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d'z dx2

=

45 p 4 Eh3

reducirenden Differenzialgleichung der

Falle auf
elastischen Fläche hervorgeht.

b) Berechnung der Dice h.*)

Zur Berechnung der Dicke h müssen wir nach Gleichung (47) und (48) der Theorie den Werth der Function P bes stimmen. Die allgemeine Untersuchung, an welchen Punkten der Platte diese Function ihre Maximalwerthe erreicht, scheint sich nicht auf einigermaßen einfachem Wege führen zu lassen; man sieht indeß auch ohne Rechnung leicht ein, daß die Anstrengung entweder im Mittelpunkte, oder aber in den Ecken am bedeutendsten sein wird. Nun wird für den Mittelpunkt, wenn man berücksichtigt, daß gleich Null, und daß wegen ba der parallel zur Kante 2a gelegte Schnitt die größere Krümmung zeigt,

dort

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dx dy X

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απ

2

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Π

Π

e

4a2

2 a❜

απ

1+ a2

e +1

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Eh 82z 2 8x8y

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*) In einer Anmerkung zu ber mehrfach citirten Abhandlung (a. a. D. S. 420) befindet sich eine Notiz, hinsichtlich deren hier eine ergänzende Berichtigung Platz finden möge. Bekanntlich bleibt in der allgemeinen Lamé'schen Elasticitätstheorie der relative Betrag der mit einer einfachen Ausdehnung verknüpften seitlichen Contraction unbestimmt, während er in der, den vorliegenden Entwickelungen zu Grunde liegenden Theorie gleich sich ergab; gegenüber nun den Resultaten gewisser Ber suche, welche für diesen Betrag eher den Werth zu ergeben scheinen (welcher Werth denn auch unter anderen von Hrn. Dr. Grashof in seiner „Festigkeitslehre“ vorwiegend benußt wird), wurde nun in jener Anmerkung darauf hingewiesen, daß, abgesehen von allen theoretischen Gründen, hauptsächlich der Umstand für den Werth spräche, daß er mit Ausnahme nur seltener Fälle die stärkeren Dimensionen liefere; dabei wurden als solche Ausnahmefälle diejenigen bezeichnet, in welchen die elastische Fläche an der am meisten in Anspruch genommenen Stelle der Platte sattelförmig gekrümmt ist“. Bei Untersuchung der rechteckigen Platten hat sich indeß herausgestellt, daß diese vermeintlichen Ausnahmen es in Wirklichkeit nicht sind, daß vielmehr die Fälle, in denen bei einer relativen Contraction von sich stärkere Dimensionen ergeben, als bei einer solchen von, viel seltener, wenn nicht vielleicht ganz ausgeschloffen find; ein Grund mehr, sich mit Rücksicht auf die Sicherheit in den Anwendungen für den letteren Werth zu entscheiden.

"

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Beide Formeln gelten für jedes n> 1, auch für n=∞, wofür P. nicht, wie es aus der Doppelsumme auf den ersten Blick scheinen möchte, gleich Null wird. Für ein gegebenes n ist nun blos der größere der beiden Werthe P und P. zu ermitteln und gleich dem Tragmodul k zu seßen, wodurch die Bestimmungsgleichung für die Dicke h gewonnen ist; nennt man die jedesmalige größere der beiden obigen Klammern kurz 9(n), so wird

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45 a' p π3 h2

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72

19 21

Speciell für die Mittelpunkte der beiden Kanten wird auf fünf Decimalen

16 ар 72

Y=-8ap (0,91597

Nennen wir X, und Y, die diesen Kräften entgegengesezten specifischen Reactionen der Widerlagskanten, so können wir dieselben auf die Form bringen

Xap., Y1 =ap.",

worin und nur noch Functionen von n find, deren Werthe die Tabelle angiebt.

Es würde nun schließlich noch zu untersuchen sein, wie sich die Transversalkräfte X und Y ändern, wenn man von den Rändern nach der Mitte der Platte hin geht; von praktischem Interesse ist diese Frage hauptsächlich dann, wenn die eine Kante überwiegend groß gedacht wird. Seßen wir nun n∞ und berechnen Y für den Punkt der y Axe, welcher um ma von der fürzeren Kante 2a entfernt ist, so ergiebt sich durch Entwickelungen, welche zu weitläufig ausfallen, um sie bei der untergeordneten Bedeutung dieser Nebenfrage hier zu reproduciren, daß für m> 2 mif einer Genauigkeit von 5 Ziffern 8 9-u -2m ist.

Y=-ap. ар

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2

π

um

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Bemerkungen über verschiedene in der Praxis vorkommende Fehler an Sicherheitsventilen von Dampfkesseln.

Vom Maschinenmeister C. Holtzhausen.

(Hierzu Tafel XIV.)

Obschon ein so überaus wichtiges Thema, wie das der Dampfkesselanlagen ist, oft genug eingehend erörtert worden, so hat man nach meiner Ansicht doch bisher noch zu wenig Aufmerksamkeit einem sehr wichtigen Armaturtheile, dem Sicherbeitsventile, geschenkt, weshalb ich es für keinesweges überflüssig halte, Fachgenossen und Besizern von Dampffesseln verschiedene Mängel an Dampfkesseln, speciell an den Sicherheitsventilen, und die geeigneten Vorschläge zu deren Beseitigung zu bezeichnen.

Ich gehe von dem Gesichtspunkte aus, daß, obwol bisher bei allen Sicherheitsventilen die gesezlichen Bestimmungen geltend gemacht worden sind, sich doch oftmals an denselben Constructionsfehler vorfinden, welche nicht als unschädlich bezeichnet werden können, aber auch nicht im directen Widerspruch mit den Polizeigesehen stehen; allein die später angedeuteten Mängel schließen die Möglichkeit nicht aus, daß der Kesselwärter, welcher oftmals mit den Gefahren des Dampfkesselbetriebes wenig bekannt ist, in Folge dringendster Noth, z. B. bei vorzeitigem Abblasen der Sicherheitsventile, zu verbotenen Maßregeln seine Zuflucht nimmt. Fällt aber ein solcher Grund durch Beseitigung aller Mängel fort, so wird Niemand weniger daran denken, an den Sicherheitsventilen zu experimentiren, als der Maschinen- resp. Kesselwärter, und dem Kesselbefizer werden außer größerer Sicherheit noch anders weitige Vortheile daraus erwachsen. Leider muß ich auch zugeben, daß Besteller von Dampfkesseln die Ansprüche auf deren Billigkeit oftmals auf ein solches Maß stellen, daß der Lieferant zu solchen Constructionen seine Zuflucht nimmt, welche die wenigsten Kosten bedingen, dagegen minder zuver

XIV.

lässig sind. Möchte man es doch allgemein als Ehrenfache betrachten, eine bei Beschaffung von Sicherheitsventilen angebrachte geringfügige Sparsamkeit zu vermeiden.

Ich kann ferner hierbei nicht unterlassen aufmerksam zu machen auf einen Aufsaß des Maschinen-Inspector Schönemann, welcher in der Zeitschrift „Der praktische Maschinenconstructeur" im 1. Jahrgange, 1868, S. 180, enthalten ist und die Ursachen des vorzeitigen Abblasens von Sicherheitsventilen deutlich zur Anschauung bringt. Hätten viele Maschinenbauer die in dem gedachten Aufsag aufgestellte Theorie, welche denselben nicht unbekannt sein konnte, von jeher befolgt, so würde nicht so manches mangelhafte Ventil bis auf die jüngste Zeit dem Betriebe übergeben worden sein.

Möchten Fachgenossen durch diese Zeilen zu einer unparteiischen Prüfung verschiedener Sicherheitsventile, von denen ich sechs verschiedene Constructionen auf der beiliegenden Taf. XIV zur Beurtheilung übergebe, veranlaßt werden, damit dem weniger Kundigen die beste Construction resp. ein Normalinstrument bezeichnet werden kann.

Zur speciellen Beleuchtung des vorhin erwähnten Gegenstandes bezeichne ich als wesentliche Mängel so mancher Sicherheitsventile folgende:

Die Construction vieler Sicherheitsventile bedingt eine mangelhafte Ausführung derselben, weil die Belastung des Ventildeckels resp. Kegels nicht in der Are des ganzen Ventils erfolgen kann, und hierdurch ein Ecken oder Kanten des Ersteren, folglich ein Abblasen des Dampfes vor erreichter zus lässiger Dampfspannung stattfinden muß. Dieser Falls wird bei Ventilen mit Hebelbelastungen um so bemerkbarer, je kürzer

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der auf demselben ruhende Stift a ist (Fig. 7). Man ist der Meinung, den Fehler, welcher durch einen nicht ganz in der Are des Ventils stehenden Stift entsteht, dadurch zu bes seitigen, daß man legterem eine möglichst scharfe Spize giebt, ohne jedoch dadurch aus leicht erklärlichen Gründen ein befriedigendes Resultat zu erlangen.

Um Kosten zu sparen, macht man die Hebel sehr häufig aus Gußeisen, befestigt ihre Drehungspunkte an mit dem Ventilkörper angegossene Laschen und erreicht dadurch nur unrichtige Stellungen, wie auch falsche Abmessungen der HebelLängen; erwägt man ferner, wie viel an Reibung durch diese in der Regel im dampferfüllten Raume liegenden gußeisernen Hebel verloren geht, so darf man sich nicht wundern, wenn die auf's Genaueste berechneten Belastungsgewichte zur Erreichung der beabsichtigten Spannung häufig nicht ausreichend find.

Häufig findet man bei älteren Kesselanlagen winkelartig gebogene gußeiserne Belastungshebel, wie in Fig. 2 zu er sehen, welche mit größter Mühe kaum in die richtige Lage gebracht werden können, eine Schwerpunktsbestimmung schwer gestatten und bei Erhebung des Ventiles eine Vergrößerung der Belastung hervorrufen. Solche Ventile können daher selten richtig functioniren, und sollte man sie überall, wo sie sich noch vorfinden, zu beseitigen suchen. Ich möchte hier auch nicht unerwähnt lassen, wie mir bei Revisionen vorgekommen ist, daß an einen Belastungshebel dieser Construction die beiden Bolzen nicht parallel standen, also die Entfernungen a und a', Fig. 3, differirten; natürlich stimmten sie auch mit den Entfernungen an dem anderen Hebel nicht. Hören da nicht jede Angabe und richtige Berechnung auf?

Das vom Maschinen - Inspector Thomeßeck in Bd. VII d. 3. empfohlene Sicherheitsventil, Fig. 6, ist zwar den vorgenannten Ventilen mit Hebelbelastungen vorzuziehen, jedoch nur unter der Bedingung, daß die Ventilsige völlig horizontal stehen, in welchem Falle nur allein der Druck auf die Ventilė in der Axe erfolgen kann. Allein diese Ventilconstruction bedarf viel Material, ist also nicht billig, und viel Raum, außerdem ist die Handhabung der Ventile resp. das Auflegen der Belastungsgewichte eine sehr unbequeme. Endlich bat das von Thomeßeck empfohlene Ventil resp. der Ventilsig eine durchbrochene Verlängerung nach oben, wie auch das in Fig. 7 angegebene Ventil behufs Führung für den Ventilkegel; bei beiden kommt die ganze lichte Oeffnung zur Geltung, mithin können selbige, weil keine Stege in Abzug gebracht werden, kleiner als diejenigen mit nach unten gekehrten Führungsstegen angewendet werden. Dieser anzuerkennende Vortheil, welcher durch die nach oben verlegte Führung erzeugt worden ist, wird aber in dem genannten Falle dadurch wesentlich beeinträchtigt, daß meinen Erfahrungen gemäß derartige Ventile nicht zum sichern Schluß zu bringen waren, so viel Sorgfalt auch bei Behandlung derselben verwendet wurde. Ich schreibe dies lediglich dem Umstande bei, daß bei nicht ganz reinen Speisewassern Schlammtheile mit dem Dampf mechanisch bei dem Abblasen fortgeriffen werden und daß Leztere auf der Dichtungsfläche an den vorstehenden Stegen bb, Fig. 7, wo der Dampf sich stößt, liegen bleiben und dadurch das Ventil am dampfdichten Verschluß hindern.

Häufig werden die metallenen vorher bearbeiteten Ventil

size mit conischer Verjüngung und eingedrehten Nuthen versehen, um, nachdem Leztere mit Hanfschnur und Mennigfitt ausgefüllt worden, mit Hämmerschlägen in den gußeisernen Ventilkörper getrieben zu werden. Wenn nun einerseits zugegeben werden muß, daß der Ventilsig sich dann nicht immer genau in der Are des Ventilkörpers befinden mag, so ist andererseits ein solches Verfahren nicht gut zu heißen, weil die Hanfschnur mit dem Kitt einer Veränderung unterworfen ist, die ein Heben des Ventilsizes zur Folge haben kann, wie bereits die Erfahrung mehrfach dargethan hat. In einem solchen Falle findet der Dampf, auch wenn das belastete Ventil gehoben worden ist, feinen Ausweg und bedingt Gefahr.

Vielfach findet man Sicherheitsventile mit breiten horizontalen Schlußflächen, welche aber troß aller beim Einschleifen verwendeten Mühe, richtiger Stellung und genau normirter Belastung ein vorzeitiges Abblasen des Dampfes erkennen lassen. Da das Einschleifen der Ventile nach üblicher Weise in concentrischer Bewegung geschieht, so entsteht bei einigermaßen breiter Ringfläche ein Hohlschleifen derselben, indem der nach innen gekehrte Theil der Ringfläche beim Schleifen stärker angegriffen wird als die äußere Peripherie, wodurch nach dem Innern der Ringfläche ein nicht meßbarer Spalt entsteht, welcher dem Dampfdruck ausgesezt die ursprünglich in Rechnung gezogene Druckfläche bedeutend vergrößert und daher mit der berechneten Belastung nicht im Gleichgewicht steht. Dieserhalb ist es vortheilhaft, den Schlußflächen von Sicherheitsventilen nur eine geringe Breite, höchstens 1 Linie (2mm), zu geben.

Eine fernere Bemängelung bei der Ausführung der Sicherheitsventile besteht darin, daß so viele Maschinenbauanstalten ihren eigenen Angaben, welche sie in den zur Erreichung von Concessionen für Anlegung von Dampfkesseln einreichen, so ungenau nachkommen. Wenn nun auch der Ventildurchmesser nie kleiner als vorgeschrieben ausgeführt ist, so läßt er sich häufig mit ganzen Linien nicht ausdrücken. In gleicher Weise weichen die angegebenen Hebellängen in der Regel von der Wirklichkeit ab, auch diese sind nur durch Bruchtheile von Linien anzugeben; wenn nun überdies zwei Ventile von gleicher Beschaffenheit vorausgesetzt werden, so kommt es doch vor, für beide besonders eine zeitraubende Berechnung austellen zu müssen, während sie doch so wesentlich vereinfacht wird, wenn feste Zahlenverhältnisse 1: 7 oder 1: 10 für die beiden Hebellängen der Belastungshebel sowol bei der Berechnung wie auch der wirklichen Ausführung zu Grunde gelegt werden. Da die Maschinenbauanstalten ein Interesse haben, nicht zu viel Modelle zu besigen, und die Praxis es als genügend erachtet, die Ventilgrößen von ¦ Zoll zu Zoll steigend anwenden zu können, so würde die Einführung gleicher Normen mit Innehaltung der durch die Verhältnißzahlen gebotenen Maße sich gar sehr empfehlen.

Häufig findet man Sicherheitsventile von unbeholfenen Formen und mehr als erforderlichem Gewicht, welche fast ohne Ausnahme derartig mit dem Kessel verbunden sind, daß eine zeitweise Entfernung derselben behufs Revision oder Nachhülfe fast unmöglich ist. Bedenkt man, daß die Räume über den Dampffesseln in der Regel schlecht beleuchtet sind, man auch bei einer Nachhülfe die Sicherheitsventile im heißen Raume

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behandeln soll, so ist der Arbeiter wol zu entschuldigen, wenn die beabsichtigten Reparaturen nicht immer nach Wunsch ausfallen. Darauf bezugnehmend stelle ich die Anfrage: warum findet die von einigen Maschinenbauanstalten befolgte Manier, alle Organe an Dampfkeffeln, wie: Dampfabsperr-, Sicherheits-, Speiseventile und Ablaßhähne mittelst Rohrstugen an felbigen zu befestigen, indem legtere ohne Anwendung von Eisenkitt dampfdicht angenietet werden, nicht weitere Nachabmung? Dadurch würden die fast überall an den Tag tretenden Undichtheiten der Verfittungen und der zerstörende Einfluß des Eisenkitts auf die darunter liegende Blechtafel vermieden werden; ferner würden die seither auf der Betriebsstätte vorgenommenen Arbeiten wie die Anbringung der feineren Armatur ganz wegfallen, weil die Hauptarbeit in der Werkstatt bereits ausgeführt sein müßte, und was eine Hauptsache ist, es fönnten nach Kaltlegung eines Kessels alle die genannten Organe, wie Sicherheitsventile, im Fall einer Untersuchung abgenommen, nachgearbeitet oder gegen bereitstehende concessionirte Reservestücke ausgewechselt werden.

c) Da die Ausströmungsöffnung für den Dampf rings um den Regel eine freie ist, wird die Ablagerung von Schlammtheilen auf der Schlußfläche vermieden; sollte aber dennoch. in dieser Beziehung eine Undichtheit vorkommen, so kann diese durch eine Einrichtung Fig. 8 gehoben werden, welche zuerst vom Civil Ingenieur Leyser in Oschersleben angegeben worden. Sie besteht darin, daß man während des Betriebes und unter Belastung die auf dem Sigrande liegen gebliebenen Schlammtheile durch Hin- und Herdrehen des Kegels zu ents fernen und die Schlußflächen dicht zu machen sucht. Nach Abklappung des Kastendeckels fann man nämlich mittelst Mutterschlüssels den sechskantigen Kopf K erfassen und in Gemeinsamkeit, welche der Stift p vermittelt, mit dem Ventilkegel drehen, während die Schneide unverrückt bleibt. Spißen und Schneiden der Druckstange sind gehärtet.

In dem Falle also, wo mehrere Dampfkessel von gleicher Größe vorhanden wären, bei denen also Sicherheits- und andere Ventile von gleicher Beschaffenheit sind, würde es sich gar sehr empfehlen, ein oder zwei dergleichen Organe für eventuelle Fälle stets in Bereitschaft zu halten.

Nachdem ich im Vorhergehenden vielfache Mängel, welche mir in meiner langjährigen Praxis vorgekommen find, aufgedeckt habe, wird man das Verlangen nach Einführung eines möglichst vollkommenen Sicherheitsventils als vollkommen gerechtfertigt finden und die Beibringung einer genauen Zeichnung nebst Beschreibung ganz willkommen heißen.

In Fig. 1 ist ein Sicherheitsventil mit Hebelbelastung, wie ich mehrere dergleichen seit Jahren zu meiner vollkommenen Zufriedenheit wirken sah, in natürlicher Größe dargestellt, und macht die Deutlichkeit eine besondere Beschreibung überflüssig.

Mit dem Wegfall der eingangs dieses angeführten Mängel bezeichne ich die guten Eigenschaften vorerwähnten Ventiles in nachstehenden Punkten:

a) Bei Anfertigung der Ventile verfährt man derartig, daß die Bohrung des Ventils resp. der beiden Metallbuchsen, die Führungen für das Ventil, der darauf drückende Stift, wie auch der Druckpunkt des Ventils genau in einer Age zu liegen kommen; folglich kann auch ein Ecken oder Kanten des Ventils vor Erreichung der Maximalspannung, und ein dadurch veranlaßtes vorzeitiges Ausblasen des Dampfes nicht stattfinden.

b) Ferner liegt der Belastungshebel außerhalb des vom abgehenden Dampfe erfüllten Raumes, kann also nicht rosten, und besigt, um die leichte Beweglichkeit am Drehpunkt nicht zu stören, zwischen sich und den Laschen zwei schwache Messingscheiben. Das Hebelverhältniß ist hier genau 1 : 8 angenommen. Die sich berührenden Schlußflächen sind möglichst schmal und decken einander; die Führung des Kegels geschieht oberhalb im Halse des Ventils, welches zu diesem Zweck ausgebuchst und, wie bereits angedeutet, genau ausgebohrt ist; die Stege des Kegels bewegen sich in diesem Theile mit nur geringem Spielraum, damit wegen Ausdehnung durch die Wärme keine Klemmung entstehen kann.

Noch bemerke ich, daß durch den Wegfall der Stege unterhalb des Ventils und die Verlegung derselben nach oben der Ventildurchmesser und demgemäß auch die Belastung eine kleinere wird; außerdem wird die Berechnung des freien Querschnitts eine sehr bequeme, da derselbe einfach durch Aufschlagen in der Kreistabelle gefunden wird.

Im Zusammenhange mit diesem geringeren Durchmesser der zulezt beschriebenen Construction von Sicherheitsventilen, zu welcher auch die in Fig. 5 dargestellte mit directer Belastung versehene zu rechnen ist, welche ich in dieser Vollkommenheit bis jezt nur aus der bekannten Kesselarmaturfabrik von Schäffer & Budenberg in Buckau hervorgehen. fah, steht die Erfahrung, daß von dort bezogene Ventile nicht theurer als von anderen Maschinenbauanstalten bezogene ausfallen, weil zu ihrer äußerst bequemen Herstellung, bei großer Stabilität, weit weniger Material erforderlich ist, als man sonst dazu zu verwenden pflegt, und überdies Anstalten, welche als Specialität nur einen gewissen Zweig der maschinellen Erzeugnisse cultiviren, jedenfalls billig arbeiten können. Die in Fig. 1 und 5 angegebenen Constructionen sind diejenigen, nach denen die Kesselarmaturfabrik von Schäffer & Budenberg ihre Sicherheitsventile bei gleicher Vollkommenheit auszuführen pflegt; obwohl das in Fig. 5 dargestellte Ventil mit directer Belastung am einfachsten erscheint, so gebe ich doch aus Bequemlichkeitsrücksichten dem in Fig. 1 angegebenen mit Hebelbelastung den Vorzug.

Möchten diese Zeilen nicht verfehlen, Kesselbesißer auf mehrfach vorkommende mangelhafte Sicherheitsventile aufmerksam zu machen, welche legtere nicht selten durch Abblasen von Dampf einen so bedeutenden Mehrverbrauch von Kohlen bedingen, daß eine bereits angedeutete Aenderung, durch erzielende Kohlenersparniß, neben anderen Vortheilen wol gerechtfertigt sein würde.

Anbei übergebe ich noch zur Beurtheilung in Fig. 4 und 7 zwei Zeichnungen ausgeführter Sicherheitsventile, welche sich zwar durch gute Formen auszeichnen, jedoch nicht die Eigenschaft wie das vorerwähnte in Fig. 1 und 5 dargestellte haben, daß naturgemäß Ventilsig, Kegel und Stift mathematisch genau bei der Anfertigung in eine Axe zu liegen kommen.

Außerdem findet bei den in Fig. 4 dargestellten Ventilen der Uebelstand Statt, daß die ursprünglich auf eine sehr schmale Berührungsfläche construirten Ventilkegel bei fortge

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