Titel: Klotz, über eine Verbesserung der Sicherheitsventile.
Autor: Klotz, J.
Fundstelle: 1861, Band 162, Nr. IV. (S. 4–18)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj162/ar162004

IV. Ueber eine Verbesserung der Sicherheitsventile für Dampfkessel; vom Prof. J. Klotz in Graz.

Aus der Zeitschrift des österreichischen Ingenieur-Vereins, 1861, Heft 6. S. 119.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Die Verbesserung der Sicherheitsventile für Dampfkessel blieb seit der Anwendung der Dampfkraft stets ein Gegenstand des Nachdenkens. Dieß läßt sich am besten aus der Thatsache entnehmen, daß fast in jeder technischen Zeitschrift zahlreiche Beschreibungen von derartigen Verbesserungen erscheinen, welche nicht selten von Ingenieuren herrühren, deren Namen in der technischen Welt vom besten Klange sind.

Aber dessenungeachtet blieb der Zweck unerreicht, und es ist jedem Sachverständigen bekannt, wie wenig die bisher bei Dampfkesseln allgemein in Anwendung stehenden Sicherheitsventile gegen eine zufällige Ueberspannung und daraus resultirende Explosion schützen.

Der Grund hiervon liegt, wie bekannt, in der sehr ungenügenden Lüftung der Ventilklappe, in Folge deren der überschüssig erzeugte Dampf nicht in derselben Zeit vollständig entweichen kann, in welcher er sich entwickelt, daher die hieraus erfolgende Anhäufung des Dampfes im Kessel eine fortwährend steigende, immer gefährlicher werdende Spannung erzeugen müßte, wenn nicht rechtzeitig durch anderweitige Vorsichtsmaßregeln diesem Einhalt gethan und so einer Gefahr vorgebeugt würde.

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Wenn auch in den über die Sicherheit gegen die Gefahr der Explosionen von Dampfkesseln bestehenden Regierungsvorschriften die Anordnung besteht, daß die Lüftung des Ventils (Ventilhub) ein Viertel des Durchmessers betragen müsse, so nützt dieß doch nichts, weil die bisher vorgeschriebenen Sicherheitsventile, lediglich nur den Naturgesetzen folgend, selbst bei der größten Ueberschreitung der Normalspannung in Folge ihrer fehlerhaften Construction immer nur einen geringen, unmeßbar kleinen Ventilhub erreichen, so daß sie nicht im Entferntesten den Namen „Sicherheitsventile“ verdienen.

Der Fehler, welcher solchen Ventilen anklebt und welcher in der Form oder vielmehr in der Anwendung der Ventilplatte zu suchen ist, die ungeachtet aller bisher bekannten Verbesserungen beinahe stets unverändert beibehalten wurde, indem man, ohne das richtige Princip gewürdigt zu haben, sich fast nur mit der Erfindung neuer Ventilzuhaltungen befaßte, besteht darin, daß der unter der mehr oder weniger scheibenförmig gestalteten Ventilplatte befindliche Dampf, sobald er zur Ausströmung gelangt, seine sogenannte lebendige Kraft großentheils zur Bewegung der trägen Masse des ausströmenden Dampfes abgibt und sofort unmittelbar unter der Ventilplatte nicht mehr die im Kessel befindliche Spannung besitzt, daher ihm schon bei der geringsten Lüftung gerade nur noch diejenige Spannung bleibt, die nothwendig ist, um der zur Zuhaltung des Ventils angewendeten Belastung das Gleichgewicht zu halten. Daß dieser letztere Gleichgewichtszustand schon dann eintritt, wenn die Ventilplatte nur noch sehr unmerklich über dem den Verschluß bildenden Sitze erhoben ist, zeigt die Erfahrung.

Aus dieser Auffassung geht nun der folgende, für die Construction von Sicherheitsventilen sehr wichtige erste Grundsatz hervor, nämlich: „Derjenige Dampf, welcher der Ventilbelastung das Gleichgewicht halten soll, muß nothwendiger Weise von jenem, der zur Ausströmung gelangt, abgesondert seyn.“

Die einfachste Idee zur Realisirung des eben Angeführten besteht darin, daß man die Ventilplatte concentrisch mit einem in den Kesselraum hinabreichenden röhrenförmigen Ansätze versieht. In dem in diesem Ansätze enthaltenen Raume bleibt nämlich der Dampf, wenn das Ventil sich lüftet, ruhig stehen und behält sonach die im Kessel herrschende Spannung, mit welcher er dann der Ventilbelastung das Gleichgewicht zu halten vermag, während der den cylindrischen Ansatz rings umgebende Dampf zur ungehinderten Abströmung zwischen den Sitzflächen des Ventils gelangt.

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So in die Augen fallend auch die Nichtigkeit des eben Angeführten erscheint, eben so leicht läßt sich übrigens nachweisen, daß mit dem besagten röhrenförmigen Ansatz allein der Zweck noch nicht erreicht ist. Weil aber eben in dieser Einrichtung der eigentliche Schlüssel zur Lösung der ganzen Sache ruht, so soll hier auf eine nähere Betrachtung eingegangen werden.

Textabbildung Bd. 162, S. 6

Weil aber die constante Ventilbelastung G so groß seyn muß, daß bei der normalen Dampfspannung von p Pfund per 1 Quadratzoll das Ventil geschlossen bleibt, und in diesem Zustande der Dampf auf die Kreisfläche 1/4 π D² einwirkt, so hat man 1/4 π D² p = G, und mithin folgt:

P/p = (D/d)².

(1)

Wird in dieser Gleichung beiderseits die Einheit abgezogen, ferner Pp = Δ p und Dd = 2ε gesetzt, wodurch D + d = 2 (d + ε) wird, und ε die Breite der ringförmigen Ausströmungsöffnung bezeichnet, so erhält man nach gehöriger Substitution und Transformation:

Δp/p = 2ε/d (2 + 2ε/d),

(2)

oder, wenn die gemachten Substitutionen wieder beseitigt werden:

(Pp)/p = (Dd)/d (2 + (Dd)/d),

(3)

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je nachdem man die Bezeichnung in der einen oder anderen dieser Gleichungen für die folgenden Betrachtungen bequemer finden will.

Faßt man nun die drei letzten Gleichungen und die Bedeutungen der in denselben enthaltenen Größen scharf ins Auge, so lassen sich nachstehende Folgerungen ableiten, welche vollkommen geeignet sind, nicht nur über die Natur der Sicherheitsventile überhaupt, sondern auch über die Art ihrer Einrichtung, nämlich wie diese zur Erreichung des Zwecks beschaffen seyn sollen, einen vollkommen klaren und befriedigenden Aufschluß zu geben.

Folgerung 1. Vor Allem zeigt die Gleichung (1), daß die Ventile der gewöhnlichen Art, welche nämlich nur aus der bisher üblichen kreisförmigen Platte ohne röhrenförmigen Ansatz bestehen, absolut schlecht sind.

Läßt man nämlich bei dem vorstehend gezeichneten Ventil den röhrenförmigen Ansatz durch stetes Kleinerwerden des Durchmessers d nach und nach verschwinden, so hat man für d = 0 wirklich ein Ventil gewöhnlicher Art, und hiefür gibt die Gleichung (1), wenn darin d = 0 substituirt wird:

P/p = (D/0)² = ∞.

Hiermit ist also erwiesen, daß während des Abblasens der Ventile gewöhnlicher Art die Dampfspannung über den Normaldruck bis ins Unendliche, also jedenfalls bis zum Zersprengen des Kessels gesteigert werden kann. Daß unter solchen Umständen Explosionen stattfinden müssen, ist einleuchtend, und es ist also auch ganz unnöthig, anderweitige geheimnißvolle Ursachen von Kesselexplosionen zu erfinden.

Folgerung 2. Bei Ventilen mit röhrenförmigem Ansatz, wie im Holzschnitt angedeutet, muß die Größe der ringförmigen Ausströmungsöffnung zwischen der Ventilbohrung und der Röhre jedenfalls der Dampfentwickelung des Kessels entsprechend angeordnet werden, weßhalb in Gleichung (2) die Dimension ε, nämlich die Ringbreite, und die normale Dampfspannung p als gegeben zu betrachten sind.

In Berücksichtigung dessen ersieht man nun aus Gleichung (2), daß die während des Abblasens der Ventile möglicherweise entstehende Ueberspannung Δp des Dampfes im Kessel lediglich nur von der Größe des Durchmessers d, also von der Anordnung des mehrerwähnten röhrenförmigen Ansatzes, abhängt.

Zugleich ersieht man aber auch, daß bei solchen Ventilen mit der Vergrößerung von d, also nur mit der nothwendig damit verbundenen |8| Vergrößerung des Ventils, die Ueberspannung des Dampfes annähernd verhindert und hiermit die Gefahr gegen ein Zersprengen des Kessels zwar vermindert, aber doch nicht ganz beseitigt werden kann, weil, wie aus Gleichung (2) erhellt, erst für d = ∞ die Ueberspannung Δp = 0 wird.

Folgerung 3. Aus dem Bisherigen geht unwillkürlich die Anregung hervor, ein Mittel zu ersinnen, wodurch Δp = 0 gemacht werden könne, ohne d = ∞ machen zu müssen.

Den Weg hierzu zeigt die Gleichung (3), denn hieraus erkennt man auf den ersten Blick, daß für Dd = 0 auch Pp = 0 werden muß, und zwar ohne Unterschied, wie groß auch immer d seyn möge.

Eine richtige Auffassung der eben entwickelten Bedingung, daß nämlich Dd = 0 oder D = 0 seyn müsse, führt nun zunächst zur Erkenntniß des folgenden, für die Construction der Sicherheitsventile sehr wichtigen zweiten Grundsatzes, nämlich: „Derjenige Dampf, welcher der Ventilbelastung das Gleichgewicht halten soll, muß nothwendigerweise stets auf die ganze Ventilfläche einwirken können, ohne Unterschied, ob das Ventil sich im offenen oder geschlossenen Zustande befindet.“

Es wird sich nun weiter um die praktische Ausführung handeln, durch welche die hier ausgesprochenen beiden Principien zur Geltung gebracht werden können.

Die einfachste Idee zur gleichzeitigen Realisirung der beiden Grundsätze, welche, gleich wichtig für die Construction eines vollkommen guten Sicherheitsventils, unbedingt erfüllt werden müssen, besteht darin, daß man die Ventilbohrung mit einem kapselförmig gestalteten, hinreichend hohen, cylindrisch ausgedrehten Deckel bedecke, in dessen nach unten gekehrte Höhlung man ein im Ventilstocke concentrisch befestigtes Rohr, das entsprechend hoch über dem Ventilsitz sich trichterförmig erweitert, einmünden und mit seinem oberen Rande an der Innenfläche der cylindrischen Deckelhöhlung ringsum möglichst nahe anschließen läßt.

Mit dem im Ventilstock concentrisch befestigten Rohr, welches nämlich den Dampf aus dem Kessel zum Ventildeckel ohne Verlust seiner Spannung leitet, ist dem ersten Grundsatze entsprochen, weil in Folge dessen nur der das erwähnte Rohr außen umgebende Dampf zum Austritt zwischen die Sitzflächen des Ventils gelangen kann.

Mit dem in der Deckelhöhlung erzielten, möglichst nahen Anschluß des oberen Randes vom erwähnten trichterförmig erweiterten Rohre ist dem zweiten Grundsatze entsprochen; denn in Folge dieser Anordnung findet nun der Dampf selbst im gelüfteten Zustande des Ventils, zwischen dem Rohre und dem Ventildeckel eingeschlossen, seine Angriffsfläche in |9| der dem oberen Rande des Trichters entsprechenden Kreisfläche, welche ohne Anstand der Ventilfläche gleichgemacht werden kann.

Die im Bisherigen dargelegte Anschauung war es, welche den Verf. im Jahre 1856 zur Verbesserung der Sicherheitsventile leitete, und wofür derselbe am 5. Januar 1857 ein ausschließendes Privilegium für die österreichische Monarchie erwarb.

Da nun diese nach den erläuterten Grundsätzen zur Ausführung gebrachten Ventile seither sich durch mehrfache Anwendung praktisch bewährt haben, so dürfte es an der Zeit seyn, die Einrichtung derselben, sowie ihre Wirkungsweise zur allgemeinen Kenntniß zu bringen, weßhalb mit Hülfe der auf Tab. I enthaltenen Zeichnungen im Nachstehenden die nöthige Erläuterung folgt.

In Fig. 1 ist ein derartiges Ventil für stabile Kessel, und zwar mittelst eines Vertical- und eines durch den Ventilsitz geführten Horizontalschnitts versinnlicht. Ein auf dem Kesselblech A, B befestigtes gußeisernes Flantschenrohr C, D, E, F von 15 bis 18 Zoll Höhe und einer der Ventilgröße entsprechenden Weite ist zur Aufnahme des Ventilstocks a, b, c, d wie gewöhnlich vorhanden. Auf der oberen Flantsche E, F ist die gewöhnliche Hebelzuhaltung angebracht, bestehend in dem Hebel G, H, welcher bei G an der festen Stütze F, G seinen Drehpunkt hat, am entgegengesetzten Ende das Gewicht trägt und auf dem bei H eingehängten Körner H, K ruht, wodurch der Druck mittelst der Körnerspitze K auf den conisch vertieften Boden (zur Verhinderung des einseitigen Abblasens) des Ventildeckels a, b, e, f übertragen, und dieser gegen den von innen wirksamen Dampfdruck auf der Sitzfläche a, b niedergehalten wird.

Außerdem befindet sich auf der oberen Flantsche noch eine zur Führung des Hebels befestigte Gabel E, M, welche oben bei M einen Bolzen trägt, an den der Hebel anschlägt, sobald in Folge einer zu starken Einwirkung des Dampfes der Ventildeckel höher gehoben wird, als nothwendig ist.

Die innere Einrichtung des Ventils besteht nun in Folgendem: Im Ventilstock a, b, c, d befindet sich ein mit diesem aus Einem Stück (von Messing oder Rothguß) gegossenes, durch drei Rippen g, h, i (im Horizontaldurchschnitt ersichtlich) concentrisch gehaltenes, entsprechend weites Rohr, welches, über den Ventilsitz emporragend, nach oben sich so erweitert, daß sein oberer Rand k, l an der genau ausgedrehten cylindrischen Innenfläche des Ventildeckels möglichst genau, jedoch ohne eine Reibung zu verursachen, anschließt. Letzteres gilt auch von den genannten, bis zum Trichterrande des erwähnten Rohrs hinauf verlängerten drei Rippen, welche dem Ventildeckel bei der zeitweise eintretenden Lüftung die nöthige Führung geben.

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Um ferner durch das erwähnte concentrische Rohr den Dampf mit seiner ganzen im Kessel ihm eigenthümlichen Spannung unter den Ventildeckel leiten zu können, selbst dann noch, wenn der beim Abblasen des Ventils im Flantschenrohre C, D, E, F nachströmende Dampf eine geringere Spannung annimmt, dient ein eingelegtes Rohr m, n von Kupferblech, welches bis in den Dampfraum des Kessels hinab reicht.

Es erhellt nun von selbst, daß, sobald die normale, durch die an den Hebel angehängte Belastung regulirte Spannung im Kessel überschritten wird, der zwischen der Bodenfläche des Ventildeckels und dem Trichterrohre eingeschlossene Dampf den Ventildeckel hebt und so die Lüftung des Ventils unabhängig vom jenem Dampfe bewirkt, welcher außerhalb des concentrischen Rohrs zur ungehinderten Ausströmung gelangt, und daß endlich das Ventil durch die Einwirkung der Hebelbelastung sich wieder von selbst vollkommen schließt, sobald die Spannung des Dampfes im Kessel unter die normale Spannung herabgesunken seyn wird.

Bei mehreren Versuchen, welche mit solchen Ventilen wiederholt vorgenommen wurden, und wobei sich die Vortrefflichkeit der hier erläuterten Einrichtung vollkommen befriedigend herausstellte, wurde auch ihre Wirksamkeit in der Weise untersucht und verglichen, daß:

1) das Kupferrohr m, n ganz beseitigt,

2) dasselbe in der in Fig. 1 ersichtlichen Weise eingelegt und

3) bei einem mit sphärischer Erweiterung N, O (in Fig. 1 punktirt angezeichnet) versehenen Flantschenrohr eine in die Höhlung dieser Erweiterung einmündende Kupferröhre m, o, p anstatt jener m, n angebracht war.

Sämmtliche Versuche wurden mit zwei in ihren wesentlichsten Abmessungen gleichen Ventilen vorgenommen. An denselben waren: die lichte Weite des Ventildeckels 3 Zoll 8 Linien; der Durchmesser des abgedrehten Trichterrandes 3 Zoll 7 3/4 Linien; die lichte Weite im Ventilstock 3 Zoll 6 Linien; der äußere Durchmesser des concentrischen Rohrs 1 Zoll 9 Linien, und dessen Metalldicke, sowie jene der drei Rippen, 3 Linien. Die Hebelübersetzung war bei jedem Ventil im Verhältniß von 1 zu 8; das Gewicht des Ventildeckels betrug bei dem einen Ventil 7 1/4 Pfd. und das Gewicht des zugehörigen Hebels, auf seinen Endpunkt reducirt, 4 Pfd.; dagegen war das Gewicht des Ventildeckels bei dem anderen Ventil 6 1/2 Pfd. und das Gewicht des zugehörigen Hebels, auf den Endpunkt reducirt, 3 1/2 Pfd. Die Sitzflächen der Ventildeckel waren bei dem ersten Ventil auf 2 Linien, bei dem zweiten Ventil auf 3 Linien Breite abgedreht und, wie in Fig. 1 ersichtlich, flach aufgeschliffen.

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Der erste Versuch wurde vom Verf. im Jahre 1856 in der Maschinenfabrik zur Unter-Andritz bei Graz vorgenommen. Der hierzu verwendete Kessel, dessen Feuerfläche 435 Quadratfuß betrug, sowie die Feuerung waren kurz vorher neu angelegt und im besten Zustande.

Das Ventil Nr. 1 wurde mittelst des cylindrischen Flantschenrohrs von 4 Zoll Bohrung auf dem Deckel des Mannlochs, jedoch absichtlich ohne das erwähnte Kupferrohr, um dessen Nothwendigkeit zu ermitteln, angebracht. Der Endpunkt des Hebels wurde mit 40 Pfd. belastet, und nachdem die übrigen Kesselventile überlastet waren und das Feuer lebhafter unterhalten wurde, begann bei der am Manometer beobachteten Spannung von 30 3/4 Pfd. das Abblasen des Ventils. Durch fortwährende Verstärkung des Feuers stieg während des immer heftigeren Abblasens die Spannung langsam, wobei sich der Ventildeckel successiv hob. Als endlich die Dampfspannung bis auf 38 Pfd. gestiegen war, schlug der Hebel an den in der Gabel oben angebrachten Bolzen, und das Ventil stand sonach bei einem Hub von 9 Linien ganz offen. Nun wurde das Feuer wieder gemäßigt, und nachdem die Spannung des Dampfes auf 30 Pfd. herabgesunken war, schloß sich das Ventil von selbst vollkommen.

Die Wirksamkeit des Ventils ohne Kupferrohr gestattete sonach eine Ueberschreitung von 7 1/4 Pfd. über die normale Dampfspannung, wenn letztere mit 30 3/4 Pfd. in Rechnung gebracht wird, was ungefähr 23 Proc. derselben ausmacht, und wonach sich erkennen ließ, daß der Mangel des erwähnten Kupferrohrs die Empfindlichkeit des Ventils beeinträchtigte.

Mit dem Ventil Nr. 2, welches aus eben angeführtem Grunde ein in den Dampfraum des Kessels hinab reichendes Kupferrohr erhielt, wurden im Eisenwerk zu Storé bei Cilli, wo es seit April 1857 in Verwendung steht. Versuche gemacht, worüber dem Verf. im November desselben Jahres nebst den Versicherungen über die Vorzüge dieses Ventils nachstehende Daten mitgetheilt worden sind.

Auf einem Kessel, der mit Ueberhitze betrieben wird, und dessen Feuerfläche 240 Quadratfuß beträgt, wurde das genannte Ventil mittelst des gewöhnlichen gußeisernen Flantschenrohrs unmittelbar auf dem Kesselblech befestigt, und der Endpunkt des Hebels mit 81 1/2 Pfd. belastet. Der Beginn des Abblasens fand stets bei einer Spannung von 59 Pfd. statt, und das Ventil schloß sich jederzeit vollständig, wenn die Spannung auf 58 Pfd. herab sank. Die größte Spannung, welche je beobachtet wurde, war selbst bei verstärkter Feuerung nie über 63 1/2 Pfd. gestiegen. Sonach betrug die Ueberschreitung der Normalspannung nicht einmal 8 Proc., was gewiß den strengsten Anforderungen entsprechend erscheint, und womit sich den |12| Vorhandenseyn des mehrerwähnten Kupferrohrs als sehr vortheilhaft für die Empfindlichkeit des Ventils erwies.

Mit demselben Ventil hatte der Verf. in Store später selbst einen Versuch gemacht, welcher darauf abzielte, einen Vergleich mit den gewöhnlichen Ventilen zu erheben, und wobei sich nachstehendes Resultat ergab.

Nachdem die Dampfmaschine abgestellt, das zweite Ventil des Kessels überlastet und das Feuer verstärkt war, begann bei der Spannung des Dampfes von 59 Pfd. das Abblasen des Ventils. Mit fortgesetzter außergewöhnlicher Verstärkung des Feuers gelang es innerhalb des Zeitraums von 44 Minuten, während welcher Zeit das Abblasen sehr heftig vor sich ging, die Dampfspannung auf 65 Pfd., jedoch ungeachtet aller Bemühung nicht höher zu steigern, weil aller im Kessel überschüssig erzeugte Dampf von da ab durch das Ventil entströmte. Nachdem hierauf mit dem Nachheizen eingehalten wurde, verminderte sich in kurzer Zeit die Spannung, und das Ventil, welches allmählich sank, schloß sich vollkommen, als dieselbe bis auf 58 Pfd. abgenommen hatte.

Hierauf wurde dieses neue Ventil überlastet und ein nach den bestehenden Regierungsvorschriften an dem Kessel vorhandenes altes Ventil von 3 Zoll 2 Linien Durchmesser in Thätigkeit versetzt. Sobald die Maschine wieder abgestellt und das Feuer neuerdings verstärkt war, begann bei 58 1/2 Pfd. Spannung das Abblasen dieses Ventils. In Folge der durch einmaliges Nachheizen bewirkten, also mäßigen Verstärkung des Feuers stieg die Spannung, und zwar schon innerhalb 7 Minuten, auf 65 3/4 Pfd., wobei ein so rasches Steigen der Spannung wahrgenommen wurde, daß, um einer Gefahr vorzubeugen, schleunigst das vorher erwähnte neue Ventil wieder von seiner Ueberlast befreit und in Thätigkeit versetzt werden mußte.

Das nun sehr heftige Abblasen dieses Ventils veranlaßte eine baldige Abnahme der Spannung, und sobald dieselbe auf 58 Pfd. gesunken war, schlossen sich beide Ventile fast gleichzeitig. Da es unnöthig ist, zu solchen selbstredenden Thatsachen einen Commentar beizufügen, erübrigt nur noch zu bemerken, daß dieser Versuch für die Beurtheilung der Wirksamkeit des fraglichen neuen Ventils eine Ueberschreitung der normalen Dampfspannung von 10 Proc. als Maximum nachweist.

Ueberdieß kann nicht unerwähnt bleiben, daß nach dem lange unterhaltenen Abblasen des neuen Ventils eine Senkung des Wasserstandes im Wasserstandsglase von ungefähr 1 1/2 Zoll und mithin eine merkliche Abnahme des Wassers im Kessel wahrgenommen worden ist, was auch ganz erklärlich erscheint, wenn man berücksichtigt, daß während 44 Minuten aller in größtmöglichster Quantität erzeugte Dampf durch das Ventil abströmte. Eine kurze Rechnung gibt hierüber genügende Aufklärung.

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Unter der Voraussetzung, daß der Kessel auf je 1 Quadratfuß Heizfläche im Maximum stündlich 6 Pfd. Dampf geliefert habe, berechnet sich die auf 240 Quadratfuß Heizfläche während 44 Minuten erzeugte und durch das Ventil entströmte Quantität Dampf mit 1056 Pfd., was einem Wasservolumen von beinahe 18 3/4 Kubikfuß entspricht.

Da nun der Kessel einfach cylindrisch ist, 30 Schuh Länge und 4 Schuh im Durchmesser hat, so hätte bei dem Abgang der obigen Quantität der Wasserspiegel um ungefähr 2 Zoll sinken sollen, womit also die gemachte Beobachtung in genügender Uebereinstimmung steht; denn wenn in der That die Senkung des Wasserspiegels sich geringer ergab, so ist damit nur erwiesen, daß die Verdampfung im Kessel eine geringere war, als in obiger Rechnung vorausgesetzt wurde, was auch bei der Spannung von 5 Atmosphären, bei welcher die Dampfentwickelung stattfand, mehr als wahrscheinlich ist.

Im k. k. Arsenal bei Wien wurden mit dem Ventil Nr. 1, welches in Folge der beim ersten Versuch gemachten Beobachtung mit einem durch die ganze Länge des cylindrischen Flantschenrohrs reichenden Kupferrohr versehen worden war, während der Monate April und Juni des Jahres 1857 ebenfalls Versuche vorgenommen. Hierüber erhielt der Verf. Mittheilungen, aus denen folgende Resultate bemerkenswerth erscheinen.

Der hierzu verwendete Kessel hatte 329 Quadratfuß Heizfläche, und beim ersten Versuch war der Endpunkt des Hebels mit 30,62 Pfd. belastet. Die Dampfspannung, bei welcher das Ventil abzublasen begann, war 26,77 Pfd., und diese erreichte ihr Maximum mit 28,05 Pfd., wobei der Ventilhub 6,4 Linien betrug. Der vollkommene Schluß des Ventils erfolgte ebenfalls bei 26,77 Pfd. Spannung. Die Empfindlichkeit des Ventils erwies sich also hier in einem noch höheren Grade als bei allen früheren Versuchen, indem die größte Ueberschreitung der Normalspannung obigen Daten zufolge nicht einmal 5 Proc. beträgt.

Beim zweiten Versuch war der Hebel mit 45,62 Pfd. belastet, und das Abblasen des Ventils begann bei einer Dampfspannung von 35,7 Pfd. Das Maximum der Spannung wurde mit 38,25 Pfd. erreicht, wobei der Ventilhub 4,5 Linien betrug, und das Ventil schloß sich wieder bei der Spannung von 35,7 Pfd. Sonach ergeben sich hier 7 Proc. als Maximum für die Ueberschreitung der normalen Dampfspannung.

In den erwähnten Mittheilungen über diese zwei Versuche war auch die Bemerkung gemacht, daß ein bedeutender Abgang des Wassers im Kessel stattgefunden habe. Dieß ist nach dem, was bereits bei einem früheren Versuche erläutert wurde, sehr begreiflich, ganz in der Natur der Sache begründet, und kann bei Versuchen, aber auch nur bei Versuchen, |14| wo das heftige Abblasen des Ventils durch stetes Nachheizen absichtlich längere Zeit unterhalten wird, nicht anders seyn. Auch wird man in solchen Fällen stets dann ein stärkeres Sinken des Wasserspiegels im Kessel wahrnehmen, wenn letzterer wegen geringerer Größe einen kleineren Wasserspiegel enthält, ebenso dann, wenn wegen geringerer Spannung die Dampfentwickelung leichter vor sich geht, und allemal dann, wenn der Versuch länger dauert, oder wenn vielleicht gar neben dem Versuch der Gang der Dampfmaschine (wie es bei dem ersten dieser zwei Versuche wirklich geschah) unterhalten wird, welche im Verein mit dem abblasenden Ventil selbstverständlich große Dampfquantitäten consumirt, die bekanntlich von dem im Kessel befindlichen Wasser durch neue Verdampfung ersetzt werden müssen, weil in der Regel während des Versuchs kein Wasser in den Kessel geschafft wird. Alle diese Umstände, die vorherrschend in der Natur des Versuchs begründet sind, dem Ventil zur Last legen zu wollen, oder aus der Wahrnehmung des Wasserabgangs im Kessel, wie er wirklich vorkam, den Schluß ziehen und behaupten zu wollen, es habe das Ventil Wasser ausgeworfen, muß mindestens als ein auf unrichtiger Auffassung der Umstände beruhendes Mißverständniß bezeichnet werden.

Wenn ein Ventil von 3 Zoll 8 Linien Durchmesser sich auf 6,4 Linien hebt, also eine Oeffnung von 6,14 Quadratzoll bietet, durch welche der Dampf während der Dauer eines Versuchs von mindestens 30 Minuten ungehindert in die freie Luft abzuströmen gezwungen ist, darf es wahrlich nicht überraschen, wenn dadurch im Kessel ein Wasserabgang sich bemerkbar macht; denn in diesem Falle sind durch andauernd überschüssig erzeugten Dampf, wie sich durch Rechnung leicht nachweisen läßt, vielleicht 18 bis 20 Kubikfuß Wasser in Form von Dampf aus dem Kessel absichtlich hinaus getrieben worden.

Dieser Fall kann jedoch in der Praxis nie vorkommen, weil da während des Abblasens des Ventils niemals ein so forcirtes Nachheizen stattfindet, und weil selbst das lebhafteste Feuer ohne Nachheizung in viel kürzerer Zeit abbrennt, seine Kraft mäßigt, und also nie eine solche Menge von überschüssigem Dampf erzeugt und verloren werden kann.

Hiermit dürfte nun hinreichend erwiesen seyn, daß das Ventil jedenfalls seinen Zweck vollkommen erfüllt hat, welcher eben nur darin bestehen kann, jeden überschüssig erzeugten Dampf abzuführen. Wollte man dieß jedoch dem Ventil zum Fehler anrechnen, so hieße es geradezu den Zweck der Sache ihr zum Vorwurf machen, was absurd ist.

Die, wie eben nachgewiesen, jedenfalls irrthümliche, aber dennoch vorgekommene Aeußerung, daß das letzterwähnte Ventil bei dem ersten |15| der zuletzt angeführten zwei Versuche Wasser ausgeworfen habe, gab dem Verf. Veranlassung zur wiederholten Vornahme mehrerer Versuche, wozu der bereits erwähnte Kessel zu Unter-Andritz bei Graz im Jahre 1858 verwendet worden ist. Obgleich dasselbe Ventil, und zwar in unveränderter Gestalt, wie es im k. k. Arsenal benutzt worden war, dabei in Anwendung kam, konnte es dennoch nie gelingen, ein Auswerfen des Wassers bei demselben wahrzunehmen.

Dagegen wurde in Folge dieser Versuche und im Einklang mit den weiter oben angeführten die Thatsache erhoben, daß das Ventil unter übrigens gleichen Umständen jederzeit einen größeren Maximalhub erreichte, wenn geringer gespannte Dämpfe im Kessel entwickelt wurden, und daß andererseits die Empfindlichkeit des Ventils etwas geringer war, wenn höher gespannte Dämpfe auf dasselbe einwirkten.

Die erste Erscheinung erklärt sich aus der stärkeren Verdampfungsfähigkeit eines Kessels bei niedriger gespannten Dämpfen, und weil stets aller im Kessel überschüssig erzeugte Dampf durch das Ventil eben so schnell als er sich bildet, abgeführt wird. Die zweite Erscheinung hat ihren Grund in dem Umstande, daß der Trichterrand des concentrischen Rohrs nicht absolut genau an der Innenfläche des Ventildeckels anschließt, vielmehr wegen der zu vermeidenden Reibung hier stets ein kleiner Zwischenraum gelassen werden muß. In demselben findet nämlich bei geöffnetem Ventil eine Dampfentweichung statt, welche im concentrischen Rohr ein geringes Nachströmen des Dampfes veranlaßt, das jedenfalls etwas stärker seyn wird, wenn höher gespannte Dämpfe zur Ausströmung gebracht werden, weil dann in Folge des größeren Ueberdrucks über die Atmosphäre eine größere Austrittsgeschwindigkeit und folglich auch ein größerer Verlust an der Spannung des im concentrischen Rohr in Bewegung befindlichen Dampfes stattfinden muß, wodurch die Empfindlichkeit, wenn auch absolut nur wenig, aber relativ doch bemerkbar, beeinträchtigt wird.

Einige weitere Versuche, welche an mehreren Orten noch vorgenommen wurden, zielten darauf ab, zu untersuchen, ob es unbedingt nothwendig sey, das Kupferrohr in den Dampfraum des Kessels hinabreichen zu lassen.

Demzufolge wurde bei mehreren in Verwendung gebrachten Ventilen das cylindrische gußeiserne Flantschenrohr durch ein solches ersetzt, welches in seiner Mitte eine sphärische Erweiterung von ungefähr 10 Zoll Durchmesser hatte, in deren größten Horizontaldurchschnitt das im Ventilkörper eingelegte Kupferrohr mit seinem unteren Ende einmündete. Die bisher hierüber gewonnenen Versuchsresultate sind, wenn auch nicht in jeder Hinsicht verläßlich und umfassend, doch insofern von Werth, als sich |16| dabei herausstellte, daß diese Einrichtung für den praktischen Gebrauch ebenfalls genügt, wenn gleich ferner dabei noch wahrgenommen wurde, daß hiermit das Ventil eine geringere Empfindlichkeit besitzt als in jenem Falle, wo das Kupferrohr in den Dampfraum des Kessels hinabreicht.

Mit dem bisher Angeführten dürfte nun nicht nur die vollkommene Richtigkeit des diesen Ventilen zu Grunde liegenden Constructionsprincips, sondern auch hinsichtlich ihres Zwecks die praktisch bewährte Vorzüglichkeit derselben erwiesen seyn. Dessenungeachtet bleibt aber noch zu berücksichtigen, daß bei locomobilen Kesseln durch die Mangelhaftigkeit der gewöhnlichen Ventilzuhaltungen (Spring-balance) die Wirksamkeit des besten Ventils paralysirt und so die Gefahr einer Ueberspannung des Kessels neuerdings veranlaßt werden kann.

Man denke sich z.B. ein derartiges Ventil an einer Locomotive, wo dasselbe mittelst eines von 1 zu 10 übersetzten Hebels und einer an dessen Ende angebrachten Spring-balance zugehalten wird. Entstände nun in Folge einer zu lebhaften Dampfentwickelung das Bedürfniß, daß sich das Ventil vielleicht mindestens um 2 Linien heben müßte, um den überschüssigen Dampf in derselben Zeit als er sich bildet, abströmen zu lassen, so müßte nothwendig das Hebelende um 20 Linien gehoben, und, wenn die Dampfspannung im Kessel keine weitere schädliche Steigerung erleiden sollte, die Feder der Spring-balance ohne Zunahme ihrer Spannung um eben so viel ausgedehnt werden.

Weil aber die Dehnung der Feder stets mit einer sehr bedeutenden Zunahme ihrer Spannung verbunden, also der Ventilhub hierdurch in hohem Grade beeinträchtigt und sonach die Steigerung der Dampfspannung sehr begünstigt ist, so wird es erklärlich, daß, ehe die Feder eine dem nothwendigen Ventilhub zukommende Dehnung von 20 Linien annimmt, mittlerweile der Dampf eine dem Kessel höchst schädliche Spannung erreichen muß. Diesem Uebelstande zu begegnen, sowie auch anderweitigen, bei allen bisher bekannten ähnlichen Ventilzuhaltungen bestehenden Nachtheilen auszuweichen, dürfte die im Nachstehenden erläuterte Anordnung geeignet erscheinen.

Eine theils auf mathematischen Calcül, theils auf Versuche mit Convolutfedern gestützte, genauere Untersuchung hat dem Verf. die Ueberzeugung verschafft, daß bei einer gewissen, aber noch mäßigen Größe der fraglichen Ventile die Anwendung zweier über einander stehenden Convolutfedern vollkommen ausreicht, um eine für locomobile Kessel geeignete Ventilzuhaltung zu bilden. Die Darstellung eines solchen für eine Locomotive gehörigen Ventils nebst Zuhaltung ist in Fig. 2 in einem Vertical- und zugehörigen Horizontaldurchschnitt versinnlicht.

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Die Einrichtung des Ventils ist genau so, wie in Fig. 1 erläutert ist, und es sind dieselben Bestandtheile mit denselben Buchstaben bezeichnet. Die obere Flantsche des gußeisernen Rohrstutzes, welcher in diesem Falle kürzer seyn kann, trägt jedoch drei vertical stehende Stützen M, N, O, welche, oben mit Gewinden versehen, zur Aufstellung der Ventilzuhaltung dienen. Letztere ist dadurch gebildet, daß der Körner o, p, q, welcher mit der Spitze o in der conischen Vertiefung des Ventildeckels steht, auf feinem Anschlage p eine Gußeisenscheibe r, s trägt, auf welcher die eine Feder P aufsitzt; oberhalb dieser ist eine zweite Scheibe t, u mit ihrer Bohrung über den nach oben verlängerten Stiel des Körners aufgeschoben, um den Federwindungen ein solides Auflager zu gestatten, worauf die zweite Feder Q in umgekehrter Stellung und endlich eine dritte Scheibe v, w, welche mit drei Armen x versehen ist, aufgesetzt erscheint.

Die Verticalstellung des Körners mit den auf seinem Stiele befindlichen Federn und Scheiben ist nun dadurch erzielt, daß die drei letztgenannten Arme x mit ihren Bohrungen über die oberen Enden der drei früher erwähnten Stützen angeschoben und mittelst Schraubenmuttern gleichmäßig niedergeschraubt werden. Dadurch wird gleichzeitig die entstehende Federspannung mittelst der Körnerspitze 0 an den Ventildeckel übertragen und also jener Druck erzeugt, welcher nothwendig ist, um das Ventil gegen den Dampfdruck bis zu einer gewissen Grenze geschlossen zu halten.

Um die Federn möglichst vor Nässe und Rost zu schützen, dienen zwei messingene in einander geschobene Röhren y und z, wovon die ersten von der oberen Scheibe v, w, letztere von der unteren Scheibe r, s getragen wird, so daß die Federn, ohne deren Zusammendrückung zu bei einträchtigen, eingeschlossen sind.

Es ist selbstverständlich, daß während des Abblasens des Ventils der Ventildeckel gehoben, also die Federn zusammengedrückt werden, und diese in Folge dessen eine stärkere Spannung annehmen, so daß auch hier die Dampfspannung eine weitere Steigerung erleidet. Allein es genüge, hier zu bemerken, daß selbst für die stärksten und größten bisher in Anwendung stehenden Locomotivkessel ein Ventildurchmesser von ungefähr 6 Zoll, wobei die stärkeren Bufferfedern noch recht gut verwendet werden können, vollkommen ausreicht, um diesen erwähnten, aus der zunehmenden Spannung der Federn erwachsenden Nachtheil dahin zu vermindern, daß in Folge dessen die normale Dampfspannung höchstens um 10 Proc. überschritten werden kann, was für die praktische Anwendung gewiß befriedigend erscheint.

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Daß übrigens bei jeder Art von Ventilzuhaltungen die erläuterte Einrichtung der Sicherheitsventile sich vollkommen bewährt und derartige Ventile unter übrigens gleichen Umständen mehr als alle anderen bisher bekannten ihrem Zwecke entsprechen, ist bereits an mehreren Orten, und namentlich durch deren Anwendung bei mehreren Locomotiven der k. k. priv. Kaiserin-Elisabeth-Bahn mehrfach erprobt und anerkannt worden.

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