Titel: Schröder, über die Ursachen der Dampfkessel-Explosionen.
Autor: Schröder, H.
Fundstelle: 1870, Band 195, Nr. XXV. (S. 98–102)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj195/ar195025

XXV. Ueber die möglichen Ursachen der Dampfkessel-Explosionen; von Dr. H. Schröder.

Einem Vortrage, welchen der Genannte in einer Versammlung des Mannheimer Ingenieur-Vereines gehalten hat, entnehmen wir Folgendes:

Es ist kein Zweifel, daß sehr heftige Explosionen eintreten können lediglich in Folge unmäßiger Feuerung bei zu langsamem Abflusse der Dämpfe. Sie haben nichts Geheimnißvolles. Ebenso können heftige Explosionen veranlaßt werden durch ungenügende Festigkeit oder durch Schadhaftigkeit der Kessel selbst. Es kommen in der Praxis so viele Unordnungen und fehlerhafte Einrichtungen vor, daß, wer sich mit der Kesselrevision beschäftigt, sich wohl verwundern mag, weßhalb nicht mehr Kessel explodiren, als wirklich der Fall ist. Dennoch haben die meisten Explosionen noch etwas Geheimnißvolles; es ist dabei noch manches der weiteren Aufklärung bedürftig. Sowohl die Physiker als die Ingenieure sind nun wohl großentheils darüber einig, daß die eigentlichen Explosionen nicht auf Druck-, sondern auf Stoßwirkungen zurückzuführen seyen. Durch zu hoch gespannten Druck des Dampfes reißt ein Kessel an der schwächsten Stelle, aber er explodirt nicht. Durch Einpumpen von Luft bis zu 75 Atmosphären Spannung tritt ebenfalls, wie Andrauld gezeigt hat, nur ein Bersten, nicht ein Zerspringen des Kessels |99| ein. Da indessen spröde Körper durch bloße Druckkräfte wirklich explodiren, so dürfte auf das bloße Reißen der Kessel in Folge zu hoch gespannten Druckes doch auch nur so lange zu zählen seyn, als die Bleche und ihre Verbindungen gewissen Bedingungen der Zähigkeit und Elasticität entsprechen. Ich sehe indessen hier von all' diesen Fällen ab, und will nur auf diejenigen physikalischen Bedingungen näher eingehen, auf welche man die Ursache mancher Explosionen zurückzuführen versucht hat.

Ich halte die Knallgashypothese, welcher Einzelne, wie z.B. Hipp, noch anhängen, für beseitigt. Es bleiben dann nur noch übrig die mit dem sogenannten Leidenfrost'schen Phänomen, und die mit dem sogenannten Siedeverzug oder der Ueberhitzung des Wassers zusammenhängenden Wirkungen.

Ich will zunächst auf die ersteren näher eingehen, namentlich deßhalb, weil das Leidenfrost'sche Phänomen in derjenigen Form, in welcher es in Dampfkesseln allein zur Wirkung kommen kann, wenig bekannt scheint. Die Meisten kennen das Phänomen nur unter der Form des sogenannten sphäroidalen Zustandes, welchen Boutigny wunderlicher Weise sogar zu einem eigenen Aggregationszustande hat erheben wollen. Dieser sogenannte sphäroidale Zustand tritt nur bei kleinen Flüssigkeitsmassen ein und ist keineswegs, wie man irrthümlich annimmt, mit dem Leidenfrost'schen Phänomen unzertrennlich verbunden.

Lassen wir also den sphäroidalen Zustand als ganz irrelevant bei Seite, und beobachten wir vielmehr, wie heiße Flächen sich in Berührung mit erhitzten Flüssigkeiten verhalten. Wir sehen durch angestellte Versuche, daß eine erhitzte Fläche, wenn sie in kochendheißes Wasser getaucht wird, anfangs von dem Wasser nicht benetzt wird. Eine rasch aufsprudelnde Dampfschicht trennt das Wasser von der heißen Fläche. Erst wenn die heiße Fläche bis auf einen gewissen Grad abgekühlt ist, beginnt plötzlich die Benetzung und schreitet unter Zischen und Spritzen längs der erhitzten Fläche nach Maaßgabe ihrer Abkühlung fort. Der Moment der Benetzung ist selbst an offener Luft, bei einer Atmosphäre Druck, von einer Erschütterung begleitet. Bei 6 bis 8 Atmosphären Druck kann dieß natürlich viel weiter gehen.

Es ist wohl erlaubt, hierbei an das mancher Kesselexplosion nach amtlichen Ermittelungen vorausgegangene Sausen und Erzittern oder Vibriren des Kessels erinnert zu werden. Soll ich aber meine Meinung offen äußern, so geht sie gleichwohl dahin, daß die Ursache von Kesselexplosionen nicht mit Wahrscheinlichkeit in diesem Phänomen zu suchen ist, und zwar, weil wegen der kleinen specifischen Wärme und der unbedeutenden Dicks des Kesselbleches die Quantität der entstehenden hochgespannten |100| Dämpfe nur eine sehr geringe ist. Jedenfalls kann die Mehrzahl der Explosionen nur auf andere Ursachen zurückgeführt werden.

Was den Siedeverzug oder die Ueberhitzung des Wassers betrifft, so hat man sich bisher durchaus keine hinreichend klare Vorstellung davon gemacht, wie sie und unter welchen Bedingungen sie in einem Dampfkessel auftreten könne. Gerade hierüber aber glaube ich einige positive Aufschlüsse aus meinen Untersuchungen entnehmen zu können.

An sich selbst ist die Ueberhitzung, wie ich schon erwähnt habe, nicht ein nur unter besonderen Umständen, sondern ein nothwendiges und unter allen Umständen auftretendes Phänomen; denn an der dem Feuer ausgesetzten Kesselwand entwickelt sich die erste Dampfblase immer nur, wenn das Wasser über seinen dem Drucke entsprechenden Siedepunkt erhitzt ist. An der oberen Grenze, da wo das Wasser mit dem Dampfe in Berührung steht, sinkt diese Ueberhitzung auf einen verschwindend kleinen Werth herab. Sie kann unter gewöhnlichen Umständen im Inneren der Wassermasse eines in Gang befindlichen Kessels in der Regel nur Bruchtheile eines Grades, höchstens ein paar Grade betragen, wenn das Wasser ziemlich luftfrei ist, und ist in diesen Grenzen ganz unschädlich. Große Siedeverzüge, wie sie von Donny und Dufour bei Experimenten in kleinem Maaßstabe beobachtet sind, können in einem im Betriebe befindlichen Kessel sicherlich nicht vorkommen.

Schon aus den von Donny beobachteten großen Siedeverzügen und der von ihm dabei angewendeten Form der Gefäße kann man jedoch, was bisher meines Wissens noch nicht deutlich ausgesprochen und noch nicht hinreichend beachtet worden ist, die Regel ableiten:

Jeder Dampfkessel muß eine solche Form haben, daß das heißeste Wasser stets durch Aufsteigen an die Dampfgrenze gelangen könne. Eine von den Feuergasen berührte Fläche darf nie eine höchste Stelle des Wasserraumes einnehmen; denn entweder sammelt sich an einer solchen Stelle Luft, und das Blech brennt nach und nach durch, oder sie kann, was jedoch selten eintreten dürfte, weil das Wasser immer lufthaltig ist, zu bedeutenden Siedeverzügen Anlaß geben. An einem solchen Formfehler leiden z.B. die bekannten Cornwallkessel.

Ich habe gesagt, in einem in geregeltem Betriebe befindlichen Kessel können keine großen Siedeverzüge vorkommen. Ganz anders verhält sich jedoch die Sache bei eintretenden beträchtlichen Druckverminderungen. Um ihre Bedeutung klar zu machen, muß ich aber hier erst noch auf eine bisher gar nicht beachtete physikalische Thatsache aufmerksam machen, die ich hundertfältig constatirt habe und die mir von großer Bedeutung scheint, ja welche, wenn überhaupt Siedeverzüge zu Explosionen Anlaß |101| geben können, wahrscheinlich von größter Bedeutung bei vielen vorkommenden Explosionen seyn dürfte. Es ist die folgende:

Sowohl Luft- als Dampfblasen entwickeln sich, wie ich schon erwähnt habe, nicht im Inneren des Wassers, sondern immer nur in Berührung mit schon gebildetem Gas oder Dampf, und, in Ermangelung solcher, an der Kesselwand nur, wenn diese beträchtlich heißer ist als das Wasser. Ist dieß nicht der Fall, so entwickeln sie sich an der Kesselwand nur in Folge sehr beträchtlicher Druckverminderung und folgeweise relativer Ueberhitzung des Wassers.

Beim gewöhnlichen Betriebe eines Kessels, oder auch wenn Abblasen eintritt, während die Kesselwände heiß sind, entwickeln sich an ihnen sofort Dampfblasen, genau in solcher Menge, bis das Wasser auf die dem vorhandenen Drucke entsprechende Siedetemperatur abgekühlt ist; eine etwa eintretende Druckverminderung bleibt völlig unschädlich.

Denken wir uns dagegen z.B. einen Kessel, welcher eine Zeit lang geruht hat; das Feuer ist gedämpft; das Wasser hat ganz oder nahe die Temperatur der Kesselwand angenommen. Wird nun beim Wiederingang setzen der Druck vermindert, so sprudelt das Wasser anfangs nur an der Oberfläche, gerade wie warmes Wasser unter der Luftpumpe nur an der Oberfläche Dampfblasen bildet. Die oberen Schichten des Wassers kühlen sich dabei rasch ab, weil aber von unten keine Dampfblasen kommen, nicht das Wallen des Kochens eintritt, sinken die abgekühlten oberen Schichten durch Gewichtsdifferenz nur langsam unter. Wegen der äußerst raschen Ausströmung des Dampfes nimmt der Druck schnell ab, und die relative Ueberhitzung der unteren Schichten wird rasch sehr beträchtlich. Endlich in Folge bedeutend gesunkenen Druckes tritt plötzlich die Blasenbildung an der Kesselwand, und damit die stoßweise Entwickelung einer sehr großen Dampfmenge ein. Das Wasser wird mit der Geschwindigkeit eines Geschosses gegen die Kesselwände geschleudert; der Kessel explodirt, wenn diese den Stoß nicht aushalten.

Ich möchte daher zu erwägen geben, ob nicht eine wahrscheinliche Ursache zu vielen Explosionen in dem Zusammenwirken der drei Umstände zu erkennen ist, daß a) das Wasser von hoher Temperatur, b) die Kesselwände aber nicht heißer oder nur wenig heißer sind als das Wasser, und nun c) durch Wiederingangsetzen, durch Oeffnen der Ventile, durch Abblasen oder durch Nachgeben eines Kesselstückes eine rasche Druckverminderung eintritt. In solchem Falle sind alle Umstände einer im Verhältnisse zum Drucke beträchtlichen Ueberhitzung des Wassers und darauf plötzlich erfolgender copiöser Dampfentwickelung gegeben.

Ist nun meine Ansicht begründet, so ergibt sich daraus die merkwürdige |102| und nach den bisherigen Ansichten ganz unerwartete Folgerung: daß ein Abblasen des Dampfes am gefährlichsten ist, wenn die Kesselbleche unter dem Wasserstande nicht mehr oder nicht mehr genügend über die Temperatur des Wassers erhitzt sind, weil nur unter dieser Bedingung die großen Siedeverzüge eintreten können; und die für die Praxis hieraus sich ergebende Regel wäre: daß man sowohl bei zu hoch gespannten Dämpfen, als beim Stillstellen erst abblasen und dann das Feuer dämpfen soll; daß man aber nicht erst das Feuer dämpfen und dann abblasen darf.

Die Ansicht von der wahrscheinlichen Ursache mancher Kesselexplosionen, welche ich ausgesprochen habe, und meine Ansicht von den dabei vorkommenden physikalischen Bedingungen scheint mir um so mehr für sich zu haben, als sie ungezwungen auf die Mehrzahl der bis jetzt näher bekannt gewordenen Explosionen anwendbar ist, und als sie sofort begreiflich macht, weßhalb die Explosionen, wie dieß statistisch und amtlich constatirt ist, am häufigsten beim Oeffnen der Ventile, beim Wiederingangsetzen nach der Ruhe, bei unvorsichtigem Abblasen u.s.w. eintreten.

Ich möchte dieser Ansicht vorerst gleichwohl nur noch den Namen einer Hypothese geben, welche anderweit auf experimentelle Probe zu stellen ist. Einstweilen scheint es mir jedoch immerhin räthlich, in der Praxis die Regel, welche ich aufgestellt habe, gewissenhaft zu befolgen.

Bewährt sie sich, so wird es leicht seyn, hieraus sowohl für die Form der Kessel, als für ihre Behandlung noch weitere Versuchs- und Sicherheitsmaßregeln abzuleiten. Schon Donny hat als ein Sicherheitsmittel gegen Explosionen vorgeschlagen, unausgesetzt einen feinen Luft- oder Dampfstrom durch das Kesselwasser zu leiten.21) Während des geordneten Betriebes ist dieß offenbar ganz überflüssig. Aber es würde mir als ein gutes Sicherungsmittel erscheinen, wenn eine Vorrichtung angebracht wäre, durch welche besorgt würde, daß im Moment des Abblasens, des Oeffnens des Ventiles oder überhaupt einer eintretenden Druckverminderung ein feiner Gasstrom, welcher vielleicht am zweckmäßigsten galvanisch erzeugt werden könnte, in den unteren Theilen des Kesselwassers zur Entwickelung käme.

Ich möchte jedoch mit der Bemerkung schließen: wie weit man auch im Verständnisse der Ursachen der Explosionen und der Mittel zu ihrer Verhütung kommen möge, in der Praxis wird doch immer das Wichtigste seyn: eine gute Instandhaltung und eine sorgfältige Revision der Kessel. (Nach der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure.)

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Polytechn. Journal, 1847, Bd. CIII S. 75.

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