Versuche über die Transmission der Wärme zur Bestimmung der Stärke der Isolirwände an Geldschrankkörpern. Von Franz Ruff, Civilingenieur in Frankfurt a. M. Mit Abbildungen. Transmission der Wärme zur Bestimmung der Stärke der Isolirwände an Geldschrankkörpern. Von einer KassenfabrikFried. Ruff,Frankfurt a. M. wurde mir seiner Zeit der Auftrag ertheilt, Betrachtungen über das Verhalten der Isolirwände an sogen. feuersicheren Geldschrankkörpern bei Einwirkung äusserer Wärmeinengen anzustellen, um als deren Resultat bestimmtere Angaben über die Stärke der Isolirwände machen zu können. Ich unterzog mich diesen Studien um so lieber, als ich wusste, dass über diesen Gegenstand fast keine litterarischen Mittheilungen aufzuweisen sind. Auch in anderer Hinsicht war eine recht lehrreiche Arbeit vorauszusehen; durfte ich mir doch sagen, dass das nähere Eingehen auch für weitere Kreise, insofern als bei unseren Untersuchungen sehr hohe Temperaturen in Frage kommen, von Interesse sei. Um vor näherem Eingehen einen Ueberblick über die verschiedenen Constructionen zu bekommen, sei hier bemerkt, dass die deutsche Constructionsart wie bei so vielen Specialitäten der Technik auch hier eine der besten ist. Sie stellt bei Anwendung zweckmässiger Stärke der Construction einen architektonisch schönen Gegenstand dar. Die englische Construction hat ein plumpes Aussehen und die leichte französische Construction dürfte in ernstlichen Fällen ihrer Aufgabe wohl nicht gerecht werden. Es haben sich diese Constructionssysteme im Laufe der Zeit hauptsächlich in Bezug auf Stärke der Isolirwände, der Isolirmaterialien u.s.w. praktisch herangebildet. Vor dem Uebergang zur näheren Untersuchung seien diejenigen Grenztemperaturen, denen ein solcher Körper in Feuersgefahr unterworfen ist, näher bestimmt. Es würde also in erster Linie die allgemeine Frage: „Was ist ein feuerfester Geldschrank?“ zu beantworten sein. Als feuersicherer Geldschrank ist ein mit doppelten, eisernen Wänden versehener, meist transportabler Kasten zu bezeichnen, zwischen dessen Wänden, dem sogen. Isolirraum, schlechte Wärmeleiter eingeschaltet sind. Dieselben sollen die einwirkende Wärme möglichst abhalten, d.h. den Durchgang der Wärme durch die Wände möglichst verringern, damit die im Inneren, in nahezu hermetisch abgeschlossenem Raum sich befindlichen zu schützenden Gegenstände (Geldstücke, Bücher u.s.w.) weder schmelzen noch verbrennen können. Da man nun keine die Wärme nicht durchlassenden Körper kennt, da man weiss, dass jeder Körper die ihm zugeführte Wärmemenge mehr oder weniger schnell absorbirt, so kann man von vornherein sagen, dass überhaupt keine vollkommen feuerfesten Geldschrankkörper hergestellt werden können. Ein Geldschrank kann nur bedingungsweise feuersicher sein und zwar bezüglich der in einer gewissen Zeit auf ihn einwirkenden Wärmemengen. Es sei nun näher eingegangen auf die Feststellung der Grenztemperaturen. Die Grundform eines feuersicheren Geldschrankes ist meistens die eines rechtwinkligen, parallelepipedischen hohlen Körpers. Ein Querschnitt durch ein Stück Wandung besteht aus einer äusseren Stahlplatte, dem Isolirraum und der inneren Stahlplatte. Da Stahl bei etwa 1300 bis 1400° C. schmilzt, so kann man eine von aussen einwirkende grösste Wärmemenge, welche einer Temperatur von t1 max = 1300° C. entspricht, als zulässig für unsere Untersuchung annehmen und zwar derart, als erstrecke sie sich über sämmtliche Wände des Schrankes. Dies ist diejenige Temperatur, bei welcher das Eisen zwar weissglühend ist, bei der sich jedoch die einzelnen Constructionstheile aus ihrem Verbände nicht lösen können. In keinem Fall dürfte diese Temperatur bei Isolirmaterialien, wie z.B. Gyps, Asche u.s.w. überschritten werden, da sonst der Zerfall des ganzen Schrankkörpers erfolgen könnte. Dagegen dürfte bei Füllungsmaterialien, wie feuerfesten Steinen in Lehm gebettet, Asbest u.s.w., welche Stoffe an und für sich einen festen, starren Körper bilden und die zu einem festen Verbände vereinigt sind, sogar ein Schmelzen der äusseren Eisentheile stattfinden, ohne von Schaden zu sein. Um nun festzustellen, welche Maximaltemperatur im Innern des möglichst hermetisch verschlossenen Schrankraumes herrschen darf, muss von den in einem solchen Raum untergebrachten Gegenständen ausgegangen werden, also diejenige Temperatur ermittelt werden, welche die darin lagernden Gegenstände noch aushalten können, ohne dass ein Schmelzen zu befürchten wäre, oder dass sie sonst beschädigt und an Werth verlieren würden. Die Schmelzpunkte der in einem solchen Raum meistens untergebrachten Körper sind nachstehend zusammengestellt: Kupfer 1090° Gold 1037° Silber 954° Aluminium 700° Blei 340° Zinn 230° Kautschuk 125° Durch Versuche ist weiter festgestellt, dass z.B. Bücher mit Ledereinbänden eine Temperaturerhöhung von etwa 300 bis 400° C. aushalten können, ohne Schaden zu nehmen, dagegen dürften lose eingelegte Papiere dieser Temperatur nicht ausgesetzt werden, wie wir aus späteren Versuchen ersehen werden. Wenn man nun von dem niedrigsten der vorstehenden Schmelzpunkte, demjenigen des Kautschuks, ausgeht und für Bücherschränke eine grösste Innentemperatur von t2 max = 100° C. annimmt, so geht man nicht zu hoch, um so mehr, als der Raum hermetisch verschlossen, also die zu einer eventuellen Verbrennung bezieh. Ankohlung der Papiere nöthige Luftmenge nicht wohl vorhanden sein wird. Bei Schränken, die nur zur Aufbewahrung von Gold und Silbertheilen dienen, dürfte sich diese Temperatur ohne Nachtheil eventuell bis 800° erhöhen lassen. Nach der ersten Annahme hat man also eine Temperaturdifferenz von: t2 max = 1300 – 100 = 1200° C., welche uns bestimmt, Aufschluss darüber zu geben, welche schlechten Wärmeleiter in den Isolirraum rationell eingeschaltet werden müssen und wie stark die Wandung gemacht werden muss, damit diese der Temperaturdifferenz von 1200° C. entsprechende Wärmemenge nicht durch die Wand transmittirt. Dieser Wärmedurchgang kann nun rechnerisch mittels der Fundamentalgleichung der Wärmebewegung oder durch praktische Versuche festgestellt werden. Die erstere Untersuchung, für welche die klassischen, analytischen Werke von Fourier und Lame den allein denkbaren Ausgangspunkt zu bilden hätten, würden sehr verwickelt ausfallen, namentlich da in unserem Fall eine sehr grosse Temperaturdifferenz vorhanden und die sogen. Wärmeleitungscoefficienten noch sehr nebelhafte Grössen sind. Experimentelle Untersuchung. Bei dem von mir angegebenen Versuche wurde das Wandelement eines Schrankkörpers nach Fig. 1 dem Heizeffect von Steinkohlen auf dem Herd eines Ventilatorgebläses ausgesetzt. Der betreffende Apparat hatte eine kreisrunde Bodenfläche von 0,10 qm, die sich dem Herd am rationellsten anpasste. Der Boden a stellt die äussere 3 mm dicke Wandplatte eines Schrankes, b die innere desselben von 2 mm Stärke dar, die Holzplatte c ist im Abstand von 15 mm von letzterer angebracht, um einen stagnirenden Luftraum d zu bilden. Textabbildung Bd. 300, S. 175 Fig. 1. Der möglichst hermetisch abgeschlossene nutzbare Raum eines Geldschrankkörpers sei mit dem Raum e identisch und mit der Platte i abgedeckt. Die einzelnen Theile sind durch ein mit den nöthigen Winkelringen versehenes Blech f zu dem Schrankelement vereinigt. Der Abstand der Platten a und b, also die Stärke des Isolirraumes, ist zu 100 mm angenommen. Um nun die Temperatur in den einzelnen Schichten festzustellen, wurden Holzstäbchen k concentrisch im Isolirraume eingelegt; an denselben waren bei 123 leicht schmelzbare Lothe angebracht, sowie auch in den Schichten d und e bei 4 und 5 solche Lothe eingelegt wurden. Es wurden nun fünf Versuche mit den meisten angewandten, die Wärme schlecht leitenden Stoffen veranstaltet. Die Dauer des Versuches wurde zu einer Stunde angenommen. Bei sämmtlichen Versuchen war die Wandplatte a einem permanent weissglühenden Zustande ausgesetzt, welcher einer Temperatur von etwa 1200 bis 1300° C. entsprach. Eine graphische Zusammenstellung des Verlaufes der Temperaturcurven gibt Fig. 2. Aus derselben ist sofort ersichtlich, dass bei allen Materialien fast gleiche Endtemperaturen (70 bis 80° C.) vorhanden sind, nur der Verlauf der Temperaturcurven in den inneren Schichten ist verschiedenartig gestaltet. Die Curve II (Versuch II, Kohlenasche) zeigt ein fast gleichmässiges Gefälle. Die Curve I (Sägemehl) schliesst sich bis an Schicht 1 der Curve II an, um von da ab mit grösserem Gefälle dem Punkt in Schicht 3 zuzustreben. Die Curven III, IV Fund V haben bis an Schicht 1 ein noch grösseres Gefälle und streben dann unter einem fast wagerechten Verlauf dem Punkt in Schicht 3 zu. Die Curve VI (Kieselguhrcomposition) stellt uns schliesslich den Temperaturverlauf für die Zeit von 5½ Stunden mit einer inneren Temperatur von 200° C. dar. Textabbildung Bd. 300, S. 175 Fig. 2. Die Nullpunkte cc1 sind ideelle, sie werden aber jedenfalls nicht sehr von der Wirklichkeit abweichen, da von der Wandfläche zum luftleeren nutzbaren Raum grösstentheils die strahlende Wärme zur Geltung kommen wird, auch im gegebenen Fall dies nicht von Bedeutung ist, da die Hauptsache die Feststellung der Temperatur der Wärme abgebenden Wandfläche 5, welche sich zu etwa 80° C. ergeben hat, bestimmt ist. Da nun die Temperatur in Schicht 4, also an der inneren eisernen Wandfläche sich zu etwa 120° C. ergibt, dieses also im Verhältniss zu Schicht 5 einer Temperaturdifferenz von nur 40° C. entspricht, könnte unter Umständen die Holzverkleidung c in Wegfall kommen. Das Ergebniss unserer Versuche mit den verschiedenen Füllungsmaterialien ist nun in den nachstehenden Tabellen zusammengestellt: I. Versuch. Dauer: 1 Stunde. Aeussere Temperatur: t1 max = 1300° C. Füllmasse: Sägemehl. Schmelzpunkteder angebrach-ten Lothe° C. Zustand nach der Probe in den einzelnen Schichten Bemerkungen 1 2 3 4 5     45    55    62  110  228  334  412  7001015 geschmolzen„„„„„„etwas geschm.nicht geschm. geschmolzen„„„etwas geschm.nicht geschm.––– geschmolzen„„„nicht geschm.–––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– Weisses Papier wurde in Schicht 4    und 5 braun, Tinte verlief; Schrift    doch noch leserlich. Das Sägemehl    verkohlte an einzelnen Stellen,    trotzdem der Apparat möglichst    hermetisch verschlossen und die    Fugen mit Lehm, wie auch bei    den nachfolgenden Versuchen sorg-    fältig verdichtet waren. Angenäherte Temperatur in den einzelnen Schichten: 700° 200° 120° 90° 80° II. Versuch. Dauer: 1 Stunde. Aeussere Temperatur: t1 max = 1300° C. Füllmasse: Kohlenasche (sogen. Flugasche). Schmelzpunkteder angebrach-ten Lothe° C. Zustand nach der Probe in den einzelnen Schichten Bemerkungen 1 2 3 4 5     45    55    62  110  228  334  412  7001015 geschmolzen„„„„„„„nicht geschm. geschmolzen„„„„„nicht geschm.–– geschmolzen„„„nicht geschm.–––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– Weisses Papier, in Raum 4 und 5frei schwebend, wurde gelblich. Angenäherte Temperatur in den einzelnen Schichten: 700° 400° 120° 90° 80° III., IV. und V. Versuch. Diese Versuche hatten gleichen Temperaturverlauf, sind deshalb in nachstehender Tabelle zusammengezogen. III. Füllmasse: Trockener Lehm. Aeussere Temperatur: t1 max = 1300° C. IV. Füllmasse: Feiner Gyps. Dauer: 1 Stunde. V. Füllmasse: Kieselguhrcomposition (Trockenmasse). Schmelzpunkteder angebrach-ten Lothe° C. Zustand nach der Probe in den einzelnen Schichten Bemerkungen 1 2 3 4 5     45    55    62  110  228  334  412  7001015 geschmolzen„„„nicht geschm.–––– geschmolzen„„„nicht geschm.–––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– geschmolzen„„nicht geschm.––––– Bei allen Versuchen blieb weisses    Papier unverändert. Bei dem    III. Versuch brannte in den letzten    5 Minuten ein Loch in das Blech    von 3 mm Stärke an der Feuerseite    ein, ohne dass eine Ueberhitzung    des Materials stattgefunden hätte.    Die Platte wurde für die folgenden    Versuche erneuert. Bei allen Ver-    suchen zeigte sich an den eisernen    Wänden eine Rostbildung, hervor-    gerufen durch die Wasserdampf-    entwickelung der drei Stoffe. Angenäherte Temperatur: 200° 120° 90° 80° 70° VI. Versuch. Dauer: 5½ Stunden. Aeussere Temperatur: t1 max = 1300° C. Füllmasse: Kieselguhrcomposition (Trockenmasse). Schmelzpunkteder angebrach-ten Lothe° C. Zustand nach der Probe in den einzelnen Schichten Bemerkungen 1 2 3 4 5     45    55    62  110  228  334  412  7001015 geschmolzen„„„„„nicht geschm.–– geschmolzen„„„„nicht geschm.––– geschmolzen„„„„nicht geschm.––– geschmolzen„„„„nicht geschm.––– geschmolzen„„„bald geschm.–––– Weisses Papier in Raum 4 war ver-    kohlt, in Raum 5 gelblich. Das    Blech an der Feuerseite von 3 mm    Stärke brannte bei diesem Ver-    suche durch. Angenäherte Temperatur: 380° 300° 250° 230° 200° Nach vorstehend tabellarisch zusammengestellten Versuchsresultaten soll nun näher auf die verschiedenen Füllstoffe bezüglich ihrer Vor- und Nachtheile eingegangen werden. Die Füllung mittels Sägemehl, welche hauptsächlich bei grösseren Schränken wegen ihres geringen specifischen Gewichtes noch vielfach angewendet wird, ist nicht zu empfehlen, denn die einzelnen Constructionstheile eines Schrankes können niemals so genau zusammengepasst werden, dass nicht Luft einströmen könnte. Dieses würde in dem Falle, wo der Schrankkörper einem Brand ausgesetzt wäre, zur Folge haben, dass diese Isolirmasse in Brand geräth, wodurch deren Volumen vermindert und die Flammen eventuell im Stande wären, die innere Wand zu erhitzen. Um nun dies zu verhindern, sind von einigen Fabrikanten solche Füllungen angewendet worden, welchen man einen Zusatz von Alaun gab, wobei dieses bei eintretender Temperaturerhöhung seinen Krystallwassergehalt zur Befeuchtung abgeben sollte. Seiner Zeit wurde von Prof. Dr. KarmarschVgl. D. p. J. 1865 178 142. ein Versuch dieser Art an einem feuerfesten Schrank der Firma Wiese in Wien ausgeführt, wobei man constatirte, dass die Wasserdampfentwickelung des Alauns bei etwa 190° C. beendigt ist und dasselbe dann zu einer weissen porösen Masse erstarrt. Man sieht also leicht ein, dass bei Einwirkung grösserer Wärmemengen durch Anwendung von Alaun kein Vortheil erzielt werden kann und die Anwendung desselben also nutzlos ist. Die Füllung mittels Gyps wäre insofern auch nicht empfehlenswerth, als durch den grossen Wassergehalt desselben eine beträchtliche Volumenverminderung, bedingt durch Comptoirwärme u.s.w., stattfindet, und es erforderlich machen würde, in gewissen Intervallen an Füllungsmasse zuzugeben. Die Füllung mit trockenem Lehm dürfte sich, da derselbe ein sehr grosses specifisches Gewicht aufzuweisen hat, für kleine Schrankkörper wohl eignen, für grössere jedoch wäre auf die Schwierigkeit des Transportes solcher Körper wohl Rücksicht zu nehmen. Es bleiben nun noch übrig Kieselguhrcompositionen und sogen. Flugasche. Erstere ist noch sehr theuer und wird wohl aus diesem Grunde sich schwerlich Eingang verschaffen. Die Flugasche ist das Product jedes Schornsteines, hat ein angemessenes specifisches Gewicht, ist sehr trocken und kostet nichts. Beide Materialien genügen den zu machenden Ansprüchen. Es sei nun noch der Ausmauerung des Isolirraumes mit feuerfesten (Chamotte-) Steinen in Lehm gedacht. Dieses Verfahren empfiehlt sich nur dort angewandt zu werden, wo der Schrank sehr lange Zeit zum Austrocknen hat, da bei zu frühem Schluss des Isolirraumes, selbst bei gutem inneren Anstrich und starken eisernen Wänden, in kurzer Zeit ein Durchrosten des eisernen Schrankgehäuses stattfinden würde und dasselbe also werthlos wird. Sollten irgend welche schlechten Wärmeleiter anderer Art als die hier aufgeführten verwendet werden, so dürfte es sich empfehlen, dieselben einem Versuche in der von mir vorgeschlagenen Weise zu unterziehen. Als Resultat vorstehender Feststellungen kann nun Folgendes ausgesprochen werden: Ein sogen. feuerfester Geldschrank kann bei constructiv richtiger Ausführung als genügend feuersicher bezeichnet werden, wenn er den nachstehenden Bedingungen entspricht: 1) Wenn die Stärke des Isolirraumes in minimo 10 cm beträgt; 2) wenn die Isolirmassen aus Kohlenasche (Flugasche), trockenem Lehm oder Kieselguhrcomposition bestehen; 3) wenn die Stärke der inneren eisernen Wand in maximo 2 mm beträgt; sie diene nur zur Abgrenzung, da eine grössere Anhäufung guter Wärmeleiter daselbst von Schaden ist; 4) wenn die Stärke der äusseren Wand in minimo 3 mm beträgt; die sogen. Panzerungen von Schränken sollten nur an den äusseren Wänden angebracht werden.