Titel: | Röhren und Röhrenverbindungen. |
Fundstelle: | Band 305, Jahrgang 1897, S. 248 |
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Röhren und Röhrenverbindungen.
(Schluss des Berichtes S. 225 d. Bd.)
Mit Abbildungen.
Röhren und Röhrenverbindungen.
Untersuchung von Kupferröhren bei der kaiserl. Marine.
Aus Veranlassung verschiedener Unfälle an Rohrleitungen von Schiffen hat die
kaiserl. Werft zu Wilhelmshaven eingehende Versuche an Kupferröhren ausgeführt,
insbesondere auch Versuche mit Umwickelungen von Kupferröhren, um diesen grössere
Widerstandsfähigkeit zu geben. Der Marinebauinspector Köhn
v. Jaski berichtete über diese Versuche in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Bd. 39 S. 780, woraus wir
das Wesentliche mittheilen.
In der deutschen Kriegsmarine sind dampfführende Rohre stets aus Kupfer hergestellt
und ihre Wandstärken so bemessen, dass die Materialbeanspruchung höchstens 2 k/qmm beträgt,
vorausgesetzt, dass die Wandstärke der Rohre überall gleich und das Material
vollständig gleichartig ist. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass auf letzteres
bei gezogenen Rohren mit Sicherheit nicht zu rechnen ist, während die Haltbarkeit
gelötheter Rohre vollständig von der Güte der Löthung abhängt. Bei ungeschickter
Behandlung der zu löthenden Rohre im Feuer wird das neben der Löthnaht liegende
Kupferblech verbrannt und die Festigkeit und Dehnbarkeit des Materials an dieser
Stelle bedeutend vermindert. Sowohl in der deutschen Kriegsmarine als auch
anderweitig sind so schlechte Erfahrungen mit gelötheten Rohren gemacht worden, dass
deren Verwendung möglichst eingeschränkt werden musste. Es sei nur an den Rohrbruch
auf dem Dampfer „Elbe“ im J. 1887 erinnert, in
welchem Falle eine Verringerung der Festigkeit des neben der Löthnaht liegenden
Materials um 13 Proc. und eine Verminderung der Dehnbarkeit um 70 Proc. durch
Zerreissversuche mit Proben, die neben der Löthnaht und entfernt davon entnommen
waren, nachträglich erwiesen worden ist. In gezogenen Rohren findet man vor allem
unganze Stellen in der Form von Längsrissen, welche bei der Fabrikation durch
Ausziehen kleiner Luftblasen oder unreiner Stellen in dem ursprünglichen Kupferblock
entstehen und günstigsten Falles bei Kaltwasserdruckprobe durch Aufreissen des
Rohres, gewöhnlich aber erst bei einer aussergewöhnlich grossen Beanspruchung der
Rohre zu Tage treten.
Um diesen Unvollkommenheiten der Fabrikation Rechnung zu tragen, wurde früher in der
deutschen Kriegsmarine die Wandstärke kupferner Dampfrohre nach der Formel
\delta=\frac{p\,.\,D}{400}+1,5\mbox{ mm}
bemessen, worin
δ = Wandstärke in mm,
p = Dampfspannung in k/qc und
D = innerer Rohrdurchmesser in mm
zu setzen ist, während die Materialbeanspruchung eines nach
der Formel \delta=\frac{p\,.\,D}{400} construirten Rohres, eine
gleichmässig gute Wandstärke vorausgesetzt, nur 2 k/qmm beträgt, mithin schon einer etwa
10fachen Sicherheit entspricht.
Veranlasst durch den Rohrbruch auf dem Dampfer „Elbe“, sowie denjenigen auf der elektrischen Centralstation in
Deptford am 9. Juli 1889, legte Denny in Dumbarton
bereits im J. 1890 einzelne Bänder von etwa 6 bis 8 mm starkem Rundstahl in
rothwarmem Zustande um Dampfrohre. Aehnliche Rohrverstärkungen sind dann von
verschiedenen Maschinenfabriken angewandt worden, während in der englischen
Kriegsmarine eine Umwickelung der Rohre mit Kupferdraht eingeführt wurde.
Bevor die deutsche Kriegsmarine einschlägige Anordnung traf, wurden auf der kaiserl.
Werft zu Wilhelmshaven Versuche mit verschiedenen Rohrumwickelungen ausgeführt,
deren Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden sollen.
Es wurde zunächst festzustellen versucht, auf welche Festigkeit bei gezogenen
Kupferrohren unter Berücksichtigung ungleicher Wandstärken und kleiner
Materialfehler gerechnet werden könne. Zu diesem Zwecke wurden Rohre aus den
Magazinbeständen mit Flanschen versehen und durch inneren Kaltwasserdruck
zerstört.
Die Versuche sind tabellarisch zusammengestellt und es ergab sich, dass bei
gleichartigem Rohrmaterial die Formel
\delta=\frac{p\,.\,D}{400}+1,5\mbox{ mm}
genügend Sicherheit bietet; nicht aber bei dem Vorkommen
unganzer Stellen, wo dann bei eintretenden Wasserschlägen Bruch entsteht. Die
Versuche haben die Nothwendigkeit erwiesen, die Widerstandsfähigkeit der Rohre zu
verstärken. Es konnten hierbei nur vollständige Umwickelungen zur Frage kommen und
es wurden nun Versuche angestellt, um die Wirksamkeit der verschiedenen
Umwickelungen zahlenmässig festzustellen. Als Norm wurde dabei bedungen, dass die
Beanspruchung sich in einem günstigen Verhältnisse auf die Rohrwandungen und die
Umwickelung vertheile und mindestens eine Umwickelung gegen 150 k/qc inneren Druck
erreicht werden müsse. Die Drahtseile wurden zunächst in einfachen Windungen dicht
neben einander auf das Rohr gewickelt.
Kupferdrahtseil erwies sich als zu dehnbar. Trotz des grossen Gewichtes und des hohen
Preises dieser Umwickelung wurde die Rohrwand verhältnissmässig wenig entlastet und
das Rohr stark ausgeweitet.
Das verzinkte Stahldrahtseil von 0,5 cm Umfang erwies sich für Rohre von 200 mm
Durchmesser als zu schwach, die Stahldrahtseile von 1,25 und 2 cm Umfang für die
Rohre von 200 und 300 mm Durchmesser als zu stark. Es entsprachen den vorher
erwähnten Bedingungen für Rohre von 200 mm innerem Durchmesser verzinkte
Stahldrahtseile von 0,75 cm Umfang, für Rohre von 300 mm innerem Durchmesser solche
von 1 cm Umfang.
Jetzt war festzustellen, in welcher Weise die Umwickelung am besten auszuführen sei.
Es wurden daher der Reihe nach die in Fig. 14 bis 18 veranschaulichten
Umwickelungsarten angewandt und die so umwickelten Rohre Kaltwasserdruckproben
unterworfen. In Wirklichkeit lagen die einzelnen Parten bei allen Wickelungsarten
dicht neben einander wie in Fig. 14; sie sind bei den anderen Mustern jedoch aus einander gezogen
gezeichnet, um die Wickelungsart deutlicher erkennen zu lassen. Die eingeschriebenen
Zahlen sollen den Lauf der Windungen verfolgen helfen. Zu den Wickelungen wurden
verzinkte Stahldrahtseile verwandt.
Bei der Wickelung Fig.
15 wird das Seil sehr ungünstig durch die Knotungen beansprucht. Obgleich
das Seil stärker gewählt war, als dies nach Versuch 10 erforderlich gewesen wäre,
rissen schon bei 132 k/qc innerem Kaltwasserdruck acht neben einander liegende Parten auf einmal
in den Knoten.
Besser bewährte sich die Umwickelung Fig. 16. Bei dem Bruch
einer Part wurden zwar die daneben liegenden Parten lose, zogen sich bei weiterer
Ausdehnung des Rohres aber wieder fest. Bei Fortsetzung der Druckprobe rissen bei
150 bis 170 k/qc
innerem Druck noch mehrere Parten an verschiedenen Stellen. Die daneben liegenden
Parten zogen sich aber immer wieder fest.
Die Wickelung Fig. 17
verhielt sich ebenso wie die Wickelung Fig. 16, nur wurden die
neben der Bruchstelle gelegenen Windungen etwas weniger lose.
Bei Wickelung Fig. 18
brach die erste Part bei 170 k/qc
innerem Druck, die
daneben liegenden Parten blieben jedoch fest. Bei der Fortsetzung der Druckprobe
brachen weitere Parten erst bei 180 k/qc innerem Druck und alle daneben liegenden Parten
blieben fest. Das Rohr weitete sich nun an den Stellen aus, an welchen Brüche des
Drahtseils stattgefunden hatten, und eine Anzahl weiterer Parten brach bei 100 bis
120 k Druck, aber alle nicht gebrochenen Parten blieben fest auf der Rohrwand
liegen.
Die Wickelungsart Fig.
18 hatte sich als die vortheilhafteste erwiesen und konnte nach ihrem
Verhalten bei dem Brechen als durchaus brauchbar zur Verwendung an Bord bezeichnet
werden.
Da die Versuchsrohre anscheinend Materialfehler nicht enthielten, so erübrigte noch,
festzustellen, wie ein fehlerhaftes, aber mit Drahtseil in der vortheilhaftesten
Weise umwickeltes Kupferrohr sich bei grosser Beanspruchung durch inneren Druck
verhalten würde. Zu diesem Zwecke wurde ein Rohr an einer Stelle auf 200 mm Länge
durch Einfräsen auf ¼ der ursprünglichen Dicke geschwächt und dann umwickelt. Bei
einem inneren Kaltwasserdruck von 210 k/qc brachen die ersten Parten des Stahldrahttaues und
zwar an dem von der geschwächten Stelle des Rohres entfernt liegenden Ende des
Rohres. Bei der Fortsetzung der Druckprobe schwankte der Druck zwischen 150 und
165k/qc,
während der von der Umwickelung frei gewordene Theil des Rohres sich aufweitete und
schliesslich bei 165 k/qc im vollen gesunden Material aufplatzte. Da der Bruch nicht an der
geschwächten Stelle eintrat, so war die örtliche Schwächung der Rohrwand ohne
Einfluss auf die Festigkeit des umwickelten Rohres gewesen. Die Ursache dieses
günstigen Ergebnisses dürfte darin zu suchen sein, dass die geringe Nachgiebigkeit
des Stahldrahttaues auch nur eine geringe Ausdehnung des Rohres gestattete und
dadurch das Aufreissen der geschwächten Stelle verhütete.
Textabbildung Bd. 305, S. 249
Röhrenumwickelungen.
Rechnet man die Normalbeanspruchung des probirten Rohres zu 15 k/qc innerem
Druck, so war die Sicherheit bei einem 8fach, bei einem anderen 11fach gewesen, und
zwar ist der Gewinn allein der Umwickelung mit dem festen, unnachgiebigen
Stahldrahttau zuzuschreiben, welches den künstlich hergestellten Materialfehler
unschädlich gemacht hatte, während das Kupferdrahtseil die Festigkeit allerdings
erhöht hatte, jedoch bei weitem nicht in dem Maasse, wie das Stahldrahtseil.
Auf Grund der Versuchsergebnisse wurden für die Construction kupferner Dampfrohre für
die Schiffe der deutschen Kriegsmarine die folgenden Bestimmungen erlassen:
1) Die Materialbeanspruchung der Kupferrohre soll in keinem Falle 2 k/qmm übersteigen.
Bei denjenigen Rohren, welche bestimmungsgemäss mit Stahldrahttau umwickelt
werden, ist die Festigkeit der Umwickelung ausser Rechnung zu lassen. Die
Wanddicke dieser Rohre muss demnach mindestens
d=\frac{p\,.\,D}{400} mm sein; doch soll sie nicht unter 4 mm
betragen, damit eine sichere Befestigung der Flansche ermöglicht wird. Nicht
bewickelte Kupferrohre sollen eine Wandstärke von mindestens
d=\frac{p\,.\,D}{400}+1,5\mbox{ mm} erhalten.
2) Gelöthete Rohre sind für höhere Dampfspannungen auszuschliessen. Zu den Leitungen
für hochgespannte Dämpfe sind entweder auf die gewöhnliche Manier gezogene oder aus
Kupferblech hergestellte, mit Doppellaschen zusammengenietete Rohre zur Verwendung
zu bringen.
3) Sobald die gezogenen Rohre einen inneren Durchmesser von 120 mm und darüber
erhalten und Dampf von 7 k/qc Ueberdruck und mehr Spannung zu leiten haben,
sind dieselben mit Stahldrahttauwerk zu umwickeln. Um die Stahldrahtumwickelung
gegen Rosten zu schützen, ist dieselbe vor der Bekleidung der Rohre mit Firniss zu,
streichen.
Der Vollständigkeit wegen sei hier noch eine Bestimmung hinzugefügt, zu welcher die
Ergebnisse anderer Versuche geführt haben:
4) Alle kupfernen Dampfzuleitungsrohre von 120 mm innerem Durchmesser und darüber,
welche Dampf von 7 k/qc Ueberdruck und mehr Spannung zu führen haben, sind mit aufgenieteten,
nicht aufgelötheten Flanschen zu versehen.
Für diejenigen, welche der Ansicht sein sollten, dass die in den vorstehend
aufgeführten Bestimmungen geforderte Sicherheit zu hoch sei, soll noch erwähnt
werden, dass auf der kaiserl. Werft zu Wilhelmshaven Versuche ausgeführt worden
sind, bei welchen durch Einlassen von Dampf von 5 k/qc Ueberdruck in Rohre von 150 bezieh.
310 mm Durchmesser und 5 bezieh. 6 mm Wandstärke, welche zum Theil mit Wasser
angefüllt waren, künstlich Wasserschläge erzeugt worden sind, welche Brüche
herbeigeführt haben in derselben Weise, wie solche im Bordbetriebe vorkommen, und
als deren Ursache Wasserschläge angenommen waren. Hierbei sind durch
Maximummanometer Drücke bis zu 150 k/qc festgestellt worden.
Die durch die verfügte Umwickelung der dampfführenden Kupferrohre mit verzinktem
Stahldrahttauwerk verursachte Gewichts- und Preiserhöhung ist demnach durchaus
gerechtfertigt und wird beibehalten werden müssen, bis andere Fabrikationsarbeiten
oder andere im. Bordbetrieb verwendbare Materialien gestattet werden, von solchen
Sicherheitsmaassregeln Abstand zu nehmen.
Versuche, welche auf den kaiserl. Werften mit Kupferrohren angestellt worden sind,
die nach dem Mannesmann- und dem Elmore-Verfahren hergestellt waren, haben bisher
die von mancher Seite erwarteten günstigen Ergebnisse noch nicht gehabt.
Ueber die Röhrenabtheilung der Berliner Gewerbeausstellung berichtet Dr. H. Wedding in Stahl und
Eisen Folgendes:
Die Mannesmannröhren-Gesellschaft hat durch eine
eindrucksvolle Ausstellung im Hauptgebäude bewiesen, dass sie jetzt auf den
richtigen Standpunkt gekommen ist, nämlich mit ihrem genialen aber kostspieligen
Verfahren nicht, mit gewöhnlichen Röhren den Wettbewerb fortführen zu wollen, sondern sich auf
solche Gegenstände zu beschränken, welche durch andere Verfahren schwer oder gar
nicht ohne Handarbeit herzustellen sind. Hierhin gehören besonders abgesetzte, d.h.
im Verlaufe ihrer Länge an Durchmesser sprungweis abnehmende, oder konische Röhren,
erstere besonders für Mäste zu elektrischen Leitungen, Telegraphen u.s.w., letztere
für Kessel geeignet.
Von seinen bekannten vortrefflichen längsgeschweissten Hohlkörpern hat W. Fitzner in Laurahütte ausgezeichnete Stücke
vorgeführt, allerdings an einem Orte, wo Niemand sie erwarten konnte, in der
Colonialausstellung.
Dass gut geschweisste Rohre mehr aushalten als genietete Rohre von gleichem Gewicht,
liegt auf der Hand, um aber auch Zutrauen zu der Zuverlässigkeit der Schweissung zu
erwarten, garantirt Fitzner für jeden Theil der
Schweissnaht 95 Proc. derjenigen Zerreissfestigkeit, welche das volle Blech des
Rohrs besitzt.
Als Beispiel grossartiger Ausführung sei der Gefechtsmast S. M. Kreuzer II. Kl. „Ersatz Freya“ genannt. Er besteht aus zwei
centrisch in einander stehenden Röhren von 19,73 m Länge und 2,1 m Durchmesser bei 5
mm Wandstärke. Der zweite (hintere) Mast des Schiffes ist 32,7 m lang und verläuft
konisch von 0,65 m unterem zu 0,15 m oberem Durchmesser. Unten ist das Blech 8 mm,
oben 5 mm stark.
Ein dritter Ausstellungsgegenstand ist das Tempelchen der Rheinischen Metallwaaren- und Maschinenfabrik in Düsseldorf, welches
ebenfalls nur schwer von Besuchern der Ausstellung aufgefunden werden kann. Hier
können die verschiedenartigsten Rohrherstellungsweisen studirt werden; da finden
sich vor allen Dingen die nach dem Erhardt'schen
Verfahren aus geschmiedetem Flusseisen durch Eindrängung eines Dornes hergestellten
Hohlkörper, welche bis über 1000 at Druck ertragen, hohle Achsen, Flaschen für
hochgespannte Gase, Granaten u.s.w., sodann spiralgeschweisste Rohre, welche jetzt
mit grosser Vollkommenheit hergestellt werden.
Die Benutzungsarten der verschiedensten Rohrarten sind in anschaulicher Weise an
einem Bohrthurm für Tiefbohrungen vereinigt.
Ferner haben noch, ebenfalls in der Colonialabtheilung, die Duisburger Eisen- und Stahlwerke eine Sammlung ihrer nahtlosen Stahlrohre
mit Langrippen, welche nach einem dem Werke eigenthümlichen Verfahren ohne jede
Schweissung aus dem im eigenen Werke erzeugten Siemens-Martin-Flusseisen in Längen
bis zu 10 m und in verschiedenen Wandstärken verfertigt sind, ausgestellt. Die Rohre
haben zwei parallel laufende Langrippen von etwa 25 mm, unter Umständen bis 50 mm
Breite, welche von der doppelten Dicke der Rohrwandstärken sind. Durch diese Rippen
wird eine starke Längs Versteifung erzielt, die es ermöglicht, solche Rohre in
grossen Längen freitragend ohne Unterstützungen, sodann sehr zweckmässig als Säulen,
Telegraphen-, Telephon-, Licht- und Strommaste zu verwenden. Das vorzügliche
Material ermöglicht es, die Rohre in verhältnissmässig geringen Wandstärken bezieh.
in leichteren Gewichten zu fabriciren, ohne dabei die Sicherheit für hohen Druck
einzubüssen; auch sind die Kosten der mit verschiedenartigen Flanschenverbindungen
versehenen Rohre bedeutend geringer, da die grossen Erzeugungslängen weniger
Verbindungen erforderlich machen.
Die Rohre werden ohne Anstrich, asphaltirt, geölt, gemennigt oder verzinkt
geliefert, auch gestatten die beiden Längsrippen eine ausgezeichnete und dauerhafte
Umhüllung der Rohre mit Isolirungen. Für jedes Rohr, welches auf 15 bis 20 at
Wasserdruck geprüft wird, übernehmen die genannten Werke eine 1jährige
Betriebsgarantie. Die Rohre haben sich, wie man hört, in Folge ihrer wesentlichen
Vorzüge und der erwähnten Eigenschaften bereits für alle möglichen Leitungen
vortheilhaft und schnell bei sämmtlichen Industriezweigen eingeführt, ebenso sind
staatliche und städtische Behörden, Elektricitätsgesellschaften, grössere Werke
u.s.w. schon in bedeutendem Maasstabe zum Bezüge der aus den Rohren hergestellten
Telegraphen-, Telephon-, Licht- und Strommaste übergegangen.
Ueber Röhrenverbindungen ist nicht gerade Hervorragendes zu berichten, es seien hier
nur folgende kurz erwähnt:
Textabbildung Bd. 305, S. 250
Fig. 19.Flanschen- und Ventildichtung von Bavier.
D. R. P. Nr. 71059: Flanschen- und Ventildichtung von Ch. S.
Bavier in New York, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein
kegelförmiger Flansch- oder Ventilkörper E (Fig. 19) in einen kreisförmigen Metallring W gepresst wird, welcher eine elliptische Formänderung
dadurch ermöglicht, dass er auf einer ebenen Fläche frei verschiebbar aufruht oder
auf einem dünnwandigen Rohrstück befestigt ist.
Textabbildung Bd. 305, S. 250
Fig. 20.Rohrverbindung mit eingelegtem Doppelschraubstück und loser
Vielkanthülse von Kaeferle.
D. R. P. Nr. 83914: Rohrverbindung mit eingelegtem Doppelschraubstück und loser
Vielkanthülse von Fritz Kaeferle in Hannover. Ein Rohr
stück c (Fig. 20) mit
Vielkant bei d und beiderseitigem Gewinde
entgegengesetzter Steigung wird mittels eines dasselbe lose umfassenden Bundes d (mit oder ohne Rille für eventuelle
Dichtungsstreifen) von aussen durch einen Schlüssel gedreht und presst die Rohre ab gegen den Bund d dicht
an.
Die Rohrverbindung zeigt allerdings ein glattes Aeussere, doch ist die Verengung des
Durchflusses immerhin ein Uebelstand.
Textabbildung Bd. 305, S. 250
Fig. 21.Verschiebbare Röhrenverbindung von Lister.
Die verschiebbare Röhrenverbindung von Joseph Lister,
Chicago, ist durch amerikanisches Patent Nr. 502733 geschützt. Die Röhrenenden aa1 (Fig. 21) sind aussen mit Schraubengewinde versehen und
werden durch eine Mutter b zusammengehalten, welche ein
Verschieben der Röhren, durch Herausdrehen derselben, um einige Gewindegänge
gestattet. Das eine Röhrenende c1 läuft an seiner Aussenfläche verjüngt aus, während
es an Seiner Innenfläche mit einer Reihe von ringförmigen Aussparungen versehen ist.
Dieses Röhrenende c1
wird auf das andere Röhrenende a geschoben. Ueber das
äussere konische Rohrende c wird nun eine Muffe c unter Anwendung von Druck nach dem dickeren Theile
von c1 zugeschoben oder
geschraubt, wodurch c1
gegen a gedrückt und die Verbindung gesichert wird;
dieselbe gestattet, wie ersichtlich, leicht ein Verschieben der Rohre.
D. R. P. Nr. 84166 (A. Unger und R. Stiehler in Zwickau i. S.) bezweckt die Sicherung
der Dichtung von Muffenrohrleitungen. Beim Zusammenziehen der beiden gelenkig
verbundenen Theile einer Schelle legt sich die innere Kante der schmäleren Seite e (Fig. 22) an die Kehle
l der Muffe, gleitet an dieser herab, drückt durch
Anlegen des Ansatzes g der breiten Seite f die Bleidichtung m in
die Muffe und dichtet dadurch die Rohrverbindung sicher ab.
Textabbildung Bd. 305, S. 251
Fig. 22.Sicherung der Dichtung von Muffenrohrleitungen von Unger u.
Stiehler.
Eine Rohrkuppelung von R. Wigan in Manchester nimmt zur
Dichtung Leder- oder Gummistulpen zu Hilfe, die entweder durch den inneren Druck
dichten (Fig. 24), oder
bei denen nachstellbare Flanschen zur Verwendung kommen (Fig. 25), oder
nachziehbare Schraubenstücke (Fig. 23).
Textabbildung Bd. 305, S. 251
Rohrkuppelung von Wigan.