Titel: | Beschreibung meiner neuen Dampfmaschine mit sehr hohem Druke. Von Dr. Ernst Alban. |
Autor: | Dr. Ernst Alban [GND] |
Fundstelle: | Band 32, Jahrgang 1829, Nr. XV., S. 87 |
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XV.
Beschreibung meiner neuen Dampfmaschine mit sehr
hohem Druke. Von Dr. Ernst
Alban.
Mit Abbildungen auf Tab.
I.
(Beschluß der Abhandlung S. 1. in diesem Bande.)
Alban, Beschreibung seiner neuen Dampfmaschine mit sehr hohem
Druke.
C. Calculation der Maschine.
Wenn ich die im Vorhergehenden beschriebene Maschine als eine von der Kraft von 10
Pferden angegeben habe, so liegt es mir nun noch ob, den Beweis dieser Behauptung zu
fuͤhren, so wie Regeln anzugeben, wie eine Maschine nach meinem Principe, und
ihre einzelnen Theile bei ihrem Baue, nach der jedesmaligen stipulirten Kraft, zu
berechnen seyen.
Schon oben habe ich bemerkt, daß ich den Normaldruk der Daͤmpfe in der
Maschine zu 600 bis 700 Pfund auf den Quadratzoll annehme, Hievon den Mittlern Druk,
als den, bei einer richtigen Calculation zum sichersten Ziele fuͤhrenden,
gerechnet, bestimme ich selbigen auf 650 Pfund und folgere daraus mit
Veruͤksichtigung des anzuwendenden Expansionsprincipes, der wirksamen
Staͤmpeloberflaͤche und der Geschwindigkeit der Staͤmpel,
folgende Resultate:
Da die Maschine mit 1/3 Fuͤllung der Stiefel arbeiten, und mit Dampf von 650
Pfund Druk auf den Quadratzoll in Thaͤtigkeit gesezt werden soll, so ist
zuerst der wirkliche mittlere Effekt auf die Staͤmpel in Pfunden auf den Quadratzoll
zu suchen. Dieser ergibt sich, wie bekannt, aus der Berechnung des
anfaͤnglichen Druks zu dem Druke, der auf den Staͤmpel nach Vollendung
seines jedesmaligen Laufes im Stiefel (bei dreifacher Ausdehnung in demselben)
bleibt. Seze ich nun den anfaͤnglichen Druk der Daͤmpfe vor der
Ausdehnung zu 650 Pfund, so verhaͤlt sich der Druk nach einer dreifachen
Ausdehnung wie folgt.
650/3 = 216,66 Pfund
oder um eine runde Zahl zu nehmen, zu 216 Pfund auf den
Quadratzoll der Staͤmpel. Zwischen beiden Graden des Druks ist die Mittelzahl
432 Pfund als wirklich anzunehmender effektiver Druk fuͤr den
Staͤmpel.
Da der Durchmesser beider Staͤmpel 3 Zoll betraͤgt, und als wirklich
effektive Oberflaͤche an denselben ihre Durchschnittsflache gerechnet werden
muß, so ergibt sich fuͤr jeden eine Flaͤche von 7,06 Quadratzollen.
Diese Summe mit dem berechneten Druke der Daͤmpfe von 432 Pfund auf den
Quadratzoll multiplicirt, gibt
7,06 × 432 = 3049, 92 Pfunde
absoluten Druks auf jeden Staͤmpel (beide
Staͤmpeloberflaͤchen sind naͤmlich voͤllig gleich, da
hier auf keiner derselben wie an den gewoͤhnlichen Kolbenmaschinen die
wirksame Oberflaͤche durch die Kolbenstange vermindert wird).
Ich habe die Geschwindigkeit der Maschine zu 60 Doppelhuͤben in der Minute,
und den einfachen Hub zu 18 Zoll angegeben. Hieraus folgt, daß der ganze, von den
Staͤmpeln in einer Minute zu durchlaufende, Weg betraͤgt:
2 × 18 × 60 = 36 × 60 = 2160 Zoll = 180
Fuß.
Dieser ganze von den Staͤmpeln in der Minute zu durchlaufende Weg mit dem
absoluten Druke des Dampfes auf die Staͤmpel multiplicirt, gibt ein
Kraftmoment der Maschine von
3049,92 × 180 = 548985,60 Pfunden.
Dieses Kraftmoment der Maschine mit 44000 als dem, von Watt bei Berechnung seiner Maschinen von niederm Druke angenommenenWatt nimmt das Kraftmoment eines Pferdes
eigentlich nur zu 33000 an und rechnet die Zugabe von 11000 auf Verluste in
der Maschine durch Hindernißlast, Friktion u.s.w. Die Erfahrung ergibt aber,
daß er damit noch lange nicht auskommt und darum nimmt er zu einem Druke in
seiner Maschine Zuflucht, der den der Atmosphaͤre nicht selten um 6
Pfund auf den Quadratzoll uͤbersteigt. Rechne ich die Hindernißlast
meiner Maschine zu einem Drittel ihrer absoluten Kraft, so macht sich ihre
Berechnung nach Pferdekraͤften folgender Maßen:
548985,60/33000 = 16,6 Pferdeskraͤften.Hievon, (was viel sagen will), 1/3 d.h. 5, 5 Pferdeskraͤfte auf
Hindernißlast in der Maschine abgerechnet, bleiben 11,1
Pferdeskraͤfte.Die meisten englischen Tabellen geben fuͤr eine Maschine von 10
Pferdeskraͤften den effektiven Druk des Dampfes auf den ganzen Kolben
nur zu 1718 Pfund an, ein Druk, der von dem effektiven auf meine
Staͤmpel uͤbertroffen wird, wenn ich diesen auf zwei Drittel
des absoluten seze., Kraftmomente eines Pferdes fuͤr die Minute, gibt einen Effekt der
Maschine von 12,47 Pferden.
Man sieht hieraus, daß ich in Hinsicht der Kraft dieser Maschine keineswegs zu karg
gewesen bin, daß solche sogar nach den Grundsaͤzen einer Maschine mit niederm
Druke, in der die Hindernißlast doch weit bedeutender als bei einer Hochdrukmaschine
von so kleinen Dimensionen ausfaͤllt, berechnet, noch hoͤher als die
von 10 Pferden herauszubringen ist, vorzuͤglich wenn der Druk der
Daͤmpfe darin bis auf 700 Pfund auf den Quadratzoll und mehr gesteigert
wird.
Ein Generator zu einer solchen Maschine gebraucht, nach meinen Erfahrungen, zwischen
60 bis 70 Quadratfuße Feuerberuͤhrungsflaͤche an den
Metallgefaͤßen, und an 10 bis 12 Quadratfuß innerer
Verdampfungsflaͤche in den Entwikelungsroͤhren, was auf 2
zoͤllige Roͤhren berechnet, ungefaͤhr eine ganze
Roͤhrenlange von 26 bis 30 Fuß gibt.
Der Verbrauch der Maschine an Daͤmpfen von sehr hoher Pressung ergibt sich
sehr leicht aus den vorangehenden Angaben fuͤr die Dimensionen der
Staͤmpeloberflaͤchen und der Geschwindigkeit der Staͤmpel. Wenn
naͤmlich jene Oberflaͤche 7,06 □ Zoll haͤlt, und der Hub
18 Zoll betraͤgt, so ist in jedem Stiefel ein Raum von
7,06 × 18 = 127,08 Kubikzollen
mit Dampf zu fuͤllen. Da aber jeder Stiefel mit jedem
Hube nur um 1/3 seines Raumes mit Dampf gefuͤllt wird, so muß der Ansaz
folgender Maßen gestellt werden
(7,06 × 18)/3 = 42,36 Kubikzoll.
Dieß ergibt bei 60 Umgaͤngen der Maschine fuͤr die Minute einen
Dampfverbrauch von
42,36 × 2 × 60 = 5083,20 Kubikzollen = 2,94 Kubikfuß.
Multiplicire ich diese Anzahl Kubikfuͤße fuͤr die Minute mit 45 als
diejenige Anzahl von Atmosphaͤren, der ein Druk von 650 Pfund auf den
Quadratzoll entspricht, so ergibt sich, wenn ich keine Ruͤksicht auf eine
etwanige Ausdehnung sehr hochdruͤkender Daͤmpfe durch ihren
groͤßern Antheil freier Waͤrme nehme, eine Masse Dampf von
atmosphaͤrischer Pressung, von
2,94 × 45 = 132,30 Kubikfußen.
Wenn ich nun auf etwanige Dampfverluste durch Verdichtung in der Maschine, durch
Undichtheit in ihren Gefuͤgen, durch den etwas groͤßern kubischen
Inhalt der Stiefel, deren Durchmesser den der Staͤmpel um 1/16 Zoll
uͤbertrifft, und endlich in den zu dem Stiefel fuͤhrenden
Ventilcanaͤlen und den schaͤdlichen Raͤumen der Stiefel rechne,
so kann man den Dampfverbrauch fuͤglich wohl auf 140 bis 150 Kubikfuß
fuͤr die Minute anschlagen.
Aus dieser Berechnung des Dampfverbrauchs laͤßt sich nun wieder leicht
diejenige Wassermenge bestimmen, die in den Generator sowohl waͤhrend eines
einzelnen Umganges der Maschine, als waͤhrend einer ganzen Minute verdampfen
muß, und darnach wieder der Durchmesser der Drukpumpe sowohl als ihr Hub
berechnen.
Da ein Kubikzoll Wasser so ziemlich 1 Kubikfuß Dampf von atmosphaͤrischer
Pressung liefert, so sind nach obiger Berechnung 150 Kubikzoll Wasser
waͤhrend einer Minute in den Generator zu foͤrdern. Dieß macht
fuͤr jeden Umgang der Maschine, also fuͤr jeden Hub der Drukpumpe, ein
Wasserquantum von
150/60 = 2,5 Kubikzoll.
Man halte gegen diesen Wasser- und Dampfverbrauch den einer Watt'schen Maschine von 10 Pferdeskraͤften, so
wird man den ungeheuren Unterschied zwischen lezterer und meiner Maschine auffallend
finden. Der Dampfverbrauch in meiner Maschine verhaͤlt sich naͤmlich
zu dem jener, die einen 18 zoͤlligen Cylinder hat und deren Kolben per Minute einen Weg von 192 Fuß zuruͤklegt, wie
132,30 zu wenigstens 311,34, wenn ich, (wohl gemerkt), den in der Watt'schen Maschine wirkenden Dampf als einfachen, von
dem Druke einer Atmosphaͤre annehme. Da solcher aber den
atmosphaͤrischen Dampf gewoͤhnlich noch um einige, nicht selten um 6
Pfund auf den Quadratzoll, uͤbersteigt, so darf man jenes Verhaͤltniß
mit allem Fug wie 132,30: 400 nehmen, woraus man ersieht, daß meine Maschine nicht
viel mehr als den vierten Theil des Dampfes einer Watt'schen Maschine bedarf, daß folglich schon eine sehr große
Brennmaterialersparung durch die Maschine allein, ohne Ruͤksicht auf den
Generator, erzielt werde.
Durch diese Calculation glaube ich meine fruͤhern Behauptungen, daß eine
Hochdrukmaschine immer mehr Vortheil gewaͤhre, je hoͤher man den Druk
der darin wirkenden Daͤmpfe treibt, recht in's Licht gestellt zu haben.
Moͤgen daher alle Gegner des Hochdrukdampfmaschinenprincips wohl
erwaͤgen, wie wenig alle jene ihre Gruͤnde Gewicht haben, die ich
fruͤher zusammen gestellt, gewuͤrdigt und widerlegt habe, und in
welchem Irrthume alle diejenigen leben, die da waͤhnen, alle Vortheile des Hochdrukdampfes
waͤren nur in seiner Entwikelung, aber nicht in seiner Verwendung in einer
Maschine begruͤndet. So hervorspringende Vortheile bei dieser Verwendung, als
die Calculation meiner Maschinen entwikelt, entkraͤften sogleich alle
Zweifel, die man gegen die erfolgreiche Anwendung der Hochdrukmaschinen in der
Ueberzeugung gesezt hat, daß der, in einer oͤkonomischen Entwikelung dieser
Daͤmpfe getraͤumte, Gewinn durch die Erfahrung nicht
bestaͤtiget werde, und moͤgen mich entschuldigen, wenn ich, im
lebhaften Gefuͤhle derselben, der Erfindung einer Maschine von sehr hohem
Druke so viele Zeit, koͤrperliche und geistige Anstrengungen widmete, zumal
wenn sich fand, daß die Maschine dabei in ein Duodezformat gebracht und ihre
Verfertigung auf kleinere Werkstaͤtten verpflanzt werden koͤnne,
welcher Umstand vorzuͤglich in Deutschland viel Gewicht hat, wo man nur an
sehr wenigen Orten mit allen Werkzeugen zur Fabrikation groͤßerer Maschinen
ausgeruͤstet ist.
Ich komme nun zur Bestimmung der Groͤßenverhaͤltnisse der Maschine,
vorzuͤglich der ihrer wirksamen Theile, in so ferne der, durch die
Daͤmpfe in der Maschine hervorzubringende, Effekt dadurch bedingt wird; so
wie zur Angabe der jedesmaligen noͤthigen und zwekmaͤßigen
Geschwindigkeit derselben, wenn die durch selbige hervorzubringende Wirkung nach
Pferdeskraͤften abgemessen wird. Ich fuͤge zur Erleichterung der
Uebersicht fuͤr den Baumeister eine Tabelle bei, auf welcher die Dimensionen
der Staͤmpel, Ventile, Dampf-, Zu- und
Ableitungscanaͤle, die Hoͤhe des Hubes der Staͤmpel, die Anzahl
der Umgaͤnge der Maschine etc. bei Maschinen von 1 bis 100
Pferdeskraͤften angegeben sind, und werde zugleich diejenigen Regeln bekannt
machen, die ich zur Berechnung aller dieser Gegenstaͤnde bei dem Baue einer
Maschine der Art in London befolgt habe.
Vorlaͤufig muß ich erwaͤhnen, daß ich, was die Bestimmung der
Staͤmpeldurchmesser, die Laͤnge des Hubes und die Anzahl der
Kolbenspiele oder der Umgaͤnge der Maschine betrifft, meine Angaben nach dem
Besten der in England, zum Baue der Watt'schen Maschinen
bestimmten, TabellenEine solche Tabelle findet man in den Jahrbuͤchern des polytechnischen
Institutes in Wien. calculirt habe. Daß ich bei diesen Angaben zum Vortheile meiner Maschine
nicht zu karg gerechnet habe, moͤge die vorausgeschikte Calculation meiner
Maschine von 10 Pferdeskraͤften bewahrheiten.
Tabelle uͤber die Dimensionen der Staͤmpel und
Ventile meiner Maschine, so wie uͤber die Laͤnge ihres Hubes
und ihrer Umgaͤnge in der Minute.
Textabbildung Bd. 32, S. 91
Anzahl der Pferdeskraͤfte;
Durchmesser der Staͤmpel in Zollen; Laͤnge des Hubes in Zollen und
Fuͤßen; Anzahl der Staͤmpelspiele in einer Minute; Durchmesser des
in jeden Stiefel fuͤhrenden Dampfcanals; Durchmesser der
Entleerungscanaͤle am Stiefel; Durchmesser des Dampfventilkammer;
Durchmesser der Entleerungsventilkammer; Durchmesser der Dampfroͤhre im
Lichten; Innerer Durchmesser der Exhaustionsroͤhre; Durchmesser des
Dampfcanals fuͤr das regulirende Ventil
Regeln zur Berechnung dieser Tabelle.
Um den Durchmesser des Staͤmpels zu finden, dividirt man den Durchmesser eines
Watt'schen Dampfmaschinencylinders fuͤr die zu
berechnende Anzahl von Pferdeskraͤften mit 6. Wenn also D diesen Durchmesser bezeichnet, so ist die Formel
D/6.
Um die Laͤnge des Hubes in Zollen zu finden, dividirt man den Kolbenhub einer
Watt'schen Dampfmaschine von der stipulirten
Staͤrke durch 5, und multiplicirt dann mit 2. Wenn also H die Hubhoͤhe jener Maschine in Zollen oder
Fußen bezeichnet, so ist die Formel
(H × 2)/5.
Um die Anzahl der Doppelhuͤbe in der Minute zu bestimmen, gilt folgende
Formel, worin A die bei einer Watt'schen Dampfmaschine uͤbliche Anzahl von Huben fuͤr
diese Zeit bezeichnet
A × 2 + A/4.
Den Durchmesser der in den Cylinder fuͤhrenden Dampf- und der aus
selbigen fuͤhrenden Entleerungscanaͤle habe ich auf diese Weise zu
bestimmen gesucht, daß ich bei dem Dampfcanale den Durchmesser der
Dampfstiefel-Staͤmpel mit 5, bei dem Entleerungscanale aber mit 3
dividire. Die auf diese Weise bestimmten Durchmesser geben fuͤr den
Zu- und Abfluß der Daͤmpfe ganz vorzuͤgliche Resultate, und
kann ich solche, als durch die Praxis bewaͤhrt, empfehlen. Ist der
Durchmesser dieser Canaͤle gefunden, so kann von jedem praktischen Mechaniker
sehr leicht die Groͤße der Ventile darnach angeordnet werden. Die Stiele
beider Ventile, sowohl des Dampf- als des Entleerungsventils, muͤssen
den Durchmesser des Dampfcanals haben. Bei diesem Durchmesser hebt der
Dampfventilstiel genau den Druk der Daͤmpfe auf das Ventil auf, so daß es
leicht aus seinem Siz gehoben wird. Die Hoͤhe der Dichtungsflaͤche muß
mit der Achse des Ventils immer einen Winkel von 45 Grad machen.
Bei Bestimmung der Luͤftungshoͤhe fuͤr die Ventile aus ihren
Sizen ist genau dahin zu sehen, daß der ringfoͤrmige Canal, der bei der
Luͤftung zwischen Dichtungsflaͤche des Ventils und seinem Size bleibt,
in seinen kleinsten Dimensionen wenigstens den Flaͤcheninhalt desjenigen
Canales (d.h. des Dampf- oder Entleerungscanales) habe, den das Ventil zu
oͤffnen und zu schließen bestimmt ist. Eine zu hohe Luͤftung der
Ventile schadet nicht, wohl aber eine zu geringe, indem den Daͤmpfen
dadurch der Weg nicht frei genug gemacht wird. Eine besondere
Beruͤcksichtigung verdient diese Erinnerung beim Entleerungsventile.
Die Weite der Ventilkammern muß so eingerichtet seyn, daß die Daͤmpfe keinen
Aufenthalt darin finden, und daß der ringfoͤrmige Raum zwischen Ventilkopf
und Kammerwand breit genug sey, um ihnen den Weg recht frei zu machen. Beide
Ruͤksichten sind aber vorzuͤglich wichtig bei der Entleerungskammer,
in welcher die Daͤmpfe sich moͤglichst schnell, bis zum Druk der
Atmosphaͤre herunter, ausdehnen sollen. Die zwekmaͤßigste Weite
fuͤr die Ventilkammern findet man, wenn man z.B. bei der Dampfventilkammer
den Durchmesser der Dampfstiefelstaͤmpel mit 7 multiplicirt und dann durch 18
dividirt, bei der Entleerungsventilkammer denselben aber mit 5 multiplicirt und
durch 8 dividirt. Wenn S also den Durchmesser der
Staͤmpel bezeichnet, so ergeben sich folgende Formeln:
fuͤr die Dampfventilkammer
fuͤr die
Entleerungsventilkammer
(S ×7)/18
(S ×5)/8
Die von den Kammern in die Dampf- und Exhaustionsroͤhre
fuͤhrenden Seitencanaͤle muͤssen beinahe den Durchmesser der
Dampf- und Exhaustionsroͤhren haben, worauf bei Einrichtung der
Doppelkone Ruͤksicht zu nehmen ist. Das Exhaustionsrohr, worin die Dampfe nur
mit atmosphaͤrischem Druke stroͤmen, wird auf jeden Fall ohne
Doppelkone an den Seitencanal angedichtet. Am besten geschieht die Dichtung durch
einen etwas flach geschlagenen oder geplaͤtteten Ring von Kupferdrath, der
mit Flachs duͤnne umwikelt ist. Ein solcher Ring schließt selbst bei sehr
hohem Druke ganz dicht. Ich gebrauche dergleichen Ringe bei Drukpumpen viel, um
Saug- und Steigroͤhre an selbige zu dichten. Sie haben den Vortheil,
daß sie immer ihre Form behalten und daher durch das Andraͤngen der
Fluͤssigkeit oder des Dampfes in den Roͤhren nicht beschaͤdigt
oder herausgeworfen werden koͤnnen.
Was die Hoͤhe der Ventilkammern betrifft, so braucht diese nie bedeutender zu
seyn als bei der vorher beschriebenen Maschine. Alle dabei zu nehmenden
Ruͤksichten beschraͤnken sich auf folgende Punkte:
1) Daß der aus der Dampfventilkammer fuͤhrende Seitencanal
nicht zu tief herunter verlegt werde, damit
2) zwischen seinem untern Rande und der Stopfbuͤchse des
Ventilstiels wenigstens ein Raum von 1 Fuß Hoͤhe fuͤr die darin
befindliche Wassersaͤule bleibe.
Die Hoͤhe der Entleerungs-Ventilkammer ist gleichguͤltiger, da
wegen des geringen Druks und der unschaͤdlichen Hize darin kein Raum
fuͤr eine hoͤhere Wasserschicht uͤber der Stopfbuͤchse
des Ventilstiel gespart
zu werden braucht. Sie kann sich in allen Faͤllen nach der Hoͤhe der
Dampf-Ventilkammer richten. Daß bei beiden Ventilkammern eine groͤßere
Hoͤhe als die angegebene nicht schaͤdlich sey, halte ich fuͤr
uͤberfluͤssig zu bemerken. Dieserhalb kann man sich bei Anordnung
derselben fuͤr groͤßere Maschinen ganz nach den uͤbrigen
Umstaͤnden accommodiren.
Zur Auffindung der innern Weite der Dampfroͤhren rathe ich, S, durch 3 zu dividiren, bei der
Exhaustionsroͤhre aber wenigstens 2/5 des Durchmessers der Staͤmpel zu
nehmen.
Die Oeffnung fuͤr das regulirende Ventil und ihr Durchmesser muß gleich seyn
dem Durchmesser des in den Stiefel fuͤhrenden Dampfcanals.
Was die Verhaͤltnisse der uͤbrigen groͤßern und kleinern,
wesentlichern und unwesentlichem Maschinentheile zu einander und zum Ganzen
betrifft, so richten sie sich nach der gegebenen Bestimmung des Hubes, der
Staͤmpeldurchmesser etc. etc.
In Ruͤksicht der Schwere der Schwungraͤder hei einem gegebenen
Durchmesser habe ich gefunden, daß die Berechnung derselben von Murray und WoodM. s. Bernoulli's Dampfmaschinenlehre und Ignaz Edlen von Mitis Handbuch der
populaͤren Mechanik S. 130. – C. Iken uͤber die
Erfindungen, durch Dampf und andere neue Mittel Schiffe in Bewegung zu
sezen. Aus dem Engl. des Robertson Buchanan, S. 100. fuͤr meine Maschinen, die einen kleinern Hub und ein lebhafteres
Kolben- oder Staͤmpelspiel haben, viel zu groß sey, und daß man
fuͤglich auskomme, wenn man das durch die Murray'sche Formel erhaltene
Resultat durch 2 oder gar 3 dividirt. Lezterer Divisor ist da vorzuͤglich
nicht zu groß, wo in dem durch die Maschine zu betreibenden Werke schon Schwungkraft
liegt.
Was das in den Generator zu foͤrdernde Wasserquantum betrifft, so rathe ich
dem, durch das oben angegebene Calkuͤl gefundenem, Quantum in der Praxis 1/3
zuzugeben und darnach den Staͤmpel und den Hub der Drukpumpe zu berechnen.
Fuͤr alle Faͤlle ist es aber wuͤnschenswerth, durch
Verstellbarkeit des Zapfens an der Betriebsscheibe fuͤr die Drukpumpe den Hub
derselben beliebig vergroͤßern oder verkleinern zu koͤnnen. Der Nuzen
dieser Einrichtung faͤllt da recht in die Augen, wo man die Wirkung der
Maschine uͤber oder Unter den Normaleffekt bringen und laͤngere Zeit
erhalten will.
––––––––––
Es sey mir nun noch erlaubt, einige wenige Worte uͤber die Vortheile zu sagen,
die meine Maschine in Hinsicht ihrer Construction und der Anordnung und
Ausfuͤhrung ihrer einzelnen Theile gewaͤhrt. Ich kann hier um so
kuͤrzer seyn, da ich manches davon schon in der fruͤher vorausgegangenen Darstellung ihres
Princips gesagt habe.
1) Der erste Vortheil, der bei meiner Maschine in die Augen faͤllt, ist, daß
sie einfach, nicht allein in ihrem aͤußern Habitus erscheint, sondern auch
wirklich einfach in ihrer Verfertigung und Aufstellung ist. Sie hat weder Balancier
noch Parallelogramm, weder Condensator, noch Luftpumpe. Der Dampf wirkt auf einen
einfachen cylindrischen Staͤmpel, dieser bewegt sich in kleinen Stiefeln und
ist durch einige wenige Stangen mit der Kurbel verbunden. Die Stiefel werden aber
auf eine sehr kunstlose Weise mit Dampf gefuͤllt und wieder davon
entleert.
2) Alle Organe der Maschine sind sehr klein und daher leicht, mit wenigern Werkzeugen
und in kleinern Werkstaͤtten zu verfertigen. Die Staͤmpel fuͤr
groͤßere Maschinen haben nur unbedeutende Durchmesser und keine große
Laͤnge, koͤnnen daher auf kleinen Drehbaͤnken abgedreht und
abgeschliffen werden. Die Stiefel sind leicht zu gießen und dicht und compakt
herzustellen, koͤnnen sehr gut in Sand gegossen werden, da ihr Aeußeres nur
sehr einfach ist und keine besondern Anstalten beim Formen erfordert. Auch sind sie
mit kleinern Bohrern ausgebohrt und vollendet und leicht in die Drehbank gesezt und
abgedreht, um das Ausstrahlen von Hize zu vermindern. Ihre Befestigung auf der
Gestellplatte geschieht bloß mit ein Paar Keilen, ohne viele Schrauben und Bolzen.
Sie enthalten wenig Metallmasse und wenig Gewicht, sind daher leicht und
wohlfeil.
Ueberhaupt ist an der ganzen Maschine die meiste Arbeit Dreharbeit, was fuͤr
die leichte und schnelle Vollendung jeder Maschine ein sehr wesentlicher Punkt
ist.
3) Die Maschine nimmt, nach Maßgabe ihrer Kraft, weniger Raum ein. Hievon gibt die
vorliegende Maschine von zehn Pferdeskraͤften den deutlichsten Beweis, da sie
nicht uͤber 8 Fuß lang, 3 Fuß breit und 4 Fuß hoch ist. Dieserhalb braucht
sie nicht eigne große Locale zur Aufstellung und diese koͤnnen wegen ihrer
Kleinheit fester gebauet werden.
4) Die Maschine ist weniger schwer und intransportabel, als die gewoͤhnlichen
Dampfmaschinen, weil sie keine großen Massen von Gußeisen, keine bedeutenden
Schwungraͤder, Gestellplatten etc. gebraucht. Sie wiegt im Ganzen nicht viel
mehr als der Balancier einer Watt'schen Maschine von gleicher Kraft allein.
5) Sie steht sehr fest und unerschuͤtterlich, alle mit Kraft arbeitenden
Organe sind, wie ich schon fruͤher bemerkt, dem Fußboden so nahe als
moͤglich gebracht und stehen mit dem Maschinengebaͤude in keiner
weitern schaͤdlichen Verbindung.
6) Die Maschine verursacht weniger Kosten fuͤr Hanfliederung, Schmiere und
Oehl, da die Stopfbuͤchse fuͤr die Staͤmpel so klein und die
schluͤpfrig zu erhaltenden Flaͤchen an denselben, so wie in den
wenigen beweglichen Verbindungen zwischen den verschiedenen Theilen der Maschine, so
gering an Anzahl sind.
7) Die Maschine verliert wenig Kraft durch Nebenhindernisse und vorzuͤglich
durch Friktion. Diese ist wegen der geringen Anzahl und Groͤße der reibenden
Flaͤchen auf ein Minimum gebracht, so daß sie nach meinen bisherigen
Erfahrungen noch nicht den dritten Theil der Kraft der Maschine aufzehrt. Obgleich
Hanfliederungen fuͤr Staͤmpel mehr Reibung bringen, als Metallkolben,
so verliert dieser Umstand an meiner Maschine dadurch sehr an Gewicht, daß der
Durchmesser des Staͤmpels so klein ist, und daß seine Oberflaͤche
immer gehoͤrig durch Schmiere lubrificirt wird. Außer dieser Reibung haben
alle uͤbrigen Organe der Maschine sehr wenige. Die Steurung gebraucht einen
aͤußerst unbedeutenden, kaum in Rechnung zu bringenden, Aufwand von Kraft zu
ihrem Betrieb, und selbst die Drukpumpe reibt nicht mehr als den 40sten Theil des
von der Maschine hervorgebrachten Effectes auf.
Um hier ein recht auffallendes Beispiel aufzufuͤhren, will ich eine Berechnung
derjenigen Friktion liefern, die die Bewegung der Staͤmpel in den
Stopfbuͤchsen meiner Dampfstiefel verursacht und sie mit derjenigen in
Vergleich zu stellen suchen, die bei einer gewoͤhnlichen Watt'schen Maschine
von gleicher Kraft am Kolben im Dampfcylinder seiner Stange in ihrer
Stopfbuͤchse und des Kolbens und seiner Stange an der Luftpumpe Statt findet.
Man wird dann sehen, welche uͤberwiegende Vortheile meine Maschine bei diesen
Bestimmungen, wobei ich noch die Friction der kalten und warmen Wasserpumpe
uͤbergehe, gewaͤhre, indem ich diese als durch die, durch meine
Drukpumpe gegebene, Hindernißlast aufgewogen betrachten will, um so jeden Vorwurf,
meine Maschine bei dieser Calculation beguͤnstigen zu wollen, zu
entfernen.
Wenn meine Staͤmpel nach den oben angegebenen Bestimmungen 3 Zoll Durchmesser
enthalten und jede Liederung derselben in den beiden Stiefeln zusammengenommen eine
Hoͤhe von 3 Zoll hat, so ergibt sich daraus folgende Berechnung fuͤr
die Ausdehnung der reibenden Flaͤchen der Staͤmpelliederung: sie
betraͤgt naͤmlich
9, 42 × 3 × 2 = 56, 5 Quadratzolle;
9, 42 bezeichnet hier den Umfang der Staͤmpel, 3 die
Hoͤhe der Liederung und 2 die Anzahl der Stopfbuͤchsen, deren
Liederung sich an meinen Staͤmpeln in beiden Dampfstiefeln reibt.
Da nach Farey's Werk uͤber Dampfmaschinen, einem
der neusten und ausfuͤhrlichsten uͤber diese Maschinen in England
herausgekommenen, die
Reibung an den Kolben derselben auf eines Quadratfußes Oberflaͤche 288 Pfund
betraͤgt, so belaͤuft sich die Reibung meiner Staͤmpel in
beiden Stopfbuͤchsen auf
288/144 × 56,5 = 113,0 Pfunde
hiemit nun die oben angegebenen, an einer Watt'schen Maschine
Statt findenden Reibungen verglichen, so ergibt sich
1) fuͤr den Dampfkolben in dem 18zoͤlligen Cylinder
einer zehnpferdekraͤftigen Maschine, dessen Liederung gewoͤhnlich
6 Zoll hoch genommen wird, eine reibende Flaͤche von
56,5 × 6 = 339,12 Quadratzollen = 2,35 Quadratfußen und
fuͤr selbige eine Reibung von 2,35 × 288 = 666,80 Pfunden;
2) fuͤr die 2zoͤllige Kolbenstange des
Dampfkolbens, bei einer 6 Zoll hohen Liederung in der Stopfbuͤchse eine
reibende Flaͤche von
6,28 × 6 = 37,68 Quadratzollen,
und fuͤr selbige also eine Reibung von
288/144 × 37,68 = 75,36 Pfunden;
3) fuͤr den Kolben der 9 Zoll im Durchmesser haltenden
Luftpumpe bei 5 Zoll Liederungshoͤhe eine reibende Flaͤche
von
28,26 × 5 = 141,30 Quadratzollen = 0,98 Quadratfußen,
und fuͤr selbige eine Reibung von
0,98 × 288 = 282,24 Pfunden;
4) fuͤr die 1 1/2zoͤllige Kolbenstange der
Luftpumpe, bei 5 Zoll Liederungshoͤhe, eine reibende Flaͤche
von
4,71 × 5 = 23,55 Quadratzollen,
und fuͤr selbige eine Reibung von
288/144 × 23,55 = 47,10 Pfunden.
Da die Luftpumpe nur in der halben Entfernung des Dampfkolbens vom Hypomochlion des
Balanciers aufgehaͤngt ist, so sind die an derselben angefuͤhrten
Reibungen durch 2 zu dividiren, und darnach macht sich dann die Summe
saͤmmtlicher Reibungen zu
666,8 × 75,36 × [(282,24 × 47,10)/2] = 906,83
Pfunden.
Hievon die an meinen Staͤmpeln Statt findende Friktion
abgezogen, bleiben an Ueberschuß fuͤr die Watt'sche Maschine 793,83 Pfund
Reibung, was, beilaͤufig erinnert, gegen 5 Pferdeskraͤfte ausmacht,
die an solcher Maschine durch die groͤßere Reibung an oben genannten Theilen
verschlungen werden. Rechne ich hiezu noch den Widerstand der Atmosphaͤre,
den die Luftpumpe bei jedem Umgange der Maschine, wenigstens auf 1/6 der Zeit
desselben, zu uͤberwaͤltigen hat, so werden diese 5
Pferdeskraͤfte vollzaͤhlig und erscheinen bei meiner Maschine durch
Verminderung der bei derselben gegebenen Kolbenreibungen als ein Gewinn, der gewiß
manchem, der meine fruͤhern hierauf abzwekenden Andeutungen nicht beherzigt
oder verstanden hat, fabelhaft erscheinen mag, doch aber, wie die Rechnung beweiset,
in der Natur der Sache begruͤndet ist.
Die Vortheile der Anwendung von Staͤmpel und Stiefeln bei sehr hohem Druke,
statt der bei den gewoͤhnlichen Dampfmaschinen uͤblichen Kolben und
Cylinder, sind vorzuͤglich in folgenden Umstaͤnden
begruͤndet:
a) Ein Staͤmpel ist solider und
dauerhafter fuͤr eine Maschine mit sehr hohem Druke, als ein Kolben,
dessen Stange, bei dem kleinen Durchmesser seines Cylinders, sehr schwach
eingerichtet werden muͤßte, wenn sie nicht den groͤßten Theil
desselben ausfuͤllen, und so den Effect der Daͤmpfe auf ihrer
Seite des Kolbens zu bedeutend vermindern sollte.
b) Er ist einfacher und kunstloser,
vorzuͤglich wenn man ihn mit Metallkolben oder Kolben mit sogenannter
Metallliederung vergleicht. Zugleich gibt er bei kleinern Maschinen ohne alle
weitere Huͤlfsmittel den besten Fuͤhrer fuͤr die
Leitstangen ab, daß die Bewegung ihrer Enden stets in der Achse der Stiefel
Statt finde. Wegen seiner Staͤrke widersteht er ihrem schiefen Druke auf
das Vollkommenste. Diesen ihm mitgetheilten Druk nehmen aber die
Stopfbuͤchsen mit ihrer Liederung auf, wodurch keine Reibung verursacht
wird, die dem Staͤmpel und den Stopfbuͤchsen schaͤdlich
werden koͤnnte.
c) Der Dampf trifft bei der Anwendung
des Staͤmpels auf beiden Seiten desselben auf gleich große
Oberflaͤchen, seine Wirkung ist daher sowohl beim Hin- als Hergang
des Staͤmpels dieselbe.
d) Es ist eine Dichtung fuͤr
denselben leichter bewerkstelligt, als an einem Kolben. Da diese Dichtung
naͤmlich am Stiefel angebracht wird, und folglich mit diesem feststeht,
so lassen sich an derselben leicht Apparate zur Vermeidung alles Dampfverlustes
anbringen, und mit unbeweglichen Theilen der Maschine in Verbindung sezen, von
welchen aus, wie wir oben gesehen haben, dieser Zwek befoͤrdert wird. Wie
schwer wuͤrde eine Vorrichtung der Art, wie ich sie oben angegeben habe,
an einem gewoͤhnlichen Kolben, der immer in Bewegung ist, zu realisiren
seyn. Uebrigens halten Stopfbuͤchsen auch weit besser eine von der Hize
muͤrbe gemachte Liederung, als Kolben, von denen sie sich bei der steten
Bewegung eher abstreift. Auch ist der Wechsel der Hanfliederung bei
Staͤmpeln und ihren Stopfbuͤchsen leicht bewerkstelligt. Man
braucht bei selbiger die Cylinder-Dekel nicht abzunehmen, und kann den
Staͤmpel in seiner jedesmaligen Lage lassen.
e) Man kann das Fett besser an einen Staͤmpel, als an die Kolben
gewoͤhnlicher Dampfmaschinen bringen. Da dieses naͤmlich von außen
auf dieselben applicirt werden kann, so sind keine besonderen Apparate
noͤthig, selbiges in den Cylinder zu schaffen; Apparate, die bei den
gewoͤhnlichen Hochdrukmaschinen wegen des, im Cylinder dem Einbringen der
Schmiere widerstrebenden, Dampfdruks immer mehr oder weniger kuͤnstlich
und complicirt sind. Zugleich wird das Fett bei der Application von außen nicht
so verschmiert als in den gewoͤhnlichen Dampfcylindern, wo es
groͤßten Theils mit den im Cylinder verdichteten Daͤmpfen
zusammengequirlt und durch die Exhaustionsroͤhre ausgetrieben wird, noch
ehe es seine Wirkung als lubrificirendes Mittel gehoͤrig gethan hat. Bei
meiner Methode das Fett zu appliciren, bei welcher die Verschwendung jedes
uͤberfluͤssigen Tropfens vermieden und der dennoch etwa
verschwendete Tropfen noch wieder aufgefangen wird, muß der Fettverbrauch bis
auf ein Minimum reducirt werden.
f) Zulezt ist mit der Anwendung des
Staͤmpels auch noch die große Bequemlichkeit verbunden, daß man zu jeder
Zeit beobachten kann, ob die zur Erhaltung seines dampfdichten Ganges dienenden
Vorrichtungen ihren Dienst thun oder nicht, ob seine Liederung gut gepakt ist
oder nicht, ob er mit Schmiere genug versehen sey oder nicht. Im Falle, daß an
der Liederung naͤmlich oder an eben erwaͤhnten Vorrichtungen
Unvollkommenheiten eintreten, ist dieß gleich an dem Hervordringen der
Daͤmpfe bei der Liederung zu bemerken und man kann dem Uebelstande zur
rechten Zeit abhelfen, waͤhrend bei Cylindermaschinen mit Kolben der Gang
dieser keinesweges beobachtet werden kann und man nur durch den dadurch
entstehenden Schaden dann erst darauf aufmerksam wird, wenn dieser durch seine
Groͤße und Dauer schon recht in die Augen springt. Welcher unnuͤze
Verlust an Schmiere bei den gewoͤhnlichen Dampfmaschinen dadurch
entsteht, daß man keine bestimmten Zeichen fuͤr den Moment hat, wo der
Kolben neuer Schmiere bedarf, und daher das Geschaͤft des Schmierens dem
Erachten oft voͤllig unwissender, wenigstens doch unachtsamer und
verschwenderischer Maschinenwaͤrter uͤberlassen werden muß, weiß
jeder, der je Gelegenheit gehabt hat zu sehen, wie ruchlos und ohne alle
Ruͤksicht solche Menschen gewoͤhnlich mit diesem Geschaͤfte
umgehn.
Was meine Steurung betrifft, so habe ich schon fruͤher bemerkt:
a) wie bei ihr durchaus alle Reibung
zwischen Metallflaͤchen vermieden ist. Dieserhalb arbeitet sie selbst bei der
groͤßten Hize der Daͤmpfe sicher, genau und richtig und ist
dauerhaft und stark. Die Abnuzung der Ventile, die stets in ihren Siz ohne
Reibung fallen, ist fast gar nicht zu bemerken. Auch die Hebel zu Bewegung
derselben mit ihren Frictionsrollen und die Nasen der Steurungswelle erleiden
beim Gebrauch keine merkliche Beschaͤdigung. Leztere vorzuͤglich
aus dem Grunde nicht, weil die Luͤftung der Ventile so wenig Aufwand von
Kraft verlangt.
Dann ist die Steurung aber
b) auch hoͤchst einfach und ohne
große Kunst zu verfertigen. Das Abdrehen und Einschleifen der Ventile von so
kleinem Durchmesser ist ohne alle Bedeutung und versteht sich selbst ein
ungeuͤbterer Arbeiter darauf. Es ist hier nicht noͤthig große
Platten, wie bei Verfertigung der Zugventile (slides) dicht auf einander zu schleifen, und zu diesem Zweke eigene große
geebnete Flaͤchen (surfaces) von Gußeisen
oder Blei in den Werkstaͤtten vorraͤthig zu halten. Das
naͤmliche gilt von der Verfertigung der Hebel, die weder fein
geschlichtet, noch polirt zu seyn brauchen und zu ihrer Vollendung nichts als
gewoͤhnliche Schmiede- und Schlosserarbeit verlangen.
c) Die Steurung erfordert erstaunlich
wenig Schmiere. Die Anwendung der leztern beschraͤnkt sich allein nur auf
die wenigen, an den Hebeln befindlichen, Charniere, auf die Zapfen der
Friktionsrollen und der Steurungswelle, deren Bedarf an Oehl aͤußerst
gering ist. Die Stopfbuͤchsen fuͤr die Ventilstiele halten nicht
gut Fett und beduͤrfen dessen auch nicht, da die Reibung zwischen der
Liederung und den Stielen bei der geringen Bewegung der leztern gering
ist.
Wenn ich fruͤher behauptete, daß meine Vorrichtung zur Fortpflanzung der
Kolbenbewegung auf die Kurbel eine geringe Reibung verursache, da sie nur wenig sich
an einander reibende Theile enthalte, daß sie mit großer Festigkeit doch eine
gewisse Beweglichkeit und Nachgiebigkeit verbinde, so glaube ich dieses durch die
vorausgegangene naͤhere Beschreibung derselben bewahrheitet zu haben, und ein
jeder Maschinenkundiger wird die Beweise fuͤr diese meine Behauptungen aus
der Construction sehr leicht selbst zu fuͤhren wissen, ohne daß ich besonders
darauf aufmerksam mache.
So wird mir auch keiner in Widerrede seyn, wenn ich die neue Art der Bewegung des
regulirenden Ventils, durch eine an seinem Stiele angebrachte Schraube mit drei
Gaͤngen, als eine wesentliche Verbesserung eines solchen Ventils halte, indem
durch selbige der Druk der Daͤmpfe gegen den Kegel des Ventils so sehr
gemildert und seine
Bewegung in dem Maße erleichtert wird, daß selbst ein kleiner Gouverneur zur
Regulation desselben hinreicht. Eine laͤngere Erfahrung hat uͤber den
Werth dieser Verbesserung vollkommen entschieden, so daß auch von dieser Seite kein
Zweifel uͤber die Wahrheit ihrer Vorzuͤge uͤbrig bleibt.
––––––––––
Ich schließe hiemit die Beschreibung meiner Dampfmaschine mit sehr hohem Druke. Der
Kenner wird finden, daß ich viel Fleiß und Nachdenken daran verwandt habe und
gestehen muͤssen, daß eine solche Maschine nicht allein moͤglich in
der Ausfuͤhrung, sondern auch ohne großen Aufwand von Sach-Werkzeug
und Baukenntniß, so wie von bedeutenden Kosten, herzustellen sey. Wenigstens glaube
ich den Beweis geliefert zu haben, daß eine Maschine der Art in ihrer
Ausfuͤhrung keine unuͤberwindlichen praktischen Schwierigkeiten in
sich fasse und durch diesen Beweis den Muth aller derer von Neuem anzufachen, die
durch Hrn. Perkins groͤßten Theils
verungluͤkte Versuche den Glauben an das Gelingen und die Vortheile eines
solchen Unternehmens verloren haben. Nach meiner Ansicht behaͤlt diese
Maschine auch ohne meinen Generator, den ich von jeher als den unwesentlichern Theil
meiner Verbesserungen im Felde der Dampfmaschinen angesehen habe, ihren vollen
Werth, indem sich viele Generatoren denken lassen, die selbige ohne alle Gefahr mit
dem gehoͤrigen Dampfdruke in Bewegung sezen und diejenigen Vortheile an
derselben bewaͤhren koͤnnen, die die Verwendung sehr
hochdruͤkender Dampfe auf Maschinen uͤberhaupt verheißt. Vielleicht
daß ich in der Folge mit der Beschreibung meines Dampf-Entwikelungsapparates
noch die anderer Entwikelungsapparate fuͤr Dampf von sehr hohem Druke
verbinde, deren Bild mir schon lange vorgeschwebt hat. Auch wird sich spaͤter
schon Gelegenheit finden, alle meine Plaͤne zur Verbesserung der
Hochdruk-Dampfmaschinen naͤher zu entwikeln. Moͤge mein
Vaterland sie schonender beurtheilen, als das Ausland in seinem Stolze es gethan
hat. Dann wird die Hoffnung, daß ich ein Mal fuͤr diese wichtige
Angelegenheit wieder zu wirken im Stande seyn werde, mich nicht verlassen und mir
Freudigkeit geben, diesem gluͤklichen Zeitpunkte mit Geduld und Ausdauer
entgegen zu harren.
Stubbendorf im Monate April 1828.