GLIICKAUF
Berg- und Hiittenmannische Zeitschrift
77. Jahrgang 11. Januar 1941 Heft 2
Erfahrungen mit der Anwendung von Betonformsteinen beim Ausbau von Fiillórtern1.
Von Bergassessor Hans B r a u n e , Essen-Altencssen.
Durch das Bestreben, die F órderung des Ruhrberg- baues auf nur wenige Fórderschachte mit hoher Leistung zusammenzuziehen, und durch den nach d er Teufe zu fort- schreitenden Abbau nehraen die wichtigen O rubenraum e, wie Schachtdurchdringungen, F iillórter, Pumpenkammern, Streckenabzweige und -kreuzungen aus fórder- und wettertechnischen O runden einen immer gróBeren Quer- schnitt an.
Die friiher beim Ausbau dieser untertiigigen Bauwerke vorherrschende Ziegelinauerung hat vielfach den an sie gestellten A nforderungen nicht mehr geniigt und muBte durch einen Ausbau von gróBerer Festigkeit ersetzt werden.
Schon im Jahre 1924 w urde aus diesen O runden erst- malig das F ullort einer Schachtanlage und im Jahre 1925 das F u llo rt einer weiteren Anlage einer Zechengruppe des Essener Bezirks in Betonformsteinen ausgebaut. Nachdem sich dieser Ausbau bew ahrt hat, ist man dazu iibergegangen, Betonsteinausbau in gróBerem AusmaB zu verwenden. So sind in den letzten Jahren auf diesen Anlagen 1300 m' Fiill
órter und Schachtdurchdringungen, 80 m Pumpenkammer m it 630 m Sumpfstrecken und eine groBe Anzahl von Streckenkreuzungen in Betonsteinen ausgem auert worden.
Der Ausbau einer w eiteren Pum penkam m er und der dazu- gehórigen Sum pfstrecken, von untertagigen W erkstatten, verschiedener Streckenkreuzungen und Umtriebe sowie einer Sciiachtdurchdringung und der hierzugehórigen Fiill
ó rte r in einer G esam tlange von 1500 m sind in gleichem Ausbau vorgesehen.
Der Ausbau ist in allen F allen nach dem Herz- bruchschen Keilkranzausbau-Verfahren erfolgt. lin Gegen- satz zum Stam pfbeton ist d er Form steinausbau in der Lage, den auftretenden G ebirgsdruck in seiner ganzen GroBe sofort aufzunehmen, w ahrend Stampf- und Eisenbeton die normalen Festigkeiten nicht erreichen, wenn sie vor dem Abbinden unter Druck geraten. Da hierm it in d e r Grube aber immer zu rechnen ist, ist der Betonform steinausbau dieser A usbauart ąuch in dieser Hinsicht zweifellos iiber- legen.
Abb. 1.
W ichtig fiir die Lebensdauer des Betoństeinausbaues ist ein vollstandiges Zusetzen d e r G ebirgshohlraum e, dam it der Ausbau bei Druckaufnahm e ein W iderlager am Gebirgs- stoB findet. Bei allseitig gleichmaBigem Druck auf den geschlossenen Ausbau verlauft die Stutzlinie in der Mittel- achse des Ausbauąuerschnitts (Abb. I ) 2. Bei einseitigem
1 V o rtrag , gehalten am 5. Juli 1940 im A rbeitskreis fiir S treckenausbau beim V erein fiir d ie b erg b au lich en Interessen in Essen.
2 B autechnik 12 (1934) N r. 24.
Druck jedoch, d er untertage vorherrscht, w andert die Stutzlinie auf der Seite des gróBten Druckes nach aufien (Abb. 2 )!. Dadurch entsteht auf d er AuBenseite Kanten- pressung, und an der Leibungsflache w ird infolge von Zug- spannungen ein Klaffen der Steine hervorgerufen. Das Prinzip des Keilkranzausbaues ist nun, das Abwandern der Stutzlinie und die hieraus entstehenden Kantenpressungen bzw. die Pressungen an den Leibungsflachen zu vermeiden.
Das wird erreicht, indem die einzelnen Steine, die in allen Langsflachen keiifórm ig sind, beim Einbau zu Ringen d erart zusamm engesetzt w erden, dafi abwechselnd die schmalen und breiten Kopfseiten gebirgsseitig liegen (Abb. 3 ) 2. AuBerdem sind die m it dem breiten Kopf am Gebirge anliegenden Steine in Richtung der Gewólbestarke etwas langer ais die anderen; daher nehm en sie ais erste den G ebirgsdruck zunachst radial auf und pflanzen ihn mit ihrer ganzen Flachę auf die Nachbarlagen achsrecht fo rt.
Es w ird also ein auftretender G ebirgsdruck durch die Keil- kranzform in zwei DriAcke von theoretisch halber K raft zer- legt, die etwa rechtw inklig zueinander stehen. Diese Zer- legung bew irkt eine im Vergleich zu gewóhnlichetn Beton- steinausbau erheblich gesteigerte W iderstandskraft gegen jeden G ebirgsdruck.
Hinzu kommt, daB die Betonform steine durch ein be- sonderes H artebad eine m ehr ais doppelte Festigkeit gegen- iiber den gewóhnlichen Betonsteinen erhalten. Damit ist d er Keilkranzausbau theoretisch in der Lage, einem viermal hóheren G ebirgsdruck standzuhalten ais ein norm aler Beton
steinausbau.
1 a, a. O.
2 a. a. O.
29
30 G lii c k a u f
i i .Jahrgang, Heft 2
Ober die Unterschiede in der Druckfestigkeit ver- schiedener Ausbaumaterialien geben folgende Zahlen Aus- kunft:
1. Ziegelsteine ( K lin k e r ) ... 300 — 900 kg/cm ! 2. H artbrandziegel ... 200—300 „ 3. Mauerziegel I. K la s s e ... 120 — 200 „ 4. Mauerziegel II. K la s s e ... 9 0 —150 „ 5. gewóhnliche Betonformsteine
(A^ischungsyerhaltnis 1:7 bis 1:3) . 150—350 „ 6. Keilkranzsteine (System Herzbruch) . bis 600 „
Aus dieser Zusam m enstellung geht hervor, daB der normale, in einer Zechenziegelei hergestellte Ziegelstein mit einer Festigkeit von rd. 150 kg/cm 2 nur etwa die H alfte der Festigkeit eines sorgfaltig im M ischungsverhaltnis 1:4 hergestellten einfachen Betonsteins besitzt. Da neuere U ntersuchungen1 ergeben haben, daB bei grófieren Hohl- raumen in einer Teufe von 600 m Driicke von 450 kg/cm 2 und mehr zu erw arten sind, so ist erkennbar, dafl der norm ale Ziegelstein beim Ausbau gróBerer Hohlraum e ver- sagen muB. Auch die Uberlegenheit des im H artebad- verfahren von H erzbruch hergestellten Betonform steins ist aus der Zusam menstellung ersichtlich.
Abb. 4.
Ein w eiterer Vorteil des V erfahrens besteht darin, daB die Steine sogleich in Blechforinen auf dem Boden der Becken gestam pft w erden, in denen sie erharten. Die Steine werden also nach dem Stampfen nicht m ehr befórdert. Ein hoher G rad von Gleichmafiigkeit in der Beschaffenheit und Festigkeit d er Steine ist bei dem H erzbruch-Verfahren von w eitgehender Bedeutung, da jed er Stein den radial auf- genommenen Druck achsrecht nach allen vier Seiten weiter- leiten soli. Ein fehlerhafter Stein sto rt daher nicht nur den Verband des Ringes, in den er eingebaut w orden ist, sondern auch den d er benachbarten Ringe.
Seit langem ist bekannt, dali Beton infolge der gleich- miiBigen W arm eabfuhr unter W asser schneller abbindet' und eine gróBere Festigkeit erreicht. Diese an sich all- gemein bekanntc Tatsache macht sich das Herzbruch- Verfahreri zunutze, indem die Betonformsteine, in groBen Becken gestam pft und spiiter unter W asser gesetzt, wahrend d er D auer von 5 Tagen unter W asser abbinden und er
harten. Nach Ablassen des W assers werden die Steine aus dem Becken herausgenommen und gestapelt. E rst nach w eiterer E rhartung an der Luft haben die Steine nach Ab- lauf von 28 Tagen die vorgeschriebene Festigkeit erreicht und erst jetzt diirfen sie zum Einbau verw andt w erden.
Abb. 4 zeigt einen Blick in eine nach dem Herzbruch- V erfahren arbeitende Steinfabrik. Im V ordergrund zwei iiberflutete Becken, in denen auBerdem die kennzeichnende doppelkeilige Steinform sowie deren unterschiedliche GróBe g u t zu erkennen sind. Auf dem Boden des dritten Beckens werden die Steine gerade mit H ilfe eines PreBluftstam pfers gestam pft. Im H intergrund sind die Betonmischmaschinen zu erkennen, die so gebaut sind, daB der im V ordergrund d er Maschine sichtbare kleine W agen m it der Maschine zu einer Mischtrommel vereinigt werden kann. D er Inhalt des W agens ist so bemessen, daB er, mit einem Sack Zement und Kies bis zum Rand gefiillt, das vorgeschriebene M ischungsverhaltnis von 1:4 ergibt. AuBerordentlich groBer W ert w ird auf einwandfreie K iesbeschaffenheit und auf das sorgfaltige Stampfen d er Steine gelegt.
1 D o r s t e w i t z , G .: Spannungsoptische U ntersuchungen ais B eitrag zur K larung von G eb irg ssp an n u n g en um b ergm annische H ohlraum e, Arch. b erg b . Forsch, 1 (1940) S. 1/25.
Abb. 5.
Abb. 7.
Die Erzeugnisse der Steinfabrik werden laufend durch Entnahme von W iirfelproben, deren Festigkeit man er- mittelt, iiberwacht. AuBerdem w erden willkiirlich in be- stimmten Zeitabstanden fertige Steine entnommen und im ganzen abgedriickt. Sinkt die Festigkeit der Proben unter ein bestimmtes MaB, so w ird die fehlerhafte Produktion nicht zum Einbau freigegeben.
Abb. 6.
i.januar iy4i u i u c k a u i
Die Betonsteine, dereń Form je nach A rt des Bauwerks verschieden ist und deren Lange je nacli der GrolSe des aufzunehmendeii Druckes von 35 bis 70 cm schwankt, werden uutertage m it gróBter S orgfalt eingebracht. Da das Gewicht der Steine zum Teil erheblich ist, w ird zum Ein- bringen der Steine in der F irste ein kleiner PrelSlufthaspel benutzt.
Schnitt 1 Abb. 9.
Fiir jeden mit Betonformsteinen auszubauenden Raum w ird nach statisclien Grundsatzen zuniichst die giinstigste Form entw orfen. Nach der Ausfiihruiigszeichnung fertigen Zechenwerkstatten die erforderiichen Lehrgeriiste. Im ailgemeinen w erden die herzustellenden Raume zunachst in kleinerem Q uerschnitt durchfahren, weil beim SchieBen aus dem Vollen zu leicht die Steine des letzten Ringes zer- stdrt werden. Von dem vorlaufigen Ausbau, der im all- gemeinen aus Toussaint-Heintzniann-Bogen besteht, wird
Schnitt 2
Schnitt 3
Schnitt 5
32 G l i i c k a u f 77. Jahrgang, Heft 2
auf das erforderliclie MaB, normalerweise in Abschlagen von 2,50 m, v o rgcpfandet; bei schlechtcn G ebirgsverhalt- nissen beschriinkt inan den Abstand auf etwa 1 m.
In der Sobie w ird sodann ein Fundam ent aus Stainpf-
■ beton eingebracht, das so gestaltet ist, daB, sofern der Sohlenbogen nicht sofort eingebracht w ird, er sich jederzeit nachtraglich einbauen IaBt. Auf diese Weise ist es moglich, bei halbelliptischen Gewolben in der Sohle einen weśent- lich flacheren Sohlenbogen einzusetzen, ohne daB hierdurcli die H altbarkeit des Gewólbes beeintrachtigt wird (Abb. 5).
Bei kretsrunden Gewolben w ird auf das Fundam ent ver- zichtet.
Auf das Fundament werden, nachdem die wegen des groBen Gewichtes der Steine stark verstrebten Lehrbógen (Abb. 6) aufgestellt sind, die Steine in der vorschrifts- inaBigen Weise eingebracht, wobei man, wie schon erw ahnt, auf sorgfaltigste Verftillung selbst des kleinsten Hohlraums zwischen Ausbau und Gebirge peinlichst achtet.
Zur gleichmaBigen Aufnahme des D ruckes w erden in vorher genau festgelegten Abstanden Druckklotze aus Tannenholz eingebracht. Am SchluB d er Gewólbe sind, damit bei der Aufnahme des D ruckes der Verband erhalten bleibt, eiserne Zuganker vorgesehen, die den achsrechten Druck aufnehmen (Abb. 7),
Die folgenden Schnittbilder veranschaulichen, wie die jeweilige Ausbauforin aus den praktischen E rfordernissen des Betriebes entstanden ist. Abb. 8 zeigt zunachst das Fiillort einer Doppelschachtanlage fiir eine tagliche F orde
rung von 6000 t. Schacht 1 ist der H auptforderschacht, bei dem zugleich auf zwei Buhnen aufgeschoben wird.
Schacht 2 ist M ateriał- und Nebenschacht. Das Fiillort ist so angeordnet, daB die Ziige im Einbahnsystem verkehren.
Samtliche Gleise werden nur in einer Richtung befahren, und die Kreuzungen sind bis auf eine Stelle (in dem Bilde links), wo dic aus der we.stlićhen Richtstrecke ankommen- den Ziige das Leergleis zur I. nordwestlichen Abteilung kreuzen, vermieden.
Das Fiillort steht in der Schichtengruppe zwischen den Zollvereinflózen und Flóz Laura. Die Schichten bestehen aus festen Saridschiefern und teilweise sehr plastischen Tonschiefern und fallen m it etwa 12° nach N orden ein.
Der óstliche Teil des Fiillortes w ird vori einer 12 m brciten Stórungskluft durchschnitten, dic ais eine Blattverschiebung anzusehen ist und einen seigeren V erw urf der Schichten bis zu 42 m verursacht hat. Im westliehen Fiillortteil treten vor allem plastische Tonschiefer auf, die besonders in der Pumpenkammer śtarken Sohlendruck bewirken.
Schniff 6 Abb. 11.
F ast das gesamte Fiillort, mit Ausnahme von kleinereti Umtricben, die W asserhaltung einschlieBlich Umformer, Trafostation und Schaltanlage sowie dic zur W asserhaltung gehorigen Sum pfstrecken sind in Herzbruchstcinen aus- gebaut. Die Abb. 0 und 10 zeigen Schnitte durch das Full- ort des Schachtes 1 (Abb. 7). Schnitt 1 ist ein Querschnitt durch das Fiillort und den Keller sowie die Schacht- um fahrung vor dem Schacht. Das Fiillort hat eine lichte Hohe von 7,30 in bei einer lichten Breite von 6,30 m ; der ais zweite Aufschicbebiihne ausgebildete Keller hat eine lichte Hohe von 4,80 m bei 1,15 m lichtef*1 Breite. Beidc
11, januar u i u c k a u i
hat. Der Keller, fiir den hier d e r freie Raum voif Schienen- oberkaiite bis zum Sohlenbogen benutzt wurde, dient eben- falls zur Aufnahtne der mechanischen Tcile der Aufschiebe- und AbteiW orrichtung und w ird ais S eilfahrtskeller benutzt.
Abb. 15.
Abb. 16.
In Abb. 12 ist das im Ausbau befindliche Fiillort einer Sęhwesteranlage, das nach gieichen Grundsatzen entworfen und ebcnfalls fiir 6000 t T ageśforderung ausgelegt ist, w iedergegeben. Auch hier ist Schacht 1 H auptfórderschacht, wahrend Schacht 2, d er in diesem Falle m it D oppelfórde- rung ausgeriistet ist, zur Seilfahrt, zur M aterialfórderung und zur Aushilfe dient. Die bciden F ullórter, die teilweise aufierordentlich verwickelten Abzw'eig- und Ubergangs- bauwerke sowie W asserhaitung, W erkstatten und Sumpf- ([Uerschlage sind schon oder werden noch in Betonform- stcinen ausgebaut.
Die geologischcn Verhaltnisse sind hier noch schwieriger ais auf der oben beschriebcnen Anlage. Im westlichen Teil des Fiillortes sind die Schichten flach ge- lagert, im óstlicheti Teil dagegen steil aufgefaltet und iiber- kippt. Eine breite Stórungszone trennt die flachę von der steilen Lagerung. Infolgedessen ist das G ebirge fast im gesamten Bereich der beiden Fiillórter in seinem Verband
%’óllig gelockcrt und zerstórt, so daB mit starkem allseitigem Druck auf den Streckcnausbau gerechnet w erden niuB.
Abb. 13 (Schnitt 1 und 2) veranschaułicht das Ober- gangsbauwerk vom Vollbalinhof zum eigentlichen Fiillort an der Stelle, an der . das Schachtum fahrungsbauwerk in den Bahnhof mundet. Das Bauwerk hat eine gróBte lichte Hohe von 8,30 m bei einer Breite von 10,40 m. Die groBe Hohe w ar deshalb notwendig, weil hier bereits die Wagen mit H ilfe einer Kettenbahn zur oberen Biiline, die hier im F ullortquerschnitt angeordnet ist, gehoben werden.
Schnitt 3 und 4 zeigen das Fiillort mit den eingebauten Btihnen mit einer groBten Hohe von 7,20 m bei einer
Sch n itt 5
Abb. 13.
Sch nitt i i
Gewólbe sind mit flachen Sohlenbogen versehen, die von Schienenoberkante genugend Raum bieten, den mecha
nischen Teil der Aufscliiebe- und Abteilvorrichtungen auf- zunehmen. Die Schnitte 2 —5 lassen die G estaltung des Fiill- ortes auf seiner óstlichen Seite erkennen. Der Keller geht hier in eine schiefe Ebene iiber, die allmalilich mit 1:4 bis zur Fiiilortsohle ansteigt und zur Aufnahme einer Ketten
bahn, auf der óstlichen Seite fiir die A bw artsfuhrung der Kolilenwagen und auf der westlichen Seite des Fiil'.ortes zum A tifw artsfórdern der LeerWagen, dient. Schnitt 6 (Abb. 11) stellt einen Q uerschnitt durch das Fiillort von Schacht 2 dar, das eine lichte Hohe von 4,50 m iiber Scliienen- oberkantc bei einer lichten Breite von 7,30 m in Oleishóhe
Schnitt 7
Schnitt i Schnitt S
Sch nitt 1
Schnitt S
Sch n itt 2
Schnitt 4 Tf.
34 G 1 ii c k a u f 77. Jah rg ang , Heft 2
Breite von 6,95 m. Die grófiere Breite ist hier erforderlieh, weil bei dieser F orderung zwei W agen neben- un'd hinter- einander je Korbboden vorgesehen sind. Um das Fiillort in seiner Hohe zu beschranken, w urde ein flacherSohlenbogen eingebraeht, der unter Schienenoberkante noch soviel Platz ląflt, dali die notwendigen Einbauten fiir Aufsehiebe- und AbteiWorrichtungen eingebraeht werden konnen. Sehnitt 5 zeigt das Fiillort auf der Leerseite an dem Durchgang zur Schachtumfahrung, die hier ais Personenbahnhof fur die an- und abfahrende Belegschaft ausgebildet ist.
m erkensw erte und verwickelte Bauwerk an der Kreuzungs- stelle der óstiiehen Riehtstrecke mit der 1. siidóstlicheu Abteilung erkennen, die hier in die Uinfahrungsschleife des Leerbahnhofs einmiindet (Abb. 17). Dies ist die einzige Stelle, an der sich bei dieser Fiillortanlage die Bahnen kreuzen. Sehnitt 13 (Abb. 18) veranschaulicht das zur Zeit im Ausbau begriffene Fiillort des Schachtes 2.
Die E rfahrungen, die man im Verlauf von 16 Jahren mit dem Doppelkeil-Bctonfornisteinausbau von Herzbrueh auf einigen Schaehtanlagen im Essener Bezirk selbst unter schwierigen geologischen Ver- hiijtnissen gemacht hat, sind gut. Die hergestellten Rauine geniigen in jeder Beziehung
■&/ den rieuzeiili;hen Anforderun-
W Sen- Selbst die verwickelsten
■— Uber gangs - und K reiraingsbau-
— SI s ? w erke mit groBen QuerschnKten halten den Beanspruchungen stand, die bei Fettkohlenzechen
Sehnitt 1
Sehnitt 3 Sehnitt 2
Sehnitt 13
Abb. 17.
Sehnitt 6 (Abb. 14) gibt das Gewólbe an der Stelle w ieder, an der ablaufende W agen durch ab- bzw. an- steigende Kettenbahnen auf das Niveau des Leerbahnhofs gebracht werden. Abb. 15 zeigt eine Aufnahme dieser Stelle w ahrend der Bauzeit. Die Aussparung im Sohlen- bogen ist durch die Kettenbahnen bedingt. Aus den Schnitten 7 und 8 (Abb. 14) sind die Ubergangsbauwerke von der Schacfitumfahrung bzw. von der Leerseite des Fiillortes zum Leerbahnhof zu ersehen. Die Ausfiihrung des Bauwerks geht aus Abb. 16 hervor.
Sehnitt 9 (Abb. 14) ist ein Querselmitt des Leer
bahnhofs. SehiieBlich lassen die Schnitte 10 bis 12 das be-
Abb. 18.
mit stark gestauchter und gestórter Lagerung in Tiefen von etwa 600 m unter NN aufzutreten pflegen. Die Griinde hierfiir sind im einzelnen dargelegt worden.
Der Herzbruch-Ausbau ist daher geeignet, bei schwierigen Verha!tnissen herangezogen zu werden. E r ist ferner in der Lage, in Querschlagen und Riehtstrecken den Eisenausbau zu ersetzen. Hinderlich ist der im Ver- haltnis zum Eisenausbau erheblich hóhere Preis, der ein- schlieBlich des crforderlichen gróBeren Gesteinsausbruchs je nach Ausfiihrung das Zwei- bis Dreifache des Eisen- ausbaues unter Beriicksichtigung des hierbei benótigten Holzes betrśigt.
Die kolorimetrische Schnellbestimmung des Magnesiums mit Hilfe von Titangelb1.
Von D r.phil.H erm ann Hans M u l l e r - N e u g l i i c k , Laboratorium svorsteher beim Technischen Oberwachungs-Verein, Essen.
Im Rahmen der W asseruntersuchungen fiir den Dampf- kessel betrieb fehlte bisher ein sicheres Schnellunter- suchungsverfahren fiir Magnesium, das ohne Sehwierig- keiten in jedem Kesselhaus ausgefuhrt w erden kann; denn die iibliche quantitative -Bestimm ung ais Magnesium- Ammonium-Phosphat ist seiir zeitraubend und lafit sich nur im Laboratorium Yornehmen. Besonders geeignet crschienen hierfiir die kolorimetrisehen V erfahren, die auf der FarblackbHdung zwischen Magnesium und organischen Farbstoffen beruhen. Neben 1,2.5.8-Tetraośy-anthrachinon-, o-OxychinoIins oder anderen F arb k ó rp ern 4 wird im Schrift-
1 A uszug aus dem unter riersclben O hcrsclirift erschienenen Aufsatz des V erfassers, W irm e 63 (1940), S. 446 und 455.
" H a l i n , W o l f und j a g e r : Ein hnchem pfindlicher F arbnachw eis fflr Aiagnesium, Ber. Dtscli. Ctieni. O es. 57 (1924) S. 1394.
3 B e r g : Die Ver\vendiinjf des o-O yychinobns zur kolorim etrisehen M ikrobestinunung: von M etailen, M ikrochem ie, Festschrift fiir Fr. Emicb, 1930, S. 1S.
* E e e r i w e : BeitrSge zum N achw eis von M agnesium , Z. analyt.
Chem. 76 (1929) S. 354.
tum węge u seiner groBen Empfindlichkeit besonders T ita n g elb 1 empfohlen. Dieses hat auch schon fiir Trink- w asseruntersuchungen Anwendung gefunden. Die an- gegebenen A rbeitsvorschriften konnten jedoch nicht ohne weiteres auf die Magnesiumbestimmung in Gebrauchs- wassern des Dam pfkessclbetriebes iibertragen w'erden, weil in diesem Fali m it anderen Stórungselementen zu rechnen war. PlanniaBige Untersuchungen waren deshalb er- forderlicli.
1 K o l t h o f f : Eine neue spezifteche Farb reak tio n auf M ijrnesium und eine einfache kolorim etrische M ethode zu r qnantitaiiven Bestimmung von Spuren dieses Elem entes, B iochrm . Z* I85 (1927) S, 3 4 4 Ei ni ge Farbreak- t>onen auf M agnesium , M ikrochem ie, Festschrift fiir Fr. Emich, 1930, S. 180;
U r b a c h und B a r i i : Stufenphotometri«?cher B eitrag zu r qMantitativen Bestim m ung des M agnesium s mitiels Titantrelb nach Kolthoff, M ikro
chem ie 14 (1933'34) S. 343; O i n s b e r g : Die G rundlagen d e r kolori- m etrischen M agne^inm bestim m une rontels T itangelb, Z. Ełektrochem . 45 (1939) S 829; S c h m i d t und O a d : U ber e?n kolorim efrisches V erfahren zu r Be«tinimunir des M agnesium s im W asser, Kleine M itteilungen fur die M itglieder des V ereins fiir Boden-, W asser- und Lufthygienc 13 (1937) S. 326.
1 1 . J a n u a r 1941 G 1 u c k a u f 35 F e s t l e g u n g d e r U n t e r s u e h u n g s g e r a t e u n d
A r b e i t s b e d i n g u n g e n .
Die G enauigkeit d er M agnesiumbestimmung mit Hilfe von Titangelb hiingt wie bei allen vergleichenden kolori- metrisehen Analysen in starkem MaBe von der Gleich- inafiigkeit der Arbeitsbedingungen ab. So ist z. B. die Meiige des angew andten F arbstoffes von Wichtigkeit. Ein OberschuB an Titangelb lafit die an und fiir sich gut ver- gleichbare Blaurosa-Farbtónung leiclit in Rosaorange um- schlagen. H ierfiir geniigt unter Umstanden schon ein Tropfen der 0 ,l°'oigen Indikatorlósung. Grófite Gleich- miiBigkeit erreicht man bei Ver\vendung von Tropfflaschen mit geeichteni AusfluB nacli Kunz-Krause, dereń Tropfen- grofie z. B. 0,06 cm3 betragt. Diese Menge d er Farblósung hat sich bestens bew ahrt.
Auch die Auswahl der GlasgefiiBe ist von Bedeutung fiir die Genauigkeit der kolorimetrischen Magnesium- bestiminung. Nur Kolorim eterzylinder aus wasserhellem Glas mit ebenem Boden, gleichmaBiger W anddicke und gleichem Durchmesser diirfen Ver\vendung finden; denn nur unter diesen Bedingungen w ird stets eine gleiche Schichthóhe und -starkę unter gleicher Lichtbrechung beobachtet. Zur Vermeidung von Verwechslungen bei Reihenuiitersuchungen werden die Zylinder mit fortlaufen- den Z iffern und Mefimarken fiir 5 und 10 cm3 verseheu.
Diese beiden Volumina haben sich ais vollkommen aus- reichend erwiesen. Der obere Rand der KolorimetergefaBe ist plan geschliffen, um eine sichere Abdichtung beim Durchmischen zu ermoglichen. Fiir die Analyse werden die Zylinder in ein H olzgestell mit 10 oder 20 Offnungen in 2 Querleisten eingesetzt, dessen Boden zur besseren Erkennung der Farbuntersehiede mit einer weiBen Por- zellanplatte ausgelegt ist. Eine kleine Querleiste mit Versch!ufistopfen erm óglicht die Durchmisehung der Zylinderflussigkeit im G estell1.
Da die Vergleichslosungen bekannten Gehaltes infolge von F arbveranderung nicht liinger ais 1 h benutzt werden kónnen, setzt man fiir jede kolorimetrische Bestimmung am besten die Vergleichslósung stets frisch und gleichzeitig mit d er zu untersuchenden Probe an. Daraus ergibt sich fiir Reihenuntersuchungen folgender A rbeitsplan: Von samtlichen Proben w ird der M agnesium gehalt zunachst an- nahernd erinittelt, dann jede einzelne Probe mindestens 3 Vergleichslósungen mit einem Unterschied von nur 0,1 mg Magnesium gegeniibergestellt. U nter diesen Bedingungen kann man sicher sein, daB noch keine Farbveranderung eingetreten ist. Allerdings ist wegen der Empfindlichkeit der Farbreaktion peinlichstc Sauberkeit zu beachten. Die Kolorim eterzylinder miissen vor jeder Benutzung sehr sorg- fiiltig gespult werden.
Auch die angew andten Chemikalien miissen von be- sonderer Reinheit sein. Deshalb em pfiehlt es sich, fiir die Vergleichslósungen aus Magnesium und verdiinnterSalzsaure reinstes Magńesiumchlorid herzustellen oder Magncsium- sulfat zu verwenden, das wie folgt zu reinigen ist: Das Salz wird aus W asser umkristallisiert, danach w erden dieKristalle auf einem Filtertiegel m ehrm als mit Alkohol gewaschen und iiber konzentrierter Schwefelsaure im Vakuum ge- trocknet. Die Magnesiumsalze des Handels sind namlich selten frei von Kalziumsalzen, und diese wirken farb- verticfend auf die A dsorptiw erbindung des Magnesiums mit Titangelb. Die farbvertiefende W irkung ist von der Konzentration an Kalziumsalzen fast unabhangig. Jeden- falls zeigt sie zwisehen 20 und 200 m g/l Ca keine Ver- anderung, erlióht aber die Empfindlichkeit der Reaktion wcsentlich. Versuche ergaben, daB bei einer Magnesium- konzentration von 0,1 bis 0,6 mg/l ohne Kalziumsalz besten- falls eine Empfindlichkeit von 0,2 mg, mit Zusatz von Kalziumsalzen aber eine solche von 0,1 mg festzustellen ist. Ahnlich liegen die Verhaltnisse bei konzentrierteren Lósungen. Der giinstigste MeBbereicli fiir die koiori- metrisehe Analyse liegt bei Konzentrationen von 0,6 bis
1 D asvon P. L an d ers e n t\v ick elteO er2 tw ird von d e r Firma W . Feddeler, Essen, M ichaelstr. 24 A, geliefert.
3,0 mg Magnesium irti Liter. Bei m chr ais 4,0 mg Ma
gnesium im Liter w ird die Farbę der Lósung fiir analytische U nterschiedsmessungen zu kraftig. Diese Ergebnisse lassen es ratsam erscheinen, bei allen kolorimetrischen Magnesium- bcstimnnmgen mit Titangelb Kalziumsalze in den an- gegebenen Grenzen zuzusetzen. W egen der Verunreinigung der handelsiiblichen W are durch M agnesium verbindungen muB auch dieses Salz vorher gereinigt w erden, indem man Kalziumkarbonat durch Behandlung mit Schwefelsaure in Sulfat uberfuhrt und durch D ekantieren, Filtrieren und Auswaschen mit destilliertem W asser vom leichter loslichen M agnesium sulfat befreit. Das frisch gefiillte KalziumsUlfat w ird saurefrei gewaschen, in sehr verdunnter Salzsaure gelóst und zu einer Konzentration von 100 m g Kalzium im Liter mit destilliertem W asser aufgefiillt. Dic Vergleichs- magnesiumsalzlósung enthalt 5 mg Magnesium im Liter.
A r b e i t s v o r s c h r i f t .
Auf G rund der Vorversuche ist also die kolorimetrische Magnesiumbestimmung in dem angegebenen G erat stets in der gleichen Weise und Reibenfolge auszufiihren. Von der magnesiumsalzhaltigen Lósung w ird ein Volumen, ent- sprechend einem Gehalt von 0,6 bis 3,0 m g/l Magnesium, in den Kolorimeterzylinder eingefiillt. Zur Bestimmung des anzuwendenden Volumens ist eine Vorprobe zur Fest- legung des ungefahren Gehaltes erforderlich. Nach dem Zusatz von 1 cm3 der Kalziumsalzlósung w ird m it einigen Kubikzentimetern destilliertem W asser verdiinnt. Dann lafit man 1 Tropfen der 0,l°/i)igen wafirigeh Titangelblósung (0,06 cm3) zufliefien, gibt tropfenw eise bis zum Ver- schwinden der gelben Farbę 4 n N atronlauge und dann noch 1/2 cm3 derselben Lauge in einem Schufi hinzu und fii 1 lt schliefllich mit destilliertem W asser auf ein Volumen von 5 cm3 oder 10 cm3 auf. Nach kraftigem Durchschutteln w ird die Farbtónung mit 3 Vergleichslósungen von je 0,1 mg Magnesium Unterschied verglichen, die gleichzeitig und in derselben Reihenfolge angesetzt werden.
E i n f l u B g e l ó s t e r S a l z e be i d e r U n t e r s u c h u n g von G e b r a u c h s w a s s e r n d e s D a m p f k e s s e l b c t r i e b e s .
Nach dieser A rbeitsvorschrift laGt sich der Magncsium- gehalt in Gebrauchswassern des Dam pfkesselbetriebes mit niedrigem Salzgehalt ohne eine weitere VorbehandIung der Proben bestimmen. Aber nicht immer wird hierbei ein ein- w andfreier Blaurosa-Farbton erzielt, sondern die Lósung ist unter Umstanden auch orangerosa bis gelb gefiirbt, so daB ein Vergleich mit der Farbung der Standard-Magncsiuin- salzlósung nicht móglich ist. Diese Erscheinung findet sich in starkerem MaBe bei den salzreichen Proben, wie Kessel- speise- oder im besonderen Kesselwassern, zum Teil aber auch bei Rohwassern aus Fliissen, Teichen oder Brunnen.
Zur Kliirung und Beseitigung dieser Stórungen wurden planmafiige U ntersuchungen iiber den EinfluB der in den Wassern vorkommenden Verbindungen auf die kolori
metrische M agnesiumbestimmung mit Titangelb durch- gefuhrt.
N itrate, N itrite und Bikarbonate erwiesen sich in der iiblichen Konzentration ais nicht stórend; auch die Gegen- w art von Ammonsalzen ist nicht schadlich. Bei der An- wesenheit von freier Kohlensaure ist nur darauf zu acliten, daB die W asserstoffionenkonzentration bei der Farbanalyse auf pH 1 2 -1 3 verbleibt. U nter Um standen muB ein starkerer Zusatz an 4 n N atronlauge erfolgen, wobei am besten der Teil d er Lauge zu verniehren ist, der tro p fe n weise zugegeben w ird. Sulfate, C hloride und K arbonateder Alkalien und Erdalkalien beeinflussen die F arbtónung gleichfalls nicht, abgesehen von d er bekannten giinstigen Farbvertiefung durch die Atiwesenheit von Verbindungen des Kalziuins, Strontium s und Bariums.
Zwei- und dreiw ertige Eisensalze zeigen gegeniiber der A dsorptiw erbindung aus Magnesium und Titangelb ein gleichmaBiges Verhalten. Bei geringen Konzentrationen bis etwa 0,8 mg I FeO bzw. Fe2Ó , machen sie sich nicht stórend bem erkbar. Bei hóheren Gehalten geht die Farbę
36
G 1 u c k a u f77. Jahrgang, Heft 2
allmahlich von Blaurosa iiber O elbrot zu reinem Gelb iiber.
In derartigen W assern kann also eine kolorimetrische Magnesiumbestimmung mit H ilfe von Titangelb nur nach Entfernung der Eisensalze ausgefiihrt werden. H ierfiir eignet sich die beim Einflufi der organischen Bestandteile besprochene Behandlungsweise mit Tierkohle in ammoni- alkalischer Lósung.
Das Vorkommen von Salzen des Mangans in naturlichen W assern ist órtlich beschrankt und tritt dann nur mit ganz geringem O ehalt in Erscheinung. Fiir diesen Fali ist es wichtig zu wissen, dafi dieses Element die kolorimetrische Magnesiumbestimmung stark stórt. Mehr ais 0,1 m g/l Mangan diirfen bei 0,06 cm3 Indikatorlósung nicht vor- handen sein, bei 0,12 cm® w ird die Farbę schon durch 0,05 mg 1 Mangan yerandert. S c h m i d t und G a d empfehlen daher mit Recht die E ntfernung der Mangansalze vor der kolorimetrischen Bestirnmung des Magnesiutns durch Zusatz von 1 Tropfen Perm anganatlósung, Schutteln mit Aktivkohle und anschliefiende Filterung.
Auch das Aluminium neigt zur Farblackbildung und kann deshalb die kolorimetrische Magnesiumbestimmung stóren. Trotzdem w urde bei Zusatz von 0,1 bis 15,8 mg/l Aluminium in Form von Aluminiumsulfat zu einer alkalischen Lósung m it 1 m g/l Magnesium, Kalziumsalz und 1 Tropfen Titangelb keine Farbveriinderung fest- gestellt. Fiihrt man die gleichen Analysen aber mit 2 oder m ehr Tropfen Indikatorlósung durch, so erhalt man einen Farbton von O rangerosa bis zu O range, der mit dem Blau- rosa-Ton der Standardlósung schon bei 2 m g/l Magnesium nicht mehr zu vergleichen ist. Man muB also bei G egenw art von Aluminiumsalzen einen móglichst geringen OberschuB an F arbstoff verwenden. Es gibt aber V erbindungsform en, in denen das Aluminium auch bei dem geringen Zusatz von 0,06 cm3 Indikatorlósung die Farbtónung stórend be- einflufit, wie aus den nachstehenden Untersucliungen hervorgeht.
Verschiedene Gebrauchswasser des Dampfkessel- betriebes wiesen ohne VorbehandIung bei der Magnesium
bestimmung eine fiir den Yergleich ungeeignete gelborange Farbę auf, obgleich nach der gravim etrischen Bestirnmung M agnesium gehalte von 0,15 bis 2,83 m g.l vorlagęn. Nach E ntfernung der Kieselsaure waren samtliche Proben ein- wandfrei blaurosa und die Obereinstimmung mit den gravi- metrisch ermittelten W erten durchaus befriedigend. Da nach diesen Ergebnissen mit Stórungen durch freie Kiesel
saure oder Silikate zu rechnen w ar, w urden planmafiige Versuche vorgenommen. Pulverisierte Kieselsiiure wurde in einer Platinschale mit destilliertem W asser 10 h gekocht, filtriert und das Filtrat 12 h in einem Glasgefafi stehen- gelassen. Diese Lósung mit 45 m g/l S i0 2 stórte die kolori
metrische M agnesiumbestimmung nicht. Im G egensatz dazu verursachte eine filtrierte Lósung mit 80 mg/I S i0 2, die durch lOstiindiges Auskochen des gleichen S i0 2-Pulvers in einem Erlentneyer-Kolben mit anschliefiender Auf- bew ahrung iiber 12 h im gleichen Kolben gewonnen worden war, eine unvergleichbare O range-Farbtónung. Borsilikate konnteu nicht der AnlaB fiir diese Stórung sein, wie man durch Vergleichsanalysen mit der Lósung einer Schmelze von Bora.\ mit Kieselsaure feststellte; denn hierbei tra t keine Farbeeranderung auf. Die gleiche Feststellung konnte bei Versuchen mit Natrium silikatlósungen gemacht werden, so dafi auch dieses Salz ais stórender Bestandteil ansfallt.
Schlicfilich konnte beim Kochen der Kieselsaure im G laskolben ein verhaltnismaBig bestandiges Alumiitium- silikat oder Alkali-Aluminiumsilikat in Lósung gegangen sein, das bei der M agnesium bestimmung durch die kalte Natronlauge nicht zerstórt wird. Versuche mit Mischungen von Aluminiumsulfat- und Natrium silikatlósungen ergaben, daB die gleichzeitige Anwesenheit von Aluminium und Kieselsaure nicht geniigt, um die Farbtónung zu yenindern.
Auch die salzsaure Lósung einer Schmelze aus Kieselsaure, Aluminiumsulfat und Soda yerhalt sich iihnlich. Nur in bestimmten M engenyerhaltnissen, wie z. B. bei Gegenwart von 4 oder S m g/l A120 3 + 2S i02, treten Stórungen auf. Eine
neutrale Lósung der gleichen Schmelze beeinfluBt dagegtm die F arbtónung schon bei mittleren Gehalten derartig, dafi die kolorimetrische M agnesium bestimmung unmóglich wird.
Ein w eiterer Beweis dafiir, daB bestimm te Aluminium- silikate oder Alkali-Aluminiumsilikate, die bestandig gegen Atznatron sind, ais Stórungsursache gelten mussen, ist schlicfilich in den letzten beiden Versuchsreihen zu erschen.
Beim Auskochen jeglicher G laskolben mit destilliertem W asser erhalt man eine Salzlósung, die die blaurosa F arbę der M agnesium verbindung mit Titangelb in O rangerot oder Gelb yerwandelt. Selbst durch Behandlung mit kalter oder w arm er Schwefelsaure kann die stórende V erbindung nicht entfernt w erden. Beim Eindampfen in einer Platinschale hinterbleibt ein Salzgemisch, das in der Hauptsache aus Kieselsaure und Aluminium neben wenig Eisen besteht.
W aśserproben, die langerc Zeit in Glasgefafien erhitzt worden sind, kónnen deshalb nur nach Entfernung der Kieselsaure zur kolorimetrischen M agnesiumbestimmung yerwendet werden.
Alkali-Aluminiumsilikate w erden in Form von Per- mutitęn ais Austauschstoffe bei der Aufbereitung von Kesselspeisewassern verwendet, so dafi sie auf diesem W ege in die G ebrauchsw asser des D am pfkesselbetriebes gelangen kónnen. Versuche ergaben nun, dafi wafirige Perm utitauszuge die Farbung der M agnesium verbindung mit Titangelb in jedem Fali beeinflussen. W ahrend aber Kaltausziige nur die blaurosa F arbę schwachen, geben W arm auszuge eine unvergleichliche Gelbfiirbung, bedingt durch ein Alkali-Aluminiumsilikat, das allerdings durch Behandlung mit kalter oder warm er Schwefelsaure zerstórt werden kann. Kesselspeisewasserproben, die aus einer mit N a-Perm utit beschickten Anlage stammen, sind deshalb vor der M agnesium bestimmung mit verdiinnter Schwefelsaure kurz aufzukochen.
Der Einflufi der im W asser gelósten organischen Be
standteile auf die kolorim etrische Analyse des Magnesiums w urde unter Verwendung von Hum ussaurelósungen nach- gepriift. Etwa bei einem H um ussauregehalt von 6 mg/l, entsprechcnd einem Perm anganatverbrauch von 10 mg/l, hórt die Vergleichsm óglichkeit auf. Diese G renze w ird in den G ebrauchswassern des Dam pfkesselbetriebes im all- gemeinen nicht erreicht, allenfalls bei Oberflachenwassern aus moorigen G egenden oder bei Kesselwiissern infolge Anrcicherung der organischen Substanz. D erartige W asser mussen vor der M agnesium bestim m ung unter Zusatz von etwas Ammoniumchlorid und Ammoniak und einer knappen Messerspitze voll Tierkohle auf 100 cm3 Fliissigkeit ganz kurzzeitig aufgekocht und filtrie rt werden. Diese Behand
lung kann auch 5 min bei Zim m ertem peratur unter Um- schwenken vorgenommen w erden. Durch Bikarbonate, Karbonate oder Kohlensaure wird die Empfindlichkeits- grenze fiir organische Stoffe nicht verschoben, wahrend die gleichzeitige Anwesenheit von zwei- und dreiwertigen Eisensalzen, Aluminiumsalzen oder Kieselsaure Stórungen bereits bei niedrigeren Gehalten beider Komponenten auf- treten laBt.
E r g a n z u n g e n z u r A r b e i t s y o r s c h r i f t bei W a s s e r u n t e r s u c h u n g e n .
Auf Grund der vorstehenden Feststellungen iiber stórende Bestandteile ergeben sich folgende Erganzungen /u r Arbeitsyorschrift der kolorimetrischen M agnesium bestimm ung in Gebrauchswassern des Dampfkessel- betriebes.
Wird beim Zusatz von Titangelb zu einer unbehandelten W asserprobe eine orangerosa bis gelbe F arbę beobachtet, so ist durch Zugabe von etwa 1 ing 1 M agnesiunisalz fest- zustellen, ob eine Anderung des Farbtones zu Blaurosa ein- tritt oder nicht; denn dam it entscheidet sich die Frage, ob die Fehlfarbe durch das N ichtvorhandensein von Magnesium oder durch die G egenw art stórender Bestandteile heryor- gerufen wird. Eine unyeranderte Farbę lafit auf das Vor- handensein stórender Bestandteile schliefien. In diesem
11. Januar 1941 G 1 ii c k a u f 37
Fali wird zur W asserprobe Kalziumsalz und verdiinnte Schwefelsaure zugegeben. Nach kraftigem Durchschutteln oder auch kurzem Erhitzen lafit man einen Tropfen Indikator zulaufen, neutralisiert tropfenw eise mit 4 n Natronlauge, bis die Farbę von Gelb zu O range oder Blau- rosa umschlagt, fiigt noch 1 cm3 4 n Natronlaijge in einem Guli hinzu und yerdiinnt auf 5 oder 10 cm3 Fliissigkeit mit destilliertem W asser. Geniigt der Zusatz von Schwefelsaure nicht zur Erzeugung eines einwandfreien Farbtones, dann setzt mail zur W asserprobe etwas Ammoniumchlorid, Am
moniak und Tierkohle zu, lafit bei Zim m ertem peratur unter kraftigem U m schutteln etwa 5 min einwirken oder erhitzt kurz auf, filtrie rt und fiih rt dann die Magnesiumbestim- inung wie iiblich durch. N ur in den seltensten Falleii w ird diese Behandlung nicht ausreichen und eine fallungs- analytische E ntfernung d er Kieselsaure und des Aluminium- und Eisenoxydes erforderlich sein.
K o l o r i m e t r i s c h e M a g n e s i u m b e s t i m m u n g e n in K e s s e l s t e i n p r o b e n .
Auch bei der U ntersuchung von Kesselsteinproben kann die kolorimetrische M agnesium bestimmung m it gutem Erfolg Anwendung finden. A llerdings ist die Farbanalyse hierbei erst nach der E ntfernung der Kieselsaure sowie des Aluminium- und Eisenoxyds durchfiihrbar. Trotzdem ist die Zeitersparnis noch recht beachtlich und die Uber- einstimmung mit den W erten der Fallungsanalysc durchaus befriedigend. Bei einem Gehalt von etwa 4 o/o MgO und dariiber wird die Farbanalyse aber ungenau, w'eil man in Anbetracht der geringen Farbunterschiede konzentrierter Farblósungen weitgehende Verdiinnungen wahlen muli und dadurch einen zu hohen U m rechnungsfaktor bekommt.
A s c h e n a n a l y s e n .
Fiir die farbanalytische M agnesiumbestimmung in Brennstoffaschen gelten die gleichen Voraussetzungeti wie bei den Kesselsteinanalysen. Stórungen durch Phosphate wurden nicht beobachtet. Man arbeitet am besten m it einer
Lósung, die 0,1 g Asche in 250 cm3 Fliissigkeit enthalt. Je nach dem M agnesium gehalt w erden 1 — 3 cm3 angewendet und nach den iiblichen Zusatzen auf 10 cm* Flussigkeits- volumen aufgefiillt.
U n t e r s u c h u n g e n f e u e r f e s t e r S t e i n e .
SchlieBlieh zeitigt dieses Verfahren auch bei der analytischen U ntersuchung feuerfester Baustoffe giinstige Ergebnissc, wenn Kieselsaure, Aluminium- und Eisenoxyd vorher entfernt sind. Die Versuche wurden mit einer Losung durchgefiihrt, die 0,4 g Steinsubstanz in 50 cm3 enthielt. Titan- und Zirkonverbindungen stóren nicht, wahrend Chrom verbindungen die Farbtónung mit steigen- detn Gehalt zum Gelblichrosa und Oelb rerschieben.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Eingehende Untersuchungen erbrachten den Nachweis, dafi die kolorim etrische M agnesium bestimmung mit Hilfe von Titangelb ais Schnellbestimmung fiir die Analyse von G ebrauchswassern des Dampfkesselbetriehes sehr geeignet ist. Die grofie Em pfindljchkeit in den Farbunterschieden macht aber eine genaue F estlegung d er Untersuchungs- gerate und Arbeitsbedingungen erforderlich. Eine Reihe von Verbindungen, mit deren Vorkommen in den W assern des Dampfkesselbetriebes zu rechnen ist, beeinflussen die Farbanalyse nicht, so N itrate, N itrite, Bikarbonate, Kohlensaure und Ammonsalze. Ais stórend haben sich da- gfgen Eisen-, Mangan- und Aluminiumsalze, Silikate und organische Verbindungen erwiesen. Durch Zusatz von Schwefelsaure oder Behandlung mit Ammoniumchlorid : Ammoniak + Tierkohle gelingt es fast immer, die Farb- veranderung zu beheben. Auch bei der Untersuchung von Kefselsteinen, Brennstoffaschen oder feuerfesten Bau- stoffen kann die kolorimetrische Schnellbestimmung des Magnesiums mit Vorteil angew endet werden. Allerdings muli man hierbei Kieselsaure, Aluminium- und Eisenoxyd vorher entfernen.
U M S C H A U
D e r EinfluB des Z e i t f a k t o r s a u f die K o s t e n b e l a s t u n g de r F o r d e r u n g d urch A u s - u n d V o r r i c h t u n g s a r b e i t e n .
Im Archiv fiir bergbauliehe Forschung berichtet F. Do l i me n iiber den Einfluli des Zeitfaktors auf die Kostenbelastung der F orderung durch Aus- und Vor- richtungsarbeiten‘. Der Verfasser geht davon aus, dafi in der Betriebskostenrechnung bei der Kostenstelle Aus- und Vorrichtung im allgemeinen kein Zinsendienst in Ansatz gebracht w ird, wie es beispielsweise beim Maschineneinsatz (in den Maschinenmieten) durchw eg ublich ist. Der Zinsen
dienst ist abhangig vom Zeitfaktor und durch die Fórde- rung aufzubringen, so dafi am Ende die zu lósende Auf- gabe ersteht, den EinfluB des Zeitfaktors auf die Kosten
belastung der Forderung otfenzulegen.
Ein Teil der Aus- und Vorrichtungskosten ist zeit- unabhangig, so dafi sie vom Zeitfaktor nur inittelbar beein- flufit w'erden kónnen, wohingegen die zeitgebundenen Kosten den Auswirkungen des Zeitfaktors ohne weiteres unterliegen. Reine Zeiteinfliisse ergeben sich bei Ande
rungen des A rbeitsfortschrittes, die bei der Auffahrung selbst, in der zwischen der Auffahrung und dem Abbau liegenden »W artezeitc oder in der Abbauzeit selbst auf- treten kónnen. Anderungen des Zinsfufies oder des Be
schaftigungsgrades bedingen m ittelbare Zeiteinfliisse auf die Kostenbelastung, w obei diese Anderungen sowohl die Auffahrungs- ais auch die W arte- wie auch die Abbau
zeit betreffen kónnen. Schliefilich kónnen Auffahrungszeit und. -kosten durch M echanisierung veriindcrte GroBen an- nehmen, wobei auch der Beschaftigungsgrad zu beriick- sichtigen ist.
Die angedeuteten Fragen werden auf mathem atischer Grundlage einmal forinelmafiig, zum anderen unter Ver-
1 A rch. b e rg b . Forsch. 1 (1940) N r. 2 S. 67,'S6. Eingereicht m r Er- langung des O rad es eines D r.-Ing. habil. bei d e r Fakultlt fu r B ergbau und H Uttenwesen d e r T echnischen H oehschule Berlin.
wendung von Schaubildern und Rechentafeln behandelt, wobei das V erstandnis durch ein durchgerechnetes, die ganze Arbeit durchziehendes Beispiel erleichtert wird.
Aus den Ergebnissen mógen h iereinige genannt w-erden.
Die Steigung der Kurve der zeitgebundenen Kosten ist proportional dem Q uadrat des Riickganges in der tiig- lichen Auffahrungsleistung. Andert sich die Auffahrungs- leistung nur in der Auffahrungszeit, so verhalten sich die Kostenanderungen etwa im Verhaltnis einer arithmetischen Reihe von Logarithm en, d. h. sie wachsen bei sinkender l.eistung nach einer Exponentialfunktion.
Die Kosten einer Aufschlufiarbeit je Tonne Forderung steigen in der mit weiteren Aufschlufiarbeiten erfiillten W artezeit in Abhangigkeit von der Leistungsanderung dieser Arbeiten nach einer Exponentialkurve. D aher ist es von gróBtem betrieblichem W crt, wenn zwischen Auf
fahrung einer Strecke und deren Benutzung zur F orderung móglichst kleinc Zcitraum e liegen. Eine Verkiirżung der W artezeit ist von noch gróBerer Bedeutung ais der Einsatz gróflter Leistung bei der Auffahrung selbst.
Eine Hinauf- oder H erabsetzung der ZinsfuBhóhe ist von erheblichem EinfluB auf die Kosten, da deren Stei- gungsmaB nicht nur iiber den ZinsfuB selbst, sondern auch davon abhangig iiber die Zeitw erte fiir Auffahrung, W arten und Abbau beeinfiuBt ist.
Bei sinkendem Beschaftigungsgrad steigt die Kosten
belastung nach einer Exponentialfunktion. Feierschichten und Ausfalltage wirken sich daher sehr ungunstig aus.
Bei Heranziehung von Sonn- und Feiertagen zur Auf
fahrung ist der Lohnzuschlag nicht voII ais Zusatz- belastung zu betrachten, sondern dabei zu beriicksichtigen, daB auf der anderen Seite eine Zinsersparnis infolge hóheren Beschaftigungsgrades gegeniibersteht.
Bei Betrachtung des Einflusses der Mechanisierung er
gibt sich, dafi es einer genauen Beriicksichtigung des Zeit
faktors und des Beschaftigungsgrades bedarf, wenn man
38 G 1 ii c k a u f 77. J ahrgang, Heft 2
sieli bei Berechnungen, die iiber die V erwendung einer Maschine entscheiden, von dem Erfolg der geplanten M echanisierung ein zutreffendes Bild maelien will.
Der Aufsatz weist nach, dal! die bisher vielfach iibliche einfache Umlegung der Auffahrungskosten auf die Tonne F orderung bei weitem keine klare Angabe iiber die Be- lastung der Forderung durch Aufscliltisse vennittelt, sondern genauere Rechnungen erforderlich sind.
Der Arbeit ist ein umfangreiches Schrifttums- verzeichnis beigefiigt.
E n t w ic k lu n g u n d B e d e u tu n g d e r K o h le n f lo ta tio n . In der Zcitschrift »Archiv fiir bergbauliclie Forschung«
weist F. L. K i i h l w e i n in einem A ufsatz1 iiber die Ent- wicklung und Bedeutung der K ohlenflotation auf die zu- nehmende Bedeutung der A ufbereitung des Rohfeinstkorns unter 0,5 mm hin, die bislang nur im W ege des Schauni- scliwitr.mverfahrens moglich war. Wenn in der Kohlen- aufbereitung die Flotation auch bei weitem nicht den Auf- schwung wie in der E rzaufbereitung genommen hat, so zeigt ein Uberblick, dafi sich die Zalil der in Deutschland errichteten Flotationsanlagen fur Kohle docli immerhin auf 50 belauft. AuBerdcm ist in letzter Zeit die Leistung der K ohlenflotationsanlagen stark gesteigert worden, von fruher durchsćhnittlich 10 auf 60 t Stundenleistung in manchen Neuanlagen. Besonders im Rulir- und Saargebiet haben Arizahl und Durchsatzleistung der Kohlenflotations- anlagen in den letzten Jahren erheblich zugenommen.
Jedoch w ird, wie die nachstehcnde Zahlentafel erkennen lafit, insgesamt nur etwa ein Drittel des in der deutschen SfeinkohTenfórderung enthaltenen Rohfeinstkorns flotiert.
Bei restloser Feinstkornaufbereitung kónnte eine erhebliche Menge an Kokskohlen — unter Verbesserung ihrer Be- schaffenheit — zusatzlich gewonnen werden.
Bezirk
Jahres- fórde- rung
jahres- leistung 4500 Be- triebs- stunden
Durchiatz- leistungen inspes. jcAnlage
Flo- lierter Anteil
Mili. t MMI. t l/h i/li “/a
Ruhrgebiet . . . Saargebiet . . . . Aachen ...
Niederschlesien . Sachsen ...
127,3 14,4 7.8 5,3 3 .8
1,350 0 ,9 9 0 0 ,1 5 0 0 ,675 0,157
300 220 100 150 35
15.75 20,00 14,25 18.75
7,00 1,06 6,87 5,77 12,75 4 ,13 Altreich ohne
Oberschlesien . 158,6 3 ,6 2 2 805 16,10 2 ,30 45 °/o Feinkohle .
6,75 o/o Feinstkorn 7 1,5 10,7
5 ,07 3 3 ,8 0 Eingchcnd wird die rohstoffliche Scite der Kohlen
flotation bcleuchtet im Hinblick auf Ascheii-, Ton-, Schwefel-, Fusit- und W assergehalt, wobei sich ergibt, dali man zweękmaBig das allerfeinste Korn unter 0,075 mm kuiiftig nicht mehr m itflotiert, weil cs den Aschen- und W assergehalt im Flotationskonzentrat stark erlióht.
An H and von 3 Betriebsbeispielen aus dem Ruhrbezirk w ird erortert, wic man am besten Betriebsuntersuchungen von Kohlenflotationsanlagen durclifiihrt, um zu einer ein- wandfreicn Beurteilung des Betriebserfolges zu gelangen.
1 Arch. b e rg b . Forsch, 1 (1940) N r. 2 S. 49 65.
P A T E N T B
Gebrauchsm uster-Eintragungen,
bckanutgemacht im Patcntblatt vom 19. Dezember 1940.
lOb. 1493323 und 1495388. Max Bachmann, Ponitz. (T h.). Kohlcn- anziinder. 22.10. und 7,11.40.
Patent-A nm eldungen',
die vom 19. Dezember 1940 an drci Monate lang in der Auslcgehalle des Reichspatcntamtes auslicgen.
l a . 9. S. 137990. Erfinder: Diplom-Bcrfiingenieur Theodor U derstadt, Freiberg (Sa.) Anmelder: Sachscnerz Bergwerksgesellschaft nibH.. Freiberg (Sa.). Vorrichiung zum Aufbcreiten von Erzen auf nalJmechanischcra W ege.
25.7.39. Protektorat Bohmen und Mahren.
5c, 2. D. 73949. Erfinder. zugleich Amnelder: Heinrich Dehottay, Aachen. Gefrierverfahren unter Verwendung von verfliissigten Oasen.
16.8.37.
1 In den Patentanmcldungcn, die am SchluB mit dem Zusatz sósterreich- und * Protektorat Bohmen und Mahren* versehen sind, ist die Erklarung abgegcben, daO der Schutz sich auf das Land Osterreich bzw. das Protektorat Bohmen und Mahren erstrecken soli.
Hierbei w ird an friihere Vorsclilage von H. H o f f m a n n , Vólklingen, angekniipft. Die auf diese Weise erhaltenen Betriebsergebnisse zeigen auf, wie sieli der G ang der Flotation durch rohstoffliche und betriebliche Mafinahmcn wirksam bceinflussen lafit. Die Betriebsuntersuchungen umfassen von A ufgabegut und Erzeugnissen Siebaschen- analysen fiir, die Kórnungen von 0,75 bis 0,5 bis 0,3 bis 0,12 bis 0,075 mm, Schwimm- und Sinkanalysen der Anteile iiber 0,075 mm bei s = l , 3 bis 1,5 bis 1,8 und 2,0 unter Be- stimmung der Aschengehalte der Dichtestufen, ent- sprechende rohstoffliche Untersuchungen der einzelnen Zellenaustriige und die kohlenpetrographische Gefiige- zusammensetzung — im besonderen die Fusitfiihrung derselben ebenso wie vom Gesam tkonzentrat und seiner Kornung unter 0,075 mm. Eine derartige Betriebsunter- stichung stellt eine wesentliche E rw eiterung der gemaB den Richtlinicn fiir Abnalnne und Uberwachung von Stein- kohlenaufbereitungsanlagen des Bergbau-Vereins fiir die G ew ahrleistung beim Abnahineversuch einer Flotation ublichen Untersuchungen dar. Die żusatzliche Berechnung des Ausbringens ist zu empfehlen.
Fiir zahlreiche Flotationsanlagen in mehreren Stein- kohlenbezirken werden die unterschiedlichen Betriebs
ergebnisse mitgeteilt. Aus diesen folgt, dali im Aschen- gehalt schwanken:
A ufgabegut zwischen 12 und 36 °/o,
Konzentrat „ 4 „ 16%,
B e rg e ib g a n ee „ 60 „ 85 °/o.
Das Ausbringen bew egt sich ,. 60 „ Q0%.
Dic zur E rreichung besserer Flotationsergebnisse wesentliehen betriebstechnischen Gesichtspunkte werden eingehend besprochen. Die Abscheidung des Rohfeinst
korns unter 0,075 ist nach dem derzeitigen Stand der Technik durch Feinstschlammsiebung oder Abschlammung leicht dprchfuhrbar. W ichtig fiir den A ufbereitungserfolg sind ferner richtige Belastung, geeignete Bauart und zweck- mafiige Sclialtung der Flotationszellen, wofiir mehrere Schaltungsmóglichkeiten angegeben werden, die zum Teil sclion reclit verwickelt ausfallen, wenn hóheren Anspriiclien zu geniigen ist. Auf dem Gebiet der Schwimmittel erscheint weiter ein sęhr eingehendes Studium erforderlich, um Best- ergebnisse zu erzielen.
Bemerkenswerte Verbesserungen haben sich in den letzten Jahren auch auf dem Gebiet der Entw asserung der Flotationserzeugnissc erzielen lassen, einmal durch die Schaum zerstórung vor der F ilterung, dann aber auch durch die neuen Bauarten der Kleinzellen- und Scheibenfilter.
Wenn auch durch diese Vorrichtungen vor allcm die mengenmafiige F ilterleistung gesteigert werden konnte, so sind doch weitere Verbcsserungen noch beziiglich des W assergehalts anzustreben, dic vor allem in der Aus- scheidung des allerfeinsten Korns aus dem Rohschlainni liegen diirften. Auch fiir die Beseitigung der Flotations- berge haben sich neue erfolgreiche Wege" eróffnet, so daB die von dieser Seite der Flotation bisher entgegenstehenden Schwierigkeiten nicht m ehr so ins Gewicht fallen.
Die W irtschaftlichkeit der Kohlenflotation steht aufier Zweifel, namcntlich dann, wenn durch besondere Aus- gestaltung der Verfahrensweise aschenarme Erzeugnisse hergeśtellt werden. G erade in dieser Richtung diirften noch besondere Entwicklungsnióglichkeiten fiir die Kohlen
flotation liegen.
E R l C H T
5c, 10 01. U. 100433. Erfinder, zugleich Amnelder: Fritz Grunder, Esscn-Rellinghausen. Auslósevorrichtung fur W anderpfeiler. 18.7.39. P ro
tektorat Bohmen und Mahren.
5c, 10/01. S. 132934. Erfinder. zugleich A nm eldcr: Rudolf Spolders und Friedrich Neckcrmann, D uisburg. W andcrbock zum Stutzen des Hangendcn im Bergbau. 11.7.38.
5c, 10/01. T. 52905. Erfinder: Helmut Hcintzmann, Bochum, und Karl Theodor Jasper. Essen. Anmeldcr: Heinrich Toussaint, Berlin-Grunewald, und Bochuincr Eiscnhiitte Heintzmann & Co., Bochum. Einrichtung zur Sicherung ciserner Grubcnstcmpel in Flozen mit starkem Einfallwinkcl durch Anschlufl der Stempel an ein durchgehcndes bewegliches Sicherungsorgan.
6.10.39. Protektorat Bohmen und Mahren.
5d. 14/10. F. 82301. Erfinder: Diplom-Bergingenieur Heinrich Kuhl- mann und Tilmann Klapdor, Hom bcrg (N drrh.). Anmelder: Frolich& Klupfel, Wuppcr1al-Barmen. Voi richtung zur Einbringung von Bergeversatz. 12.1.37.
5d, 15/10. M. 140859. Erfinder: Bernhard Holtzmann, Herne (W cstf.).
Anmelder: M aschinenfabrik und Eisengieflerei A. Beien, Herne. Blasversatz- maschinc. 6.4.37. O sterreich.
10 a, 19/01. C. 55610. Erfinder: Dr. Louis Nettlenbusch. Oberhausen (R hld.). Anmelder: Concordia Bcrgbau-AG.. Oberhausen (R hld.). Verfahrcn zum Vermeiden der Oberhitzung der D estillationsgase waafferechter Koks- ófen; Z u s.z.P a t. 700552. 30.1.40.
8! e, 19. A. 89391. Erfjrider, zugleich Aumelder: D r,-Ing. e .h . Heinrich Aumund, Berlin-Zehlendorf. Schlepp-Plattenforderband. 21.4.39.
81 e, 21. A. 89 534. Erfinder, zugleich Aumelder: D r.-Ing. e .h . Heinrich Aumund, Berlin-Zehlendorf. Entladevorrichtung fu r Schlepp-Plattenforderer;
Zus.z. Pat. 681 678. 22.6.37.
D eutsche P atente.
(Von dcm Tage. an dem die Erteilung eines Patcntes bekanntgemacht worden ist, lauft die funfjahrige F rist, inne r ha Ib dereń eine N ichtigkeitsklage gegen
das Patent erhoben werden kann.)
l a (9). 699876, vom 2 9 .6 .3 4 . E rteilung bekannt
gemacht ani 7 .1 1 .4 0 . O e o r g e W i l l i a m R a t h j e n s in Sa l t L a k e C i t y , U t a h (V.St.A .). Verfahren zum Trennen von m inerm scheti S ta ff gemischen in ortlich ruhenden, nur in sich bew egten Fliissigkeiten.
Der das zu trennende Stoffgemisch enthaltenden Flussigkeit w erden Schwingtingen mit w aagerechten und senkrechten Bew egungskom ponenten mit so hoher Schwingungszahl erteilt, daB die senkrechte Komponentę, die der Flussigkeit die A bw artsbeschleunigung erteilt, gróBer ist ais die um den Auftrieb der leichteren Teilchen des Stoffgemisch es in der Flussigkeit verm inderte Failbcschleunigung. Die ' senkrechte Komponento muB mindestens so groB bemessen w erden, daB die schwersten Teilchen des Stoffgemisches noch am Boden des Fliissig- keitsbehalters liegenbleiben und die leichtesten Teilchen des Oemisches durch die O berflache der Flussigkeit hin- durchstoBen und infolge der O berflachenspannung der ietzteren in dieser nicht m ehr sinken kónnen. Die Trenn- wirkung kann durch mechanische Trennm ittel (z. B.
Prallwande oder unterhóhlte Leisten) und durch eine schrage Bew egungskomponente erhóht w erden. Durch das Patent sind verschiedene V orrichtungen zur A usfuhrung des Verfahrens geschiitzt.
I b (6). 699704, voin 2 9 .6 .3 9 . E rteilung bekannt
gemacht am 7. 11. 40. M e t a l l g e s e l l s c h a f t AG. in F r a n k f u r t (M ain). Elektrostatischer Scheider fiir Erze und sonstige S to ffe . Z us.z. Zusatzpat. 689 185. Das Haupt- pat. 687595 hat angefangen ani 26. 5. 38. E rfin d er:
Dr. A lfred Stieler in F rankfurt (M ain). Der Schutz er- streckt sieli auf das P rotektorat Bóhmen und Mahren.
Bei dem Scheider gemaB dcm Zusatzpatcnt 689185, der zwei ubereinanderliegende gegenpolige hlektroden hat, von denen die obere, die leitenden Teilchen anziehende Elektrodę ein um seine Langsachse um laufcndcr Zylinder ist, ist die untere, die leitenden Teilchen abstoBende Elektrode ebenfalls ais um laufender Zylinder ausgebildet.
Dieser Zylinder ist mit D urchtrittsoffnungen verschen, wahrend d er ihn umgebende Zylinder keine D urchtritts- óffnungen hat, sondern an der Innenwandung mit zwei Gruppen von verschiedenartigen Schaufeln versehen ist.
Zwischen den beiden zylindrischen E lektroden sind orts- feste Einbauten angeordnet, die in V erbindung mit den Schaufelgruppen der auBeren Elektrode das der W irkung der inneren Elektrode ausgesetzte Scheidegut in m indestens zwei Stronie teilen.
lOa (39). 699766, vom 7 .1 2 .3 8 . E rteilung bekannt
gem acht am 7. 11.40. L u d w i g K i r c h l i o f f in B e r g i s c h - G l a d b a c h und A r t h u r E r i c h V o g t in K ó l n - L i n d e n - th a l. Beweglicher M eilerofen zum Schwełen von H olz, T o rf und ahnlichen B rennstoffen.
Dem Ofen w ird die Luft durch m ehrere, wie bekannt, unterhalb des Schwelgutes m undende Rohre zugefuhrt, die strahlenfórm ig zur Achse des Ofens verschicbbar sind.
lOb (1). 699993, vom 1 1 .6 .3 7 . E rteilung bekannt
gem acht ara 1 4 .11.40. C a r b o d u r GmbH. in Be u t l i e n (O.-S.). Verfahren zum Brikettieren von feslen Brenn
sto ffen , besonders Kohlen jiingeren geologischen Alters.
P rioritat vom 1 2 .6 .3 6 ist in Anspruch genommen. E r
finder: D r.-lng. Viktor Skutl in Leoben.
Die zu brikettierenden Brennstoffe, besonders Kohlen jiingeren geologischen Alters, werden zuerst, wie bekannt, in einem geschlossenen DruckgefaB mit W asser oder W asserdam pf auf Tem peraturen zwischen 130 und 300° C erhitzt. Alsdann werden die Stoffe in dem selben oder in einem zweiten DruckgefaB unter gleichen pder annahem d gleichen D am pfdruckverhaltnissen oline w esentlicheTenipe- raturverringerung in G egenw art wenigstens eines Teiles des urspriinglich in ilinen enthaltenen W assers /u Briketts gepreBt.
lOb ( 6 02). 699823, vom 2 0 .4 .3 7 . E rteilung bekannt
gem acht am 7. 11.40. D e u t s c h e E r d ó l - A G . in B e r l i n -
.1 H
/ri
S c h ó n e b e r g . Verfahren zur Verbesserung der Oberflache von Braunkohlcnbriket/s. E rfin d er: Dr. phil. Friedrich Schick in Berlin-Dahlem. D er Schutz erstreckt sieli auf das Land Osterreich.
Durch Erhitzen verfliissigte ungesiittigte Asphalte (Selektivasphalte und Drtickasphalte von M ineralólen oder Teeren) w erden unter V erwcndung von T rager- mitteln (Dampfe von Fliissigkeiten), die Asphalte nicht lósen, und unter Zusatz geringer Mengen von die Grenz- flachenspannung herabsetzenden Stoffen, z. B. Seife oder Montanwachs, auf die warmen Briketts aufgespriiht.
81 e (52). 700144, vom 8.4.38.
E rteilung bekanntgem acht am 14. 11. 40. F, W. M o l l S o h n e , M a s c h i n e n f a b r i k in W i t t e n . A us zw ei beiderseits der Rutsche und parallel zu dereń Langsachse angeordnelett Zylindern bestehen- der Anirieb fiir Schiittelrutschen.
Erfinder: W alter Hardieck in D ort
mund. D er Schutz erstreckt sich auf das Land Osterreich.
Die Enden d er einseitigen oder doppelseitigen Kolbenstangen a der Zylinder b des Antriebes sind ais Verbindungsteile fiir die Schiisse c der Rutschc ausgebildet. Die Enden der Kolbenstangen a kónnen Z .B .,
mit Gewinde vcrsehen, durch die zum Verbinden d er Rutschen- schiisse dienenden Osen d o. dgl.
hindurchgeftihrt und z, B. durch Schraubenm uttern e mit den Osen o. dgl. sta rr verbunden werden.
81 e (103). 699926, vom 9 .7 .3 7 . E rteilung bekannt- i i
i i i l i i
i
li
\ i i t! i-
11
gemacht am 1 4 .11.40. Ka r l wagenhochkipper.
L o t h in B e r l i n . Forder - Der Kipper hat einen stehenden, oben offenen
Druckluftzylinder a, dessen Kolbenbewegun- gen durch zwei zu semen beiden Seiten verschieb- bar angeordnete, senk- recht gefiihrte Zahnstan- gen b auf das die For- derw agen aufnehmende Gestell c iibertragen wer- den. Die beiden Zahn- stangen b sind am oberen Ende durch eine Quer- stange d mit der Kolben- stange des Zylinders ver- bunden und greifen in Zahnsegmente e ein, auf dereń Achse f beiderseits des Zylinders liegende Arnie g befestigt sind.
Das freie Ende der Arme ist durch eine Achse h drehbar m it dem Gestell c verbunden, fiir das eine mit dem Zylinder a sta rr verbundeńe Anschlag- stange i vorgesehen ist.
An dem Gestell c kónnen auf der Stange i gleitende schrage Flachen h starr befestigt sein.
P E R S O N L I C H E S
Dem B ergw erksdirektor Bergassessor M e u t h e n , Vorstandsm itglied der Concordia Bergbau-ACi., Kapitan- leutnant, ist das Eiserne Kreuz 1. Klasse verliehen worden.
Dem Ersten Bergrat S c h w a n c n b e r g , D irektor der Bergschule Dillenburg, ist das Deutsche Schutzwalf- Ehrenzeichen verliehen worden.
