C. Cylindergebläse für hohe und für niedere Windpressungen; von Leyser und Stiehler, Civilingenieure in Wien. Patentirt in Oesterreich, den deutschen Bundesstaaten und in Frankreich. Mit Abbildungen auf Tab. V. Leyser's und Stiehler's Cylindergebläse für hohe und für niedere Windpressungen. Bei einem vergleichenden Blick auf die früher und bis in die neuere Zeit beim Eisenhüttenwesen in Anwendung gekommenen Gebläsemaschinen bemerken wir, daß man bei den erweiterten Dimensionen der Hüttenanlagen auch in immer größere Dimensionen der Gebläsemaschinen hineingerieth, welche, wie allgemein bekannt, nicht allein die Construction und praktische Ausführung der ersten Anlage, sondern insbesondere auch die Wartung und Instanderhaltung dieser Maschinen wesentlich erschwerten und vertheuerten. Diese verhältnißmäßig colossalen Dimensionen der Gebläse erklären sich zwar von selbst durch die engen Grenzen, in denen sich die Geschwindigkeit dieser Maschinen zu bewegen pflegte, um bei der üblichen Construction derselben jenen hohen Grad von Sicherheit gegen eine Betriebsstörung zu gewähren, welchen man unbedingt bei Hütten- und insbesondere bei Hohofenanlagen beanspruchen muß. Bei näherer Untersuchung dieses Umstandes findet man aber leicht, daß derselbe lediglich in den bisher angewandten Constructionen zweier Hauptorgane der Gebläsemaschine seinen Grund hatte, nämlich in den Constructionen der Kolben und Ventile. Um constatiren zu können, daß ausschließlich diese beiden Maschinentheile es waren, welche es unmöglich machten, den Gebläsen größere Kolbengeschwindigkeiten, somit für dieselbe Effectleistung kleinere Dimensionen zu geben, müssen wir diese Theile etwas näher ins Auge fassen, um so mehr als dieselben auch bei unserer neuesten Construction wesentliche Modificationen erfahren haben. Was zunächst die Kolben betrifft, so ließe sich eine große Anzahl von Variationen für Kolbendichtungen bei den älteren Gebläsemaschinen zusammenstellen, deren bessere Anordnungen zumeist aus Leder in der Form von Stulpen hergestellt wurden. Bei vollkommeneren Constructionen dieser Art wurden später die Dichtungen auch verstellbar gemacht durch Segmente oder Ringe, die gewöhnlich aus Holz construirt unmittelbar hinter den Dichtungen anliegend mittelst radialer Stellschrauben der Cylinderwand näher gebracht werden konnten. Alle diese Kolbendichtungen leisteten im neuen Zustande und so lange die ursprüngliche Weichheit und Geschmeidigkeit des Leders erhalten blieb, ziemlich gute Dienste; sobald aber das Leder ausgetrocknet und dadurch hart und steif geworden war, hatten sie alle mehr oder weniger folgende Nachtheile mit einander gemein. 1) Entweder liegen diese Lederstulpen nicht vollkommen gleichförmig an der ganzen Cylinderwand an, und geben somit bedeutende Windverluste, oder dieselben liegen stellenweise auch zu stark an der Cylinderwand an, namentlich dann, wenn das Leder hart und steif geworden, und verursachen dadurch sehr bedeutende Reibungswiderstände, im ersten Falle also geringen Nutzeffect, im andern Falle aber einen ungünstigen Kraftaufwand für deren Antrieb. 2) Unterlagen diese Lederdichtungen selbst bei geringen Kolbengeschwindigkeiten einer ziemlich raschen Abnützung, deren Ersatz dann mit vielen Umständlichkeiten verbunden war. 3) Sind alle diese Lederdichtungen überhaupt nur für sehr geringe Kolbengeschwindigkeiten anwendbar, in der Regel nicht über 2' per Secunde betragend, da bei größeren Kolbengeschwindigkeiten ein Warmlaufen der Cylinderwand unvermeidlich ist. Durch die von uns schon seit längerer Zeit zur Anwendung gebrachten metallenen Liederungen bei den Gebläsekolben, ähnlich denjenigen bei den Dampfkolben, war nun freilich ein wesentlicher Schritt vorwärts geschehen, und ist bei diesen Metallliederungen mit Recht das Hauptgewicht auf Erreichung der größtmöglichen Elasticität und Beweglichkeit der Kolben-, resp. Dichtungsringe gelegt worden, zu welchem Zwecke die Federn, durch welche die Dichtungsringe an die Cylinderwand angepaßt werden, thunlichst schwach zu halten sind. Bei der geringen Pressung, welcher bei Gebläsen die Kolben- und Dichtungsringe zu widerstehen haben, werden letztere nur dann vortheilhaft arbeiten, wenn der Federdruck auf die Dichtungsringe unter keinen Umständen größer ist, als die größte Pressung im Cylinder, denn dann wird der Kolben nicht allein vollkommen dicht schließen, sondern es wird selbst bei der größten Geschwindigkeit, die praktisch wünschenswerth erscheint, kein Warmlaufen des Kolbens erfolgen. Die höchste Vollkommenheit wird jedoch nur jener Kolben beanspruchen können, d.h. es wird bei vollkommen dichtem Verschluß nur jener Kolben die geringsten Reibungswiderstände verursachen, bei welchem der Druck der Dichtungsringe auf die Cylinderwände sich mit der jeweiligen Windpressung im Cylinder ändert, oder bei welchem diese veränderliche Windpressung selbst mittelbar dendeu Druck auf die Dichtungsringe regulirt. Und dieß ist eben der Fall bei unserem neuen Kolben, bei welchem die bei den früher versuchsweise angewandten sogenannten Autoclaven beobachteten Uebelstände vollständig beseitigt erscheinen. Wenn somit auch die in neuerer Zeit angewandten Kolben mit Metallliederungen immer noch eine wesentliche Verbesserung zuließen, so kann doch bei den günstigen Resultaten, die mit denselben erzielt wurden, in den Kolben selbst kein genügender Grund gefunden werden, größere Geschwindigkeiten bei Gebläsen, wie dieß factisch geschieht, immer noch zu umgehen; es wird vielmehr der letzte Grund dieser Erscheinung in dem anderen schon erwähnten beweglichen Organ der Gebläse, in den Ventilen zu suchen seyn: denn gerade die in neuerer Zeit angestrebten größeren Kolbengeschwindigkeiten nöthigten den Constructeur von den früher üblichen Ventilanordnungen gänzlich abzugehen. Schon bei Kolbengeschwindigkeiten von 8' per Secunde erweisen sich die ehemals angewandten sehr großen Klappen- oder Stengelventile, deren Eigengewichte meistens noch durch Federn oder Gegengewichte auf ihren Sitzen erhalten werden mußten, als vollkommen unbrauchbar. Das Gewicht von so großen Ventilen, wenn auch noch so sehr reducirt, war doch immer hinreichend, um bei der erwähnten Geschwindigkeit mit einem solchen Momente gegen die Ventilsitze zu schlagen, daß dadurch eine um so größere Abnützung und um so raschere Zerstörung der Ventile herbeigeführt wurde, je schwerer und stärker dieselben gebaut waren. Ein weiterer dabei wahrgenommener Uebelstand war aber auch der, daß die Ventilklappen durch die Rückwirkung des Stoßes auf ihre Sitze in eine schwingende Bewegung von mehr oder weniger langer Dauer versetzt wurden, während welcher aber bereits comprimirter Wind wieder entweichen konnte und wodurch dann die Effectleistung der Maschine sehr beeinträchtigt wurde. Aus allen diesen Erfahrungen ergab sich demnach, daß bei Gebläsen mit größeren Kolbengeschwindigkeiten nur solche Ventile zweckmäßig wirksam seyn dürften, deren Gewicht auf das äußerste Minimum gebracht werden kann. Diesen Bedingungen wurde nun in mehrfacher Weise und zwar zunächst dadurch entsprochen, daß die für ein bestimmtes Gebläse erforderliche Ventilfläche auf eine größere Anzahl weit kleinerer und somit weit leichterer Ventile vertheilt wurde, deren Lage zur Cylinderstellung überdieß noch so gewählt wurde, daß sowohl Gegengewichte als auch Federn an demselben erspart werden konnten. Diese, aus einzelnen und selbstständigen, jedoch sehr kleinen Ventilen bestehende Anordnung, deren Klappen aber dennoch stets mit Blech armirt werden mußten, gestatteten schon Kolbengeschwindigkeiten bis 3' per Secunde anzunehmen. Als in ihrer Anordnung wenigstens noch zweckmäßiger erwiesen sich aber die sogenannten Fächerventile, deren Sitze eine beliebige Anzahl rund oder viereckig an einander gereihter Durchbrechungen einschließen, worüber ein ganz einfaches Stück Leder oder Kautschuk, sämmtliche Durchbrechungen überdeckend, als gemeinschaftliche Ventilklappe entsprechend befestigt ist. Die Größe der Querschnittsfläche der einzelnen Durchbrechungen war natürlich dadurch bedingt, daß die darüber liegende nicht armirte Kautschuk- oder Lederdecke auch die darauf drückende Windpressung zu tragen vermochte. Aber auch diese Construction der Ventile hat man wieder allgemein zu umgehen gesucht, weil bei den erwähnten größeren Kolbengeschwindigkeiten das Aufschlagen der Ventile auf ihre Sitze einen sehr starken weithin tönenden Schall und einen in der Nähe geradezu unerträglichen Lärm verursachte, der wohl auch auf die Sicherheit der Wartung der Maschine nicht ohne Einfluß bleiben konnte. Trotzdem muß man aber zugeben, daß dieser mit einem starken Lärm verbundene Schlag weder die Maschine noch das Ventil selbst nachtheilig erschüttert, beschädigt oder abnützt. Alle im Vorstehenden angedeuteten Uebelstände bei Gebläsemaschinen müssen sich natürlich in noch höherem Maaße geltend machen, sobald man mit weit größeren Pressungen als gewöhnlich zu arbeiten genöthigt ist, und überdieß zugleich ein beträchtliches Windquantum in der Zeiteinheit zu liefern hat. Dieß ist ganz besonders der Fall beim Bessemer'schen Stahlfrischproceß, wo bei einer Pressung von 18 Pd. per 1 Quadratzoll zugleich ein Windquantum von circa 4000 Kubikfuß per Minute beschafft werden muß. Will man daher nicht bei sehr großen Querschnittsdimensionen der Maschinen und bei allen damit verbundenen Nachtheilen derselben stehen bleiben, so ist dieser Bedingung nur dadurch zu entsprechen, daß die Construction der Kolben und Ventile eine bedeutende Vermehrung der Kolbengeschwindigkeit der Maschine gestattet, ohne der Sicherheit des Betriebes einen Eintrag zu thun. Um nun darzuthun, wie dieser Zweck bei unserer neuen Construction von Gebläsemaschinen vollkommen erreicht ist, gehen wir unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen (Fig. 13–17) zu deren näheren Beschreibung über und bemerken noch, daß wir diesen Gebläsen wegen ihrer Anwendbarkeit für die beim Bessemer'schen Verfahren erforderlichen hohen Pressungen den Beinamen „Bessemer-Gebläse“ gegeben haben, wobei wir jedoch ausdrücklich hervorheben, daß alle Vortheile, welche diese Maschine für sehr hohe Pressungen bietet, nicht allen vollständig, sondern theilweise noch in höherem Maaße auch für niedere Pressungen gelten, daher wir unsere Bessemer-Gebläse ganz allgemein statt aller bisherigen Gebläse-Construction, sowie auch an Stelle der Ventilatoren mit den von Fall zu Fall nöthigen Modificationen zur Anwendung bringen werden. Fig. 13 und 14 stellen einen Längen- und einen Querdurchschnitt des ganzen Cylinders dar; Fig. 15 stellt einen Theil des Cylinderlängendurchschnitts an der Einströmungsseite und Fig. 16 einen gleichen Durchschnittstheil an der Ausströmungsseite der Cylinder dar. Fig. 17 endlich zeigt einen Theil des Kolbendurchschnittes senkrecht auf die Achse des Cylinders. Die eigenthümliche Anordnung der Ventile bei einem solchen Gebläsecylinder bedingt unter allen Umständen, es mag ein feststehender oder liegender oder auch ein in diesen beiden Richtungen oscillirender Cylinder angewendet werden, die Windeinströmung und Ausströmung bei demselben durch zwei an beiden Seiten des Cylinders und in der Längenrichtung desselben angegossene Canäle zu führen. Der mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Einströmungscanal A geht in der ganzen Länge des eigentlichen Cylinders durch, und mündet an beiden Enden desselben in die Hohlräume der daselbst aufgeschraubten Deckel D. Diese hohlen Deckel, deren Herstellung je aus einem einzigen Gußstücke mehr Schwierigkeiten darbietet, sind als leichter ausführbar und bequemer zu bearbeiten, je aus zwei Theilen bestehend hier dargestellt und bei S zusammengeschraubt. Der im Durchmesser gegen die Cylinderbohrung um beiläufig 2'' kleinere und in den Cylinder auf beiläufig 2'' ganz frei hineinragende cylindrische Ansatz des hohlen Deckels, dessen Wandung C zwei Reihen 9''' weite und 2'' im Mittel von einander abstehende runde Durchbohrungen O hat, bildet den eigentlichen Saugventilsitz, über welchen als Ventilklappe ein ganz geschlossener elastischer Kautschukring R aufgespannt ist. Wird nun durch die Kolbenbewegung im Cylinder ein luftleerer oder lustverdünnter Raum erzeugt, so wird der Luftdruck den über den Einströmungsöffnungen aufgespannten elastischen Kautschukring ausdehnen und erweitern, und in einem beiläufig concentrischen Abstand soweit über den eigentlichen Ventilsitz erheben, als dieß die Windeinströmung in den Cylinder erfordert; in dem Moment aber, wo im Cylinder die Atmosphärenpressung wieder hergestellt ist und noch bevor der Rücklauf des Kolbens beginnt, nimmt auch der durch seine eigene Spannkraft sich zusammenziehende elastische Kautschukring seine frühere Lage auf dem Ventilsitze wieder ein, und schließt auf diese Weise ganz selbstthätig die Einströmungsöffnungen ab, und auch weit früher als bei allen anderen Ventilanordnungen, wo dieß erst nach begonnenem Rücklauf des Kolbens durch die Windpressung im Cylinder stattfindet. Durch diese Erklärung der Saugventile ist zugleich auch die der ganz analog angeordneten Blaseventile gegeben, und bleibt hier speciell nur noch zu bemerken daß die Blaseventilöffnungen O bei C durch die eigentliche Cylinderwand selbst durchgebohrt sind, und in einen an jedem Ende des Cylinders daselbst angegossenen Circularcanal A' einmünden. Diese Circularcanäle umfassen jedoch nicht den ganzen Gebläsecylinder, sondern sind durch den Einströmungscanal A, welcher, wie schon erwähnt, in der ganzen Länge des Cylinders durchgeht, unterbrochen, wie dieß in der Querschnittszeichnung des Cylinders Fig. 14 ersichtlich ist. Aus diesem Grunde bildet auch die Ventilklappe der Blaseöffnungen nicht wie jene der Saugöffnungen einen geschlossenen Ring, sondern ein an den zwei Punkten P daselbst befestigtes elastisches Kautschukband, und der ganze Unterschied in der Bewegung der Blaseventilklappen gegen jene der Saugventile besteht deßhalb darin, daß erstere im ausgedehnten Zustande und während des Durchganges des Windes daselbst eine excentrische Lage, letztere aber eine concentrische Stellung in Beziehung auf ihre Ventilsitze einnehmen. Die vor den Saugventilen bei E und über den Blaseventilen bei E' angebrachten Bügel, deren 6 bis 7 Stück an jedem Ventilsitz, in gleichen Abständen von einander, vertheilt sind, haben den Zweck die Ventilklappen in stets die Ventilöffnungen überdeckender Stellung zu erhalten. Hiernach ist einleuchtend, daß die eben geschilderte Lage und Anordnung dieser Ventile eine in jeder Beziehung weit vortheilhaftere und zweckmäßigere ist, als alle bisher angewandten, denn einerseits kommt beim Verschluß derselben zunächst auch die eigene Elasticitätswirksamkeit des überdeckenden Kautschukmaterials zur Anwendung, und andererseits sind es bei dieser Construction convexe oder äußere Cylinderflächen, welche die Ventilsitze bilden, während dieß früher immer ebene oder gar concave Flächen waren (wie bei den Fächerventilen), gegen welche die Leder- oder Kautschukventile nur durch die Windpressung angedrückt wurden. Da endlich diese ringförmigen elastischen Ventilklappen beim Durchgang des Windes ihren Umfang in gleichen radialen Abständen von ihrem Sitze erweitern, so erheben sie sich weit weniger über demselben, als dieß bei Ventilen mit ebenen oder gar concaven Sitzen der Fall ist, wodurch sich erklärt, daß selbst bei so großen Kolbengeschwindigkeiten wie 7'' per Secunde ein kaum bemerkbares Schlagen dieser Ventile stattfinden kann. Die Vorzüglichkeit der von uns schon früher für Gebläse angewandten Kolben mit Metallliederungen, deren Dichtungsringe gegen die Cylinderwand bisher durch Druckfedern festgehalten sind, wird noch bedeutend dadurch erhöht, daß wir jetzt den Anschluß der metallenen Dichtungsringe gegen die Cylinderwand durch die im Gebläsecylinder herrschende Windpressung selbst und stets auch im Verhältniß derselben herstellen. Hierzu bedienen wir uns in ganz ähnlicher Weise wie dieß in der beschriebenen Ventilanordnung der Fall ist, elastischer Kautschukringe als Mittel zur Uebertragung der Windpressung auf die metallenen Kolbenringe. In den Kolbenkörper K (siehe Längendurchschnitt Fig. 13 und Fig. 16) sind zwei durch eine Scheidewand W von einander getrennte Nuthen so tief eingedreht, daß in jeder derselben sowohl ein daselbst aufgespannter elastischer Kautschukring R, als auch ein aus zwei Halbkreisen bestehender, an beiden Stößen überplatteter gußeiserner Kolbenring R' aufgenommen werden kann. Letztere übergreifen aber die Scheidewand W in der Weise, daß daselbst beide Kolbenringe unmittelbar aufeinander liegen. Die tiefste Stelle der beiden eingedrehten Nuthen tangirend, sind von beiden Seiten des Kolbens und beiläufig 3'' von einander abstehend, 6''' weite Durchbohrungen V siehe Kolbenquerschnitt Fig. 14, 16 und 17) bis auf die Scheidewand W angebracht, die in der Breite der Nuthen und nach beiden Seiten des Umfangs derselben etwas erweitert sind. Durch diese Bohrungen nun wirkt in der jeweiligen Richtung der Kolbenbewegung die Windpressung, gleich einem Federsystem von der Elasticitätsbeschaffenheit der Windpressung selbst, je auf einen der elastischen Kautschukringe, und durch diesen auf den davor liegenden gußeisernen Kolbenring gegen die Cylinderwand, und schließt dadurch den ausblasenden Cylinderraum von dem ansaugenden Cylinderraum in einer der geringsten Kolbenreibung vollkommen entsprechenden Weise ab. In der von der Windpressung abgekehrten Kolbenseite dagegen bleibt der elastische Kautschukring auf seinem Sitz liegen, und der dazu gehörige gußeiserne Kolbenring wird, ohne einen Druck auf die Cylinderwand auszuüben, nur leer mitgeschleift. Es ist somit die Bestimmung des über der festen Kolbenwand W aufgespannten Kautschukringes eine doppelte: erstens überträgt derselbe durch seine Ausdehnung die Windpressung auf die Kolbenringe, und zweitens entlastet er auch die Kolbenringe, sobald die Windpressung soweit abgenommen hat, um ihn vermöge seiner eigenen Elasticität wieder zum Schluß gelangen zu lassen. Im ersten Falle findet zur Ueberwindung der Spannkraft des Kautschukrings ein Pressungsverlust statt, welcher für den vortheilhaftesten Effect der Kolbendichtung von Werth ist, weil erfahrungsgemäß eine namhaft geringere Pressung als die im Cylinder vorhandene hinreicht, den Kolben vollkommen dicht zu schließen; man hat somit durch die richtige Bestimmung der Stärke und Spannung der Kautschukringe das Mittel in der Hand, die Reibung der Kolbenringe bei ganz verläßlichem Verschluß auf ein Minimum zurückzuführen. Auf die letzterwähnten Umstände legen wir um so mehr Gewicht, als bei diesen Maschinen ungeachtet ihres schnellen Ganges weder Cylinder noch Kolben geschmiert werden sollen, außer beim Einlaufen und Einschleifen des letzteren, und zwar mittelst Graphit oder Federweiß. Aus demselben Grund erscheint es auch von Werth, den hohlen geschlossenen Deckelraum bei den Cylindern anzuwenden, um anstatt die einzusaugende Luft direct durch den Cylinderboden eintreten zu lassen, dieselbe beliebig aus einem anliegenden Raume zuführen zu können, falls die Atmosphäre des Maschinenraumes selbst, wie dieß so häufig vorkommt, regelmäßigen Verunreinigungen ausgesetzt ist. Bei der von uns zu Grunde gelegten Kolbengeschwindigkeit von 6' per Secunde erzeugt ein Cylinder von 21'' Bohrung und 24'' Hub ein Brutto-Windquantum von 850 Kubikfuß per Minute; es reicht somit einer derselben für den Betrieb des größten Cupolofens einer Gießerei oder zum Betrieb von wenigstens 24 großen Schmiedefeuern hin; zwei combinirte Cylinder aber genügen für den Betrieb eines Hohofens von gewöhnlicher Dimension. Um schließlich einige der gewöhnlichsten Vortheile dieser Maschine zusammenzufassen, heben wir Folgendes hervor: 1) wird die Maschine an und für sich bedeutend vereinfacht, und die Anzahl ihrer Theile namhaft vermindert; 2) ist keiner der Maschinentheile mehr einer gefährlichen Abnützung unterworfen, d.h. einer solchen Abnützung, die eine plötzliche Betriebsstörung herbeiführen könnte; 3) ist bei der äußerst vortheilhaften Anwendung der Saug- und Druckquerschnitte, ferner bei dem auf ein wahres Minimum zurückgeführten schädlichen Raum und bei der Einfachheit sowie dem sicheren Verschluß der Ventile und der Kolbenliederung, eine bedeutende Erhöhung des Nutzeffects der Maschine erreicht, für den wir 70 Proc. garantiren; 4) ist zum Betrieb dieser Gebläse weniger Kraft erforderlich, und bei dem raschen Gang derselben sind weniger Uebersetzungen nöthig; 5) sind diese Gebläse sowohl für hohe als niedere Pressungen gleich vortheilhaft; 6) erfordern dieselben bei ihrer großen Kolbengeschwindigkeit, zumal bei Anwendung zweier Cylinder mit Kurbelwechsel, gar keine oder nur sehr kleine Regulatoren zur Ausgleichung der Windpressung; 7) sind diese Gebläse sehr billig herzustellen, zumal auch aller kostspielige Einbau bei denselben wegfällt. Aus diesen Gründen, namentlich aber mit Rücksicht auf die billige Herstellung dieser Maschinen, hoffen wir, den Ventilatoren und insbesondere deren Anwendung für Gießereien, Schmieden, mit Erfolg Concurrenz zu machen. Denn wenn der Maschinenfabrikant und Hüttenbesitzer die häufigen Reparaturen und Betriebsstörungen bei seinen Ventilatoren in Anschlag bringt, wenn er rechnet, wieviel kostspielige Kraft und Kraftübertragungsmittel, als: Riemen, Transmissionen etc. ihn diese Ventilatoren kosten, wenn er sich vergegenwärtigt, welche beträchtlichen Quantitäten von Brennmaterial in Folge des geringen Nutzeffects und insbesondere in Folge der ungenügenden Pressung ihm zugleich bei Cupolöfen und Schmiedefeuern unnütz verzehrt werden, wenn er ferner bedenkt, um wieviel vortheilhafter überhaupt der Schmelzproceß im Cupolofen, sowie auch die Arbeit beim Schmiedefeuer zu bewerkstelligen sind, falls man die Windpressung gehörig in seiner Gewalt hat, und wieviel Ausschuß und Kaltguß endlich in der Gießerei vermieden werden könnte, sofern dieselben häufig nur in ungenügender Pressung des Windes beim Ofen ihren Grund haben – wie gesagt, wenn diese Nachtheile auf der einen Seite mit jenen Vortheilen auf der andern verglichen werden, so muß Jedermann finden, daß solche Gebläse nicht nur relativ viel billiger sind als Ventilatoren, sondern auch, daß sie absolut billiger sind als alle bis jetzt construirten Apparate, um gepreßten Wind in größeren Quantitäten zu erzeugen. Wien, im Januar 1863.