Titel: Ueber Brennstoff-Oekonomie bei den Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1866, Band 182, Nr. CXVII. (S. 433–438)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj182/ar182117

CXVII. Zur Beantwortung der Frage: ist es möglich, die Dampfkraft zu verdoppeln, ohne mehr Brennmaterial aufzuwenden?

Diese Frage ist die Aufschrift einer im Juni ds. Is. veröffentlichten kleinen Abhandlung von Thomas Ewbank in New-York, dem vormaligen Patent-Commissär in Washington, welche derselbe der Redaction des polytechnischen Journals behufs der Aufnahme zugesandt hat.91)

Obschon der Schluß dieses Curiosums anzuzeigen scheint, daß es hauptsächlich zu dem Zwecke geschrieben worden sey, um das Verdienst eines im vorigen Jahre in England patentirten neuen Dampfmaschinensystems hervorzuheben,92) so hält der unterzeichnete Referent die Mittheilung des Artikels doch in sofern von einigem Interesse für die Leser dieses Journals, als er neben vielen problematischen und individuellen Ansichten auch manche beherzigenswerthe allgemeine Wahrheiten enthält, und die Aufgabe in Betreff der Oekonomie des Brennmaterials bei der Dampferzeugung und Dampfverwendung noch immer eine unabgeschlossene Tagesfrage bildet.

Indessen wird der Referent, um die Leser nicht zu ermüden, den immerhin etwas sonderbaren Artikel nicht einfach übersetzen, sondern frei und berichtigend bearbeiten, und möglichst abzukürzen suchen.

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Die Dampfmaschine mit Hochdruck und ohne Condensation werde gegenwärtig allgemein als Hauptrepräsentant dieser Kraftmaschine betrachtet, und bei dieser Maschine sey in dem verbrauchten Dampf der doppelte Betrag der Kraft enthalten, welche in Wirklichkeit durch dieselbe nutzbar gemacht werde.

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Indessen gebe es jetzt noch viele Ingenieure und Techniker, welche nicht glauben wollen, daß eine so bedeutende Dampfkraft verloren gehe, und sich deßhalb für überzeugt halten, daß eine solche Behauptung übertrieben sey und weit von der Wahrheit abstehe. Ohne Zweifel verdienten hierbei die Ansichten der Praktiker besonders berücksichtigt zu werden; allein hier handle es sich nicht bloß um individuelle Ansichten, sondern vielmehr um entscheidende Versuche und bewährte Naturgesetze. In vielen Dingen sey die Wahrheit verdunkelt, weil man sich nicht die Mühe nehme, die Sache aufzuklären; aber in einer Angelegenheit von solcher Wichtigkeit sollte man keine Zeit verlieren, sich darüber Gewißheit zu verschaffen.

Die nachfolgenden Sätze schlössen die ganze Frage ein, und die ihnen folgenden Erläuterungen würden genügen, die Sache aufzuhellen.

1) In allen Fällen bleibe in dem verbrauchten Dampf, der die Maschine verläßt, so viel Kraft zurück als dem Kolben derselben mitgetheilt worden ist.

2) In den meisten Fällen könnte man dem Dampf noch mehr und in einigen Fällen sogar die doppelte Kraft von jener abgewinnen, welche in der Maschine wirklich nutzbar gemacht wird.

Bekanntlich könne bezüglich der mechanischen Wirkung ein kleineres Dampfvolumen ein größeres von entsprechend kleinerem Druck ersetzen. So seyen 5 Kubikfuß Dampf von 40 Pfund Spannung per Quadratzoll äquivalent mit 10 Kubikfuß von 20 Pfund Spannung oder mit 20 Kubikfuß von 10 Pfd. Spannung u.s.w. Daraus folge aber, daß durch das Volumen oder die Spannung des Dampfes allein die Dampfkraft nicht vergrößert werde. Dieß geschehe einzig durch Vermehrung seiner Menge oder seines Gewichtes, gerade so wie eine größere Hitze nur durch den Verbrauch von mehr Brennstoff, eine größere Lichtintensität nur durch das Verbrennen von mehr Gas und eine größere Wirkung einer abgeschossenen Kanonenkugel nur durch eine stärkere Pulverladung erzielt werde. Hieraus folge aber, daß zu der doppelten oder dreifachen Dampfkraft auch die doppelte oder dreifache Gewichtsmenge Dampf im Dampfkessel erzeugt werden und im Cylinder zur Anwendung kommen müsse; denn es gebe sonst kein Mittel, die innere Kraft des Dampfes zu vermehren.

„Welchen anderen Schluß können wir aber aus jener Anwendung der Dampfkraft ziehen, – wobei wir die Kraft benutzen, welche ein Wasservolum zu 1750 Dampfvolumen ausdehnt, aber die Kraft vernachlässigen, welche beim Zusammenschrumpfen der 1700 Volume (Dampf) |435| in ein Volum (Wasser) entwickelt wird, – als daß man die Thatsache, daß die negative Kraft bei Flüssigkeiten gleich sey der positiven, nicht berücksichtigt hat?“

Bei den Hochdruckmaschinen werde mit jedem Kolbenhub ein Cylinder voll Dampf in die Atmosphäre abgelassen, wovon bei der Schnelligkeit der Hübe und der hohen Temperatur des Dampfes nur wenig in den Canalleitungen zurückbleibe. Nun frage es sich, ob nicht jede Entladung des entweichenden Dampfes eine Kraft enthalte gleich jener, welche er dem Kolben mittheilte, oder mit anderen Worten, ob nicht die Condensirung desselben zu Wasser eine Kraft abgebe gleich jener, die bei seiner Bildung aus Wasser entstand, ganz ebenso wie ein fallendes Gewicht dieselbe mechanische Arbeit entwickelt, welche zum Heben desselben nöthig war. Die Antwort auf diese Frage sey bereits im Vorhergehenden enthalten, nämlich durch das Fundamentalgesetz der Wirkung und Gegenwirkung gegeben, nach welchem die beiden Kräfte absolut und unvermeidlich gleich seyen. Halten wir uns an ein Beispiel. Eine Hochdruckmaschine habe einen Kolben von 50 Quadratzoll Querschnittsfläche und werde mit Dampf von 60 Pfund Druck per Quadratzoll betrieben.93) Der Dampfdruck auf den Kolbenquerschnitt beträgt demnach 50 . 60 = 3000 Pfund. Würde nun dieser Dampf, nachdem er dem Kolben diese Wirkung mitgetheilt, statt daß man ihn in die Atmosphäre abläßt, unter einem anderen Kolben verdichtet, so würde er dieselbe Wirkung hervorbringen; denn Dampf von 60 Pfd. Spannung per Quadratzoll enthalte das vierfache Volumen des gewöhnlichen Dampfes, er würde demnach einen Cylinder vom Querschnitt 4 . 50 = 200 Quadratzoll und gleicher Länge wie der andere Kolben füllen, und der so ausgedehnte Dampf würde dann einen Druck von 200 . 15 = 3000 Pfund auf die Kolbenfläche ausüben. Daß aber dieser Druck nur zur Wirkung kommen kann, wenn der Gegendruck ganz aufgehoben wäre, der Kolben sich also in einem luftleeren Raume bewegen würde, sagt der Verfasser hier nicht.

Er wendet sich sofort zum zweiten Satz, der dasselbe Gebrechen, nur noch im erhöhten Maaße, mit dem ersten theilt, und bemerkt, daß derselbe keineswegs im Widerspruch mit dem ersten Satze stehe, wie man etwa glauben könnte. Sogleich ist er auch, um die beiden Sätzen gemeinsame Schwierigkeit zu heben, mit demselben Auskunftsmittel zur |436| Hand. Denn er sagt sofort: eine Cylinderfüllung des gewöhnlichen Dampfes von 1 Atmosphäre Spannung habe zwar keine Expansionskraft oder directe Wirkung auf den Kolben, aber es genüge, um eine solche hervorzurufen, unter dem Kolben durch Condensation des Dampfes einen leeren Raum zu erzeugen, indem dann, obwohl beide Kräfte (die auf diese Weise producirte und consumirte) theoretisch genommen einander gleich seyen, in der Praxis die condensirende Kraft den größeren Effect entwickele. Und auf diese Weise werde durch Dampf von 2 Atmosphären Spannung und darüber, wenn der Gegendampf völlig condensirt werde, mehr Kraft – nämlich 15 Pfd. per Quadratzoll – erreicht, als seine directe Wirkung zu geben im Stande sey, weil im letzteren Fall die Expansionskraft des Dampfes gegen die Atmosphäre wirke und daher den Druck von 1 Atmosphäre oder 15 Pfund per Quadratzoll verliere. Deßhalb gäben Maschinen, die mit Dampf von 30 Pfund oder einem Druck von 2 Atmosphären arbeiten, gewöhnlich nur die Kraft von 1 Atmosphäre; ebenso jene mit 60 Pfund Dampfdruck bloß die Kraft von 45 Pfund, und jene von 90 Pfund die Kraft von 75 Pfund per Quadratzoll u.s.f. Und gestützt auf diese ziemlich problematische Beweisführung hält sich der Verfasser für berechtigt, in dem angeführten zweiten Satz den Ausdruck „in den meisten Fällen“ sogar zu verändern in die Worte „in allen Fällen,“ und den Ausdruck „in einigen Fällen,“ als kaum einer weiteren Erklärung benöthigt, so viel als ganz zu übergehen. In dieser Beziehung bemerkt er nur, daß eine Maschine mit einem Kolben von 50 Quadratzoll und Dampf von 30 Pfd. Druck per Quadratzoll, bloß eine effective Kraft von 15 Pfd. per Quadratzoll oder von 50 . 15 = 750 Pfund per Kolbenquerschnitt habe, daß dagegen derselbe Dampf die doppelte Kraft abgeben würde, wenn er unter einem Kolben von 100 Quadratzoll Querschnitt (bei gleicher Länge des Cylinders) völlig condensirt würde, nämlich 100 . 15 = 1500 Pfund.

Der Verfasser unterläßt aber auch hier, näher anzugeben, wie unter dem Kolben ein leerer Raum erzeugt oder der Gegendampf völlig condensirt wird. Dazu bedarf es natürlich ebenfalls Kraft und diese kommt daher jedenfalls wieder in Abzug, so daß der Gewinn an Kraft keineswegs so bedeutend seyn kann, wie er meint und in seinen beiden Sätzen ausspricht, abgesehen davon, daß in vielen Fällen der Anwendung noch andere Elemente außer der Oekonomie des Dampfes und des Nutzeffectes der Dampfkraft, wie die Geschwindigkeit, der verfügbare Raum etc., zu berücksichtigen sind und für die Einführung von Hochdruckmaschinen ohne Condensation, statt Niederdruckmaschinen mit Condensation, sprechen. |437| Indessen geben wir gerne zu, daß bei den Dampfmaschinen in dem Dampfverbrauch, wie in der Dampferzeugung, jedenfalls noch bedeutende Ersparnisse möglich wären. Es fragt sich nur, auf welche Weise und um welchen Preis sich diese in jedem einzelnen Falle erzielen lassen.94)

Da angenommen wird, sagt der Verfasser, die Kraft einer Hochdruckmaschine sey viel mehr werth, als das Brennmaterial, welches sie verbraucht, so könnte man glauben, eine Vermehrung dieser Kraft um denselben Betrag sollte sich im selben Verhältniß ökonomischer herausstellen. Statt dessen ist es jedoch noch vortheilhafter, kaltes Wasser (zur Condensation des Dampfes) anzuwenden, weil solches wohlfeiler ist als Steinkohle (zur Erzeugung des höher gespannten und heißeren Dampfes). Die Kosten beständen hierbei in der Anwendung dessen, was allüberall um Nichts zu haben sey. Diesen Vortheil abweisen, hieße so viel als ein theilweises Resultat mit großen Kosten einem vollen Resultat mit kleinen Kosten vorziehen. Wenn es daher allgemeiner bekannt wäre, daß die durch Condensation erlangte Kraft größer ist als die directe Expansionskraft, so würde erstere, meint der Verfasser, kaum mehr länger vernachlässigt werden, und wenn man allgemein einen besonderen Condensator anwendete, würde man wohl einsehen, daß es an der Zeit wäre, das von Newcomen's atmosphärischer Maschine herrührende Urtheil zu revidiren. Denn Dampfkraft sparen, heiße das sparen, was mehr Werth habe als Silber und Gold. Diese Oekonomie der Dampfkraft stehe daher auch in einer ganz bestimmten Beziehung zur Wohlfahrt der einzelnen Nationen, deren Fortschritt und Rückschritt sehr wesentlich von ihr bedingt werde. Dieselbe stehe auch in directer und inniger Beziehung zu einer anderen, die europäischen Staatsmänner ernstlich beschäftigenden Angelegenheit, das ist zur allfälligen späteren Erschöpfung der englischen Kohlenfelder. Die Kosten, welche die Erzeugung der Dampfkraft in der ganzen Welt nöthig macht, seyen enorm und noch immer im Zunehmen begriffen. Die Hälfte dieser producirten Dampfkraft verlieren, sey so viel als die halbe Brennstoffmenge nutzlos verschwenden; Dampf sparen, heiße also Brennmaterial (Steinkohlen) sparen, und Dampfkraft verdoppeln, heiße ebenso die Hälfte des Brennmaterials (der Steinkohle) erübrigen. Und doch sey es eine Thatsache, daß 50 Proc. weniger gespart werden, als wirklich möglich wäre.

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In dem ersten Theile dieses Artikels wurde erklärt, daß der Dampf mehr als den doppelten Betrag der Kraft enthalte, welche er bei seiner directen Wirkung hervorbringt. Und es möge nun noch beigefügt werden, daß nicht mehr als ein Drittel davon weder in Condensations-, noch in Nichtcondensationsmaschinen erreicht werde. Diese Thatsache sey, so unglaublich es auch Vielen scheinen möge, unbestreitbar (siehe Journal of the Franklin Institute, Juliheft 1865). Ebenso wurde gezeigt, daß wir im Oekonomisiren des Dampfes noch kläglich zurück seyen, indem constatirt sey, daß 90 Procent der aufgewendeten Wärme durch Dampfverschwendung verloren gehen. Der gewöhnlichste Beobachter könne sich hiervon überzeugen, da der Dampf auf seinem Wege vom Kessel bis zur Ablaßöffnung im Cylinder auf den Kolben nur eine momentane Wirkung ausübe. Es verstehe sich von selbst, daß jedes Partikelchen des entweichenden Dampfes Kraft mit sich fortnehme und daß, soll dieser Kraftverlust vermieden werden, jedes Dampftheilchen in der Maschine durch Condensation ausgenutzt werden müsse.

Die vorgeschlagene Methode zur Ausnutzung der ganzen Dampfkraft bestehe daher hauptsächlich im Hinzufügen eines atmosphärischen Cylinders, welcher bezüglich des Dampfcylinders um ebenso viel größer ist, als der Dampfdruck den Atmosphärendruck übertrifft, wie dieß in der Beschreibung und den Zeichnungen des von Benjamin Laurence zur Vermehrung der mechanischen Kraft des Dampfes am 17. März 1865 in England erhaltenen Patentes näher ausgeführt worden sey, – von dem wir jedoch nichts weiter in Erfahrung bringen konnten.

G. Delabar.

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Eine Uebersetzung in's Französische befindet sich bereits in den Annales du Génie civil vom August 1866.

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Worin dieses besteht, wird am Schlusse kurz angedeutet werden.

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Es sind hier durchweg englische Maaße verstanden.

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In letzterer Beziehung machen wir auf Daelen's Dampferzeugung durch directe Einwirkung der Feuergase auf das zu verdampfende Wasser“ aufmerksam, welche wir demnächst in diesem Journal mittheilen werden und die wenigstens als ein neuer und interessanter Versuch zur Lösung dieses wichtigen Problems zu betrachten ist.

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