Ueber die mechanische Arbeit der Sprengstoffe; von Prof. Franz v. Rziha. v. Rziha, über die mechanische Arbeit der Sprengstoffe. I) Die theoretische Arbeit. Die älteren Angaben von Bunsen und SchischkoffPoggendorff's Annalen, 1857 Bd. 12 S. 321 (vgl. D. p. J. 1858 147 * 413)., daſs 1k Schieſspulver eine theoretische Arbeit von 67410mk, von StadlerZeitschrift des Oesterreichischen Ingenieur- und Architektenvereins, 1886 S. 41., daſs es eine solche von 88157mk und von BerthelotSur la force de la poudre et des matérières explosives. Paris 1871. Deutscher Auszug von R. Wagner in Dingler's polytechn. Journal 1872 203 304., daſs es eine theoretische Arbeit von 161500mk entwickle, sind durch die Untersuchungen von Roux und SarrauComptes rendus, 1873 Bd. 77 S. 138 und 478, vgl. D. p. J. 1873 209 303, 210 21. überholt worden. Letztere brachten, ähnlich wie es schon Bunsen und Schischkoff gethan haben, Pulver verschiedener Sorten und auch andere Sprengstoffe in einem abgewogenen Wasserbade zur Explosion Nr. Es entwickelte 1k Wärmeeinh.zu 425k Somit theore-tische Arbeitin k 1 Sprengpulver (62 % Salpeter, 20 % Schwefel,    18% Kohle)   570,2 242335 2 Gewehrpulver (74 % Salpeter, 10,5 % Schwefel,    15,5 % Kohle)   730,8 310590 3 Geschützpulver (75 % Salpeter, 12,5 % Schwefel,    12,5 % Kohle)   752,9 319982 4 Jagdpulver (78 % Salpeter, 10 % Schwefel,    12 % Kohle)   807,3 343102 5 Schieſsbaumwolle 1056,3 448927 6 Dynamit (75 % Nitroglycerin, 25 % Kieselguhr) 1290,0 548250 und erhoben die Temperatur desselben vor und nach der Entzündung, wodurch die entwickelten Wärmeeinheiten, demnach der theoretische Arbeitswerth, reducirt auf 1k des Schieſs- oder Sprengstoffes, festgestellt werden konnten. Die Schluſswerthe dieser Untersuchungen sind in vorstehender Tabelle zusammengestellt. Aus der darin mitgetheilten Bestimmung des Arbeitswerthes eines 75 procentigen Dynamites läſst sich mit Rücksicht darauf, daſs erhobenermaſsen 6 Procent des Nitroglycerins zur Verschlackung der Kieselguhr verwendet werden, die theoretische Arbeit von 1k Nitroglycerin auf: (548250 × 100) : (75 – 6) = 794565mk berechnen. Wiederum aus diesem Werthe und aus der theoretischen Leistung der Schieſswolle läſst sich die theoretische Arbeit einer Sprenggelatine von 92 Proc. Nitroglycerin und 8 Proc. gelatinirter Schieſswolle auf: [(794565 × 92) + (448927 × 8)] : 100 = 766913mk berechnen. Auf Grund der Untersuchungen von Roux und Sarrau stellt sich demnach der theoretische Arbeitswerth der heute gebräuchlichsten drei Sprengstoffe und derjenige des Nitroglycerins für je 1k folgendermaſsen fest: Nr. Sprengstoff TheoretischeArbeit mk Werthverhältnisse 1 Sprengpulver mit 62 % Salpeter 242335 1,00 – 2 Dynamit mit 75 % Nitroglycerin 548250 2,26 1,00 3 Gelatine mit 92 % Nitroglycerin 766913 3,16 1,40 4 Nitroglycerin 794565 3,28 1,45 II) Bestätigung der theoretischen Werthverhältnisse durch die Praxis. In den beiden letzten Spalten der vorstehenden Tabelle sind die Verhältniſszahlen der theoretischen Arbeitsgröſsen der verschiedenen Sprengstoffe ausgedrückt worden. Annähernd ganz dieselben Verhältniſszahlen wurden aber auch durch die Praxis der Sprengarbeit aufgefunden, so daſs die theoretischen Erhebungen eine sehr wesentliche Bestätigung ihrer Richtigkeit erlangen. 1) Die Erfahrung bei der Sprengarbeit hat gelehrt, daſs für 1cbm Gewinnung ein und desselben Gesteines und unter den gleichen stratigraphischen und sonstigen örtlichen Verhältnissen 2- bis 3 mal mehr Pulver als Dynamit, dem Gewichte nach, verbraucht wird. So fand der Bergwerksdirektor MakucOesterreichische Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen. 1882 S. 227 (vgl. D. p. J. 1882 246 186). in Bleiberg bei sehr ausgedehnten Versuchen das Verhältniſs der Leistungsfähigkeit zwischen Pulver und Dynamit wie 1 : 1,84. Ferner fand Hofrath v. PischofVgl. Trauzl: Dynamit und Schießwolle, (Wien 1870) S. 147. bei ausgedehnten Versuchen im Eisenbahnbaue, insbesondere im Buchberger Einschnitte, dieses Verhältniſs: im mittelharten Syenit wie 1 : 2,40 im festen Syenit oder Granit wie 1 : 2,57 in Lagen von Feldspath oder Quarz wie 1 : 3,30 Im arithmetischen Mittel dieser vier Versuche beträgt also das Verhältniſs 1 : 2,50, während die obige Tabelle 1 : 2,26 angibt. Bei eigenen Versuchen über die Leistungsfähigkeiten zwischen Dynamit und Gelatine wurden folgende Verhältniſszahlen aufgefunden: An der St. GotthardbahnTetmajer: Nobel'sche Präparate, (Zürich 1882) S. 37. 1 : 1,46 Im Bergwerke zu ZaukerodaM. Georgi im Jahrbuch für das Berg- und Hüttenwesen im Königreich Sachsen für 1882. 1 : 1,45 In der Grube von TarnowitzZeitschrift für das Berg-, Hütten- und Salinenwesen, 1882 S. 191. 1 : 1,41 In den Mannsfelder GrubenDaselbst 1881 S. 246. 1 : 1,33 ––––––– also im Mittel 1 : 1,41, während die theoretischen Leistungen sich wie 1 : 1,4 verhalten. Durch die sogen. Aushöhlungsprobe von Trauzl (vorgenommen in Bleistücken) ergaben sich folgende Werthverhältnisse: Bei einem und demselben Gewichte der Ladung verhalten sich die Gröſsen der durch die Explosion in den Bleistücken gebildeten Hohlräume Nr. Autor beiDynamit beiGelatine bei Nitro-glycerin 1234 v. Friese, ComitéberichtWochenschrift des Oesterreichischen Ingenieur- und Architektenvereins, 1883 S. 144.MünchDaselbst 1882 S. 205.TrauzlTrauzl: Ueber neue Sprengstoffe, (Berlin 1883) S. 24.Dr. KloseZeitschrift für das Berg-, Hütten- und Salinenwesen, 1883 S. 91. 1,001,001,001,00 1,261,571,431,50 –1,861,431,80 Durchschnitt 1,00 1,44 1,70 Es findet also auch bei diesen Erprobungen eine groſse Uebereinstimmung mit den theoretischen Leistungswerthen nach Roux und Sarrau statt. III) Nützliche Arbeit. Von den nachgewiesenen theoretischen Arbeitsvermögen der Sprengstoffe kann in der Praxis nur ein geringer Theil nützlich wirken, weil die Verbrennung der Ladung eine unvollkommene ist, weil der Besatz eine Zusammenpressung und chemische Umwandlung erfährt, weil ein sehr groſser Theil der verfügbaren Arbeit zur ErschütterungBergrath Schell: Beobachtungen über Gesteinschwingungen in der Grube in der Zeitschrift für das Berg-, Hütten- und Salinenwesen, 1880 S. 340. 1883 S. 31.  – M. Becker: Allgemeine Baukunde des Ingenieurs, 1853 S. 421. – Am Arlbergtunnel wurden die Sprengschüsse vor dem Stollendurchschlage schon auf mehr als 1000m Entfernung gehört; die dem Ohre nicht wahrnehmbare Gesteinschwingung hatte also eine noch gröſsere Ausdehnung. bezieh. zur ErwärmungNach den Erfahrungen beim Schnellfeuer der Artillerie und Infanterie nimmt die Erwärmung der Rohre derart zu, daſs ungefähr 10 bis 15 Procent der theoretischen Arbeit der Ladung durch die Erwärmung verzehrt werden. des stehengebliebenen Gesteines verwendet wird und weil endlich ganz bedeutende Gasmengen nutzlos durch den Zündkanal und durch die Sprengrisse entweichen. Diese Verluste können durch Versuche in unmittelbarer Weise kaum jemals erhoben werden, weil sich ein Sprengact nicht zur Beobachtung eignet; auch lassen sie sich zur Zeit noch nicht in der Weise ermitteln, daſs der in anderer Form gefundene Arbeitsaufwand einer Gesteinszertrümmerung ersetzt wird, weil wir über die sogen. dynamische Festigkeit der GesteineDie Erhebungen der dynamischen Festigkeit der Gesteine wurden in den Münchener Conferenzen über Erprobung der Materialien in den Jahren 1884 und 1885 bereits angebahnt. noch ganz im Unklaren sind. Wir stehen daher vor einer Aufgabe, welche zur Zeit nur durch die Benutzung eines technischen Analogons gelöst werden kann und ein solches bietet sich in dem mechanischen Prozesse des Schieſsens aus Geschützen und Gewehren dar, wofür die von einer Pulverladung geleistete nützliche Arbeit bereits mit groſser Schärfe erhoben worden ist. Die Heranziehung dieses technischen Analogons ist deshalb gestattet, weil man, je nach der Anordnung der Verdammung, mit einer und derselben Ladung schieſsen oder sprengen, also mit einer und derselben Kraftquelle Widerstände von zweierlei Form, aber nahezu einerlei Gröſse überwinden kann; weil ferner die technische Anordnung der Verbrennung der Ladung in beiden Fällen – ob Schieſsen, ob Sprengen – dieselbe ist; denn jedesmal liegt die Ladung auf dem Grunde eines durch Geschoſs oder Besatz verspundeten Rohres und jedesmal wird der Ladungsraum durch den chemischen Aufbau der Gase vergröſsert, indem sich entweder das Geschoſs im Rohre vorschiebt, oder der Besatz innerhalb des Bohrloches zusammengepreſst wird; endlich weil die langjährige Praxis die gröſste Nutzwirkung einer Ladung in beiden Fällen – ob Schieſsen, ob Sprengen – durch die Auffindung bestimmter constructiver Verhältnisse zwischen Durchmesser, Länge und Wandstärke des Rohres (Metall oder Gestein) einerseits und Ladung andererseits, erzielt hat. Die Einwände gegen die Benutzung des in Rede stehenden Analogons können sich nur auf die beiden Zweifel beziehen, ob der Explosionsact in beiden Fällen der gleichen Zeiten, also der gleichen Auslösung der Kraftquelle bedarf und ob die Gasausströmungen in dem einen oder dem anderen Falle verschieden sind; diese Zweifel sind jedoch, soweit das Beobachtungsvermögen reicht, von keiner überwiegenden Natur und es ist die Heranziehung des Analogons schon deshalb gestattet, weil es das einzig vorhandene ist und weil der mit seinem Gebrauche etwa verbundene Fehler keinesfalls groſs sein kann. Schon der General PonceletTraité de mécanique industrielle, (Paris 1884) S. 180. weist darauf hin, daſs eine 12k schwere Kugel, welche durch eine 4k schwere Ladung fortgeschleudert wird, eine Anfangsgeschwindigkeit von 500m in der Secunde erlangt, und berechnet hieraus und bei Berücksichtigung der auf den Rückstoſs des Geschützes verwendeten Arbeit, daſs 1k Schieſspulver eine lebendige Kraft, also eine nützliche Arbeit von 38354mk entwickelt. CombesTraité de l'exploitation des mines (Paris 1844); auch deutsch von C. Hartmann (Weimar 1852) S. 152., der berühmte Lehrer des Bergbaues, knüpft an die Angaben von Poncelet an und erwähnt anläſslich der theoretischen Besprechung der bergmännischen Gewinnungsarbeiten der nützlichen mechanischen Arbeit des Pulvers nach Maſsgabe der alten französischen Pulverprobe. Nach dieser muſste ein gutes Schieſspulver bei einem Höhenwinkel des Probemörsers von α = 45° und bei einer Ladung von 92g eine Kugel von 60 altfranzösischen Pfund = 29k,37 auf eine wagerechte Entfernung von W = 225m schleudern. Aus der dabei entwickelten Anfangsgeschwindigkeit v=\sqrt{g\,W:sin\,2\,\alpha} und aus der Gleichung für die lebendige Kraft A = (Qv2 : 2g) stellt sich die von der bezeichneten Ladung entwickelte nützliche mechanische Arbeit auf A = ½ QW= ½ (29,37 × 225) = 3304mk, demnach die nützliche Arbeit von 1k Schieſspulver auf A1 = 3304 : 0,092 = 35913mk. Seit diesen Veröffentlichungen hat nun die artilleristische Wissenschaft einen ungeahnten Aufschwung genommen und sind sowohl in Bezug der Construction der Geschütze, wie der Geschosse, als auch in Bezug der Beobachtungen der Gasdrücke während des Vorlaufes der Geschosse im Rohre und der Beobachtung der Geschoſsgeschwindigkeiten (letztere namentlich nach der Methode von Boulangé, vgl. 1886 261 * 254) äuſserst umfangreiche und bemerkenswerthe Versuche über die mechanischen Tabelle über die nützliche Arbeitsleistung von 1k Schieſspulver. Nr. Bezeichnungdes beobachteten Gewehresoder Geschützes Ladung L Geschoſs-gewicht Q BeobachteteAnfangs-geschwind. v Arbeit derLadung Nützliche Arbeitfür 1k Pulver\frac{Qv^2}{2\,g\,L} k k m mk mk   1 Oesterr. Infanteriegewehr, Werndl    ältere Construction     0,005     0,024 440,0           232 46464   2 Desgl. neuere Construction     0,005     0,024 453,0           251 50200   3 Oesterr. 7cm-Feldgeschütz     0,350     2,900 299,0       13227 37791   4 Oesterr. 8cm-Feldgeschütz     0,950     4,300 442,0       39069 41125   5 Oesterr. 9cm-Feldgeschütz     1,500     6,400 448,0       65536 43690   6 Krupp, älteres Panzergeschütz 205,000   776,700 502,4   9992000 48700   7 Krupp 40cm-Geschütz (M. 1881) 220,200   779,000 519,4 10716000 48664   8 Desgl. (Modell 1884) 279,200   741,000 615,2 14300000 51071   9 Französisches 34cm-Geschütz 164,000   420,000 600,0   7710000 47012 10 Französisches 37cm-Geschütz 246,500   535,000 600,0   9821000 39842 11 Woolwich 23cm-Geschütz 149,800   172,500 728,6   5196000 34640 12 Woolwich 34cm-Geschütz 283,700   567,500 625,2 11310000 39866 13 Elswick 23cm-Geschütz   90,800   172,500 671,0   3960000 43612 14 Elswick 41cm-Geschütz. 408,600   817,000 616,1 15810000 38693 15 Elswick 43cm-Geschütz 350,500 1000,000 558,8 15930000 45448 –––––––––––– Mittelwerth 43788 Vorgänge beim Schieſsen vorgenommen worden, so daſs die Nutzleistungen des Schieſspulvers durch die verschiedenartigsten Beispiele festgestellt werden können. In der vorstehenden Tabelle sind derlei Beispiele zum Zwecke der Erlangung eines Durchschnittswerthes, theils aus dem vortrefflichen Handbuche für die österreichischen Generalstabs-OfficierePierausgegeben vom k. k. Hauptmann Springer (Brünn 1880)., theils aus den Mittheilungen über Gegenstände des Artillerie- und Genie-WesenHerausgegeben von dem k. k. technisch-administrativen Militär-Comité zu Wien. zusammengestellt worden. Trotz der jedenfalls vorhandenen Unterschiede der Pulversorten und der Verhältnisse zwischen Rohrlänge, Rohrdurchmesser, Ladungsgröſse und Geschoſsgewicht und trotz der krassen Unterschiede der verschiedenen Beispiele in Bezug auf Ladung (5g und 408k,6) und auf Geschoſsgewicht (24g und 1000k) lehrt dennoch die vorstehende Tabelle eine überraschende Gleichförmigkeit in der Gröſse der nützlichen Arbeit, die gegenwärtig von den Artillerie-Ingenieuren im groſsen Ganzen zu mindestens 40mt allgemein angenommen wird und welche für die folgenden Betrachtungen zu 43788mk angesetzt werden soll. Setzt man nun nach Roux und Sarrau die theoretische Arbeitsleistung von 1k Schieſspulver zu 319982mk an, so berechnet sich für den Prozeſs des Schieſsens aus Gewehren und Geschützen ein Nutzeffect μ = (43788 × 100) : 319982 = 13,71 Proc. In Ermangelung anderer Zahlen und Untersuchungen kann also der Nutzeffect einer Sprengladung aus Pulver ebenfalls zu 13,71 Proc. angesetzt werden. Der gleiche Ansatz ist aber auch für die anderen Sprengstoffe deshalb zulässig, weil die oben im II. Abschnitte nachgewiesenen Erfahrungen gelehrt haben, daſs die praktischen Werthe der Sprengstoffe in denselben Verhältnissen wie ihre theoretischen Werthe stehen. Sonach ergeben sich folgende Gröſsen: Tabelle über die nützliche Arbeit von 1k Sprengstoff. Nr. Sprengstoff Theoreti-sche Arbeit μ = 13,71gibt nütz-liche Arbeit Die Arbeits-wertheverhalten sichwie mk 1 Sprengpulver, 62 % Salpeter 242335   33224 1,0 – 2 Dynamit, 75 % Nitroglycerin 548250   75165 2,2 1,0 3 Gelatine, 92 % Nitroglycerin 766913 105144 3,2 1,4 4 Nitroglycerin 794565 108935 3,3 1,5 IV) Die Einschränkung der Wurfarbeit. Die nützliche Arbeit einer Sprengladung besteht aus zwei Theilen, aus der Zertrümmerung des Gesteines und aus dem Fortschleudern, besser dem Wegrücken, der zersprengten Massen. Es ist eine bekannte Aufgabe des Ingenieurs, durch geeignete Ladegröſsen, Bohrlochsabmessungen und Stellungen der Bohrschüsse die Wurfarbeit, welche zur Gänze aus praktischen Gründen nicht entbehrt werden kann, auf das Mindeste zu bringen und die von den Arbeitern so beliebte Kanonierarbeit grundsätzlich zu vermeiden. Mit der Auffindung der zum wenigsten annähernd richtigen Werthe der Nutzleistung einer Sprengladung sind wir aber nunmehr u.a. auch im Stande, die obige Sprengregel mathematisch anschaulich zu machen. Das gesprengte Volumen berechnet sich nach der Gleichung V = k × t3, worin k als ein Erfahrungscoefficient und t als die Lochtiefe erscheint. Setzen wir, um ein Beispiel vorzuführen, t = 0m,75 und k = 0,8,Vgl. Rziha: Lehrbuch der Tunnelbaukunst. Bd. 1 S. 189, 192 und 197. so beträgt v = 0cbm,34. Bei einem specifischen Gewichte des Gesteines von beispielsweise s = 2,8 wiegt der Sprengkörper Q = 0,34 × 2,8 × 1000 = 952k. Wird der Einfachheit halber angenommen, daſs der Schuſs unter 45° werfe und daſs das Gestein von Schwerpunkt zu Schwerpunkt nur 10m weit geworfen werde, so beträgt die Wurfarbeit schon A= ½ QW = ½ (952 × 10) = 4760mk. Der Sprengschuſs entstamme einem 75cm tiefen und 30mm weiten Bohrloche, welches bis auf 20cm Bohrlochshöhe mit Dynamit von 1,6 sp. G. und 75 Proc. Nitroglyceringehalt geladen wurde. Es wiegt daher diese Ladung L = (7 × 20 × 1,6 × 1000) : 1000000 = 0k,22 und enthält sie also ein nützliches Arbeitsvermögen von a = 75165 × 0,22 = 16536mk. Es hat dieser Wurf (4760 × 100) : 16536 = 29 Procent von der zur Verfügung gestandenen nützlichen Arbeit verzehrt, woraus, wie allgemein diese Berechnung auch sein mag, immerhin entnommen werden kann, daſs der Wurf überhaupt ein Uebel ist und eine nicht zu unterschätzende Vergeudung des Sprengstoffes vergegenwärtigt, wenn er so gar groſs und krachend ausfällt; dann ist er aber auch ein schon von fern hörbares Zeichen einer unwissenschaftlichen Handhabung der Sprengarbeit.