwärts gepreßt. Beim Aufsteigen des Kolbens stellen das Gewicht der Flüssigkeit und die Elasticität des Kautschuks die vorherige Gestalt der Kuppel wieder her; diese füllt sich von Neuem mit Säure, welche durch einen weiteren Druck des Kolbens in die Höhe gefördert wird. Zwei flache Klappen mit Kautschukliderung vervollständigen die Action der Pumpe. Diese Art Druckpumpe leistet nützliche Dienste, wenn die Bleikammern auf dem Boden angebracht sind, weil alsdann die Säure behufs ihrer Vertheilung gehoben werden muß. Die Figuren 6, 7 und 8 stellen eine andere Art mit Kautschuk combinirter Säurepumpen-Kolben im Verticaldurchschnitte und in der Seitenansicht dar. Der Kolben besteht aus glasirtem Steinzeug und ist von einem Packungsring aus Kautschuk umgeben, welcher, wie aus den Durchschnitten Fig. 6 und 8 ersichtlich, mit der Klappe aus einem Stück besteht. Die Kolbenstange ist aus Holz. Pumpen dieser Art, welche zur Hebung der Salzsäure dienen, haben zweierlei Durchmesser, nämlich von 0,101 Met. wenn sie aus freier Hand, und von 0,127 Met., wenn sie durch einen kräftigeren Motor in Thätigkeit gesetzt werden. Die ersteren, deren Dicke 0,009 Met. beträgt, heben die Flüssigkeit auf 2,74 bis 3 Met., die letzteren, welche 0,015 Met. dick sind, bis auf 6 Met. Die Stärke von 0,015 Met. ist nöthig, um auf der Klappe einen bleiernen Deckel mit gleichfalls bleiernen Nieten befestigen zu können. Diese Kolben spielen in bleiernen Cylindern, welche Tag und Nacht arbeitend, je nach der Stärke der Flüssigkeit, zwei bis drei Monate aushalten. Selbstverständlich verwendet man zu diesem Apparate Kautschuk erster Qualität. In Fabriken wo man mit heißen Alaunlösungen arbeitet, können die Behälter mit Kautschuk ausgefüttert werden. Zwei solcher Bekleidungen, welche der Einwirkung siedender Alaunlösungen zu widerstehen hatten, die ein metallenes Futter sehr angreifen, haben folgende Resultate ergeben. Die erste, aus Kautschuk von Para, bestand aus einem vulcanisirten, 0,006 Met. dicken Blatt, dessen Vereinigung an den Fugen mit einer Auflösung von Kautschuk erster Qualität bewerkstelligt worden war. Das Futter hielt 17 Monate aus, worauf es in Folge der Efflorescenz des vulcanisirten Kautschuks an den Fugen auseinander ging. Der nämliche Behälter wurde mit einem Futter aus reinem, in einer zinnernen Form gegossenen Kautschuk von Para ausgekleidet; dieses Futter dient bereits seit 21 Monaten und zeigt noch keine Spur von Verderbniß. Wir gehen nun zur Anwendung des vulcanisirten Kautschuks, des harten oder weichen, auf Metallwalzen über, wie sie heut zu Tage in Kattundruckereien, Bleichanstalten, Färbereien, und ganz neuerdings in Papierfabriken sehr häufig in Gebrauch sind. Der Verfasser hat sich zu Anfang des Jahres 1864 mit der Anbringung eines elastischen Ueberzuges dieser Art an Metallwalzen beschäftigt. Bevor man aber das Hartgummi auf den Walzen zu befestigen lernte, leisteten diese elastischen Ueberzüge, da sie nicht fest am Metall hafteten und daher bei der Arbeit Falten bildeten, nur unvollkommene Dienste. Als daher die neuen Walzen erschienen, wurden sie als eine Wohlthat für jene Industriezweige betrachtet. Die Ueberzüge von Vulcanit oder Hartgummi sind 0,025 Met. dick, können auf einer Drehbank mit den nämlichen Schneidinstrumenten wie harte Hölzer abgedreht werden, und sind dauerhafter als Holz. In den Papierfabriken sind die Kautschukwalzen seit 1869 in Gebrauch. Man kann auch den Kautschuküberzug bei Walzen in Anwendung bringen, welche zum Leimen der feineren Papiere dienen, weil die in dem Leim enthaltenen Stoffe das Messing angreifen, auf den Kautschuk aber nicht einwirken. Ueberall, wo man die mit Kautschuk bekleideten Walzen paarweise anwendet, muß die mitnehmende Walze härter seyn, als die mitgenommene, weil der wellenförmige Hügel, welcher sich während der Action auf der Oberfläche bildet, durch die mitnehmende Walze nach hinten gedrängt werden muß. Was die Kautschukfedern für die Buffer der Eisenbahnwagen anbelangt, so bedauert der Verfasser, daß der Kautschuk in dieser Achtung nicht mehr in demselben Umfange wie früher vertreten ist. Er erwähnt eines solchen Buffers, welcher 19 Jahre in Betrieb war und mit dem Waggon, dem er angehörte, gleiche Dauer hatte. Allerdings wurde er am Ende seines Dienstes in einem Zustande der Zersetzung oder Fäulniß gefunden, welchem der Kautschuk, insbesondere der reine, unterworfen ist; aber eine Dauer von 19 Jahren darf immer als ein sehr befriedigendes Resultat betrachtet werden. Da der vulcanisirte Kautschuk seine Elasticität unter den Temperaturen der verschiedensten Klimate, von Canada bis Indien, beibehält, so erweist er sich als ein für Eisenbahnbuffer und Zugfedern nützlicher Stoff; und wenn man dahin gelangen würde, seine Dauerhaftigkeit zu erhöhen, so würde er nicht mehr durch Stahlfedern verschiedener Form verdrängt werden. Man sollte übrigens den Kautschukfedern mehr Oberfläche geben, um ihre Dauerhaftigkeit, welche gegenwärtig nur 2 1/2 bis 3 1/2 Jahre beträgt, zu verlängern. Wir kommen nun zu den Kautschukbandagen der Räder, welche in Folge von Constructionsfehlern bis jetzt noch nicht den Erfolg gehabt haben, welchen man sich versprochen hatte. Die Figuren 9 und 10 stellen ein mit einer solchen Bandage ausgestattetes Rad eines Blockwagens dar. Bänder von grober Leinwand sind in den Kautschuk eingehüllt, ohne die Seitenflächen zu erreichen. Ihr Zweck ist, die Streckung der Bandagen zu verhüten. Das Rad muß daher so eingerichtet seyn, daß man die Bandage von der Seite her darüber schieben kann. Aus diesem Grunde besteht das Rad aus zwei aneinandergeschraubten Hälften. Seine Felgen tragen zwei aneinandergeschraubte eiserne Flanschen, welche eine Rinne bilden, die das Kautschukband aufnimmt. Eine andere glückliche Anwendung des Kautschuks findet man bei Shank's patentirten Wassercloset's mit sphärischem elastischen Ventil. Eine hohle Kautschukkugel dient hier als Ventil und verschließt eine mit Messing eingefaßte Oeffnung. Diese Anordnung bietet mehrere Portheile dar, bedarf keiner Reparatur, dauert fünf und mehr Jahre, und findet eine immer mehr sich verbreitende Aufnahme. Der Verfasser erwähnt endlich noch der Anwendung des Kautschuks bei den Billiardbändern. Das Zurückprallen der elfenbeinernen Kugel muß augenblicklich, sicher und regelrecht, und das Band selbst so niedrig wie möglich seyn. Man bedient sich daher eines vulcanisirten, auf einer Seite halbkreisförmig abgerundeten Kautschukbandes von 0,019 Met. Dicke, gegen dessen Mitte die 0,052 Met. im Durchmesser haltende Kugel anschlägt. Dieses Kautschukband ist auf einer hölzernen Leiste und unterhalb einer Messingschiene so angeordnet, daß der Halbkreis des Kautschuks allein hervorspringt. Stoß- und Rückpralllinie der Kugel liegen daher genau in der Richtung der die Mittelpunkte verbindenden Linie. Ein Vortheil dieser Anordnung liegt auch in der Verminderung der Höhe des Bandes über der Tafel auf 0,037 Met. statt der gewöhnlichen Höhe von 0,047 Met.