Die Fortschritte in der künstlichen Erzeugung von Kälte und Eis;Vom Verfasser für den deutschen amtlichen Ausstellungsbericht der Wiener Weltausstellung 1873 bearbeitet und für den Wiederabdruck im Dingler's polytechn. Journal mit Zusätzen und Verbesserungen versehen. von Dr. Heinrich Meidinger, Professor in Carlsruhe. Meidinger, über die Fortschritte in der künstlichen Erzeugung von Kälte und Eis. Die concentrirte Kälte in der Form von Eis gewinnt täglich eine erhöhtere Bedeutung für industrielle, wie für häusliche Zwecke. Die Bierbrauerei nach bayerischer Methode, die Bereitung von Lagerbier, welches, bei uns in Deutschland wenigstens, alle anderen Sorten Bier nahezu verdrängt hat, ist auf eine dem Nullpunkt nahe kommende, längere Zeit anhaltende Temperatur angewiesen, die bis jetzt nur durch Eis hat hergestellt werden können; für den Conditor gibt es kein anderes praktisches Mittel als Eis, um zur Bereitung von Gefrornem eine Temperatur von 12 bis 18° unter Null zu erzeugen; der Arzt wendet in häufigen Fällen die Kälte des Eises innerlich wie äußerlich als geradezu unersetzliches Heilmittel an; der Händler mit frischem Fleisch, der Gastwirth kann ohne dieses conservirende Mittel kaum mehr bestehen; im Hauswesen hat sich das Eis auch bereits, in größeren Städten wenigstens, wo es dauernd billig zu beziehen ist, eingebürgert und erscheint denen, die sich an dessen Gebrauch gewöhnt, als unentbehrliches Mittel zur Conservirung der Speisen, zur Kühlung der Getränke während der warmen Jahreszeit. Noch ist zu erwähnen, daß auch zum Auskrystallisiren von Salzen, oder im Allgemeinen zum Ausscheiden von gelösten Stoffen durch Kälte, das Eis in der chemischen Industrie bereits mehrfache Anwendung gefunden hat. Wir sehen der Zunahme der Verwendung entsprechend auch wachsende Mengen von Eis jeden Winter eingelagert. Ein großartiger Transport hat sich ausgebildet, um das Eis von den nördlicheren kälteren Theilen der Erde nach den dem Aequator näher gerückten Gegenden zu übermitteln. Namentlich Nordamerika verschifft Eis in erstaunlicher Menge nach allen Richtungen, sogar nach Mittel- und Südamerika, West- und Ostindien. Auch Norwegen ist in den Schiffsverkehr eingetreten, von da gelangt Eis nach England und nach den deutschen Nordseehäfen. In milden Wintern wie 1862/63, 1872/73 sahen wir, daß von den Alpengletschern her das Eis in ganzen Zügen rheinabwärts verfrachtet wurde. Dieses so unentbehrlich gewordene Material hat die Wissenschaft gelehrt, in künstlicher Weise herzustellen. Die ersten Versuche der Eisbereitung im Großen fallen gegen das Ende der fünfziger Jahre. Die Eisfabrikation hat seitdem einen außerordentlichen Umfang angenommen. Selbst in solchen Gegenden, wo der Winter in der Regel genügend kalt ist, um Eis in hinlänglicher Menge für die warme Jahreszeit aufspeichern zu können, wie z.B. bei uns in Deutschland, hat man es in zahlreichen Fällen lohnend gefunden, besondere zur technischen Anfertigung dieses Stoffes oder zur künstlichen Kälteerzeugung überhaupt bestimmte Maschinen aufzustellen. Auch sehen wir bereits an verschiedenen Orten Werkstätten in voller Thätigkeit, um das Bedürfniß nach solchen Maschinen zu befriedigen; nach dem milden Winter 1872/73 konnten die vorhandenen Fabriken der Nachfrage nach Eismaschinen nicht genügen. Die Londoner Ausstellung 1862 führte die Aether- und Ammoniak-Eismaschine vor; inzwischen ist ein drittes System hinzugekommen: die Luft-Eismaschine, welche jedoch noch ihrer Vollendung harrt, weil eigenthümliche Schwierigkeiten dem praktischen Betrieb sich entgegenstellen. Die Theorien dieser Maschinen sind eingehend erörtert worden, so daß man bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit, ihrer relativen Vorzüge vollkommen im Klaren ist; außerdem wurde noch eine Reihe von Vorschlägen zur Erzeugung von Kälte mit anderen Hilfsmitteln gemacht, die bis jetzt zu keinem oder nur geringem praktischen Ergebniß geführt haben. Wir wollen im Folgenden die Entwickelung zu schildern versuchen, welche die ganze Frage nach allen ihren Richtungen bis zum heutigen Tage genommen hat. Die Physik lehrt drei Vorgänge kennen, durch welche eine Erniedrigung der Temperatur, und wenn dieselbe in intensivem Grade stattfindet und auf Wasser übertragen wird, eine Eisbildung hervorgerufen werden kann: die Auflösung oder Verflüssigung fester Körper (Salze), die freiwillige Verdampfung von Flüssigkeiten und die Ausdehnung (Expansion) gasförmiger Körper. Jedes dieser Mittel hat in der Praxis Verwendung gefunden; das erste: die Auflösung, zur Temperaturerniedrigung von kleinen Massen in einfachen, nicht continuirlich wirkenden Apparaten, die beiden anderen Mittel: die Verdampfung und die Expansion, zur eigentlichen Fabrikation von Eis in ununterbrochener Weise in complicirten Maschinenverbindungen. I. Kälte durch Auflösung. Damit ein Körper aus dem festen in den flüssigen Zustand übergehe, muß bekanntlich eine gewisse, bald größere, bald kleinere Menge Wärme aufgewendet werden. Sind die Bedingungen derartige, daß die Verflüssigung ohne Wärmezufuhr von außen erfolgt, so wird die Wärme dem betreffenden Körper und seiner Umgebung entzogen, es findet eine Erniedrigung der Temperatur statt. Dies beobachtet man immer beim Auflösen von Salzen. In gewissen Fällen ist die Auflösungskälte so groß, daß die Temperatur weit unter den Gefrierpunkt gelangen und in Folge dessen Wasser zum Gefrieren gebracht werden kann. Man bezeichnet nun als Kältemischung jedes Gemenge von Substanzen, welches bei der Auflösung eine sehr tiefe Temperaturerniedrigung seiner Masse bewirkt. Zahlreiche derartige Mischungen sind schon seit lange beschrieben und in allen Lehrbüchern der Physik angeführt; die bekannteste und häuslich wie gewerblich am meisten angewendete setzt allerdings das Vorhandensein von Eis selbst voraus. Sie besteht aus 3 Th. Eis und 1 Th. Kochsalz, welche sich gegenseitig lösen, indem die Temperatur dabei bis – 21° sinkt. Es ist dies der Gefrierpunkt der gesättigten Kochsalzlösung. Es bedarf der Schmelzung nur eines Theiles der Mischung, um in der ganzen Masse diese niedrige Temperatur zu erzeugen; erst wenn Wärme von außen in die Masse eindringt, kann immer bei derselben Temperatur eine weitere Schmelzung von Statten gehen. In Folge dessen läßt sich die Temperaturerniedrigung so lange erhalten, bis alles Eis sich mit dem Salze aufgelöst hat. Doch ist es nöthig, die Masse fortdauernd umzurühren. Dieser Salz-Eis-Kältemischung bedient man sich zur Bereitung von Gefrornem, welches zu seiner Bildung einer Temperatur von etwa – 12° bedarf. Da hierbei im Wesentlichen Wasser zum Gefrieren zu bringen ist, die beigefügten anderen Substanzen wenigstens hinsichtlich specifischer und latenter Wärme fast zu vernachlässigen sind, so läßt sich leicht ausrechnen, wie viel Gefrornes dem Gewicht nach mittels einer bestimmten Menge Kältemischung bereitet werden kann. Die Gefrierapparate der Conditoren bestehen aus einem Zinntopf zur Aufnahme der Crèmes oder des Syrups, der in einem größeren Gefäß von Holz oder verzinntem Kupfer steht; der Zwischenraum wird mit Salz und Eis ausgefüllt, die Mischung muß fortwährend gerührt werden, damit Salz und Eis in vielfältige Berührung gelangen; wird dies versäumt, so senkt sich das Salz, nachdem etwas Lösung bereits gebildet, zu Boden und wirkt nicht weiter auf das Eis ein. Seit Mitte der sechziger Jahre etwa kommen von Paris Apparate zum Haushaltungsgebrauch in den Handel, welche folgende Einrichtung haben. Ein cylindrisches doppelwandiges Gefäß aus Blech trägt in der Mitte des Mantels zwei Zapfen, die auf zwei auf einer Holzplatte befestigten Stützen ruhen; der eine Zapfen setzt sich in eine Kurbel fort, welche dazu dient, den Cylinder in Umdrehung zu versetzen. Die beiden ebenen Endflächen des Cylinders sind Holzscheiben, welche durch einen eigenthümlichen Verschluß auf den Cylinder aufgedrückt werden; zur Herstellung vollkommener Dichtung sind Gummiringe unterlegt. Der Zwischenraum beider Cylinderwände ist mit einem schlechten Wärmeleiter ausgefüllt. In das Innere ist ein Blechconus eingesetzt, welcher, von der einen Seite zugänglich, den Syrup aufnimmt; der ringförmige Zwischenraum wird von der anderen Seite mit Eis und Salz ausgefüllt. Nachdem die Deckel fest aufgesetzt sind, wird gedreht, zuerst etwa fünf Minuten lang, dann der Syrupdeckel abgehoben und das bereits an der Wand ausgeschiedene Gefrorne mit einem Spatel abgelöst und mit dem Uebrigen verrührt, wodurch sich butterförmige Consistenz herstellt; der Apparat wird dann wieder verschlossen, umgedreht und nach fünf Minuten von Neuem geöffnet und der Inhalt verrührt, und ebenso ein drittes Mal. Nach einer Viertelstunde ist der Syrup fest. Der Apparat wirkt ganz zufriedenstellend, aber seine Bedienung ist etwas umständlich, auch ist er ziemlich theuer. Der Verfasser hat eine vereinfachte Maschine hergestellt, auf deren Einrichtung ihn die Beobachtung geführt hatte, daß auch die Kochsalzlösung unter 0° das Eis schmilzt und zwar, sofern sie concentrirt erhalten wird, unter Erzeugung derselben niedrigen Temperatur wie bei der Einwirkung von festem Salz auf Eis (vergl. 1872 204 409). Die Maschine besteht aus folgenden drei Theilen: einem cylindrischen Hafen (Kühlgefäß) mit Doppelwandung, oben ganz offen; ferner einem conischen Blecheinsatz (Friergefäß) von etwa halber Weite, bis nahe zum Boden herabgehend, oben mit fest verbundener Deckplatte, welche auf dem cylindrischen Gefäß ruht und kapselförmig dasselbe fest umschließt, während die Oeffnung des Einsatzes selbst unverschlossen bleiben kann; endlich drittens einem ringförmigen siebartigen Gefäß (Salzbehälter), welches in den Zwischenraum zwischen Hafen und Friergefäß eingesenkt wird und etwa bis zur Mitte herabreicht. Der Hafen wird bis zur Hälfte mit zerstoßenem Eis angefüllt, dann wird eine concentrirte Salzlösung eingegossen, hierauf das mit Salz gefüllte Siebgefäß eingehängt und endlich das mit dem Syrup zu füllende Friergefäß eingedrückt, welches von der Kältemischung bis oben berührt wird. Das Eis schmilzt in der Kochsalzlösung; diese sich verdünnend löst wieder Salz aus dem Sieb und erhält sich dadurch nahe gesättigt und in ihrer Wirkung auf das Eis ungeschwächt. Die Temperaturerniedrigung durch das ganze Gefäß ist eine gleichförmige, eine mechanische Bewegung der Mischung findet nicht statt. Das nothwendige Verrühren des gefrierenden Syrups erfolgt in Zwischenräumen von etwa fünf Minuten, ohne daß man an der Zusammensetzung des Apparats dabei das Geringste zu ändern braucht. Die Maschine wird von C. Beuttenmüller und Comp. in Bretten in eleganter Form als Tafelgeräth hergestellt. Neuerdings wird der Apparat in etwas größerem Maßstabe auch in der Parfümerie verwendet zum Scheiden der fetten Oele vom Spiritus (vergl. 1874 213 84). Kältemischungen, bei denen durch Auflösung von Salzen in Flüssigkeiten Temperaturerniedrigung bewirkt wird, sind in den letzten Jahren mehrfach untersucht worden, nachdem verschiedene für deren Anwendung bestimmte kleine Haushaltungs-Eismaschinen in den Handel gelangt waren. Der Verfasser hat nach eigenen Versuchen eine Tabelle von 16 MischungenBadische Gewerbezeitung, 1868 S. 98. zusammengestellt, aus der wir einen kleinen Auszug, die dienlichsten Mischungen enthaltend, wiedergeben wollen. Textabbildung Bd. 217, S. 475 Mischung; Temperaturabnahme; Specifische Wärme der Lösung; Volumgewicht der Lösung; Wärmeeinheitenverlust von; 1k Mischung; 1l Mischung; Für 120c aufzuwenden; Salz. k; Wasser. k; Kosten in M.; 1 Kochsalz, 3 Eis; 3 kryst. Glaubersalz, 2 conc. Salzsäure; 2 salpeters. Ammoniak, 1 Salmiak, 3 Wasser; 3 Salmiak, 2 Salpeter, 10 Wasser; 3 Salmiak, 2 Salpeter, 4 kryst. Glaubersalz, 9 Wasser; bis *Die Zahl 21 für Kochsalz-Eis fällt mehr ins Gewicht, als es den Anschein hat. Sie bedeutet nämlich die Temperatur unter 0°, und zwar die andauernde Temperatur, so lange, bis alles Material geschmolzen ist. Die den anderen Kältemischungen gegenüber richtige Verhältnißzahl würde mit 81,5° zu bezeichnen sein, der Summe der latenten Wärme des Eises 79 und der Auflösungswärme des Salzes 2,5. Diese Temperatur würde in der That auch beobachtet werden, sofern die concentrirte Kochsalzlösung keinen Gefrierpunkt hätte; dann würde die ganze Masse von Eis und Salz auf einmal schmelzen. Salzgemenge geben weit größere Temperaturerniedrigung als die einfachen Salze, da sie sich zusammen in viel weniger Wasser auflösen. 1 Th. Salmiak löst sich in 3 Th. Wasser und erniedrigt die Temperatur um 19°; Salpeter löst sich in 6 Th. Wasser und erniedrigt die Temperatur um 11°. Man vergleiche nun damit die vierte und fünfte Mischung, welche gleichfalls concentrirte Lösungen bilden; besonders merkwürdig ist wieder die fünfte der vierten gegenüber. Die drei letzten Verticalspalten enthalten Materialaufwand und Kosten (bei Detail- und Engroseinkauf) für 120c, womit man bei der Salz-Eis-Mischung im Stande ist, 1k Wasser in Eis zu verwandeln; bei den anderen Mischungen erhält man jedoch nur etwa 0k,5 Eis für diesen Aufwand. Die Salz-Eis-Mischung, welche zum Vergleiche beigesetzt wurde, ist, wie man sieht, um ein Mehrfaches wirksamer und billiger wie alle anderen Mischungen, sofern man nur einen einmaligen Gebrauch der Materialien im Auge hat. Die zweite der Mischungen, Glaubersalz-Salzsäure, läßt sich auch nicht wieder restituiren, ebenso nicht leicht die letzte wegen des krystallisirten Glaubersalzes. Diese beiden sind aber noch relativ billig. Die Mischung, bei welcher sich durch Abdampfen der Lösung das Salzgemenge leicht wieder in der anfänglichen Beschaffenheit herstellen läßt, salpetersaures Ammoniak-Salmiak, ist hingegen in der ersten Anschaffung so kostspielig, daß eine nur einmalige Verwendung ganz unthunlich erscheint. Letztere Mischung wurde einem auf der Pariser Ausstellung 1867 zuerst bekannt gewordenen Apparat von S. Charles beigegeben. Dieser Apparat besteht aus einem kleinen hölzernen Faß mit durchlochtem Deckel; das einzustellende Füllgefäß für das zu Gefrierende besteht aus Zinn und besitzt einige Schraubenflügel, durch welche bei der Umdrehung eine Durcheinandermengung von Salz und Wasser bewirkt wird; auf dieses Gefäß kommt ein Deckel mit einem Schwungrädchen zu sitzen, durch dessen Umdrehung zugleich das ganze Gefäß gedreht wird. Eine andere Form stammt von Toselli und Comp. in Paris und wird glacière italienne roulante genannt.Vergl. 1867 184 406; 185 244. 1868 190 26. Badische Gewerbezeitung 1868 S. 106. Wagner's Jahresbericht, 1867 S. 538; 1868 S. 605. Sie besteht aus einer hohen blechernen Büchse, in welche eine etwas conisch geformte blecherne Röhre eingehängt wird. Eine gute Dichtung verbindet beide Gefäße am Rande; der Einsatz, in welchen der Syrup gelangt, wird noch besonders geschlossen. In den ringförmigen Zwischenraum beider Gefäße kommt die Kältemischung. Das äußere Gefäß wird nach der Einladung mit einem Tuchmantel umgeben und dann auf dem Tisch hin und her gerollt. In der Wirkung stehen sich beide Formen von Apparaten gleich, die erstere ist wohl etwas handlicher im Gebrauch. Eine große Verbreitung haben alle diese Apparate nicht erlangen können, wenigstens nicht an den Orten, wo Eis überhaupt zu bekommen ist; man ist gezwungen mit großen Massen zu arbeiten, um kleine Resultate zu erzielen (4k Salzmischung geben kaum 1k Gefrornes von etwas geringerer Consistenz als das mit der Salz-Eis-Mischung dargestellte, oder etwas mehr als 0k,5 Eis im Sommer). Steht kein kaltes Brunnenwasser zur Verfügung oder ist kein kühler Keller da, so bleibt das Resultat überhaupt ein unsicheres, man müßte denn gerade doppelt arbeiten, um zuerst kaltes Wasser zu bereiten, wodurch aber die Umständlichkeit nur vermehrt würde. Das Abdampfen der Salzlösung, um das Salz wieder zu gewinnen, ist eine Arbeit, wie sie sonst in der Küche nicht vorkommt und die einige Aufmerksamkeit in der Behandlung erfordert; die Summe der Operationen bleibt für das Hauswesen zu schwerfällig, wenn auch die Kosten für die Restituirung des Salzes unerhebliche zu nennen sind. Es handelt sich noch um die Frage, ob das Mittel der Salzauflösung sich nicht etwa für technische Fabrikation von Eis im Großen eignet. Diese Frage kann rechnungsmäßig beantwortet werden mit Hilfe der in der obigen Tabelle enthaltenen Zahlen. Um 1k Eis aus Wasser von der bei uns mittleren Jahrestemperatur von 12° herzustellen, wird man technisch, mit Berücksichtigung der Verluste, nicht viel weniger als 120c brauchen. Die Mischung 3k salpetersaures Ammoniak-Salmiak mit 3k Wasser gibt zwar so viel, davon fällt aber wenig mehr als die Hälfte unter 0°, da ja auch diese Substanzen von der Anfangstemperatur 12° (günstigsten Falls) gedacht werden müssen. Nun läßt sich allerdings durch Gegenströmungen die in der abgängigen, zum Gefrieren nicht mehr benutzbaren Mischung noch enthaltene Kälte auf das bei frischer Mischung zu verwendende Wasser übertragen und soweit denkbarer Weise die gesammte Auflösungskälte unter 0° nutzbar machen (Verluste unberücksichtigt gelassen). Man bedarf dann 3k Wasser für 1k Eis und bei der Restituirung müssen diese 3k im Kessel durch künstliche Wärme verdampft werden. Die Leistung von 1k unter dem Kessel verbrannter Kohle beträgt nun ungefähr 6k Dampf oder doch nur wenig mehr. Es folgt daraus, daß mittels 1k Kohle nicht mehr als 2k Eis bereitet werden können, ganz abgesehen von der für den Transport der vielen Flüssigkeit erforderlichen Maschinenkraft. Dieses Resultat ist ein sehr ungünstiges, da mit den anderen Eismaschinen viel mehr, mit der Ammoniakmaschine die vier- bis fünffache Leistung erzielt wird. Man hat aus diesen Gründen auch noch keine technischen Apparate für die Fabrikation von Eis im Großen, die sich sonst durch eine verhältnißmäßige Einfachheit in der constructiven Form (nur offene Gefäße) von den anderen Systemen unterscheiden würden, zur Ausführung gebracht. Es ist auch nicht zu erwarten, daß die Umstände sich je günstiger gestalten; man müßte denn Salze auffinden, die bei ihrer Auflösung eine um ein Mehrfaches größere Temperaturerniedrigung bewirkten als die bekannten Mischungen. Das steht nun nicht in Aussicht, nachdem die bekannten Salze alle auf dies Verhalten untersucht sind. Wäre Kochsalz ein so kostspieliger Körper, daß man auf seine Wiedergewinnung bedacht sein müßte, so würde selbst bei Abdampfung der von der Eis-Kochsalz-Mischung stammenden Lösung mittels 1k Kohle nicht mehr Salz als für 4k Gefrornes Eis auszuscheiden sein. – Der innere Grund für diese geringe Leistung liegt darin, daß die Restituirung des Salzes sich nur durch eine Veränderung des Aggregatzustandes bewerkstelligen läßt (Verdampfung), welche mit einem hohen Wärmeaufwand verbunden ist, der immer ein Vielfaches beträgt von der latenten Schmelzwärme. Die Production von einer negativen Wärmeeinheit erfordert bei der Salz-Eis-Mischung einen Aufwand von 8 positiven (Wiedergewinnen des Rohsalzes angenommen), bei salpetersaurem Ammoniak-Salmiak von 16 positiven Wärmeeinheiten. Wir erwähnen noch zum Schluß, daß im J. 1869 Rüdorff (1869 194 57) eine Untersuchung über die durch Auflösen von einfachen Salzen zu erzielende Temperaturerniedrigung angestellt hat; die beigefügte Tabelle enthält 20 Salze, von denen wir zwei bis dahin noch nicht untersuchte hervorheben, da sie von einzelnen Salzen die tiefste Temperaturerniedrigung bewirken. Schwefelcyanammonium und Schwefelcyankalium. 105 Th. des ersteren in 100 Th. Wasser gelöst, bewirken eine Temperaturerniedrigung von 31,2°, 130 Th. des letzteren in 100 Th. Wasser sogar von 34,5°. (Fortsetzung folgt.)