Titel: | Mittheilungen über die neuesten Fortschritte bezüglich der Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen; von Conrector G. Delabar in St. Gallen. |
Autor: | Gangolf Delabar [GND] |
Fundstelle: | Band 194, Jahrgang 1869, Nr. I., S. 1 |
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I.
Mittheilungen über die neuesten Fortschritte
bezüglich der Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen; von Conrector G. Delabar in St. Gallen.
Delabar, über die neuesten Fortschritte bezüglich der
Dampf-, Gas- und Heißluftmaschinen.
I.
Die Dampfmaschinen, wie sie sich bei der letzten
Welt-Ausstellung zu Paris kundgegeben, haben bei diesem Anlasse nicht gerade
sehr bedeutende, epochemachende Fortschritte an den Tag gelegt.
Dieselben haben schon seit Jahren, wie ich an einem anderen OrteSiehe den „Allgemeinen Bericht über die Pariser
Welt-Ausstellung von 1867,“ welchen der Verfasser zur
Zeit an die hohe Regierung des Cantons St. Gallen erstattet hat und der
seitdem im Drucke (Verlag von Huber und Comp. in St. Gallen) erschienen ist. näher nachgewiesen, einen solchen Grad der mechanischen Vollkommenheit
erlangt, daß es selbst für hervorragende Talente eine schwierige Aufgabe geworden
ist, an denselben Neues und zugleich Besseres anzubringen. Diese Thatsache trat
schon auf der Londoner Ausstellung von 1862 und noch mehr bei dem letzten
internationalen Wettkampf in Paris i. J. 1867 zu Tage. Denn eigentlich neue
Erfindungen und Verbesserungen sind bei demselben auf dem Gebiete der Dampfmaschinen
nur sehr wenige aufgetreten. Gleichwohl zeigt eine eingehendere Prüfung des
Gegenstandes, daß hier noch immer ein weites Feld des ökonomischen Fortschrittes vor
uns liegt. Denn ungeachtet der gewaltigen Kraft dieser Motoren steht deren
Nutzleistung oder, besser ausgedrückt, deren Wirkungsgrad noch immer weit hinter
jenem zurück, den unsere besseren hydraulischen Motoren, die Wasserräder und
Turbinen, ergeben. Indessen haben Theorie und Praxis auch hier bereits die Mittel
und Wege angedeutet, welche Angeschlagen werden müssen, wenn bei den Dampfmaschinen
weitere Fortschritte erzielt werden sollen. Die Bestrebungen sind jetzt meistens
darauf gerichtet,Siehe den Bericht von Prof. Carl Jenny über die
Motoren im österreichischen officiellen Ausstellungsbericht über die
Welt-Ausstellung zu Paris i. J. 1867. hochgespannten Dampf im gesteigertsten Maaße zu expandiren und hierauf wieder zu
condensiren; sodann die von der Maschine abziehenden Dämpfe, wie auch die vom Kessel
abziehenden Heizgase zum Vorwärmen des Speisewassers und zu anderen industriellen
Zwecken zu verwenden; ferner alle nachtheiligen Abkühlungen durch Umhüllung der
Dampfleitungen und des Dampfcylinders mit schlechten Wärmeleitern möglichst zu
vermeiden, die schädlichen Räume zu verringern und durch geeignete Compression in
der sogenannten Compressionsperiode weniger schädlich zu machen, überhaupt durch die
Steuermechanismen eine richtige Dampfvertheilung hervorzubringen und endlich auch
alle Maschinentheile dahin zu vervollkommnen, daß der während der Bewegung der
Maschine entstehende Reibungswiderstand, wie die dadurch verursachte Abnutzung
möglichst verringert, die Arbeitsleistung hingegen möglichst gesteigert werde. Ob es
künftig möglich werden wird, auch jenen Effectverlust zu beseitigen, welcher aus der
Unvollkommenheit des Kreisprocesses hinsichtlich der Umwandlung der Wärme in
mechanische Arbeit bei unseren jetzigen Dampfmaschinen hervorgeht und bekanntlich
sehr bedeutend ist, steht sehr in Frage. Jedenfalls dürfte dieß kaum möglich seyn,
ohne das Grundprincip dieser Maschinen in der Wirkungsweise oder in der Verwendung
der erzeugten Dampfkraft gänzlich umzuändern. Fortschritte in dieser Richtung müssen
vorerst noch ganz der Zukunft überlassen bleiben.
Was die in Paris ausgestellten Dampfmaschinen im
Besonderen betrifft, so haben dieselben gleichwohl den Beweis geliefert, daß die
Maschinenbauer aller industriellen Länder die Vervollkommnung dieses Motors mit
großer Anstrengung und Beharrlichkeit betreiben. Namentlich haben sich bei diesem
Wettkampf ganz besonders die Franzosen und Belgier, die Deutschen und Amerikaner
hervorgethan. Die meisten dieser Maschinen, wenigstens unter den stationären und Schiffsmaschinen, waren nach dem Woolf'schen
Systeme, mit zwei oder mehreren Cylindern, gebaut und
wohl aus keinem anderen Grunde, als weil bei denselben durch Benutzung der
gesteigerten Expansion und der nachherigen Condensation das ökonomisch günstigste
Resultat sich erzielen läßt. Diese wie die übrigen Dampfmaschinen werden jetzt
sowohl in liegender und geneigter Anordnung, als in aufrechter,
verticaler Stellung gebaut. Die verticale
Aufstellung ist die ursprüngliche und erfordert ein Säulen- und Balkengestell
mit Balancier. Bei dieser Anordnung befinden sich die Cylinder gewöhnlich neben
einander auf derselben Seite und zwar so, daß der kleinere nach innen und der
größere nach außen zu stehen kommt. Die Kolben und Kolbenstangen beider Cylinder
haben dann gleichzeitige Bewegung im selben Sinne, wie dieß auch bei der Woolf'schen Maschine im Anfange immer der Fall war. Zwei
hübsche Maschinen dieser
Art hatten Sigl in Wien und Carels in Gent (Belgien) ausgestellt. Seltener ist die verticale
Aufstellung mit einander entgegengestellten Cylindern und
entgegengesetzter Kolbenbewegung, wie sie zuerst von
Legavrian und Farinaux
Armengaud'sPublication industrielle vol. VII, pl. 27. ausgeführt Horden war, weil hierbei das Dampfleitungsrohr zu lang ausfällt
und der Dampf zu sehr der Abkühlung ausgesetzt ist.
Die häufigste und mit Recht die beliebteste Anordnung ist die horizontale, bei welcher hinsichtlich der Cylinder und Kolben wieder drei
Untertypen zu unterscheiden sind, nämlich:
1) die beiden Cylinder liegen neben einander und die
beiden Kolben wirken, wie bei der ersten verticalen Aufstellung, gleichzeitig und im gleichen Sinne, so daß beide ihren
Hub im gleichen Moment nach derselben Seite hin beginnen und vollenden;
2) die beiden Cylinder liegen wieder neben einander, aber
die beiden Kolben haben entgegengesetzte Bewegung und
wirken unabhängig von einander, d.h. jeder ist mit einer besonderen Kolbenstange
versehen, welche an den gegenüberstehenden, um 180° verdrehten Kurbeln der
Schwungradwelle angreifen, so daß, wenn der eine Kolben sich an dem vorderen Ende
des Cylinders befindet, der andere seine Stellung am hinteren Cylinderende hat;
und
3) die beiden Cylinder liegen achsial hinter einander,
d.h. ihre Mittelachsen fallen in eine und dieselbe Horizontale, und zwar liegt der
kleine Cylinder zunächst der Kurbelwelle.
Von diesen dreierlei Anordnungen der horizontalen Woolf'schen Maschinen waren namentlich die zweite und dritte durch einige
sehr hübsche Maschinen vertreten. Unter denen der zweiten Kategorie waren es ganz
besonders die Maschinen von Prosper Vandenkerchove aus
Gent und von H. D. Schmid in Simmering bei Wien, welche
sich vortheilhaft auszeichneten, und unter den Maschinen der dritten Kategorie, wie
dieselben auch in England von Donkin und Comp. u.a. in den letzten Jahren vielfältig gebaut
werden, die Maschinen von Rens und Colson in Gent, die die Aufmerksamkeit besonders auf sich zogen und hier
erwähnt zu werden verdienen.
Was endlich die dritte Hauptanordnung mit schiefen oder geneigten
Cylindern betrifft, so hat man wieder darauf zu sehen, ob die Maschine eine einfache oder doppelte ist,
d.h. ob sie zwei oder vier
gekuppelte Cylinder hat. Eine Maschine mit zwei zusammenarbeitenden, unter
einem ziemlich spitzen Winkel gegen einander geneigten Cylindern war z.B. von Berendorff, Vater und Sohn, in
Paris ausgestellt. Bei derselben tritt der Kesseldampf zunächst in den einerseits
angebrachten kleineren Cylinder, und nachdem er in demselben seine Arbeit
verrichtet, in den auf der anderen Seite angebrachten großen Cylinder – eine
Anordnung, die in Bezug auf die Kraftübertragung zwar vortheilhaft, hinsichtlich der
leichten Abkühlung des Dampfes im Leitrohr vom kleinen zum großen Cylinder aber
keineswegs günstig ist. Eine hübsche Maschine mit vier, zu je zwei unter 45°
gegen einander geneigten Cylindern hatten dagegen Corbran
und Lemarchand in Petit Quevilly (Seine inférieure) ausgestellt. Dieses System scheint überhaupt bei
den französischen Constructeuren eine günstige Aufnahme gefunden zu haben. Dabei
befinden sich je zwei zusammenarbeitende Cylinder auf derselben Seite und damit ist
auch der Grund der bei dem vorigen System gerügten nachtheiligen Abkühlung des
Dampfes beseitigt.
Uebrigens zeigten auch die nicht Woolf'schen Maschinen,
die meist ebenfalls mit Expansion arbeiten, sowohl hinsichtlich der darauf
bezüglichen Steuerungsvorrichtungen, als in Hinsicht der
übrigen Einrichtungen mitunter sehr sinnreiche und
zweckmäßige Neuerungen. Besonders bemerkenswerth waren die auf eine vollkommene Expansionswirkung abzielenden Einrichtungen. Sie
zeichneten sich gegen früher durch größere Genauigkeit und Einfachheit aus. In
dieser Beziehung verdienen namentlich die neueren Steuerungseinrichtungen, wie sie
an den schon von früher her bekannten Maschinen von Corliß und Allen in wesentlich verbesserter
Anordnung zu sehen waren, besonderer Erwähnung. Sie erfüllen die Anforderungen,
welche man an eine vollkommene Steuerung zu stellen berechtigt ist, wie namentlich
jene, daß die Dampfeintritts- und Austrittscanäle möglichst rasch geöffnet
und geschlossen werden, in hohem Grade. Die Corliß-Steuerung, wie sie an
einer Maschine der Corliss-Steam-Engine-Company aus den Vereinigten
Staaten von Nordamerika und an einer anderen von Hick,
Hargreaves und Comp. aus Bolton in England
vorhanden war, zeichnet sich besonders auch dadurch aus, daß bei ihr die schädlichen
Räume auf ein Minimum herabgebracht sind und die Abnutzung zudem eine äußerst
geringe ist, während hingegen die Maschine von Allen, wie
sie von C. F. Porter, resp. von der Whitworth-Company in Manchester,
ausgestellt worden war, neben der sehr sinnreichen Steuerungsvorrichtung sich durch
eine verhältnißmäßig sehr große Kolbengeschwindigkeit von 400 bis 600 Fuß per Minute auszeichnet.
Unter den übrigen in Gang gesetzten Dampfmaschinen erregten namentlich die von Farcot und Söhne in St. Ouen
und Paris ausgestellten, und darunter ganz besonders eine horizontal gekuppelte Maschine von 160
Pferdekräften durch ihre außerordentlich ruhige und gleichförmige Bewegung, wie
durch ihren geringen Brennmaterialverbrauch allgemeine Bewunderung. Diese Maschinen,
welche natürlich mit den neuesten, dem Hause patentirten Steuerungs- und
Regulirungsvorrichtungen versehen waren, wurden darum auch mit dem ersten Preise
beehrt. Ihnen würdig zur Seite standen aber auch die ebenfalls horizontal
angeordneten Maschinen von J. Dingler in Zweibrücken und
Gebrüder Sulzer in Winterthur. Bei der ersteren sind
der Dampfcylinder und die Luftpumpe des Condensators achsial und beide Kolbenstangen
direct mit einander verbunden, eine Anordnung, die nur eine einfache, leicht
herzustellende Fundamentirung benöthigt und zugleich den wichtigen Vortheil bietet,
daß alle umständlichen Zwischenmechanismen für die Uebertragung der ohnehin
gleichartigen Bewegung des Dampfkolbens auf den Pumpenkolben ganz wegfallen. Die Sulzer'sche Maschine hingegen war mit einer neuen cylindrischen Geradführung der Kolbenstange und einer
besonderen Ventilsteuerung versehen und gehörte ebenfalls, wie die Dingler'sche, zu den schönsten und besten Dampfmaschinen
der Ausstellung.
Das Neueste und Originellste im Dampfmaschinenfach hatten jedoch die Nordamerikaner
gebracht. Dahin gehört zumal die viercylindrige
Dampfmaschine von Hicks in New-York.Beschrieben im polytechn. Journal, 1868, Bd. CLXXXVIII S. 356. Dieselbe besteht aus vier zu je zwei auf jeder Seite der Betriebswelle
conachsial angeordneten Cylindern mit vier einfach wirkenden Kolben, von denen jeder
in der Art gebildet ist, daß er, mit der entsprechenden Formgebung der Cylinder und
ihrer Canäle seinem conachsialen Nachbar als Steuerungsschieber dient und mit dem
gegenüberliegenden achsialen Kolben denselben Hub macht, also sich mit ihm
gleichzeitig und stets nach derselben Richtung bewegt. Dahin ist aber auch die
rotirende Dampfmaschine von Behrens
Man vergl. über dieselbe polytechn. Journal, 1868, Bd. CLXXXIX S. 444. zu zählen, welche von dem New-Yorker Hause H. C. Dart und Comp. ausgestellt
war, und das Problem der rotirenden Maschinen unter den bis jetzt bekannt gewordenen
Maschinen dieser Art jedenfalls am vollkommensten löste. Dieselbe besteht der
Hauptsache nach aus zwei eigenthümlich geformten rotirenden Kolben, die in einem
Gehäuse mittelst runder Scheiben an die beiden parallelen Wellen befestigt sind,
welche durch zwei in dem Gehäuse angebrachte unbewegliche, concentrische Kerne gehen
und außerhalb mit zwei ganz gleichen, in entgegengesetzter Richtung sich umdrehenden Zahnrädern
verbunden sind. Dabei sind die Kolben und Kerne so ausgeschnitten, daß sich erstere
wie zwei Kapselräder ohne Störung in der Kapsel oder dem Gehäuse bewegen können und
doch der wirksame Druck vom unwirksamen stets getrennt bleibt.
Einer besonderen Erwähnung verdienen auch noch die neueren Dampfkessel von Field, Howard, Galloway,
Schmitz, Belleville und Comp. etc. Der Field'sche KesselDer Röhrenkessel von Field in London (dessen
Adresse: Chandos Chambers, Buckingham street,
Adelphi) ist beschrieben im polytechn. Journal, 1865, Bd. CLXXVII
S. 258. ist ein Röhrenkessel mit vielen doppelwandigen Röhren und nimmt unter allen
Röhrenkesseln wohl den ersten Rang ein. Derselbe bietet bei geringem Kohlenaufwand
eine überraschend schnelle Dampfentwickelung dar. Damit verwandt ist der neue Howard'sche Kessel, sowie der Galloway'sche,Galloway's Kessel mit conischen Wasserröhren ist
beschrieben im polytechn. Journal, 1868, Bd. CLXXXVII S. 368 und Bd.
CLXXXVIII S. 178. welche in England ebenfalls schon eine außerordentliche Verbreitung gefunden
haben.
Als eine der neuesten und interessantesten Kesselconstructionen hat sich ferner der
Schmitz'sche Kessel ausgewiesen, bei welchem mittelst
eines etwas excentrisch eingesetzten Halbcylinders eine Strömung nach der Krümmung
des Kessels (Circularströmung) erzeugt wird, was sowohl für die Dampferzeugung, als
auch für die Erhaltung des Kessels von sehr günstigem Einfluß ist. Ein anderer neuer
und höchst raffinirt ausgedachter Röhrenapparat ist auch der sogenannte nicht
explodirbare Dampfkessel von J. Belleville und Comp. in ParisBeschrieben im polytechn. Journal, 1867, Bd. CLXXXIV S. 383. mit mehrfacher Circulation und Ueberhitzung, dessen Haupteigenthümlichkeit
darin besteht, daß der Hauptkörper der Heizfläche in mehrere kleinere Theile
getheilt ist, so daß höchstens gleichzeitig ein solcher
kleiner Theil ohne große Gefahr explodiren könnte. Endlich verdienen auch noch die
von E. Imbert und Comp. in St.
Thamond (Loire) auf die Ausstellung gebrachten geschweißten
Dampfkessel ohne Vernietungen und verschiedene Dampfkessel-Armaturen, wie namentlich das Manometer von Ducomet, das Sicherheitsventil von Swan,
der Speiserufer und der Condensationswasserableiter von Schäffer und
Budenberg, die Injectoren
oder Dampfstrahlpumpen von denselben, sowie von Krauß und C. Schau, als Novitäten oder wesentliche Verbesserungen
erwähnt zu werden.
Hier mögen auch die neueren Bestrebungen bezüglich der Erzeugung und Verwendung des
Dampfes einer kurzen Besprechung unterzogen werden.
In dieser Beziehung sind zunächst Daelen's neue Dampferzeugungsmethode
und Ewbank's neue Dampftheorie anzuführen, über
welche beide Gegenstände wir schon früher berichtet haben.Ueber Daelen's Dampferzeugungsmethode im
polytechn. Journal, 1867, Bd. CLXXXIII S. 100. – Ueber Ewbank's Dampftheorie im polytechn. Journal,
1866, Bd. CLXXXII S. 433.
Die neue Dampferzeugungsmethode von
Daelen.
Die Dampferzeugungsmethode des rühmlichst bekannten Ingenieurs Daelen unterscheidet sich von der gewöhnlichen Methode der Dampfbildung
dadurch, daß bei ihr die Wärme der Heizgase dem verdampfenden Wasser nicht mittelbar
durch die Metallwand des Kessels zugeführt wird, sondern daß sie mit dem Wasser
unmittelbar in Berührung kommt, indem die Verbrennungsgase über dessen Oberfläche
hinstreichen oder dasselbe durchströmen. Und eben auf der Weglassung der
Metallwände, welche nach Daelen dem Uebergange der Wärme
einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzen sollen, beruhe der Vortheil dieser
neuen Methode. Nun hat aber inzwischen Dr. Th. Weiß, Professor am Polytechnicum in Dresden, über
dieselbe eine theoretisch-praktische Untersuchung angestellt,Civilingenieur, 1867, Bd. XIII S. 193. welche diesen Vortheil keineswegs bestätigt. Nach ihm sehen die Metallwände
dem Uebergange der Wärme allerdings einen Widerstand entgegen, aber derselbe sey
nicht von solcher Beschaffenheit, „daß er eine vollständige Verwerthung
der Verbrennungswärme zur Verdampfung mehr verhindere, als der Widerstand
welcher beim Uebergang der Wärme direct aus den Verbrennungsproducten in das von
denselben berührte zu verdampfende Wasser auftrete.“ Dabei zerlegte
er den Gesammtwiderstand in drei ihrer Natur nach verschiedene Einzelwiderstände,
nämlich in den Uebergangswiderstand vom heißen Körper in die äußere Oberfläche der
Platte, in den Leitungswiderstand innerhalb des Plattenmateriales und in den
Uebergangswiderstand von der anderen, inneren Oberfläche in den kalten zu
erhitzenden Körper. Diese drei Widerstände suchte nun Weiß durch Erfahrungscoefficienten (k₁,
k₂, k₃) zu
bestimmen. Unter der Annahme, daß k₃ = k₁ und daß die Metalldicke gering, die
Leitungsfähigkeit dagegen bedeutend sey, findet er die Gesammtwärme pro Quadratmeter, pro Stunde
und pro Grad = 1/2 k₁. Bei directem Uebergang der Heizgase in das von denselben berührte
Wasser ist dieselbe dagegen = k₁. Darnach würde
also im ersten Falle unter sonst gleichen Umständen die übertretende Wärme halb so
klein, der Widerstand also doppelt so groß als im zweiten Falle seyn. Allein dieß
sey nicht als Hinderniß für die vollständige Ausnutzung der Wärme zu betrachten, was schon aus einer
allgemeinen Betrachtung des Princips der Gegenströmung sich ergebe. Bei einem
Apparat mit Gegenstromheizflächen könne man es dahin bringen, daß die Gase bis zu
der Temperatur sich abkühlen, welche das eintretende Speisewasser hat; bei der
directen Ueberströmung der Heizgase über und durch das Wasser könne aber die
Abkühlung nie so weit, sondern höchstens nur bis zur Temperatur des zu erzeugenden
Dampfes getrieben werden. Um daher den Wirkungsgrad der Metallfläche demjenigen der
Wasserfläche gleich zu machen, brauche erstere gar nicht größer als letztere
hergestellt zu werden.
Handelt es sich also nur um die wirkliche Ausnutzung der in den Verbrennungsproducten
enthaltenen Wärme, so gelangt man mit Weiß zu dem
Schluß:
„1) daß allerdings, wie Daelen meint, dem
Uebertritte der Wärme vom heißen Gase in die kältere Flüssigkeit durch eine
Metallwand ein beträchtlicher Widerstand entgegensteht, daß es aber noch
fraglich ist, ob dieser Widerstand größer sich herausstellt, als derjenige
welcher auch dem Uebergange der Wärme vom Heizgase in die von demselben berührte
Flüssigkeitsoberfläche entgegentritt, und daß jedenfalls dieser Widerstand, er
mag so groß seyn als er wolle, kein Hinderniß ist, die Ausnutzung der
Verbrennungswärme ebenso weit mit einer Metallfläche, als bei directer Berührung
der Verbrennungsproducte mit der Flüssigkeitsfläche zu treiben; und
2) daß, gerade entgegengesetzt der Daelen'schen
Ansicht, bei Anwendung einer directen Berührung eine Abkühlung der
Verbrennungsgase nur bis zur Temperatur des zu erzeugenden Dampfes möglich ist,
während sie bei Anwendung von Metallflächen beliebig weit getrieben werden
kann.“
Mit Rücksicht auf die Zugwirkung läßt man gewöhnlich die Verbrennungsproducte
allerdings mit einer gewissen höheren Temperatur in den Schornstein treten, als es
die ökonomische Ausnutzung der Wärme derselben bedingt, und in Folge dessen kann
alsdann die Abkühlung der Verbrennungsgase freilich nicht beliebig weit, sondern
bloß bis zu jener Temperatur getrieben werden, welche wegen der Zugwirkung nöthig
ist. Gleichwohl könne aber diese Temperatur geringer als die Dampftemperatur werden
und sowohl durch Verminderung der Widerstände in der Feuerungsanlage, als durch
Erhöhung des Schornsteines beträchtlich verringert werden. Unter der Anwendung von
Ventilatoren oder sonstigen mechanischen Vorrichtungen behalte aber der obige
allgemeine Ausspruch seine Gültigkeit und jedenfalls bleibe das Ergebniß übrig,
„daß die vollkommene Ausnutzung der Verbrennungswärme durch die
Methode directer Berührung principiell unmöglich, durch die
gewöhnliche Methode mit Metallplatten aber es nicht ist.“
Indem wir unseren Lesern dieses negative und keineswegs günstige Resultat bezüglich
der neuen Dampferzeugungsmethode mittheilen, müssen wir es Hrn. Daelen selbst überlassen, dasselbe durch weitere
praktische Versuche wenn möglich zu widerlegen.
Die neue Dampftheorie von
Ewbank.
Was im Weiteren die neue Dampftheorie von Thomas Ewbank in
New-York betrifft, durch welche bei richtiger Anwendung die doppelte Kraft
unserer gegenwärtigen Dampfmaschine oder, was auf dasselbe herauskommt, die
Ersparniß der halben Brennmaterialmenge (bei geringerem Verlust von Leben und
Eigenthum durch Explosionen) erreicht werden soll, so meint ihr Urheber, verlange
sie zum Beweise keine complicirten Apparate; ihre Evidenz folge aus den einfachsten
Principien der Physik und Mechanik, und sie beruhe einzig auf der Anwendung des
gewöhnlichen natürlichen Dampfes, wobei zugleich die Hypothese des überhitzten,
hochgespannten Dampfes, als unnatürlich, gefährlich und unvortheilhaft bekämpft
wird.
Ohne dem Verfasser in der Entwicklung derselben hier wörtlich folgen zu können,
wollen wir es versuchen, unseren Lesern wenigstens den Hauptinhalt seines neuesten
ElaboratsNew-York Daily Tribune vom 27. März
1869. vor Augen zu führen. Dabei geht er von folgenden Sätzen aus, deren
Richtigkeit er für unbestreitbar hält:
1) Die Dampfkraft sey eine natürliche Eigenschaft, die sowohl in dem Dampf, der in
offenen Gefäßen, als in jenem, der in geschlossenen Hochdruckkesseln erzeugt wird,
existirt. Letzterer sey zu betrachten als eine Anhäufung gewöhnlichen Dampfes, wie
verdichtete Luft als eine Anhäufung gewöhnlicher Luft zu betrachten sey.
2) Die natürliche und berechtigte Art und Weise, wie die Dampfkraft vermehrt werden
könne, sey ganz derjenigen gleich, wie Luft, Wasser etc. ihrer Menge nach vermehrt
werden. Menge und Druck seyen einander aequivalent. Wenn der Druck verdoppelt werde,
so verdoppele sich auch die Dampfmenge, und umgekehrt, wenn sich die Dampfmenge
verdoppele, so verdoppele sich auch der Druck derselben.
3) Die Kraft, welche in einer Richtung die Expansion oder Ausdehnung hervorruft,
erzeuge nach der anderen eine entsprechende Contraction oder Zusammenziehung.
Auf diese Weise haben in dem Dampf zwei Kräfte ihren Sitz, welche, nach dem Gesetz der Action und
Reaction, der Richtung nach einander entgegengesetzt und der Größe nach einander
gleich seyen.
Die praktische Frage sey nun aber die, zu wissen welche dieser Kraftäußerungen für
die Anwendung die vortheilhafteste und daher empfehlenswerthefte sey: die directe
Anwendung der Expansivkraft auf einen kleineren Kolben, oder die indirecte Benutzung
der Contraction oder Condensation des Dampfes zur Hervorbringung eines leeren oder
verdünnten Raumes und der gleichzeitigen Wirkung des atmosphärischen Druckes auf
einen größeren Kolben?
Die rationellste Antwort aus diese Frage würde natürlich darin bestehen, zu zeigen,
in welchem dieser beiden Fälle der Dampf beim kleinsten Brennmaterialverbrauch die
meiste Arbeit verrichte.
Wenn es wahr ist, wie behauptet wird, daß die Verwandlung eines gegebenen Gewichtes
Wasser in Dampf dieselbe Wärmemenge bedürfe, unter welchem Druck und welcher
Temperatur das Wasser verdampft werden möge, so könne der Vortheil in dieser
Hinsicht für keinen Fall besonders in Anspruch genommen werden. Auf welcher Seite
immer der Vortheil liegen möge, so bestehe er nicht sowohl in den Kosten der
Dampferzeugung als vielmehr in der Art der Dampfbenutzung. Und in dieser Beziehung
werde nach der neuen Theorie mehr Triebkraft aus der Contraction einer gewissen
Dampfmenge erlangt, als aus ihrer Expansivkraft. Diese Anomalie entspringe, wie im
Vorigen bereits angedeutet worden ist, aus dem Druck der Atmosphäre, der bekanntlich
in englischem Maaß 15 Pfd. per Quadratzoll beträgt und
natürlich der Expansion entgegenwirkt, während er der Wirkung der Contraction zu
Hülfe kömmt. Es sey dieß eine Wahrheit, die sich praktische Männer besonders merken
mögen.
Nehmen wir nun an, ein Kolben von 144 Quadratzoll Querschnittsfläche werde durch
Dampf von 60 Pfd. Druck oder 4 Atmosphären Spannung gepreßt, so beträgt der gesammte
Dampfdruck auf diesen Kolben 144 . 60 = 8640 Pfd. Bei gewöhnlichem Dampf oder bei
dem Druck der gewöhnlichen atmosphärischen Luft würde dieß einen Dampfcylinder von
viermal größerem Raume, also auch einen Kolben von viermal größerem Querschnitt
verlangen; denn dann hätte man ebenfalls einen Kolbendruck von 144 . 4 . 15 = 8640
Pfd. Soweit wäre das Resultat in beiden Fällen gleich. Allein da im ersten Fall der
Expansionswirkung fortwährend die Wirkung des äußeren atmosphärischen Druckes im
Betrage von 144 . 15 = 2160 Pfd. entgegensteht, so betrage die nutzbare Kraft
eigentlich nur 6480 Pfd., statt 8640 Pfd. Dieses Beispiel könne auch noch anders
aufgefaßt werden: Dampf, welcher unter dem Sicherheitsventil einen Druck von 60 Pfd. per Quadratzoll zeigt, besitze 5 Atmosphären Spannung
gewöhnlichen Dampfes und seine Contraction würde einem Druck von 144 . 5 . 15 =
10800 Pfd. entsprechen, während der Expansion desselben bloß ein Druck von 144 . 60
= 8640 Pfd. entspräche.
Hieraus folge nun aber, daß beim Berechnen der Expansionswirkung in allen Fällen der
Druck einer Atmosphäre, d. i. 15 Pfd. per 1 Quadratzoll
Kolbenfläche, zur Ueberwindung oder Neutralisirung des Widerstandes der äußeren
Atmosphäre vom gesammten Druck abgezogen werden müsse, um den eigentlich wirksamen
Druck zu erhalten. Demnach betrage die Expansionskraft des Dampfes z.B. von 6
Atmosphären Spannung oder 90 Pfd. per Quadratzoll bloß
144 . 75 = 10800 Pfd., während die Contraction desselben einen Druck von 144 . 6 .
15 = 12960 Pfd., also 1/5 mehr als bei der Expansion möglich macht. Ebenso beträgt
dieser Druck bei Dampf von 5 Atmosphären für die Expansionswirkung 144 . 60 = 8640
Pfd. und für die Contractionswirkung 144 . 5 . 15 = 10800 Pfd., also 1/4 mehr;
bei Dampf von 4 Atmosphären für die Expansionswirkung 144 . 45 = 6480 Pfd. und für
die Contractionswirkung 144 . 4 . 15 = 8640 Pfd., also 1/3 mehr;
bei Dampf von 3 Atmosphären hingegen für die Expansionswirkung 144 . 30 = 4320 Pfd.
und für die Contractionswirkung 144 . 3 . 15 = 6480 Pfd., also um die Hälfte
mehr;
bei Dampf von 2 Atmosphären für die Expansionswirkung nur 144 . 15 = 2160 Pfd., für
die Contractionswirkung aber 144 . 2 . 15 = 4320 Pfd., also das Doppelte oder noch
einmal so viel als bei der Expansion;
endlich bei Dampf von 1 Atmosphäre Spannung beträgt derselbe für die
Expansionswirkung sogar Null Pfd., und für die Contraction 144 . 15 = 2160 Pfd.,
also den ganzen Betrag mehr.
Daraus lasse sich nun der Vortheil deutlich erkennen, welcher sich aus der Benutzung
der Contraction oder völligen Condensation gegen die Expansion des Dampfes ergebe.
Der Grund, warum derselbe bisher gänzlich übersehen worden sey, rühre von der
Thatsache her, daß die atmosphärische Dampfmaschine bald nach ihrer Einführung
wieder verlassen und nie ernstlich versucht und geprüft worden sey. Würde auf
dieselbe nur halb so viel Anstrengung und geistige Kraft wie auf die
Expansionsmaschinen verwendet worden seyn, so würde sie sich gleichwohl in Gunst
erhalten haben und nicht, wie es jetzt der Fall ist, fast ganz in Vergessenheit
gerathen seyn. Von Newcomen bis James Watt
und von diesem bis
Oliver Evans wurden zwar einzelne Schritte zu ihrer
Einführung gethan, aber ohne daß dieselben ernstlich überlegt und untersucht worden
waren. Die Mängel der Newcomen'schen Maschine hätten sich
durch einen separaten Condensator wohl verbessern lassen; allein Watt erklärte, daß bei derselben 4/5 des Dampfes (also
auch ebenso viel an Brennmaterial) nutzlos verschwendet würden, und im Glauben, daß
nichts Gutes daran sey, wäre sie mit allgemeiner Zustimmung wieder verlassen und
vergessen worden.
Wenn das Vorige nicht genügen sollte, den Vortheil der indirecten, atmosphärischen
Wirkung des Dampfes zu constatiren, so möge man noch, meint Ewbank, folgende zwei weitere Thatsachen in Erwägung ziehen: 1) daß in den
Hochdruckmaschinen mit jedem Hub ein Cylinder voll gewöhnlicher Dampf verloren gehe,
und 2) daß der bei solchen Maschinen ausströmende verbrauchte Dampf noch mehr Kraft
in sich enthalte, als er dem Kolben mitgetheilt habe. Mehr als die Hälfte des
verwendeten Brennmaterials werde auf diese Weise verschwendet, ohne irgend welche
mechanische Arbeit zu liefern. Die großartige Dampfverschwendung, welche auf diese
Weise in unseren Fabriken und industriellen Etablissements stattfinde, erklärt Ewbank nicht bloß für einen großen Fehler, sondern für
ein wahres Laster. Dieselbe gleiche den Schöpfeimern eines Brunnens, die voll
hinabsteigen und bloß halb gefüllt wieder in die Höhe kommen!
Auch die combinirte Wirkung der Expansion und Condensation, wie sie in unseren
Condensationsmaschinen vorkomme, sey noch immer verschwenderisch, weil dabei in der
Regel die Kraft von 2 oder 3 Atmosphären verloren gehe und bloß die von 1 Atmosphäre
nutzbar gemacht werde.
Würden atmosphärische Niederdruckmaschinen statt Hochdruckmaschinen angewendet, so
würden sich auch die Gefahren der Explosionen von selbst heben, welche jetzt zu
ihrer Beseitigung so viele Anstrengungen in Erstellung von Sicherheitsventilen und
anderen Apparaten verursachen.
Ziehe man die Eigenschaften des unter dem gewöhnlichen Siedepunkt gebildeten Dampfes
mit in Betracht, so öffne sich der Untersuchung ein ganz neues Feld: das Volumen
desselben nimmt dann rasch zu, wie die Spannung abnimmt. Bei der Temperatur von
102° F. (39° C.) ist das Volumen des Dampfes über 20'000mal größer als
das des Wassers, woraus er sich gebildet, während es bei 212° F. (100°
C.) bloß 1669mal größer und bei 250° F. (121° C.), oder bei 2
Atmosphären Spannung sogar nur 883mal größer ist, wie folgende Tabelle näher
ausweist:
Druck in Pfd.per 1
Quadratzoll engl.
Temperatur in Gradennach
Specif. Volumen desDampfes zu Wasser
Fahrenheit
Celsius
1
102
39
20'868
2
126
52
10'874
3
141
61
7'437
4
152
67
5'685
5
161
72
4'617
10
192
89
2'426
15
212
100
1'669
30
250
121
883
Je näher der Dampf dem Zustande der Kondensation, desto wohlfeiler und schneller
würde also seine Verwandlung in Triebkraft. Deßhalb sollte auch – meint Ewbank – der Dampf bei der niedersten statt bei
der höchsten Temperatur angewendet werden.
Im Winter wären diese atmosphärischen Niederdruckmaschinen ganz besonders
vortheilhaft, weil dann Eis und Schnee vorhanden sind, welche Stoffe zur
Condensation des Dampfes viel wirksamer sind als das kälteste Wasser. Ein Pfund
eiskaltes Wasser zu einem Pfund siedendem Wasser von 212° F (100° C)
gemischt, reducirte die Temperatur beider auf 108° F. (42° C.),
während ein Pfund Schnee oder Eis dieselbe auf 36° F. (2° C.)
herabbringe.
Ewbank glaubt deßhalb, daß alle diese Vorzüge einstens
ihre Würdigung finden und nur noch atmosphärische Dampfmaschinen werden angewendet
werden. Man brauche dann keinen Dampf mehr, der über die gewöhnliche Siedehitze von
212° F. oder 100° C. erhitzt und über 1 Atmosphäre gespannt werde. Es
ist jedoch zu befürchten, daß seine Hoffnung sich nicht so bald realisiren
werde!
In einem zweiten ArtikelNew-York Daily Tribune vom 15. April
1869. geht Ewbank noch weiter und vergleicht seine
atmosphärische Niederdruckmaschine insbesondere mit dem Organismus des Menschen, als
der vollkommensten Maschine. Wie unser Blut bei vollkommener Gesundheit wenig von
98° F. (37° C.) variire und wir uns bei höherer Temperatur unwohl
fühlen und bei 110° F. (43° C.) schon mit heftigem Fieber behaftet
seyen, so sey auch die Dampfmaschine mit möglichst niedergespanntem Dampf die
vollkommenste. Indessen glaubt auch Ewbank nicht, daß die
Temperatur des Dampfes in der Dampfmaschine werde so bald bis zur Blutwärme der
Menschen und Thiere erniedrigt werden können; wohl aber werde dieß in nicht gar
ferner Zeit wenigstens bis zur Temperatur von 180° F. (82° C.), dem
Siedepunkt der geistigen Getränke, möglich seyn!
Eine einläßliche Beurtheilung hat die neue Dampftheorie von Ewbank unseres Wissens bis jetzt nicht erfahren. Einen kurzen Artikel über
diesen Gegenstand, gleichsam als Antwort auf die beiden früheren Einsendungen von
Ewbank in der New-York
Tribune, hat der American Artisan vom 24. April
1867 gebracht, dessen Inhalt hier ebenfalls noch kurz erwähnt werden mag. Hiernach
scheint die Behauptung Ewbank's, daß dem Dampfe mehr
Kraft durch die Kondensation als durch die Expansion abgewonnen werden könne, in
Amerika viele Aufmerksamkeit auf sich gezogen zu haben, und wenn auch die Methode
und die Mittel, welche er zur wirklichen Anwendung seiner Theorie vorgeschlagen hat,
einen etwas sonderbaren Eindruck hinterlassen, so verdiene sie doch alle Beachtung.
So viel über die Maschine selbst bekannt geworden, bestehe sie in einem kleinen
Dampfcylinder, in welchem der Dampf zuerst auf den Kolben wirke, um denselben
auswärts zu treiben, und in einem größeren atmosphärischen Cylinder, in welchem der
Dampf, nachdem er den Dampfcylinder verlassen, condensirt werde, um unter dem Kolben
desselben einen leeren oder doch stark verdünnten Raum zu erzeugen, so daß dann
dieser Kolben durch den Druck der äußeren atmosphärischen Luft herabgedrückt
werde.
Zugleich wird in diesem Artikel ein Auszug der Specification mitgetheilt, welche zur
Zeit zur Erlangung eines Patentes dem englischen Patentamt von Benjamin Lawrence in London Namens des Erfinders, Thomas Ewbank in New-York, eingereicht worden ist.
Derselbe enthält aber Nichts, was nicht schon im Vorhergehenden zur Sprache gekommen
wäre, und kann deßhalb hier füglich übergangen werden. Einzig das sey noch bemerkt,
daß nach den Zeichnungen, auf welche sich die Patentbeschreibung bezieht, und die
der Redaction des American Artisan zur Einsicht
vorgelegen, der Erfinder die neue Maschine in zwei verschiedenen Formen angeordnet
habe, je nachdem er nur die aus der Condensation sich ergebende Wirkung, oder die
aus der Expansion und Condensation combinirte Wirkung zu verwenden beabsichtige.
Unsere Quelle bemerkt schließlich noch, daß jetzt solche Maschinen von Bogardus in New-York gebaut würden. Bis nähere
Versuchsresultate über derartige wirklich ausgeführte
Maschinen vorliegen, sehen wir uns nicht veranlaßt, uns in eine weitere Kritik
derselben einzulassen.
(Die Fortsetzung folgt.)