Titel: Tresca's Bericht über Versuche mit einer Belou'schen Heißluftmaschine.
Autor: Tresca,
Fundstelle: 1867, Band 185, Nr. CXVI. (S. 409–423)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj185/ar185116

CXVI. Tresca's Bericht über die neuesten Versuche mit einer Belou'schen Heißluftmaschine.

Nach dem Bulletin de la Société d'Encouragement, Januar 1867, S. 9.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Die Papierfabrikanten Auzou und Comp. zu Cusset im Depart. Allier wandten sich an die Société d'Encouragement in Paris mit dem Gesuche, eine Prüfung mit der in ihrem Etablissement aufgestellten, von Mazeline nach Belou's System erbauten Heißluftmaschine durch Sachverständige vornehmen zu lassen. Mit diesem Auftrage wurden Tresca und Alcan betraut und ersterer erstattete über die erhaltenen Resultate an die genannte Gesellschaft folgenden Bericht.

Es ist bekannt, daß schon vor dem Auftreten der Ericsson'schen calorischen Maschine verschiedene andere Heißluftmaschinen vorgeschlagen und versucht worden sind. Diejenige jenes geschickten Constructeurs hatte indessen die Aufmerksamkeit der Techniker am meisten auf sich gezogen, und zwar vorzugsweise in Folge des von ihm angewendeten sogen. Regenerators, eines aus einer Menge von durchlöcherten Metallplatten oder von Metallgeweben bestehenden Apparates, der beim Durchströmen der austretenden heißen Betriebsluft einen Theil ihrer Wärme durch Leitung in sich aufnehmen, zurückbehalten und dieselbe beim nächsten Kolbenhub der zuströmenden kalten Luft wieder abgeben sollte. So sinnreich diese Anordnung auch war, so hat sich dieselbe in der Praxis doch nicht bewährt, und die Maschine von Ericsson ist in dieser Hinsicht auf das gewöhnliche Princip der calorischen Maschine zurückgeführt worden, wornach kalte Luft in einen Cylinder eingeführt, comprimirt, erhitzt und die hierdurch in Folge ihrer Ausdehnung gewonnene Arbeit nutzbar gemacht wird, indem man letztere dazu verwendet, um einestheils die frische kalte Luft zu comprimiren und die Widerstände der Maschine zu überwinden, und anderntheils den übrigbleibenden Theil dieser Arbeit auf die Betriebswelle überträgt.118)

Diese Andeutungen machen es begreiflich, daß hierbei ein großer |410| Theil, meist sogar mehr als die Hälfte der erzeugten Arbeit wieder zur Speisung der Maschine, d.h. zum Betriebe der nöthigen Luftpumpe absorbirt wird, und daß, da die Erhitzung, und folglich auch die Ausdehnung und der wirksame Druck der Luft in derartigen Maschinen eine gewisse Grenze nicht überschreiten darf, solche calorische Maschinen bei gleicher Leistungsfähigkeit immer viel größer und voluminöser ausfallen als Dampfmaschinen.

Diese Uebelstände sind auch bei der Heißluftmaschine von Belou nicht beseitigt. Dieselbe zeichnet sich aber vor anderen Heißluftmaschinen dadurch aus, daß der Treibcylinder durch Luft gespeist wird, welche zuvor durch die Feuerung geführt worden ist, sich hier zum Theil in Kohlenoxyd und Kohlensäure umgewandelt hat und so fast die ganze aufgewendete Wärme nach den Betriebsorganen überträgt. Vom theoretischen Standpunkt erscheint diese Anordnung sehr vortheilhaft, indessen kann auch hier nur die praktische Erfahrung entscheiden, ob die empfindlichen Maschinentheile durch das in den Cylinder eingeführte Gemisch von Kohlensäure und Kohlenoxyd, von atmosphärischer Luft, Rauch, Asche und Kohle nicht bald zu sehr nothleiden, beschädigt und unbrauchbar werden. Bei sorgfältiger Untersuchung fanden die Experten zwar, daß im vorliegenden Falle der Betriebscylinder nach ziemlich langem Betriebe noch vollständig gut erhalten war. Die Oberfläche desselben war noch glatt und rein, wie wenn kein fremder Körper in Berührung mit ihr gekommen wäre, was keineswegs der Fall seyn konnte, da der Kolben durchwegs mit Kohletheilchen und anderen Unreinigkeiten bedeckt war. Allein dieß genügt noch keineswegs zur Entscheidung der Frage, ob bei längerem Gebrauch die erwähnten Stoffe sich nicht nachtheilig für die Erhaltung der damit in Berührung kommenden Maschinentheile erweisen würden.

Was die Wärme betrifft, welche bei solchen Maschinen gewöhnlich durch den Austritt der noch ziemlich heißen verbrauchten Luft verloren geht, so hat Belou zur Vermeidung dieses Wärmeverlustes keine besondere Vorkehrung getroffen, sondern läßt jene Gase frei in die Luft austreten. Ihre Temperatur hat sich bei den Versuchen ziemlich genau ermitteln lassen und die nöthigen Angaben hierüber folgen unten bei näherer Besprechung dieser Versuche.

Nachdem der Berichterstatter hier noch zur Vergleichung auf die früher von ihm mit einer kleineren Belou'schen Maschine unternommenen Versuche119) aufmerksam gemacht hat, wird nun die Maschine in der Papierfabrik zu Cusset speciell betrachtet.

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Dieselbe war ursprünglich für eine Oelmühle in Saint-Ouen bestimmt, wo sie möglichst wenig Raum einnehmen sollte, weßhalb sie mit verticalen Cylindern versehen worden ist und die ganze Anordnung eine ziemliche Höhe erhalten hat. Sie wurde, wie bereits bemerkt, von dem Mechaniker Mazeline gebaut. Nur einige Details und im Besonderen die später noch näher zu besprechende Schmiervorrichtung sind unter der unmittelbaren Leitung von Jouffray und Sohn in Vienne ausgeführt worden. Das Gewicht der Maschine beträgt 35,000 Kil. (700 Zollctner.) und dasjenige des Schwungrades 15,000 Kil. (300 Zollctner.), das Gesammtgewicht also nicht weniger als 50,000 Kil. (1000 Zollctner.), woraus auf die Mächtigkeit der Maschine geschlossen werden kann.

Die Maschine selbst besteht aus einem Speisecylinder oder einer Luftpumpe, vermittelst welcher die äußere atmosphärische Luft angesaugt, comprimirt und dann mittelst einer Röhrenleitung in einen geschlossenen Herd getrieben wird und, nachdem sie sich erhitzt und mit den Verbrennungsgasen vermischt hat, in den Arbeitscylinder gelangt, wo sie theils mit Volldruck, theils durch Expansion auf den Kolben wirkt, und endlich in einen Schornstein, freilich noch mit ziemlich hoher Temperatur, austritt.

Diese ganz neu angeordnete Maschine ist in den Figuren 14 abgebildet, und zwar zeigt Fig. 1 einen Grundriß der ganzen Maschine, Fig. 2 einen Verticalschnitt durch die Achse der beiden Cylinder, Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch die Tragsäulen unter den beiden Cylindern und Fig. 4 eine Seitenansicht der ganzen Maschine.

Wie aus diesen Figuren zu ersehen, besteht die Maschine aus vier Haupttheilen: 1) aus dem Feuerherd A und dem Zubehör; 2) aus dem Speisecylinder oder der Luftpumpe F; 3) aus dem Betriebscylinder D und 4) aus dem Gestell H, H und den Bewegungsmechanismen, wozu namentlich die beiden Kettenstangen P, P', die Kurbelstangen Q, Q', die Kurbeln m und n, und die Haupttreibwelle M mit dem Schwungrad V gehören.

Der geschlossene Feuerherd A besteht aus einer cylindrischen Umhüllung von Gußeisen, in welche die vom Speisecylinder kommende Luft unter dem Gestell bei A' eintritt und aus welcher sie, nachdem sie sich erhitzt hat, durch die Röhre A'' in den Treibcylinder D gelangt. Dabei ist B der Trichter, in den man das Brennmaterial einschüttet, welches durch ein vom Getriebe B' von der Hauptwelle aus bewegtes Drehventil dem inneren Herd gehörig vertheilt zugeführt wird, während C, C' Thüren des Feuerraumes und des Aschenfalles, c den Mechanismus des Rüttlers oder Rostschürers und c', c' die Mannlöcher bedeuten. D zeigt den Treibcylinder mit seinem Kolben D', in welchen die comprimirte und erhitzte |412| Luft direct durch das Rohr A'' eintritt und durch die Entleerungsventile E, E' und das Rohr U entweicht. d ist eine doppelte Umhüllung, in welcher die vom Speisecylinder oder der Luftpumpe F abgeführte Luft circulirt, damit sie sich vorläufig an der inneren Wand des Treibcylinders erwärme und zugleich diesen abkühle. F zeigt ebenso den Speisecylinder mit dem Kolben F'. Die frische atmosphärische Luft tritt in diesen Cylinder durch die Ventile f ein, welche mit der äußeren freien Luft in Verbindung stehen. Sie communicirt hernach durch das Rohr g mit der doppelten Umhüllung d des Cylinders D und wird von da durch ein zwischen den Tragsäulen angebrachtes besonderes Rohr (welches jedoch in den Zeichnungen nicht angegeben ist) in den geschlossenen Feuerraum A getrieben, von wo sie, wie schon bemerkt, durch das Rohr A'' als Betriebsluft in den Cylinder D zurückgelangt und alsdann durch die Ventile E, E' und das Rohr U in das Freie entweicht. H, H, H, H sind die Säulen, wodurch die Maschine gestützt und getragen wird, und an welchen zugleich die Geradführungen für die Kolbenstangen P, P' befestigt sind.

Der Betriebscylinder hat einen Durchmesser von 1,40 Met. und dessen Kolben einen Hub von 1,50 Met. Der Speisecylinder dagegen hat einen Durchmesser von 1,00 Met. und sein Kolben denselben Hub von 1,50 Met. Das Volumen des ersteren ist demnach

Textabbildung Bd. 185, S. 412

und dasjenige des letzteren

Textabbildung Bd. 185, S. 412

Kub. Met., so daß also der Inhalt des Speisecylinders nur ungefähr die Hälfte von jenem des Treibcylinders beträgt. Beide Cylinder sind im ersten Stockwerk der Fabrik nebeneinander angeordnet und von je vier gußeisernen Säulen H getragen, zwischen welchen unten am Boden die Lager für die horizontale Betriebswelle M angebracht sind. Diese Welle hat einen Durchmesser von 0,30 Met. und ist mit den beiden Kurbeln von 0,73 Met. Länge versehen, welche mit den Kurbel- und Kolbenstangen und dadurch mit dem Betriebs- und Speisecylinder in Verbindung stehen. Diese beiden Cylinder sind doppeltwirkend, und erfolgt die Regulirung des Luftzutrittes bei dem Speisecylinder durch das selbstthätige Spiel der Ventile f, bei dem Betriebscylinder hingegen mittelst Excentrics durch Daumenstangen, welche das Spiel der Ventile E, E' bewirken. Die Ventile des ersteren haben einen Durchmesser von 0,27 Met. und einen Hub von 0,035 Met.; die des letzteren dagegen haben einen Durchmesser von 0,33 Met. und den gleichen Hub von |413| 0,035 Met. Jene bieten daher der Luft eine Durchgangsfläche von 0,0594 Quadratmet. und diese eine solche von 0,0726 Quadratmet., also bloß ungefähr ein Zwanzigstel des Cylinderquerschnitts dar.

Während des Ganges wird nun von der Luftpumpe ungefähr 1 Kubikmet. atmosphärische Luft angesaugt, die noch vor dem Hubwechsel so stark comprimirt wird, daß sie im Stande ist das Ausgangsventil zu öffnen, von welchem sie zunächst durch das Rohr g nach dem Mantel d oder zwischen die doppelte Umhüllung des Betriebscylinders gelangt, um, wie bereits bemerkt, die hier angesammelte Wärme aufzunehmen und zugleich die Wände des Betriebscylinders vor zu großer Erhitzung zu schützen.

Von der Umhüllung d strömt die vorgewärmte Luft durch ein 0,25 Met. weites, folglich

Textabbildung Bd. 185, S. 413

Quadratmeter Querschnitt fassendes und vielleicht etwas zu enges Rohr, welches zwischen den Tragsäulen auf den Boden herabreicht und unter dem Gestell bei A' in den Feuerherd A einmündet, in den Zeichnungen jedoch nicht zu sehen ist.

Der Feuerraum A ist in einem horizontalen Cylinder aus Gußeisen von 1,20 Met. Durchmesser und 2,00 Met. Länge eingeschlossen. Sein Inhalt von 2,26 Kubikmet. wird größtentheils von dem den Rost umgebenden Mauerwerk aus feuerfesten Steinen ausgefüllt, so daß für die Luft und Verbrennungsgase im Inneren bloß ein ringförmiger Raum von 0,02 Met. Weite übrig bleibt. Die zugeführte, bereits vorgewärmte Luft wird zum Theil durch den Rost geleitet, der bei 0,80 Met. Breite aus 24 Roststäben von 1 Met. Länge gebildet wird und zwischen den Stäben im Ganzen bloß einen freien Zwischenraum von 0,40 Quadratmeter besitzt. Dieser Zwischenraum wird aber noch etwas verringert durch drei Reihen Rostreiniger oder Rostschürer, die sich von Außen bewegen lassen und gestatten, die Kohlen auf dem Rost umzuschüren, ohne den Herd selbst öffnen zu müssen. Die Roststäbe ruhen hinten auf einem festen Querträger, vorn aber auf einer beweglichen Traverse, welche es möglich macht den Roststäben von Außen her eine beliebige Neigung bis zu 45° zu geben.

Die durch die Zwischenräume der Roststäbe in den Feuerraum getriebene Luft strömt von da durch den ringförmigen Raum zwischen den Wänden des eingesetzten feuerfesten Mauerwerks und dem Cylindermantel, und hierauf durch das Rohr A'' in den Treibcylinder D, oder, wenn man die Maschine anhalten oder langsamer gehen lassen will, durch das Austrittsrohr U und den Schornstein in's Freie. Außerdem |414| ist die Maschine mit einem Sicherheitsventil, das auf 2,5 Atmosphären gespannt, versehen, durch welches die überschüssige erhitzte Luft entweicht. Da jedoch die Maschine gewöhnlich nur mit einem Druck von 2 Atmosphären, statt, wie es vorgeschlagen war, mit 3 Atmosphären arbeitet, so dürfte dieses Sicherheitsventil füglich wegbleiben, um so mehr, als man es auch sonst in der Gewalt hat, die durch den Rost strömende Luftmenge durch ein besonderes Ventil zu reguliren und demgemäß die Temperatur und den Druck derselben innerhalb der passenden Grenzen zu erhalten.

Am Vordertheil des cylindrischen Feuerherdes und über der höchsten Stelle, die der Rost einnehmen kann, befindet sich der Rumpf oder Kohlentrichter B zur Aufnahme des Brennmaterials. Derselbe ist oben mit einem durch eine Schraube verschließbaren Deckel und unten mit einem von der Betriebswelle aus mittelst Excentric, conischen Rädern und Sperrklinke in Umdrehung versetzten durchbrochenen Schieber versehen, durch welchen die Kohlen nach und nach auf den darunter befindlichen Rost gelangen. Bei c ist überdieß der Mechanismus zur Bewegung der Rostschürer, bei c', c' (Fig. 2) sind die Mannlöcher auf der hinteren und bei C, C' (Fig. 4) die Herd- und Aschenfallthüren auf der vorderen Seite des Ofens.

Ist der Kohlentrichter leer, was durch einen anderen, ebenfalls von Außen zu handhabenden Schürstab angezeigt wird, so öffnet man ihn und füllt ihn auf's Neue, ohne daß der Gang der Maschine unterbrochen werden muß. Letzteres geschieht nur dann, wenn der Rost sich nach einiger Zeit mit Schlacken angesammelt hat, um diese zu entfernen, oder die Maschine sollst zu reinigen.

Indessen hätte dieser Uebelstand auch leicht durch Anbringung einer zweiten Feuerung, welche dann mit der ersten abwechselnd in Betrieb genommen würde, vermieden werden können.

Bei einer früheren Maschine hatte Belou ein besonderes Reservoir für die comprimirte Luft angebracht, wodurch es möglich war, die Maschine nach dem Anhalten und Reinigen des Rostes sogleich wieder in Gang zu setzen. Zu Cusset bedient man sich hierzu einer vorhandenen Turbine von 50 Pferdekräften, welche man auf die Treibwelle der Heißluftmaschine einwirken und diese erst einige Umläufe machen läßt, bevor sie dann die Bewegung von selbst fortsetzt. Belou hält übrigens ein Reservoir von 3–4 Kubikmet. für genügend, um die Maschine damit in Gang zu bringen, und es dürfte dieß auch richtig seyn, wenn dasselbe während der Zwischenzeit gehörig luftdicht erhalten werden könnte. Indessen ist nicht zu verkennen, daß die Ingangsetzung der Maschine eine wirkliche Schwierigkeit dieses Systemes der Heißluftmaschine bildet.

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Bevor wir uns zu den Versuchen selbst wenden, mag hier noch eine Bemerkung über die oben angeführte mechanische Schmiervorrichtuug Platz finden, vermittelst welcher die sich reibenden Theile an beiden Cylinderkolben und ihren Dichtungen regelmäßig mit Seifenwasser geschmiert werden. Diese Schmierbüchse wird von einem höher gelegenen Reservoir, in welches das Seifenwasser mittelst einer kleinen Pumpe (von Messing) gepumpt wird, mit dieser Flüssigkeit gefüllt und, nachdem die Zuführungsöffnung geschlossen, mittelst Hähnen in Verbindung gesetzt einerseits durch den Boden mit beiden Kolbenstangen, andererseits durch den Scheitel mit dem Betriebscylinder in der Art, daß der Luftdruck im letzteren die Flüssigkeit durch die hohlen Stangen in das Innere der Kolben bis an die Dichtungen derselben treibt. Ist die Büchse leer, so läßt man die eingeschlossene Luft in's Freie entweichen und speist dieselbe von Neuem auf gleiche Art.

Wohl verlangt diese Vorrichtung zur Bedienung einen besonderen Arbeiter; die Ausgabe, welche sie sonst verursacht, ist indessen nicht beträchtlich.

Die Experten haben während ihren Versuchen auch den Verbrauch des Seifenwassers aufgezeichnet, um den Einfluß zu erfahren, welchen die Verdampfung dieses Wassers auf den dynamischen Effect haben möchte. Der Verbrauch an Wärme, der hieraus resultirt, war jedoch, wie weiter unten näher angegeben werden wird, nur unbedeutend.

Was nun die mit der Belou'schen Heißluftmaschine zu Cusset angestellten Versuche selbst betrifft, so muhte von der beabsichtigten Berechnung mit dem Prony'schen Zaum abgesehen werden, weil es sich durch eine vorläufige Untersuchung herausstellte, daß der Treibriemen von der Treibwelle nach den Papiermaschinen der Fabrik jedesmal nachlies, wenn die Kurbel den todten Punkt zu passiren hatte, daß folglich das 15,000 Kil. (300 Zoll-Ctr.) schwere Schwungrad noch zu schwach war, um eine ganz gleichmäßige Rotationsbewegung zu erzielen, ohne welche das Bremsdynamometer keine zuverlässigen Resultate geliefert haben würde. Die Experten beschränkten sich daher darauf, den Verbrauch des Brennmaterials und des Seifenwassers, den Druck und die Temperatur der Betriebsluft, und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Betriebswelle zu beobachten, zugleich aber auch mit einem genauen Porter-Richard'schen Indicator mehrere Diagramme während des Ganges der Maschine abzunehmen und die Leistungsfähigkeit der Maschine aus diesen Beobachtungen und Diagrammen durch Rechnung zu ermitteln.

Während dieser Versuche hatte die Maschine für die Fabrik zu treiben:

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1) vier große (hohle, mit Drahtsieb überzogene) Cylinder von 0,80 Met. Durchmesser und gleicher Länge, jeder 1100 Kil. (22 Zollctr.) wiegend und bei 150 Umdrehungen per Minute für alle vier etwa 24 Pferdekräfte in Anspruch nehmend;

2) eine Pumpe von 0,29 Met. Durchmesser und 0,50 Met. Hub und 8 Met. Ausgußhöhe, welche bei 18 Umdrehungen per Minute etwa 3 Pferdekräfte zum Betriebe bedarf;

3) eine Satinirmaschine, welche allerdings nur zeitweise im Gange war, aber eine namhafte Kraft zu ihrem Betriebe erfordert;

4) eine sehr ausgedehnte Transmission, deren Betriebskraft ebenfalls nicht genau angegeben werden kann.

Alles dieses zusammengenommen dürfte im Minimum einer Betriebskraft von 30 Pferdekräften gleichkommen.

In der folgenden Tabelle sind nun die während des Ganges der Maschine gemachten Beobachtungen zusammengestellt.

Tabelle
über die an der Belou'schen Maschine zu Cusset am 28. August 1865 gemachten Beobachtungen.

Textabbildung Bd. 185, S. 416
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Textabbildung Bd. 185, S. 417

Die Angaben, welche aus dieser Tabelle resultiren, resumiren sich wie folgt:

Dauer der Ingangsetzung des Herdes (von 9h50'–12h 30') 2 Stund. 40 Min.
Dauer des ersten Ganges der Maschine (von 12h 30'–2h 23') 1 53
Dauer der Unterbrechung zur Reinigung des Rostes (von
2h 23'–2h 50')



27

Dauer des zweiten Ganges der Maschine (von 2h 50'–4h 3') 1 13
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Brennmaterialverbrauch zum Anheizen 146 Kil.
Brennmaterialverbrauch für die erste Periode 81
Brennmaterialverbrauch für die zweite Periode 54
Kohlenrückstände 38

Die Zeit der Unterbrechung des Ganges zur Reinigung des Rostes hätte noch mehr abgekürzt werden können; aber man zog es vor Alles im normalen Gang vorzunehmen. Die 38 Kil. Kohlenrückstände, hervorgegangen aus dem Gesammtverbrauch von 146 + 81 = 227 Kil., sind 19 Kil. guten Steinkohlen gleichzusetzen, deßhalb ergibt sich der definitive Verbrauch an Brennmaterial nach gehöriger Reduction wie folgt:

Kohlenverbrauch während der ersten Periode des Versuches: 74,4 Kil.,
also während der Stunde (74,4: 1h 53') 39,5
Kohlenverbrauch während der zweiten Periode des Versuches: 49,60
also während der Stunde (49,60: 1h 13') 40,3

Hieraus ergibt sich also ein durchschnittlich stündlicher Kohlenverbrauch von 39,9 Kilogrammen.

Bei einem früheren Versuch, welchen Hr. Mayer, Director des Geschäftes, anstellte, ergab sich der stündliche Kohlenverbrauch zu 56 Kil., also bedeutend höher, wobei indessen zu bemerken ist, daß die Maschine damals fünf Papiercylinder, statt bloß vier, zu bewegen hatte.

Bezüglich des Verbrauches an Seifenwasser zum Einschmieren der Cylinderkolben haben die Experten gefunden, daß derselbe per Stunde 58 Liter betragen habe, und daß der aus der Verdampfung dieses Wassers hervorgehende Wärmeverlust nicht bedeutend gewesen sey.

Aus obiger Tabelle ergibt sich weiter, daß die Maschine während der ganzen Dauer des Versuches im Mittel 23 Umdrehungen per Minute gemacht habe, eine Geschwindigkeit, die dem regelmäßigen Gange der Maschine entsprach, und welche wir auch der folgenden Berechnung der Leistungsfähigkeit zu Grunde legen werden.

Im Weiteren ist in der Tabelle der Luftdruck in der oberen und unteren Kammer der Luftpumpe in verschiedenen Stadien des Versuches angegeben, und man bemerkt, daß die hierauf bezüglichen Angaben ziemlich verschieden sind, was seinen Grund darin haben mag, daß die beiden benutzten Manometer durch verschieden lange Röhren mit dem Deckel und Boden verbunden waren. Die Zeiger der Manometer oscillirten überdieß in Folge der Druckänderungen während der Zusammendrückung und der Verbindung mit dem Herd. Das Mittel aus den Maximalpressungen war 2,9 Atmosphären. Man kann aber annehmen, daß der gewöhnliche Druck nur etwa 2 Atmosphären, also das Doppelte des |419| gewöhnlichen atmosphärischen Druckes betragen habe, wobei im Mittel der vom oberen Manometer angezeigte Druck im Verhältniß von 1,23 : 1 größer war als der vom unteren Manometer angezeigte Druck.

Während der Versuche sind, wie schon bemerkt, mittelst eines genauen Porter-Richard'schen Indicators mehrere Diagramme behufs der Bestimmung des Nutzeffectes der Maschine abgenommen worden, von denen wir zwei wiedergeben. Davon bezieht sich das Diagramm Fig. 5 auf den Speisecylinder oder die Luftpumpe, und das andere Fig. 6 auf den Treibcylinder. Im Speisecylinder steigt der Druck, von 1 Atm. anfangend, bis zu 1,94 Atm.; dann bleibt er auf eine längere Strecke ungefähr constant, bis er, im Augenblick des Kolbenwechsels, wieder auf 1 Atm. sinkt. Die Periode der Zusammendrückung entspricht hiernach 0,515, also etwa der Hälfte des Kolbenlaufes, und man wird die Uebereinstimmung dieser Indicatorangaben mit den an dem Manometer beobachteten Pressungen bemerken.

Im Treibcylinder ist der Druck anfangs etwa 1,68 Atm. und er bleibt nahezu derselbe bis zum Moment der Expansion, welche ungefähr bei 2/3 der Kolbenlaufes beginnt, und zwar ein wenig bevor der Kolben die Mitte seines Laufes, genau 0,389 des totalen Laufes erreicht hat. Die Zuströmung der Luft wird dann abgesperrt und die eingeschlossene Luft wirkt nur noch durch ihre Expansion, bis ihre Spannung am Ende des Hubes wieder auf 1 Atm. gefallen ist.

Im unteren Theile des Cylinders sind die Bedingungen des Zuflusses etwas anders, und zwar läßt Belou zur Ausgleichung des circa 2000 Kil. (40 Ctr.) betragenden Kolbengewichtes die Einströmung daselbst etwas länger andauern, was jedoch in den Diagrammen nicht sichtbar ist, weil dieselben nur vom oberen Theile des Cylinders abgenommen worden sind.

Man bemerkt übrigens, daß die Maximal-Spannung im Speisecylinder immer merklich größer ist als im Treibcylinder. Die Differenz beträgt nämlich 1,94 – 1,68 = 0,26 oder circa 1/4 Atm. Dieß rührt von den Widerständen im Herd, den theilweise zu engen Röhren und den vielen Biegungen der letzteren her.

Um nun mittelst dieser Diagramme die mechanische Arbeit des Treibcylinders zu finden, muß man weiter berücksichtigen, daß die mittlere Ordinate der Diagramme von der Luftpumpe (Fig. 5) einem mittleren Druck von 1,640 Atm., die des Treibcylinders (Fig. 6) dagegen einem solchen von 1,485 Atm. entspricht. Diese Zahlen ergaben sich aus folgenden Versuchsresultaten:

Die Feder des Indicators, dessen Kolbendurchmesser 20 Millimeter |420| betrug, gab bei einem Kilogramm Belastung um 6 Millimeter nach, woraus man leicht durch Rechnung findet, daß bei einem Druck von 1 Atm. die Feder um 19,471 Millimet. nachgeben wird. Durch eine sorgfältige Quadratur des Diagrammes Fig. 5 für den Speisecylinder findet man die mittlere Ordinate gleich 12,44 Millimet. und diese entspricht dem Druck von 1,640 Atm. Ebenso findet man auf gleiche Weise aus dem Diagramm Fig. 6 für den Treibcylinder die mittlere Ordinate gleich 9,826 Millimet., welche daher dem mittleren Druck von 1,485 Atm. entspricht, der, wie man sieht, nur etwa 9/10 desjenigen im Speisecylinder beträgt. Um den wirksamen Druck in beiden Cylindern zu erhalten, muß man nun noch den Gegendruck der äußeren Luft abziehen, und dann erhält man für den effectiven Druck im Speisecylinder 1,640 – 1 = 0,640 Atm. und im Treibcylinder bloß 1,485 – 1 = 0,485 Atm.

Die vom Indicator angezeigte mechanische Arbeit des Treibcylinders per Secunde ist somit, bei der beobachteten Geschwindigkeit von 23 Umdrehungen per Minute, ausgedrückt durch:

(2 . 23)/60 . 0,485 . 10330 . 2,309 = 8865 Kil. Met. = 119,74 Pferdekräfte.

Die vom Kolben der Luftpumpe in derselben Zeit consumirte Arbeit ist dagegen ausgedrückt durch:

(2 . 23)/60 . 0,640 . 10330 . 1,178 = 5970 Kil. Met. = 80,62 Pferdekräfte.

Nehmen wir in runden Zahlen die vom Treibcylinder erzeugte Arbeit zu 120 Pferdekräften und die im Speisecylinder consumirte zu 80 Pferdekräften an, so ersieht man, daß durch die Luftzuführung oder Speisung der Maschine allein 2/3 der ganzen enwickelten Arbeit des Treibcylinders aufgezehrt wird. Und was den Rest oder das dritte Drittel der erzeugten Arbeit betrifft, so ist dasselbe nicht ganz effectiv, weil ein Theil davon durch Reibung und sonstige Widerstände verloren geht. Rechnen wir nun die wirkliche Nutzwirkung zu 9/10 der indicirten Arbeit, so ergibt sich die wirkliche verfügbare Arbeit der Maschine bloß zu:

119,74 . 0,9 – 80,62 = 27,14 Pferdekräfte.

Dieses Resultat, welches durch einige schon angedeutete Veränderungen in der Einrichtung der Maschine etwas erhöht werden könnte, kann nun dazu dienen, um den Kohlenverbrauch per Stunde und Pferdekraft zu ermitteln. Man findet auf Grund der früheren Ermittelung, wornach die Maschine im Mittel 40 Kil. (statt 39,9 Kil.) Kohle per Stunde verbraucht, daß eine Indicator-Pferdestärke derselben etwa 2 Kil. Kohle in der Stunde erfordert. Das vorhin angenommene Verhältniß einer effectiven zu einer Indicator-Pferdekraft von 9/10 |421| ist jedenfalls günstig und darnach stellt sich der Kohlenverbrauch für eine effective Pferdekraft auf 40 : 27,14 = 1,44 Kil., was ungefähr jenem der besseren Dampfmaschinen gleichkommt.

Die Zahl 1,44 drückt somit den wirklichen Kohlenverbrauch der Belou'schen Maschine per Pferdekraft und Stunde in Kilogrammen aus.

Wie bei allen Motoren, bei welchen durch Umsetzung der Wärme mechanische Arbeit hervorgebracht wird, entsteht auch bei der vorliegenden Belou'schen Heißluftmaschine ein Verlust an Wärme und dadurch auch an mechanischer Arbeit, aus dem Umstande, daß die Luft bei ihrem Austritt noch eine ziemlich bedeutende Temperatur besitzt und eine entsprechende Wärmemenge mit fortnimmt, welche für die Ausnutzung natürlich verloren geht.

Die Experimentatoren haben diesen Verlust zu ermitteln gesucht, indem sie die Temperatur der entweichenden Luft und daraus den Verlust an Wärme und Arbeit bestimmten.

Dazu wurden wiederholt kleine Platten aus Zinn und Blei im Schornstein und Ausgangsrohr der Luft aufgehängt, und da die Zinnplatten zum Schmelzen kamen, während die Bleiplatten den Schmelzpunkt noch nicht erreicht hatten120), so konnte man schließen, daß die Temperatur der im Kamin entweichenden Luft ungefähr 250° C. betragen habe. Zudem wurde im Schornstein ein Gußstück aufgehängt und, nachdem es darin so lange verweilt bis es die gleiche Temperatur mit den abziehenden Gasen angenommen hatte, in einem bestimmten Wasserquantum (von bekannter Temperatur) plötzlich abgekühlt, und daraus die Temperatur der Luft berechnet. Der Gußblock wog 2 Kil. und das Wasserquantum (in einem Holzkübel) 6 Kil.; die anfängliche Temperatur des Wassers war 18° C., die Temperatur des Wassers nach der Abkühlung des Gußstückes 28° C., die Zunahme der Temperatur also 10°. Setzt man daher die unbekannte Temperatur des Gußstückes beim Eintauchen = x, so bestimmt sich dieselbe durch die Formel:

2 . 0,14 (x – 28) = 6 . 10, woraus
x = 242° C.

Nimmt man darum die wirkliche Temperatur der entweichenden Luft etwas höher zu 250° C. an, so ergibt sich der stündliche Wärmeverlust durch die entweichenden Gase zu:

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2 . 23 . 60 . 2,309 . 1,29/(1 + 250 . 0,00367) . 0,23 . 250 = 246000 Calorien.

Rechnet man hierzu den weiteren Verlust an Wärme, welcher zur Verdampfung des oben angegebenen Quantums von 18 Kil. Seifenwasser absorbirt worden, welchen die Experten zu 24,000 Calorien schätzten, so erhält man einen Gesammtwärmeverlust von 270,000 Calorien, oder, wenn man annimmt, daß die Luft vom Treibcylinder bis zum Abzugsrohr sich schon etwas abkühlt, von etwa 300,000 Calorien per Stunde. Dieser Wärmeverlust entspricht nun aber einem stündlichen Kohlenverbrauch von mindestens 35 Kil., so daß von dem wirklich verbrauchten Brennmaterial von 40 Kil. in der Stunde kaum 5 Kil. übrig bleiben, welche zur nützlichen Wirkung verwendet worden sind. Da diese 5 Kil. Kohle 42500 Calorien121) entsprechen, so repräsentiren diese, das mechanische Wärmeäquivalent zu 425 Kil. Met. angenommen, eine mechanische Arbeit von 18,062,500 Kil. Met. per Stunde oder

18,062,500/(75 . 60 . 60) = 18,062,500/270,000 = 66 Pferdekräfte per Secunde.

Da diese Zahl von der Totalleistung der Maschine nicht einmal zur Hälfte erreicht worden ist, so kann man daraus den Schluß ziehen, daß es noch andere Kraft- und Wärme-Verlustquellen geben müsse, unter welchen wir bloß noch diejenigen anführen wollen, welche aus dem Abgang der Wärme am Herd und an allen mit der heißen Luft in Berührung kommenden Maschinentheilen durch Ausstrahlung oder Leitung resultiren. Diese Verluste ließen sich allerdings noch vermindern und entsprechend könnte damit auch der Kohlenverbrauch per Pferdekraft und Stunde noch mehr erniedrigt werden. Doch darf hierbei nicht übersehen werden, daß eine derartige Vervollkommnung der Maschine vielleicht nur mit sehr bedeutenden Veränderungen ihres jetzigen Constructionssystemes sich erzielen ließe.

Nach den vorstehenden Versuchsresultaten sind wir zu dem Schlusse berechtigt, daß die Heißluftmaschine von Belou auch in ihrer jetzigen Gestalt noch nicht geeignet ist die Dampfmaschine zu verdrängen. Dieselbe besitzt zwar, wie alle Heißluftmaschinen, den großen Vortheil, daß |423| sie nur Luft und Brennstoff, aber kein Wasser, welches oft selten ist, und keinen Dampf, also auch keinen Dampfkessel nöthig hat, der leider nur zu oft durch unvorhergesehene Explosionen zu großen Unglücksfällen Anlaß gibt.

Auf der anderen Seite sehen wir aber, daß die Heißluftmaschine, statt mit einem Dampfdruck von 5–7 Atmosphären, nur mit einem Luftdruck betrieben wird, welcher über den äußeren Druck der atmosphärischen Luft kaum eine halbe Atmosphäre beträgt, und daß in Folge dessen dieselbe übertrieben große Dimensionen erhält, was nicht nur zu einer Vermehrung der Erstellungskosten führt, sondern sie auch zu einer verhältnißmäßig plumpen und schwerfälligen Maschine macht. Ferner ist es für dieselbe auch nicht günstig, daß sie 2/3 bis 3/4 der erzeugten Arbeit sofort wieder zur eigenen Speisung, d.h. zur Luftzuführung verzehrt, abgesehen davon, daß durch diese Anordnung die ganze Anlage complicirter wird.

Im Uebrigen verliert man sowohl bei Dampfmaschinen als bei Heißluftmaschinen ungefähr 9/10 der überhaupt erzeugten Wärme, und da auch die Unterhaltungskosten für den Dampf und die heiße Luft sich so ziemlich gleich herausstellen, so wäre zu einer vollständigen Vergleichung beider Motoren nur noch auszumitteln, wie hoch das Anlagecapital bei beiden sich für den gleichen Effect herausstelle, da einestheils, wie bemerkt, die Dimensionen bei der calorischen Maschine bei gleicher Triebkraft viel bedeutender werden müssen, anderntheils aber die Kosten für das Kesselhaus und den Schornstein bei ihr ganz wegfallen.

G. Delabar.

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In Betreff der verschiedenen Systeme der nach und nach in's Leben getretenen Heißluftmaschinen sehe man Bd. CLXXXIII S. 114 u. 115 (zweites Januarheft 1867) dieses Journals, wo sich eine principielle Eintheilung derselben findet, die mit Angabe einzelner Beispiele belegt ist.

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Im polytechn. Journal Bd. CLXXVII S. 413.

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Das Zinn schmilzt bei 230° C. und das Blei bei circa 330° = 335° C.

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Tresca hat hier die Heizkraft der Kohle ziemlich hoch angenommen. Nehmen wir dieselbe für 1 Kil. guter Kohle zu 7500 Calorien an, so geben 5 Kil. derselben bloß 37500 Calorien, und diese entsprechen einer mechanischen Arbeit von 15,937,500 per Stunde oder circa 59 Pferdekräften per Secunde, also noch immerhin ungefähr einer doppelt so großen Arbeit, als die Maschine in Wirklichkeit geleistet hat.

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