Ein System der vergleichenden mechanischen Technologie; von Professor W. F. Exner in Wien. Mit Abbildung auf Taf. Vbis. (Fortsetzung von S. 183 des vorhergehenden Heftes.) Exner, über ein System der vergleichenden mechanischen Technologie. II. Die Gewerbs-Eigenschaften des Rohstoffes. Die Farbe und der Glanz, die BearbeitungsfähigkeitDie Farbe der Bronze befähigt sie zum Kunstguß und zum Materiale für Kunstwerke. Der Glanz und die Transparenz des Wachses, die Fähigkeit sich färben zu lassen etc., ja sogar der Geruch desselben erwirbt ihm Freunde. Das reine Blei läßt sich nicht mit der Feile bearbeiten. Die Späne legen sich im Hieb der Feile fest; das Schriftgießermetall dagegen (Blei-Antimon) läßt sich feilen, hobeln, schaben (in langen gerollten Spänen) mäßig biegen; es ist feinkörnig und gleichmäßig. Die hohe Festigkeit und Elasticität der Metalle gibt ihnen den Hauptplatz in den Gewerben, welche auf der Gießerei beruhen. (ob ein Stoff mit der Feile, dem Meißel, dem Messer, dem Hobel, der Punze etc. sich bearbeiten läßt), die Widerstandsfähigkeit der Stoffe gegen Atmosphärilien, Säuren, Alkalien###Die durch den Einfluß der Atmosphärilien auf der Bronze erzeugte Patina – ein grün-grauer Ueberzug von kohlensaurem Kupferoxydul – gibt gerade diesem Rohstoffe für Monumente einen hohen Werth.Die Löslichkeit in Säuren und die Gesundheitsschädlichkeit der gelösten Stoffe schließt die Bronze von den Koch geschirren nahezu vollkommen aus.Die Brennbarkeit bestimmt die Wahl von Stearinsäure, Palmitinsäure, Wachs, Paraffin und Unschlitt zum Gießen der Kerzen.Die Durchsichtigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Sauerstoff, Säuren, Basen etc. bestimmt das Glas zum Gießen von Spiegelplatten, Trinkgefäßen u.a.m. u.s.w. sind Eigenschaften, welche die Wahl des Rohstoffes für ein gewisses Object des Gebrauches bestimmen. Diese Eigenschaften, welche den Werth der Gußwaare in sehr hohem Grade bedingen und, da der Rohstoff ja chemisch nicht verändert wird, durch das Gießereiverfahren zumeist unbehelligt aus dem Rohstoff in das Product unverändert übergehen, haben auf die dem Verfahren dienenden Hilfsmittel selten Einfluß. Diese Beziehungen bilden einen Anhang zur Betrachtung der Hilfsmittel; sie geben einen Anhaltspunkt zur Classification der Producte und sind für die gewerbliche Praxis ausschlaggebend – für die wissenschaftliche Technologie nebensächlich. Im Arbeitsbegriff sind sie das letzte Moment, im Gewerbsbegriff ein erstes. Zu diesen Gewerbs-Eigenschaften gehört bekanntlich auch der Preis.Das Gußeisen läuft der Bronze in hundert Fällen den Rang ab, nur in Folge seiner Billigkeit, und umgekehrt das Silber, ein schlechtes Gußmaterial, wird wieder statt viel besserer Gießrohstoffe des höheren Werthes wegen gewählt, wenn man einen werthvollen Gegenstand, Schmuck, erzeugen will u.s.w. Uebersicht und Charakterisirung der Gießstoffe. Es folgt hier eine Uebersicht der Arbeits-Eigenschaften der wichtigsten Gießstoffe, soweit sie bekannt sind. Die Tabelle (S. 275), welche gar keine Columnen für c', T + t und W enthält, weil hierfür fast keine Daten bekannt sind, hat mehr die Aufgabe, die Lückenhaftigkeit des wissenschaftlichen Materiales zu zeigen, als direct zu nützen. Die Gewerbs-Eigenschaften der Rohstoffe sowohl als die Arbeits-Eigenschaften treten für viele Zwecke nicht in jenen Combinationen auf, die man wünschen würde. Man sucht dies durch die chemische Verbindung oder Mengung der Stoffe zu erlangen. Die Metalle sind zu solchen Vereinigungen (Legirungen), welche neue Eigenschaftsgruppirungen zeigen, sehr geneigt, und wegen der Veränderungen der Arbeits-Eigenschaften müssen sie hier noch eher besprochen werden, bevor das „Verfahren“ und die „Hilfsmittel“ zur Erörterung kommen. Es gibt keine bestimmten allgemein giltigen Regeln, nach denen die Eigenschaften einer Legirung oder eines Amalgams aus den Eigenschaften der Stoffe, welche sie bilden, hergeleitet werden können. Während z.B. die Legirungen von Blei und Antimon in ihren Eigenschaften zwischen jenen des Bleies und jenen des Antimons liegen – und zwar sich um so mehr dem Blei nähern, je mehr von letzterem in der Legirung vorhanden ist und umgekehrt, wobei nur zu bemerken ist, daß das Antimon mehr ausgibt (bei 4 Th. Blei und 1 Th. Antimon liegt die Legirung in der Mitte zwischen den beiden Elementen) – so zeigen die Legirungen von Kupfer und Zinn und von Kupfer und Zink völlig neue Eigenschaften.12 bis 15 Theile Blei und 1 Th. Antimon; ein weiches, dem Blei sehr ähnliches Material, biegsam zu Platten ausgewalzt, als Schiffsbeschläge.6 Th. Blei und 1 Th. Antimon ist schon viel härter, gibt Schriftgießermetall für große Lettern.3 Th. Blei und 1 Th. Antimon zu den kleinsten Lettern; hart, spröde und unbiegsam.9 Th. Kupfer und 1 Th. Zinn; Geschützbronze, die sich weder zu Platten walzen noch zu Draht ziehen läßt.Bei einem weiteren Zusatze von dem weichen Zinn wird die Legirung härter und spröder. Bei einem Gehalt von 1/6 Zinn erreicht man das Maximum der im Gebrauch für den Maschinenbau noch zulässigen Härte.2 Th. Kupfer und 1 Th. Zinn. Die Legirung läßt sich kaum mehr mit den besten Stahlwerkzeugen bearbeiten, ist spröde wie Glas. (Spiegel der Teleskope).2 Th. Kupfer und 1 Th. Zink. Zink, welches viel weniger streckbar und dehnbar als das Zinn ist, gibt als Stellvertreter des Zinnes in der Legirung ein weiches, dehn- und streckbares, leicht zu feilendes Metall (Messing). Trotz dieser Regellosigkeit, lassen sich einige ziemlich allgemein giltige Mittheilungen machen. Der Schmelzpunkt der Legirung ist in der Regel niedriger als das verhältnißmäßige Mittel der Schmelzpunkte der Metalle, welche die Legirung bilden. Das Legiren ist also ein die Schmelzbarkeit, soweit sie durch den Schmelzpunkt charakterisirt wird, steigerndes Verfahren. Die specifischen Gewichte der Legirungen lassen sich nicht nach Verhältniß der Grundstoffe berechnen, und auch das Volumen ist nicht gleich der Summe der Volumen der Bestandtheile, entweder größer oder kleiner.Beispiele für Schmelzpunkte. Blei 334°. Zink 235°.Legirung von5 Th. Zink und1 Th. Blei 194°       „       „3   „      „    „1   „     „   186°       „       „1   „      „    „1   „     „   241°noch immer weniger als das Mittel der Schmelzpunkte der beiden legirten Metalle.Das Rose'sche Metall: 8 Th. Wismuth (270°), 8 Th. Blei (334°) und 3 Th. Zinn (235°) schmilzt bei 95°.Die Legirung von 2 Th. Wismuth, 1 Th. Blei und 1 Th. Zinn hat den Schmelzpunkt bei 93,75°.Das Newton'sche Metall: 8 Th. Wismuth, 5 Th. Blei und 3 Th. Zinn schmilzt bei 94,5°.Von sämmtlichen Legirungen aus diesen drei Metallen, welche zum Messen des Dampfdruckes dienen, erreicht der Schmelzpunkt der am schwersten schmelzbaren Legirung aus 8 Th. Wismuth, 30 Th. Blei und 24 Th. Zinn (entspr. 8 Atmosphären) erst 172°, welcher also noch immer geringer ist als der Schmelzpunkt von Zinn.Nach den Arbeiten von B. Wood, Lipowitz und Carl Ritter v. Hauer (Wochenschrift des nö. Gewerbe-Vereines, 1865 S. 367) hat das Cadmium die Eigenschaft, den Schmelzpunkt der eben besprochenen Legirungen noch weiter herabzusetzen.Legirungen, deren specifisches Gewicht geringer wird als jenes der legirten Metalle, sind: Kupfer und Blei – Zinn und Blei – Zinn und Antimon; dagegen wird dasselbe größer bei: Kupfer und Zinn – Kupfer und Zink – Blei und Antimon. Manche von den beachtenswerthen Gewerbs-Eigenschaften des Elementes geht in die Legirung über, aber auch manche der Arbeits-Eigenschaften. (Antimon im Schriftletternmetall.) Mischungen von Rohstoffen – der Gewerbs-Eigenschaften wegen – kommen auch bei nichtmetallischen Stoffen vor, z.B. Wachs und Talg, Stearin- und Palmitinsäure bei der Kerzengießerei. III. Das Verfahren. 1) Der Rohstoff wird in einem Apparate oder auch ohne einen solchen durch Wärmezufuhr zum Schmelzen gebracht. (Schmelzapparat.) Arbeits-Eigenschaften. Textabbildung Bd. 215, S. 275 A bedeutet eine Vergrößerung des Volumens, also eine Verminderung der Dichte, wenn der geschmolzene Stoff erstarrt, also einen Vorzug, B das Gegentheil. Rohstoff; Specifische Wärme des starren Körpers c; Schmelzpunkt T° C.; Wärmeeinheiten bis zu T.; Schmelzwärme W.; Gesammtwärme w.; Specifisches Gewicht; Ausdehnungs-Coeffic. des starren Körpers von 0–100° Erwärmung; Verhalten beim Erstarren; Gesammt-Schwindmaß; Zähigkeit des geschmolzenen Rohstoffes; Verhalten der Materie bei rascher Wärmeentziehung beim Erstarren; Anmerkung; Gußstahl; Gußeisen graues; Gußeisen weißes; Kupfer; Silber; Gold; Zink; Zinn; Wismuth; Blei; Schwefel; Glas (bleifrei); Stearinsäure; Wasser; dünnflüssig; wird hart; dickflüssig; veränd. sich; flüssig; verändert sich; Das Natronglas (obwohl weniger weiß) ist dünnflüssiger, kühlt schneller und gleichmäßiger aus als Potaschenglas. Diesem setzte man Kalk zu, um es dünnflüssig zu machen 2) Der geschmolzene Rohstoff wird durch geeignete Mittel an jene Stelle gebracht, wo er zu erstarren hat. 3) Bevor dies eintritt, wird der geschmolzene Rohstoff durch Erfüllen eines hohlen Gefäßes (Form) oder durch Vertheilung über eine bestimmte Fläche in jene Lage gebracht, in welcher er, erstarrend, die beabsichtigte Gestalt einnimmt. 4) Wird in einer Form gegossen, so ist die letzte Operation das Trennen der Form von dem Gußstück. Wird eine Form nicht angewendet (Schrotgießen, Emailliren, Löthen), so entfällt diese Operation. IV. Passive Hilfsmittel. 1) Schmelzapparate. Die Schmelzapparate sind Vorrichtungen, in denen durch Verbrennung Wärme erzeugt oder ein viele freie Wärme enthaltender Stoff (Oel, Wasser, Dampf) eingebracht, dem starren Rohstoffe zugeführt und dieser in die tropfbar flüssige Aggregatform umgewandelt, endlich zweckentsprechend angesammelt werden kann. Nach der Menge des Rohstoffes, der auf einmal geschmolzen werden soll, richtet sich die Größe, nach der Art des Rohstoffes die Bauart des Schmelzapparates. Man unterscheidet drei wesentlich von einander abweichende Einrichtungen des Schmelzapparates. Entweder sind Schmelzraum und Feuerstelle vereinigt, daher der Brennstoff und der zu schmelzende Rohstoff mit einander abwechselnd in demselben Raume geschichtet, also in gegenseitiger unmittelbarer Berührung – Schacht- oder Cupolofen – oder es communicirt die Feuerstelle mit dem Schmelzraum, wenn auch jeder selbständig, so doch in der Art, daß die Flamme und die Heißluft den im Schmelzraum ausgebreiteten Rohstoff direct bestreichen können – Flammofen – oder endlich der Rohstoff befindet sich in einem tiegel- oder kesselförmigen Raume, dessen Wand der Wärmequelle ausgesetzt ist – Tiegel- und Kesselofen. Die Einrichtung der Cupol-, Flamm-, Tiegel- und Kesselöfen wird in der beschreibenden Technologie abgehandelt. Mit Rücksicht auf die vorangegangenen Erörterungen erscheint jedoch die präciseste Beschreibung der Einrichtung als mangelhaft, wenn nicht das Verhältniß der wirklich verbrauchten Wärmemenge zu dem für die Schmelzung und weitere Erhitzung erforderlichen Bedarf an Wärmemenge (W) bei jeder Construction angegeben ist. (Effect.) Zur richtigen Beurtheilung des Effectes eines Schmelzapparates ist ferner unerläßlich: die Kenntniß von dem Verhältniß des eingebrachten starren Rohstoffes zu dem gewonnenen geschmolzenen Rohstoffe oder der daraus hervorgehende Verlust (Abbrand); die Kenntniß des Kraftaufwandes für die Gebläse bei den Cupolöfen; die Kenntniß von der Betriebsdauer, dem Kapitalaufwand, den Reparaturkosten und der Amortisationsquote, d.h. kurz die Kosten des Schmelzens einer Gewichtseinheit des Rohstoffes; endlich die Kenntniß von der Qualität oder specifischen Eignung des aus dem Schmelzapparate gewonnenen Gießstoffes. Statt der Angabe der Dimensionen in ihren Grenzwerthen, empfiehlt es sich, der Präcision der zu vermittelnden Vorstellungen wegen, vielleicht mehr den Vorgang einzuhalten, daß man die Dimensionen von wirklich ausgeführten, gut functionirenden Apparaten nach einer Hauptdimension geordnet graphisch in eine Tabelle einträgt. Diese Uebersicht sollte allerdings durch die oben angeführten Daten über den Effect jeder Construction ergänzt werden. Auf Tafel Vbis sind 16 ausgewählte Exemplare von Cupolöfen so zusammengestellt, daß die Schachthöhen als Abscissen, die Schachtweiten, Formhöhen und Mauerdicken als Ordinaten eingetragen sind. Nach diesen einleitenden Bemerkungen, die allerdings nur die Richtung angeben, wie die Materialien der speciellen Technologie zusammenzuordnen, eventuell zu ergänzen wären, kann zum Vergleiche der Schmelzapparate untereinander übergegangen werden. Die Grundzüge desselben werden allenfalls folgendermaßen lauten. Die unmittelbare Berührung des glühenden Heizmateriales mit dem zuerst glühenden, dann schmelzenden Rohstoffe läßt eine Aufnahme des ersteren durch den letzteren als kaum vermeidlich erkennen. Der Brennstoff kann daher nur Holzkohle oder Coaks – der Rohstoff nur Eisen sein. Um eine Verbrennung der Kohle oder Coaks herbeizuführen, muß – da ein Zug, eine Luftcirculation, wie eine solche bei gewöhnlichen Feuerstellen mit Rost und Esse besteht, hier mangelt – kalte oder warme Gebläseluft durch die Formöffnungen in den Feuer-Schmelzraum hineingetrieben werden. Es ist daher nicht vermeidlich, daß ein Luftstrom mit dem schmelzenden Rohstoff zusammentrifft, – wieder ein Grund für die beschränkte Verwendbarkeit des Schmelzapparates. Die Größe des Cupolofens variirt bekanntlich von 12.000 Kilogrm. Eisen bis 2000 Kilogrm. herab, und selbst letztere bezeichnet noch nicht die unterste Grenze. Bei noch kleineren Oefen wird auch das geschmolzene Eisen nicht wie sonst im untersten Theile des Schachtes sondern in einem unter demselben liegenden gesonderten Kessel gesammelt (Calebasse). Diese vornehmlich in Belgien gebräuchliche Einrichtung bildet eine Näherung zu dem Kesselofen.Die zur Calebasserie dienenden Oefen werden wohl auch selbst Kessel- oder Pfannenöfen genannt. Besser wäre es, sie Kessel-Schachtöfen zu nennen. Beim Flammofen ist die Aufnahme des Brennstoffes durch den Rohstoff ausgeschlossen. Nur die Flamme, Rauch und Heißluft bestreichen den schmelzenden Rohstoff. Graues Roheisen wird, wenn es nicht bedeckt ist, theilweise entkohlt. Der Flammofen ist für alle Rohstoffe der Gießerei tauglich, welche nicht durch die directe Bestreichung seitens der Flamme Schaden leiden. Das Maximum der Rohstoffmenge bei einer Schmelzung ist allerdings um etwa ein Drittheil kleiner als beim Schachtofen, dafür ist das Minimum des Rohstoffverlustes etwa dreimal so groß als beim Cupolofen, und auch das Maximum des Abbrandes ist beim Flammofen höher als beim Schachtofen. Die geschmolzene Masse, welche beim Flammofen nicht durch den Brennstoff sich seinen Weg bahnen muß, sondern ruhig dem Sammelraume (Tiegel) zuläuft, ist weniger blasig, „schaumig“ als jene beim Cupolofen. Wo ein sehr cohärenter Guß erfordert wird (Glocken, Statuen), gibt der Flammofen von vornherein mehr Aussicht auf volles Gelingen. Nur jene Schmelzapparate, bei denen Feuerraum und Schmelzraum völlig von einander geschieden, die Tiegel- und Kesselöfen, bieten vollkommene Gewähr gegen jede Verunreinigung und unbeabsichtigte Veränderung des Rohstoffes. Der Tiegelofen gibt Gelegenheit zu den vollkommensten Heizungsvorrichtungen und höchsten Hitzegraden, sowie zu mäßigen und in engen Grenzen regulirten Temperaturen (Generatoröfen, Wasserbad, Dampfbad); er gibt den weitesten Spielraum in der Wahl des Brennstoffes und Schmelzstoffes. – Der Tiegelofen ist für die Mehrzahl der Gießerei-Rohstoffe der einzig mögliche Schmelzapparat; er löst die schwierigsten und subtilsten Aufgaben, – nur die Maximalgrenze der Rohstoffmenge ist verhältnißmäßig niedrig. Der interessanteste Bestandtheil des Tiegelofens ist der Tiegel selbst. Die Erwägungen, welche der Wahl des Ofens für die Gießerei mit einem bestimmten Rohstoff und für eine gewisse Art von Erzeugnissen vorangehen müssen, dieselben Erwägungen müssen die Wahl der Art und Größe der Tiegel bestimmen. Während es überflüssig erscheint, hier die Beschreibung der bekannten Einrichtungen von Tiegelöfen aus der mechanischen und chemischen Technologie wiederzugeben, – der Tiegelöfen für Gußstahl, Roheisen, Medaillen- und Kleinkunst, Bronze, Messing, Zink, Gold, Silber, Neusilber, der Siemens'schen und anderen Glas-Schmelzöfen, der Perrot'sche Gas-Oefen, der Sefström'schen Probiröfen etc. – um so mehr als kritische Daten, welche einen Vergleich ermöglichen, fast gänzlich fehlen, so ist dagegen eine Zusammenstellung der Tiegel und ihrer Bestimmung hier am Platze. Es gibt vier Hauptarten von Schmelztiegeln: 1) die hessischen, 2) die passauer, 3) die aus Thon, Chamotte und Coaks angefertigten und 4) die gußeisernen Tiegel. Die Bereitungsweise ist bekannt. Die unter 2 und 3 aufgezählten halten die größten Hitzgrade aus, sie dienen zum Schmelzen von Gußstahl. Zu Gußeisen verwendet man 1 und 2; für Messing 1, 2 und 3; für Kupfer 2 und 3; für Bronze 2; für Gold, Silber, überhaupt Münzzaine 2 und 4. Vergleichende verläßliche Proben fehlen indessen auch hier.Die in den Journalen enthaltenen Angaben widersprechen sich häufig. (Fortsetzung folgt.) Ist der Schmelzraum ein dünnwandiges metallenes Gefäß, dessen Weite von der Höhe nicht überwogen wird, so nennt man dieses Hilfsmittel Kessel; der Schmelzapparat ist dann ein Kesselofen, wenn er seine eigene Feuerung besitzt. Auch da sind viele Abstufungen und vollständige Reihen in Beziehung auf Vollkommenheit der Einrichtung und Größe zu erkennen, je nach den Anforderungen und dem Standpunkte des Gewerbebetriebes, der Empfindlichkeit und dem Preise des Rohstoffes. (Kesselofen für die Schriftgießerei und Asphaltschmelze, Stearin-, Kerzenfabrikation und Bleischrotgießerei etc.) Das in Rede stehende passive Hilfsmittel kann nicht verlassen werden, ohne daß hier noch eine Bemerkung angefügt würde. Es kommt vor, daß die Rohstoffe vor dem Schmelzen schon in die Lage gebracht werden, welche sie während des Schmelzens beibehalten und in der sie auch nach dem Erstarren zu verbleiben haben. Dies ist der Fall beim Email, bei der Glasur, beim Löthen. In allen diesen Fällen werden die Objecte, auf denen der Schmelz- und der Erstarrungsproceß – also das Gießen – sich vollzieht, entweder in einen Muffelofen oder über eine Feuerstelle gebracht. Es kann dabei also von einem eigenen Schmelzapparat in dem bisherigen Sinne nicht die Rede sein.