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Wärmeschutzeinrichtungen

[232] Wärmeschutzeinrichtungen, Wärmeschutzmittel (non-conducting lagging compositives; revêtements calorifuge; masse coibente) sind in erster Linie nötig, um flüssige oder luftförmige Körper, die von Metallwänden eingeschlossen sind, am Krafterzeuger selbst oder an den nach den Verbrauchsstellen führenden Leitungen, zuweilen auch an den Verbrauchsstellen, gegen Abkühlung zu sichern, die Gefäßwand vor Berührung mit der kälteren Umgebung zu schützen, die aufgespeicherte Wärme zu erhalten und, soweit angängig, ungeschmälert auszunützen, sohin Verlusten durch Wärmeausstrahlung vorzubeugen. Auch die in hygienischer Hinsicht schädliche Wärmeabgabe von erhitzten Gefäßen an ihre in niederer Temperatur befindliche Umgebung möglichst zu verhindern, sind sie bestimmt, einerlei, ob die Gefäße mit Dampf, Heißdampf, Heißwasser, Warmwasser oder heißer Luft gefüllt sind. Es geschieht dies in allen Fällen dadurch, daß man den die Wärme außerordentlich gut leitenden Metallen eine Umhüllung von schlechten Wärmeleitern gibt oder – bei Doppelwänden – den Zwischenraum mit Isoliermaterial ausfüllt.

Diese Hülle oder Füllung hält die kalte Luft u.s.w. von warmzuhaltenden Stoffen fern und schützt auch gegen Einfrieren. Umgekehrt hindert sie den Zutritt der Wärme oder der wärmeren atmosphärischen Luft u.s.w. zu Kälteleitungen, Eismaschinen, Eisbehältern u. dgl. m.

Als schlechte Wärmeleiter sind anzusehen:

a) solche, die aus organischen, der Tier- und Pflanzenwelt entnommenen Stoffen bestehen, nämlich alle Gewebe, Tierhaare, Kork,[232] Holz, Sägespäne, Kohle, Torf, Filz, Seide, Stroh, Hanf, Werg, Baumwolle, Wolle, Federn und ähnliche lockere Körper, die ihre »warmhaltende« Eigenschaft vorzugsweise der in ihren Zwischenräumen festgehaltenen schlecht leitenden Luft verdanken;

b) solche, die aus anorganischen oder mineralartigen Naturerzeugnissen bestehen, als: Luft, Dampf, Asche, Schlacke, Magnesia, Lehm, Ton, Kalk, Gips, Asbest, Kieselgur (Infusorienerde), Zinkweiß, Kreide, Bimsstein, Salz, Sand, Stein und steinartige, rohe und gebrannte Mischungen (Glas, Porzellan), die schon etwas besser leiten;

c) verschiedene Zusammensetzungen, wie Holzspäne mit Gips, Mehlkleister mit Sägemehl, die Pimontsche Masse (als Plastique Pimont seit 1850 im Handel), Böttersche, Leroysche, Poupliersche und andere Wärmeschutzmassen.

Bekanntlich sind organische Stoffe schlechtere Wärmeleiter als anorganische, aber sie vertragen nur mäßige Temperaturen, sind einem baldigen Zerfall durch Verkohlen ausgesetzt und die wertvolleren wie Seide, Kork und Filz sind außerordentlich kostspielig. Die anorganischen Stoffe wiederum können wohl bei hohen Wärmegraden angewendet werden, doch nimmt dann ihr Wärmeschutzvermögen derart ab, daß von einem wirklichen Schutz kaum noch die Rede sein kann.

Die Güte der unter a, b und c genannten Stoffe als Wärmeschutzhüllen ermittelt man bei Dampfleitungen, indem entweder die Menge Wasser, die die Flächeneinheit Rohroberfläche niederschlägt, festgestellt wird (vgl. nachstehende erste Versuchsreihe der Industriellen Gesellschaft in Mülhausen);

Erste Versuchsreihe:

oder aber besser und sicherer nach kalorimetrischer Methode, die die für die Flächeneinheit abgegebenen Wärmeeinheiten mißt, wie die nachstehend ausgezeichnete zweite Versuchsreihe von Professor Ordway in Boston erkennen läßt:

Zweite Versuchsreihe:

Dampftemperatur 155°, Schutzschicht überall 25 mm dick.

Hiernach nimmt im allgemeinen die Wärmeabgabe der Hülle mit dem Prozentsatz an festen Bestandteilen zu.

Von den angeführten Stoffen mögen nun die wichtigsten in ihrer Eigenschaft und Anwendung als Wärmeschutzmittel betrachtet werden:

1. Die Luft, d.h. unumhülltes Rohr, findet ausgedehnte Verwendung bei den Dampfkesseln und Dampfzylindern, indem zwischen Kessel- bzw. Zylinderwandung und Bekleidungsblech ein hohler, mit Luft erfüllter Raum als Schutz gegen die abkühlende äußere Luft gelassen wird. Auch heiße Luft in Verbindung mit Verbrennungsgasen dient bei den Ein- und Ausströmungsrohren und dem Verbindungsrohr der Verbundlokomotiven als Schutz gegen Niederschlagen des Dampfes.

2. Dampf, der vielfach an der Dampfverbrauchsstelle bei feststehenden Dampfmaschinen, u. zw. in Form des Dampfmantels an Zylindern gebraucht wird. Zu diesem Zwecke wird[233] der letztere mit einem zweiten Metallmantel umgeben, so daß eine doppelte Wandung entsteht, in deren Zwischenraum Dampf geleitet wird.

3. Stroh benutzt man oft zum Einhüllen von oberirdischen Wasserleitungsrohren, Wasserkranen und Pumpen gegen Einfrieren, indem man entweder nur von Hand gewundene Strohseile um den zu schützenden Körper wickelt, oder aber besser erst eine Lage Stroh lang auflegt und diese Schicht dann mit einem Strohseil umwickelt.

4. Asche, Schlacke, Kohle, Torf und verwandte Stoffe werden in gleicher Weise wie Häcksel als Füllmaterial gebraucht. Aus Torf werden auch Schalen für Rohrumhüllungen gemacht, die sehr leicht (spezifisches Gewicht 0,095), gut schützend und ziemlich haltbar sind.

5. Wolle, Baumwolle, Tuche, Webekanten, Plüsch- und Seidenabfälle benutzt man in doppelter und mehrfacher Umwickelung oder in Form von Pappe, Zöpfen und Polstern für Dampfrohrleitungen.

In allen Fällen empfiehlt es sich über die Umhüllung eine dicht gelötete Weißblechschalung anzubringen, zur Erhöhung des Nutzeffekts und zum Schutz gegen äußere Einflüsse. Diese verteuert indes die Anlage wesentlich, weshalb andere Umhüllungen vorgezogen werden. (Vgl. auch Pasquays Broschüre: »Wärmeschutz im Dampfbetrieb« und Pasquays Abhandlungen in der Zeitschrift »Dampf«, Organ für die Interessen der Dampfindustrie.)

6. Filz hat in Gestalt von Haarfilz mit Roggenmehlkleister an die Bekleidungsbleche angeklebt, als Schutzmittel bei Dampfkesseln (früher namentlich bei Lokomotiven), als Asbestfilz zu Rohrumhüllungen u.s.w. Anwendung gefunden, jedoch nur mit geringem Erfolg.

Wenngleich die Forschungen der Wissenschaft ergeben haben, daß die animalischen Stoffe besser isolieren, als organische oder mineralische und deshalb die Isolierung mit Haarfilz im Betrieb erheblich billiger als eine solche mit Kieselgurmasse, Korkschalen, Asbest oder ähnlichen Materialien sein müßte, da diese höhere Wärmekapazitäten als Filz besitzen, somit auch erheblich größere Wärmemengen zur Erzielung des gleichen Nutzeffekts, besonders aber zum Anwärmen der Kessel und Rohrleitungen beanspruchen, so hat doch die Praxis andere Ergebnisse geliefert. Die Haarfilzplatten verbrennen und verkohlen sehr leicht und ihr oftmaliger Ersatz macht die Isolierarbeit teuer.

7. Kork wird als getrocknete Korkisoliermasse in Schalen geformt und als Korkstein verwendet.

7 a. Korkasbest, Korkisolitschalen, Korkisolit-Asbestschalen und Asbestisolit sowie die Isolierschläuche aus Asbeststoff mit Kieselgurfüllung oder aus Jutestoff mit Korkfüllung sind beachtenswert.

8. Kieselgur-Isolierschnur. Die Kieselgur ist im wesentlichen eine Anhäufung von Diatomaceenpanzern, die aus reiner Kieselsäure bestehen. Sie bildet eine leichte, mehlartige, weiße, graue, bräunliche oder blaßgrüne Masse, fühlt sich mager an, knirscht zwischen den Zähnen, besitzt ein großes Wasseraufsaugungsvermögen, ist unschmelzbar, unverbrennlich und widersteht bei gewöhnlicher Temperatur den meisten Chemikalien. Sie wird u.a. bei Hützel in der Lüneburger Haide und bei Unterlüß unweit Celle gefunden und dort entweder nur an der Luft getrocknet oder noch durch Schlämmen gereinigt, während man sie an der Weichsel als plastische Masse findet, die sich leicht mit Spaten ausstechen läßt.

9. Asbest. Asbest kommt im Asbestfilz, in der Asbest-Korkisoliermasse, den Asbest-Isolierschalen mit Luftschicht, der Asbest-Kieselgur-Isoliermasse, Asbest-Isolierkomposition, den Asbestplatten zum Umhüllen von Öfen, in der Asbestisolierschnur für Dampfrohre, Warm- und Heißluftleitungen, zum Schutz gegen Wärmeverlust zur Verwendung. Wie schon aus der zweiten Versuchsreihe von Ordway hervorgeht, wirkt der Asbest durchaus ungünstig, und man muß sich deshalb, trotz seiner Unverbrennlichkeit, gegen ihn aussprechen.

Man hat auch Asbestisolierschalen mit Luftschicht angefertigt, bei denen die Lufträume unter oder zwischen den Schichten gelassen wurden; sie werden jedoch von Professor Ordway nicht empfohlen, vielmehr wird von ihm geraten, solche Räume mit einem leichten Pulver auszufüllen, um ihnen größere Schutzkraft zu verleihen. Noch besser ist aber der Blauasbest, der jetzt in der Hauptsache zu Isolierschnüren und Asbestmatratzen in Stärke von 25 mm mit vorzüglichem Erfolge verwendet wird, insbesondere bei der Marine und für Lokomotivisolierungen.

10. Kokosfaser ist der braune faserige Stoff, mit dem die harte Schale der Kokosnüsse äußerlich umhüllt ist und den man durch mehrmonatiges Einweichen in Wasser und darauf folgendes Klopfen, Wolfen oder Hecheln in grobe Fasern zerteilt. Die rohe Kokosfaser hat eine Länge von 15–33 cm und eine größte Dicke von 0,05–0,30 mm. Sie ist außerordentlich fest, widerstandsfähig im Wasser und schwimmt, selbst in dicke Taue gedreht. Lufttrocken enthält sie 11,28,[234] mit Wasserdampf gesättigt 18% Wasser; völlig getrocknet liefert sie 1,49% Asche. Als Wärmeschutzmasse ist sie sehr geschätzt, namentlich bei der Eisenbahnverwaltung, die sie aus alten ausgereihten Kokosfaserdecken herstellt. Die Kokosfaser übertrifft bei Eisenbahnbetriebsmitteln alle bisher erprobten Wärmeschutzmittel, weil sie sich bequem anbringen läßt, billig und sehr wirksam gegen Wärmeausstrahlung ist.

Gegenüber der 30 mm stark aufzutragenden Pouplierschen Masse ergab die Kokosfaser in zweifacher Umhüllung bei gleichartigen Rohren während eines zehnstündigen Versuchs 35 l Wasser, während das Rohr mit Pouplierscher Masse 112 l Wasser lieferte; die gemessene Temperatur betrug dabei an beiden Umhüllungen annähernd 15°. Diese außerordentlich zweckentsprechende Verwendung von unbrauchbaren Kokosdecken als Wärmeschutzmittel gewinnt noch dadurch, daß bei einzelnen Reparaturen das Seil aufgeschnitten und abgewickelt werden kann, feste Massen dagegen zerstört werden müssen. Hierzu kommt, daß der hohe Wärmegrad des Dampfes von 4 Atm. (144°) der Umhüllung nur eine mäßige Wärme verleiht und keinerlei Spuren von Verbrennung der Kokosfasermasse hinterläßt, sondern die wiederholte Verwendung gestattet.

11. Poupliersche Masse. Diese von Pouplier u. Tost in Osnabrück teigartig und trocken in den Handel gebrachte Wärmeschutzmasse besitzt außer vorzüglicher Schutzkraft gegen Wärmeausstrahlung noch folgende Vorzüge:

1. Sie haftet an den eingehüllten Dampfkörpern ohne jede Stoffbekleidung, folgt den durch Temperaturveränderungen bedingten Volumveränderungen der Metallkörper, ohne Risse zu bekommen und Abbröcklung zu zeigen und bedarf keinerlei schützenden Überzuges von Segelleinen, Nessel o. dgl.

2. Sie widersteht, gut geteert, ohne erst noch mit einem schützenden Überzug von Segeltuch, Holz, Blech oder Draht versehen zu sein, vollkommen allen atmosphärischen Einflüssen, wie Regen, Schnee, Frost, ferner heißem Wasser oder feuchten Dämpfen, sowie salz- oder säurehaltigen Wassern und eignet sich deshalb besonders auch für Leitungen im Freien und in nassen Schächten.

3. Da sie fast ganz aus mineralischen Bestandteilen zusammengesetzt ist und nur minimale Beimengungen von faserigen Stoffen enthält, so hat sie eine fast unbegrenzte Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und ist selbst im flammenden Feuer unverbrennlich.

4. Ihre Haltbarkeit ist nahezu unbegrenzt. Bei richtiger Ausführung der Umhüllung kommen Ausbesserungen nur dann vor, wenn sie auf gewaltsame Weise beschädigt worden ist.

5. Sie hat in getrocknetem Zustande ein geringes spezifisches Gewicht und belastet die eingehüllten Dampfkörper nur wenig.

6. Sie läßt sich leicht und billig selbst durch ungeübte Arbeiter bei richtiger Beobachtung der Gebrauchsanweisung aufbringen.

7. Sie kann nach erfolgtem Zerkleinern und Anmengen mit Wasser immer von neuem wieder verwendet werden.

12. Leroysche Wärmeschutzmasse wird trocken und teigig verkauft.

13. Thermo-Isolit. In neuerer Zeit hat auch die Wärmeschutzmasse, 1. Thermo-Isolit R für Rohdampf, geeignet für Dampftemperaturen bis einschließlich 200°, und 2. Thermo-Isolit H für Heißdampf, geeignet für alle technisch in Betracht kommenden Dampfspannungen und Überhitzungen bis etwa 400°, Verwendung gefunden.

Beide Materialien besitzen die für isolierte bewegte Teile, wie gerade Lokomotivkessel und deren Rohrleitungen, Waggonheizungen u.s.w. bedingte Eigenschaft, da sie durch Erschütterungen nicht losgelöst werden oder abbröckeln, sondern selbst ohne Bandagen festhalten, so daß nur ein Anstrich von Ölfarbe oder Asphaltlack genügt.

Thermo-Isolit ist daher auch ein Isoliermaterial, das die außerordentlich teuren Asbestdecken und Bandagen, die bis jetzt vielfach zur Isolierung von wärmeführenden Maschinenteilen verwendet werden, erspart.

Da das Material als streichbarer Mörtel auftragbar ist, ist seine Verwendung nicht auf ebene oder runde Flächen beschränkt, sondern es läßt sich jede Stelle damit gleichmäßig bestreichen, wie beispielsweise die Feuerbüchsmäntel der Lokomotivkessel sowie überhaupt sämtliche Kesselbekleidungen u.s.w.

14. Calorit ergibt einen auffallend hohen Nutzeffekt. Es ist von spezifisch sehr geringem Gewicht und sehr ausgiebig.

15. Glaswolle in lockerer Schicht auf die Rohrleitung aufgebracht, hat sich in allerneuester Zeit als Isoliermaterial gut eingeführt und folgende, zu vergleichenden Versuchen herangezogene Isoliermittel, nämlich:

1. Kieselgurmasse,

2. getrocknete Schalen, deren Hauptbestandteil Kieselgur ist,

3. Seidenisolierung,

4. Korkisolierung,

5. Patentgurmasse

in der Wirksamkeit übertroffen. Der wirkliche Wärmeverlust der isolierten Leitung war bei Glasgespinst am geringsten. Als besondere Vorteile der Glasgespinstisolierung werden angegeben:

a) die absolute Unveränderlichkeit bei hohen Temperaturen;

b) größte Widerstandsfähigkeit sowohl gegen mechanische Einwirkungen als auch gegen Feuchtigkeit, Dämpfe u.s.w.;

c) die andauernd gleichbleibende Isolierfähigkeit;

d) keinerlei Abbröckelung oder Veränderung;

e) das niedrige spezifische Gewicht;

f) die jederzeitige Wiederverwendbarkeit;

g) die rasche und saubere Anbringung der Isolierung im kalten Zustande;

h) die vollkommenste Isolierung von Flanschenverbindung und Formstücken.

[235] Schlußbetrachtungen. Aus vorstehend Gesagtem dürfte zur Genüge hervorgehen, daß bei dem heutigen Stande der Maschinentechnik, die nur unter Anwendung eines möglichst hohen Dampf- oder Wasserdruckes und bei tunlichster Einschränkung von Betriebsstörungen und Betriebsunterbrechungen vorteilhaft arbeiten kann, in erster Linie von den Wärmeschutzmitteln – abgesehen von der Umhüllung mit Kokosfaserseilen aus alten Kokosdecken, die nicht für alle Zwecke passen und auch nicht überall zu haben sind – die Poupliersche Masse, Thermo-Isolit, Calorit, Blauasbest und Glasgespinst sowohl wegen ihrer Dauerhaftigkeit, als auch wegen ihrer Preiswürdigkeit den Vorzug verdienen.

Indes werden die Zeit und weiter auszudehnende Versuche noch lehren, welchem Schutzmittel für die einzelnen Zwecke der Vorrang einzuräumen sein wird.