Titel: Alban, Beschreibung seiner neuen Dampfmaschine mit sehr hohem Druke.
Autor: Alban, Ernst
Fundstelle: 1829, Band 32, Nr. XV. (S. 86–101)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj032/ar032015

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.)

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 führen, 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 Dämpfe 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 führenden, gerechnet, bestimme ich selbigen auf 650 Pfund und folgere daraus mit Verüksichtigung des anzuwendenden Expansionsprincipes, der wirksamen Stämpeloberfläche und der Geschwindigkeit der Stämpel, folgende Resultate:

Da die Maschine mit 1/3 Füllung der Stiefel arbeiten, und mit Dampf von 650 Pfund Druk auf den Quadratzoll in Thätigkeit gesezt werden soll, so ist zuerst der wirkliche mittlere Effekt auf die Stämpel |87| in Pfunden auf den Quadratzoll zu suchen. Dieser ergibt sich, wie bekannt, aus der Berechnung des anfänglichen Druks zu dem Druke, der auf den Stämpel nach Vollendung seines jedesmaligen Laufes im Stiefel (bei dreifacher Ausdehnung in demselben) bleibt. Seze ich nun den anfänglichen Druk der Dämpfe vor der Ausdehnung zu 650 Pfund, so verhält 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 Stämpel. Zwischen beiden Graden des Druks ist die Mittelzahl 432 Pfund als wirklich anzunehmender effektiver Druk für den Stämpel.

Da der Durchmesser beider Stämpel 3 Zoll beträgt, und als wirklich effektive Oberfläche an denselben ihre Durchschnittsflache gerechnet werden muß, so ergibt sich für jeden eine Fläche von 7,06 Quadratzollen. Diese Summe mit dem berechneten Druke der Dämpfe von 432 Pfund auf den Quadratzoll multiplicirt, gibt

7,06 × 432 = 3049, 92 Pfunde

absoluten Druks auf jeden Stämpel (beide Stämpeloberflächen sind nämlich völlig gleich, da hier auf keiner derselben wie an den gewöhnlichen Kolbenmaschinen die wirksame Oberfläche durch die Kolbenstange vermindert wird).

Ich habe die Geschwindigkeit der Maschine zu 60 Doppelhüben in der Minute, und den einfachen Hub zu 18 Zoll angegeben. Hieraus folgt, daß der ganze, von den Stämpeln in einer Minute zu durchlaufende, Weg beträgt:

2 × 18 × 60 = 36 × 60 = 2160 Zoll = 180 Fuß.

Dieser ganze von den Stämpeln in der Minute zu durchlaufende Weg mit dem absoluten Druke des Dampfes auf die Stämpel 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 angenommenen29), Kraftmomente eines Pferdes für die Minute, gibt einen Effekt der Maschine von 12,47 Pferden.

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Man sieht hieraus, daß ich in Hinsicht der Kraft dieser Maschine keineswegs zu karg gewesen bin, daß solche sogar nach den Grundsäzen einer Maschine mit niederm Druke, in der die Hindernißlast doch weit bedeutender als bei einer Hochdrukmaschine von so kleinen Dimensionen ausfällt, berechnet, noch höher als die von 10 Pferden herauszubringen ist, vorzüglich wenn der Druk der Dämpfe 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 Feuerberührungsfläche an den Metallgefäßen, und an 10 bis 12 Quadratfuß innerer Verdampfungsfläche in den Entwikelungsröhren, was auf 2 zöllige Röhren berechnet, ungefähr eine ganze Röhrenlange von 26 bis 30 Fuß gibt.

Der Verbrauch der Maschine an Dämpfen von sehr hoher Pressung ergibt sich sehr leicht aus den vorangehenden Angaben für die Dimensionen der Stämpeloberflächen und der Geschwindigkeit der Stämpel. Wenn nämlich jene Oberfläche 7,06 □ Zoll hält, und der Hub 18 Zoll beträgt, so ist in jedem Stiefel ein Raum von

7,06 × 18 = 127,08 Kubikzollen

mit Dampf zu füllen. Da aber jeder Stiefel mit jedem Hube nur um 1/3 seines Raumes mit Dampf gefüllt wird, so muß der Ansaz folgender Maßen gestellt werden

(7,06 × 18)/3 = 42,36 Kubikzoll.

Dieß ergibt bei 60 Umgängen der Maschine für die Minute einen Dampfverbrauch von

42,36 × 2 × 60 = 5083,20 Kubikzollen = 2,94 Kubikfuß.

Multiplicire ich diese Anzahl Kubikfüße für die Minute mit 45 als diejenige Anzahl von Atmosphären, der ein Druk von 650 Pfund auf den Quadratzoll entspricht, so ergibt sich, wenn ich keine Rüksicht auf eine etwanige Ausdehnung sehr hochdrükender Dämpfe durch ihren größern Antheil freier Wärme nehme, eine Masse Dampf von atmosphärischer Pressung, von

2,94 × 45 = 132,30 Kubikfußen.

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Wenn ich nun auf etwanige Dampfverluste durch Verdichtung in der Maschine, durch Undichtheit in ihren Gefügen, durch den etwas größern kubischen Inhalt der Stiefel, deren Durchmesser den der Stämpel um 1/16 Zoll übertrifft, und endlich in den zu dem Stiefel führenden Ventilcanälen und den schädlichen Räumen der Stiefel rechne, so kann man den Dampfverbrauch füglich wohl auf 140 bis 150 Kubikfuß für die Minute anschlagen.

Aus dieser Berechnung des Dampfverbrauchs läßt sich nun wieder leicht diejenige Wassermenge bestimmen, die in den Generator sowohl während eines einzelnen Umganges der Maschine, als während 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 atmosphärischer Pressung liefert, so sind nach obiger Berechnung 150 Kubikzoll Wasser während einer Minute in den Generator zu fördern. Dieß macht für jeden Umgang der Maschine, also für 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 Pferdeskräften, so wird man den ungeheuren Unterschied zwischen lezterer und meiner Maschine auffallend finden. Der Dampfverbrauch in meiner Maschine verhält sich nämlich zu dem jener, die einen 18 zölligen Cylinder hat und deren Kolben per Minute einen Weg von 192 Fuß zurüklegt, 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 Atmosphäre annehme. Da solcher aber den atmosphärischen Dampf gewöhnlich noch um einige, nicht selten um 6 Pfund auf den Quadratzoll, übersteigt, so darf man jenes Verhältniß 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 Rüksicht auf den Generator, erzielt werde.

Durch diese Calculation glaube ich meine frühern Behauptungen, daß eine Hochdrukmaschine immer mehr Vortheil gewähre, je höher man den Druk der darin wirkenden Dämpfe treibt, recht in's Licht gestellt zu haben. Mögen daher alle Gegner des Hochdrukdampfmaschinenprincips wohl erwägen, wie wenig alle jene ihre Gründe Gewicht haben, die ich früher zusammen gestellt, gewürdigt und widerlegt habe, und in welchem Irrthume alle diejenigen leben, die |90| da wähnen, alle Vortheile des Hochdrukdampfes wären nur in seiner Entwikelung, aber nicht in seiner Verwendung in einer Maschine begründet. So hervorspringende Vortheile bei dieser Verwendung, als die Calculation meiner Maschinen entwikelt, entkräften sogleich alle Zweifel, die man gegen die erfolgreiche Anwendung der Hochdrukmaschinen in der Ueberzeugung gesezt hat, daß der, in einer ökonomischen Entwikelung dieser Dämpfe geträumte, Gewinn durch die Erfahrung nicht bestätiget werde, und mögen mich entschuldigen, wenn ich, im lebhaften Gefühle derselben, der Erfindung einer Maschine von sehr hohem Druke so viele Zeit, körperliche und geistige Anstrengungen widmete, zumal wenn sich fand, daß die Maschine dabei in ein Duodezformat gebracht und ihre Verfertigung auf kleinere Werkstätten verpflanzt werden könne, welcher Umstand vorzüglich in Deutschland viel Gewicht hat, wo man nur an sehr wenigen Orten mit allen Werkzeugen zur Fabrikation größerer Maschinen ausgerüstet ist.

Ich komme nun zur Bestimmung der Größenverhältnisse der Maschine, vorzüglich der ihrer wirksamen Theile, in so ferne der, durch die Dämpfe in der Maschine hervorzubringende, Effekt dadurch bedingt wird; so wie zur Angabe der jedesmaligen nöthigen und zwekmäßigen Geschwindigkeit derselben, wenn die durch selbige hervorzubringende Wirkung nach Pferdeskräften abgemessen wird. Ich füge zur Erleichterung der Uebersicht für den Baumeister eine Tabelle bei, auf welcher die Dimensionen der Stämpel, Ventile, Dampf-, Zu- und Ableitungscanäle, die Höhe des Hubes der Stämpel, die Anzahl der Umgänge der Maschine etc. bei Maschinen von 1 bis 100 Pferdeskräften angegeben sind, und werde zugleich diejenigen Regeln bekannt machen, die ich zur Berechnung aller dieser Gegenstände bei dem Baue einer Maschine der Art in London befolgt habe.

Vorläufig muß ich erwähnen, daß ich, was die Bestimmung der Stämpeldurchmesser, die Länge des Hubes und die Anzahl der Kolbenspiele oder der Umgänge der Maschine betrifft, meine Angaben nach dem Besten der in England, zum Baue der Watt'schen Maschinen bestimmten, Tabellen30) calculirt habe. Daß ich bei diesen Angaben zum Vortheile meiner Maschine nicht zu karg gerechnet habe, möge die vorausgeschikte Calculation meiner Maschine von 10 Pferdeskräften bewahrheiten.

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Tabelle über die Dimensionen der Stämpel und Ventile
meiner Maschine, so wie über die Länge ihres Hubes
und ihrer Umgänge in der Minute
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Textabbildung Bd. 32, S. 91
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Regeln zur Berechnung dieser Tabelle.

Um den Durchmesser des Stämpels zu finden, dividirt man den Durchmesser eines Watt'schen Dampfmaschinencylinders für die zu berechnende Anzahl von Pferdeskräften mit 6. Wenn also D diesen Durchmesser bezeichnet, so ist die Formel

D/6.

Um die Länge des Hubes in Zollen zu finden, dividirt man den Kolbenhub einer Watt'schen Dampfmaschine von der stipulirten Stärke durch 5, und multiplicirt dann mit 2. Wenn also H die Hubhöhe jener Maschine in Zollen oder Fußen bezeichnet, so ist die Formel

(H × 2)/5.

Um die Anzahl der Doppelhübe in der Minute zu bestimmen, gilt folgende Formel, worin A die bei einer Watt'schen Dampfmaschine übliche Anzahl von Huben für diese Zeit bezeichnet

A × 2 + A/4.

Den Durchmesser der in den Cylinder führenden Dampf- und der aus selbigen führenden Entleerungscanäle habe ich auf diese Weise zu bestimmen gesucht, daß ich bei dem Dampfcanale den Durchmesser der Dampfstiefel-Stämpel mit 5, bei dem Entleerungscanale aber mit 3 dividire. Die auf diese Weise bestimmten Durchmesser geben für den Zu- und Abfluß der Dämpfe ganz vorzügliche Resultate, und kann ich solche, als durch die Praxis bewährt, empfehlen. Ist der Durchmesser dieser Canäle gefunden, so kann von jedem praktischen Mechaniker sehr leicht die Größe der Ventile darnach angeordnet werden. Die Stiele beider Ventile, sowohl des Dampf- als des Entleerungsventils, müssen den Durchmesser des Dampfcanals haben. Bei diesem Durchmesser hebt der Dampfventilstiel genau den Druk der Dämpfe auf das Ventil auf, so daß es leicht aus seinem Siz gehoben wird. Die Höhe der Dichtungsfläche muß mit der Achse des Ventils immer einen Winkel von 45 Grad machen.

Bei Bestimmung der Lüftungshöhe für die Ventile aus ihren Sizen ist genau dahin zu sehen, daß der ringförmige Canal, der bei der Lüftung zwischen Dichtungsfläche des Ventils und seinem Size bleibt, in seinen kleinsten Dimensionen wenigstens den Flächeninhalt desjenigen Canales (d.h. des Dampf- oder Entleerungscanales) habe, den das Ventil zu öffnen und zu schließen bestimmt ist. Eine zu hohe Lüftung der Ventile schadet nicht, wohl aber eine zu geringe, |93| indem den Dämpfen dadurch der Weg nicht frei genug gemacht wird. Eine besondere Berücksichtigung verdient diese Erinnerung beim Entleerungsventile.

Die Weite der Ventilkammern muß so eingerichtet seyn, daß die Dämpfe keinen Aufenthalt darin finden, und daß der ringförmige Raum zwischen Ventilkopf und Kammerwand breit genug sey, um ihnen den Weg recht frei zu machen. Beide Rüksichten sind aber vorzüglich wichtig bei der Entleerungskammer, in welcher die Dämpfe sich möglichst schnell, bis zum Druk der Atmosphäre herunter, ausdehnen sollen. Die zwekmäßigste Weite für die Ventilkammern findet man, wenn man z.B. bei der Dampfventilkammer den Durchmesser der Dampfstiefelstämpel 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 Stämpel bezeichnet, so ergeben sich folgende Formeln:

für die Dampfventilkammer für die Entleerungsventilkammer
(S ×7)/18 (S ×5)/8

Die von den Kammern in die Dampf- und Exhaustionsröhre führenden Seitencanäle müssen beinahe den Durchmesser der Dampf- und Exhaustionsröhren haben, worauf bei Einrichtung der Doppelkone Rüksicht zu nehmen ist. Das Exhaustionsrohr, worin die Dampfe nur mit atmosphärischem Druke strömen, wird auf jeden Fall ohne Doppelkone an den Seitencanal angedichtet. Am besten geschieht die Dichtung durch einen etwas flach geschlagenen oder geplätteten Ring von Kupferdrath, der mit Flachs dünne umwikelt ist. Ein solcher Ring schließt selbst bei sehr hohem Druke ganz dicht. Ich gebrauche dergleichen Ringe bei Drukpumpen viel, um Saug- und Steigröhre an selbige zu dichten. Sie haben den Vortheil, daß sie immer ihre Form behalten und daher durch das Andrängen der Flüssigkeit oder des Dampfes in den Röhren nicht beschädigt oder herausgeworfen werden können.

Was die Höhe der Ventilkammern betrifft, so braucht diese nie bedeutender zu seyn als bei der vorher beschriebenen Maschine. Alle dabei zu nehmenden Rüksichten beschränken sich auf folgende Punkte:

  • 1) Daß der aus der Dampfventilkammer führende Seitencanal nicht zu tief herunter verlegt werde, damit
  • 2) zwischen seinem untern Rande und der Stopfbüchse des Ventilstiels wenigstens ein Raum von 1 Fuß Höhe für die darin befindliche Wassersäule bleibe.

Die Höhe der Entleerungs-Ventilkammer ist gleichgültiger, da wegen des geringen Druks und der unschädlichen Hize darin kein Raum für eine höhere Wasserschicht über der Stopfbüchse des Ventilstiel |94| gespart zu werden braucht. Sie kann sich in allen Fällen nach der Höhe der Dampf-Ventilkammer richten. Daß bei beiden Ventilkammern eine größere Höhe als die angegebene nicht schädlich sey, halte ich für überflüssig zu bemerken. Dieserhalb kann man sich bei Anordnung derselben für größere Maschinen ganz nach den übrigen Umständen accommodiren.

Zur Auffindung der innern Weite der Dampfröhren rathe ich, S, durch 3 zu dividiren, bei der Exhaustionsröhre aber wenigstens 2/5 des Durchmessers der Stämpel zu nehmen.

Die Oeffnung für das regulirende Ventil und ihr Durchmesser muß gleich seyn dem Durchmesser des in den Stiefel führenden Dampfcanals.

Was die Verhältnisse der übrigen größern und kleinern, wesentlichern und unwesentlichem Maschinentheile zu einander und zum Ganzen betrifft, so richten sie sich nach der gegebenen Bestimmung des Hubes, der Stämpeldurchmesser etc. etc.

In Rüksicht der Schwere der Schwungräder hei einem gegebenen Durchmesser habe ich gefunden, daß die Berechnung derselben von Murray und Wood31) für meine Maschinen, die einen kleinern Hub und ein lebhafteres Kolben- oder Stämpelspiel haben, viel zu groß sey, und daß man füglich auskomme, wenn man das durch die Murray'sche Formel erhaltene Resultat durch 2 oder gar 3 dividirt. Lezterer Divisor ist da vorzüglich nicht zu groß, wo in dem durch die Maschine zu betreibenden Werke schon Schwungkraft liegt.

Was das in den Generator zu fördernde Wasserquantum betrifft, so rathe ich dem, durch das oben angegebene Calkül gefundenem, Quantum in der Praxis 1/3 zuzugeben und darnach den Stämpel und den Hub der Drukpumpe zu berechnen. Für alle Fälle ist es aber wünschenswerth, durch Verstellbarkeit des Zapfens an der Betriebsscheibe für die Drukpumpe den Hub derselben beliebig vergrößern oder verkleinern zu können. Der Nuzen dieser Einrichtung fällt da recht in die Augen, wo man die Wirkung der Maschine über oder Unter den Normaleffekt bringen und längere Zeit erhalten will.

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Es sey mir nun noch erlaubt, einige wenige Worte über die Vortheile zu sagen, die meine Maschine in Hinsicht ihrer Construction und der Anordnung und Ausführung ihrer einzelnen Theile gewährt. Ich kann hier um so kürzer seyn, da ich manches davon schon |95| in der früher vorausgegangenen Darstellung ihres Princips gesagt habe.

1) Der erste Vortheil, der bei meiner Maschine in die Augen fällt, ist, daß sie einfach, nicht allein in ihrem äußern 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 Stämpel, 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 gefüllt und wieder davon entleert.

2) Alle Organe der Maschine sind sehr klein und daher leicht, mit wenigern Werkzeugen und in kleinern Werkstätten zu verfertigen. Die Stämpel für größere Maschinen haben nur unbedeutende Durchmesser und keine große Länge, können daher auf kleinen Drehbänken abgedreht und abgeschliffen werden. Die Stiefel sind leicht zu gießen und dicht und compakt herzustellen, können 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 für 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 Pferdeskräften den deutlichsten Beweis, da sie nicht über 8 Fuß lang, 3 Fuß breit und 4 Fuß hoch ist. Dieserhalb braucht sie nicht eigne große Locale zur Aufstellung und diese können wegen ihrer Kleinheit fester gebauet werden.

4) Die Maschine ist weniger schwer und intransportabel, als die gewöhnlichen Dampfmaschinen, weil sie keine großen Massen von Gußeisen, keine bedeutenden Schwungräder, 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 unerschütterlich, alle mit Kraft arbeitenden Organe sind, wie ich schon früher bemerkt, dem Fußboden so nahe als möglich gebracht und stehen mit dem Maschinengebäude in keiner weitern schädlichen Verbindung.

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6) Die Maschine verursacht weniger Kosten für Hanfliederung, Schmiere und Oehl, da die Stopfbüchse für die Stämpel so klein und die schlüpfrig zu erhaltenden Flächen 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 vorzüglich durch Friktion. Diese ist wegen der geringen Anzahl und Größe der reibenden Flächen auf ein Minimum gebracht, so daß sie nach meinen bisherigen Erfahrungen noch nicht den dritten Theil der Kraft der Maschine aufzehrt. Obgleich Hanfliederungen für Stämpel mehr Reibung bringen, als Metallkolben, so verliert dieser Umstand an meiner Maschine dadurch sehr an Gewicht, daß der Durchmesser des Stämpels so klein ist, und daß seine Oberfläche immer gehörig durch Schmiere lubrificirt wird. Außer dieser Reibung haben alle übrigen Organe der Maschine sehr wenige. Die Steurung gebraucht einen äußerst 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 aufzuführen, will ich eine Berechnung derjenigen Friktion liefern, die die Bewegung der Stämpel in den Stopfbüchsen meiner Dampfstiefel verursacht und sie mit derjenigen in Vergleich zu stellen suchen, die bei einer gewöhnlichen Watt'schen Maschine von gleicher Kraft am Kolben im Dampfcylinder seiner Stange in ihrer Stopfbüchse und des Kolbens und seiner Stange an der Luftpumpe Statt findet. Man wird dann sehen, welche überwiegende Vortheile meine Maschine bei diesen Bestimmungen, wobei ich noch die Friction der kalten und warmen Wasserpumpe übergehe, gewähre, indem ich diese als durch die, durch meine Drukpumpe gegebene, Hindernißlast aufgewogen betrachten will, um so jeden Vorwurf, meine Maschine bei dieser Calculation begünstigen zu wollen, zu entfernen.

Wenn meine Stämpel nach den oben angegebenen Bestimmungen 3 Zoll Durchmesser enthalten und jede Liederung derselben in den beiden Stiefeln zusammengenommen eine Höhe von 3 Zoll hat, so ergibt sich daraus folgende Berechnung für die Ausdehnung der reibenden Flächen der Stämpelliederung: sie beträgt nämlich

9, 42 × 3 × 2 = 56, 5 Quadratzolle;

9, 42 bezeichnet hier den Umfang der Stämpel, 3 die Höhe der Liederung und 2 die Anzahl der Stopfbüchsen, deren Liederung sich an meinen Stämpeln in beiden Dampfstiefeln reibt.

Da nach Farey's Werk über Dampfmaschinen, einem der neusten und ausführlichsten über diese Maschinen in England herausgekommenen, |97| die Reibung an den Kolben derselben auf eines Quadratfußes Oberfläche 288 Pfund beträgt, so beläuft sich die Reibung meiner Stämpel in beiden Stopfbüchsen 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) für den Dampfkolben in dem 18zölligen Cylinder einer zehnpferdekräftigen Maschine, dessen Liederung gewöhnlich 6 Zoll hoch genommen wird, eine reibende Fläche von

56,5 × 6 = 339,12 Quadratzollen = 2,35 Quadratfußen und für selbige eine Reibung von 2,35 × 288 = 666,80 Pfunden;

  • 2) für die 2zöllige Kolbenstange des Dampfkolbens, bei einer 6 Zoll hohen Liederung in der Stopfbüchse eine reibende Fläche von

6,28 × 6 = 37,68 Quadratzollen,

und für selbige also eine Reibung von

288/144 × 37,68 = 75,36 Pfunden;

  • 3) für den Kolben der 9 Zoll im Durchmesser haltenden Luftpumpe bei 5 Zoll Liederungshöhe eine reibende Fläche von

28,26 × 5 = 141,30 Quadratzollen = 0,98 Quadratfußen,

und für selbige eine Reibung von

0,98 × 288 = 282,24 Pfunden;

  • 4) für die 1 1/2zöllige Kolbenstange der Luftpumpe, bei 5 Zoll Liederungshöhe, eine reibende Fläche von

4,71 × 5 = 23,55 Quadratzollen,

und für 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 aufgehängt ist, so sind die an derselben angeführten Reibungen durch 2 zu dividiren, und darnach macht sich dann die Summe sämmtlicher Reibungen zu

666,8 × 75,36 × [(282,24 × 47,10)/2] = 906,83 Pfunden.

Hievon die an meinen Stämpeln Statt findende Friktion abgezogen, bleiben an Ueberschuß für die Watt'sche Maschine 793,83 Pfund Reibung, was, beiläufig erinnert, gegen 5 Pferdeskräfte ausmacht, die an solcher Maschine durch die größere Reibung an oben genannten Theilen verschlungen werden. Rechne ich hiezu noch den Widerstand der Atmosphäre, den die Luftpumpe bei jedem Umgange der Maschine, |98| wenigstens auf 1/6 der Zeit desselben, zu überwältigen hat, so werden diese 5 Pferdeskräfte vollzählig und erscheinen bei meiner Maschine durch Verminderung der bei derselben gegebenen Kolbenreibungen als ein Gewinn, der gewiß manchem, der meine frühern hierauf abzwekenden Andeutungen nicht beherzigt oder verstanden hat, fabelhaft erscheinen mag, doch aber, wie die Rechnung beweiset, in der Natur der Sache begründet ist.

Die Vortheile der Anwendung von Stämpel und Stiefeln bei sehr hohem Druke, statt der bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen üblichen Kolben und Cylinder, sind vorzüglich in folgenden Umständen begründet:

  • a) Ein Stämpel ist solider und dauerhafter für eine Maschine mit sehr hohem Druke, als ein Kolben, dessen Stange, bei dem kleinen Durchmesser seines Cylinders, sehr schwach eingerichtet werden müßte, wenn sie nicht den größten Theil desselben ausfüllen, und so den Effect der Dämpfe auf ihrer Seite des Kolbens zu bedeutend vermindern sollte.
  • b) Er ist einfacher und kunstloser, vorzüglich wenn man ihn mit Metallkolben oder Kolben mit sogenannter Metallliederung vergleicht. Zugleich gibt er bei kleinern Maschinen ohne alle weitere Hülfsmittel den besten Führer für die Leitstangen ab, daß die Bewegung ihrer Enden stets in der Achse der Stiefel Statt finde. Wegen seiner Stärke widersteht er ihrem schiefen Druke auf das Vollkommenste. Diesen ihm mitgetheilten Druk nehmen aber die Stopfbüchsen mit ihrer Liederung auf, wodurch keine Reibung verursacht wird, die dem Stämpel und den Stopfbüchsen schädlich werden könnte.
  • c) Der Dampf trifft bei der Anwendung des Stämpels auf beiden Seiten desselben auf gleich große Oberflächen, seine Wirkung ist daher sowohl beim Hin- als Hergang des Stämpels dieselbe.
  • d) Es ist eine Dichtung für denselben leichter bewerkstelligt, als an einem Kolben. Da diese Dichtung nämlich 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 befördert wird. Wie schwer würde eine Vorrichtung der Art, wie ich sie oben angegeben habe, an einem gewöhnlichen Kolben, der immer in Bewegung ist, zu realisiren seyn. Uebrigens halten Stopfbüchsen auch weit besser eine von der Hize mürbe gemachte Liederung, als Kolben, von denen sie sich bei der steten Bewegung eher abstreift. Auch ist der Wechsel der Hanfliederung bei Stämpeln und ihren Stopfbüchsen |99| leicht bewerkstelligt. Man braucht bei selbiger die Cylinder-Dekel nicht abzunehmen, und kann den Stämpel in seiner jedesmaligen Lage lassen.
  • e) Man kann das Fett besser an einen Stämpel, als an die Kolben gewöhnlicher Dampfmaschinen bringen. Da dieses nämlich von außen auf dieselben applicirt werden kann, so sind keine besonderen Apparate nöthig, selbiges in den Cylinder zu schaffen; Apparate, die bei den gewöhnlichen Hochdrukmaschinen wegen des, im Cylinder dem Einbringen der Schmiere widerstrebenden, Dampfdruks immer mehr oder weniger künstlich und complicirt sind. Zugleich wird das Fett bei der Application von außen nicht so verschmiert als in den gewöhnlichen Dampfcylindern, wo es größten Theils mit den im Cylinder verdichteten Dämpfen zusammengequirlt und durch die Exhaustionsröhre ausgetrieben wird, noch ehe es seine Wirkung als lubrificirendes Mittel gehörig gethan hat. Bei meiner Methode das Fett zu appliciren, bei welcher die Verschwendung jedes überflüssigen 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 Stämpels 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 nämlich oder an eben erwähnten Vorrichtungen Unvollkommenheiten eintreten, ist dieß gleich an dem Hervordringen der Dämpfe bei der Liederung zu bemerken und man kann dem Uebelstande zur rechten Zeit abhelfen, während 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 Größe und Dauer schon recht in die Augen springt. Welcher unnüze Verlust an Schmiere bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen dadurch entsteht, daß man keine bestimmten Zeichen für den Moment hat, wo der Kolben neuer Schmiere bedarf, und daher das Geschäft des Schmierens dem Erachten oft völlig unwissender, wenigstens doch unachtsamer und verschwenderischer Maschinenwärter überlassen werden muß, weiß jeder, der je Gelegenheit gehabt hat zu sehen, wie ruchlos und ohne alle Rüksicht solche Menschen gewöhnlich mit diesem Geschäfte umgehn.

Was meine Steurung betrifft, so habe ich schon früher bemerkt:

  • a) wie bei ihr durchaus alle Reibung zwischen Metallflächen vermieden |100| ist. Dieserhalb arbeitet sie selbst bei der größten Hize der Dämpfe 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 Beschädigung. Leztere vorzüglich aus dem Grunde nicht, weil die Lüftung der Ventile so wenig Aufwand von Kraft verlangt.

Dann ist die Steurung aber

  • b) auch höchst 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 ungeübterer Arbeiter darauf. Es ist hier nicht nöthig große Platten, wie bei Verfertigung der Zugventile (slides) dicht auf einander zu schleifen, und zu diesem Zweke eigene große geebnete Flächen (surfaces) von Gußeisen oder Blei in den Werkstätten vorräthig zu halten. Das nämliche gilt von der Verfertigung der Hebel, die weder fein geschlichtet, noch polirt zu seyn brauchen und zu ihrer Vollendung nichts als gewöhnliche Schmiede- und Schlosserarbeit verlangen.
  • c) Die Steurung erfordert erstaunlich wenig Schmiere. Die Anwendung der leztern beschränkt sich allein nur auf die wenigen, an den Hebeln befindlichen, Charniere, auf die Zapfen der Friktionsrollen und der Steurungswelle, deren Bedarf an Oehl äußerst gering ist. Die Stopfbüchsen für die Ventilstiele halten nicht gut Fett und bedürfen dessen auch nicht, da die Reibung zwischen der Liederung und den Stielen bei der geringen Bewegung der leztern gering ist.

Wenn ich früher 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 nähere Beschreibung derselben bewahrheitet zu haben, und ein jeder Maschinenkundiger wird die Beweise für diese meine Behauptungen aus der Construction sehr leicht selbst zu führen 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 Gängen, als eine wesentliche Verbesserung eines solchen Ventils halte, indem durch selbige der Druk der Dämpfe gegen den Kegel des Ventils so sehr gemildert |101| und seine Bewegung in dem Maße erleichtert wird, daß selbst ein kleiner Gouverneur zur Regulation desselben hinreicht. Eine längere Erfahrung hat über den Werth dieser Verbesserung vollkommen entschieden, so daß auch von dieser Seite kein Zweifel über die Wahrheit ihrer Vorzüge übrig bleibt.

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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 müssen, daß eine solche Maschine nicht allein möglich in der Ausführung, 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 Ausführung keine unüberwindlichen praktischen Schwierigkeiten in sich fasse und durch diesen Beweis den Muth aller derer von Neuem anzufachen, die durch Hrn. Perkins größten Theils verunglükte Versuche den Glauben an das Gelingen und die Vortheile eines solchen Unternehmens verloren haben. Nach meiner Ansicht behält 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 gehörigen Dampfdruke in Bewegung sezen und diejenigen Vortheile an derselben bewähren können, die die Verwendung sehr hochdrükender Dampfe auf Maschinen überhaupt verheißt. Vielleicht daß ich in der Folge mit der Beschreibung meines Dampf-Entwikelungsapparates noch die anderer Entwikelungsapparate für Dampf von sehr hohem Druke verbinde, deren Bild mir schon lange vorgeschwebt hat. Auch wird sich später schon Gelegenheit finden, alle meine Pläne zur Verbesserung der Hochdruk-Dampfmaschinen näher zu entwikeln. Möge mein Vaterland sie schonender beurtheilen, als das Ausland in seinem Stolze es gethan hat. Dann wird die Hoffnung, daß ich ein Mal für diese wichtige Angelegenheit wieder zu wirken im Stande seyn werde, mich nicht verlassen und mir Freudigkeit geben, diesem glüklichen Zeitpunkte mit Geduld und Ausdauer entgegen zu harren.

Stubbendorf im Monate April 1828.

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Watt 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 Atmosphäre nicht selten um 6 Pfund auf den Quadratzoll übersteigt. Rechne ich die Hindernißlast meiner Maschine zu einem Drittel ihrer absoluten Kraft, so macht sich ihre Berechnung nach Pferdekräften folgender Maßen: |88|

548985,60/33000 = 16,6 Pferdeskräften.

Hievon, (was viel sagen will), 1/3 d.h. 5, 5 Pferdeskräfte auf Hindernißlast in der Maschine abgerechnet, bleiben 11,1 Pferdeskräfte.

Die meisten englischen Tabellen geben für eine Maschine von 10 Pferdeskräften den effektiven Druk des Dampfes auf den ganzen Kolben nur zu 1718 Pfund an, ein Druk, der von dem effektiven auf meine Stämpel übertroffen wird, wenn ich diesen auf zwei Drittel des absoluten seze.

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Eine solche Tabelle findet man in den Jahrbüchern des polytechnischen Institutes in Wien.

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M. s. Bernoulli's Dampfmaschinenlehre und Ignaz Edlen von Mitis Handbuch der populären Mechanik S. 130. – C. Iken über die Erfindungen, durch Dampf und andere neue Mittel Schiffe in Bewegung zu sezen. Aus dem Engl. des Robertson Buchanan, S. 100.

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