Titel: Zeman, Notizen aus der Wiener Weltausstellung.
Autor: Zeman, Johann
Fundstelle: 1873, Band 210, Nr. I. (S. 1–9)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj210/ar210001

I. Notizen aus der Wiener Weltausstellung 1873; mitgetheilt vom Docenten Johann Zeman.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

(Fortsetzung von S. 410 des vorhergehenden Heftes.)

45. Doppelcylindrige Hochdruckdampfmaschine mit Condensation und selbstthätig veränderlicher Expansion – System L. Ehrhardt –; ausgeführt von der Dingler'schen Maschinenfabrik in Zweibrücken. (Figur 1 bis 7.)

Unter den zahlreichen auf der Wiener Weltausstellung exponirten Motoren sind nur wenige, welche in ihrem ganzen System und ihrer Anordnung durchaus neuartig sind und in dieser Gestaltung eine lebensfähige und entwicklungsfähige Construction darstellen.

In dieser Hinsicht ist von den Dampfmaschinen die von der Dingler'schen Maschinenfabrik in Zweibrücken ausgestellte Maschine (System L. Ehrhardt) unter die hervorragendsten Ausstellungsobjecte zu zählen und wurde als solches durch das einstimmige Urtheil der internationalen Jury mit dem Ehrendiplom ausgezeichnet.

Es wird daher vollkommen gerechtfertigt erscheinen, in diesen Ausstellungsnotizen auf die, allgemeinstes Interesse erregende Dingler'sche Dampfmaschine näher einzugehen.

Der Ingenieur L. Ehrhardt hat auf höchst sachgemäße Weise die leitenden Principien seiner Construction in einer ausführlichen Brochüre auseinandergesetzt und es wäre nur zu wünschen, daß dieser anerkennenswerthe Vorgang auch bei anderen Constructeuren Nachahmung fände.

Ich entnehme dieser Brochüre nachstehende, von Ehrhardt aufgestellte Sätze, welche am besten das Wesen seiner Maschine und die Bedingungen welche er sich bei deren Construction gestellt hat, darlegen. „Theoretisch steht fest, daß die Arbeitsfähigkeit des Wasserdampfes um |2| so vollständiger ausgenutzt werden kann, je höher die Anfangsspannung (Kesseldruck) des Dampfes genommen wird und je mehr der Dampf expandirt.

Die höchsten ökonomischen Resultate bei eincylindrigen Maschinen mit gebräuchlicher Kolbengeschwindigkeit werden erzielt bei Anwendung einer Dampfspannung von 5 Atmosphären Ueberdruck (6 Atmosphären absolut) und achtfacher Expansion, also 0,125 Cylinderfüllungen.

Höhere Dampfspannungen und stärkere Expansionsgrade können nur noch dann wesentliche praktische und ökonomische Vortheile bieten, wenn der Dampf in zwei ungleich großen Cylindern nacheinander zur Verwendung kommt.

Bei eincylindrigen Maschinen mit Expansion und Kondensation sind wesentliche Ersparnisse zu erzielen durch Anwendung großer Kolbengeschwindigkeit. Je höher die Dampfspannung und je höher der Expansionsgrad, desto größere Kolbengeschwindigkeiten müssen angewendet werden und desto bedeutender werden dann auch die Ersparnisse.

Dieser Satz gilt natürlich auch für doppelcylindrige Maschinen bloß mit der Modification, daß bei diesen höhere Dampfspannungen und höhere Expansionsgrade angewendet werden können, ohne die Kolbengeschwindigkeit gerade in's Extreme zu steigern.

Allen, wenn auch noch so vervollkommneten eincylindrigen Maschinen gegenüber bietet die Doppelcylindermaschine mit ungleich großen Cylindern – hauptsächlich bei Anwendung hochgespannten Dampfes – folgende sehr bedeutende Vortheile:

1) Die Gesammtdampfdruckdifferenz vertheilt sich auf zwei Kolben nach einander. Die Druckdifferenzen, welche in jedem einzelnen Cylinder vorkommen, sind viel kleiner, als bei der Eincylindermaschine. Der nutzbare Druck auf Kurbel und Kurbelachse ist gleichmäßiger und wirkt in einer viel günstigeren Kurbelstellung. Die inneren Widerstände einer Doppelcylindermaschine werden daher geringer, sie geht gleichmäßiger und ist dauerhafter als die eincylindrige.

2) Sowie sich die Druckdifferenzen auf die zwei Cylinder und deren Hauptorgane vertheilen, so vertheilen sich auch die Temperaturdifferenzen. Der hochgespannte heiße Dampf hat es nur mit dem kleinen Cylinder zu thun, welcher nie abgekühlt wird, und der in den Condensator abziehende Dampf kommt nur in Berührung mit den Wandungen des großen Cylinders, welche nie durch den frischen Kesseldampf erhitzt werden. Die Verluste, welche von der Abkühlung |3| des frisch eintretenden und von der Erwärmung des zum Condensator abziehenden Dampfes durch die Cylinderwande herrühren, werden dadurch sehr wahrscheinlich auf die Hälfte reducirt.

3) Der Dampf hat auf seinem Weg vom Kessel zum Condensator zwei Steuerapparate und zwei Kolben nach einander zu passiren. Dem directen Entweichen desselben stellen sich deßhalb immer zwei Abdichtungen nach einander entgegen, und jeder Steuerapparat und jeder Kolben hat bloß die halbe Druckdifferenz abzudichten. Da außerdem der zweite Cylinder allen Dampf, den der erste entweichen läßt, wieder nutzbar macht, so ist unzweifelhaft vorauszusehen, daß die Verluste durch Undichtheiten, welche bei der Eincylindermaschine so sehr in's Gewicht fallen, hier ganz bedeutend reducirt werden, so daß es möglich ist, auch mit hochgespanntem Dampf, hohen Expansionsgraden und mäßiger Kolbengeschwindigkeit noch günstigere ökonomische Resultate zu erzielen, als sie bei eincylindrigen Maschinen selbst mit extremer Kolbengeschwindigkeit möglich sind. – Die Cylinder dieser Hochdruckmaschinen erhalten verhältnißmäßig kleine Dimensionen. Die Maschinen selber werden deßhalb, selbst bei mäßiger Kolbengeschwindigkeit, eine große Anzahl Umdrehungen machen müssen. Aber gerade für solche Maschinen mit großer Umdrehungszahl ist es sehr schwierig, einen einfachen, sicher und präcis wirkenden Steuerapparat zu finden, welcher, wie die Steuerungen von Corliß,1) Allen 2) und Gebr. Sulzer,3) raschen directen Dampfwechsel mit kurzen Canälen, kleinen schädlichen Räumen und vollen Dampfdruckwirkungen ohne Einzwängung und Drosselung gestattet. Alles bisher Gebräuchliche würde hier zu complicirt und zu unzuverlässig. Es mußte mit den bisherigen Anschauungen vollständig gebrochen und von ganz neuen Anschauungen ausgehend, eine ganz eigenthümliche Steuerung construirt werden.“

Ehrhardt construirt daher seine Maschine für einen Dampfüberdruck von 10 Atmosphären im kleinen Cylinder, 10fache Totalexpansion (2 1/2 im kleinen und 4 im großen Cylinder), und Kondensation. Die Maschine macht 115 Umdrehungen pro Minute, was bei 0,5 Meter Kolbenhub der ausgestellten Dampfmaschine 1,917 Meter Kolbengeschwindigkeit pro Secunde ergibt.

|4|

Die Kurbeln (Fig. 1 und 2) sind um 180 Grad gegeneinander versetzt angeordnet, so daß die Lagerdrücke ein Minimum werden, indem sie sich zum größten Theil gegenseitig aufheben. Zugleich ermöglicht diese Anordnung, die Dampfwege zwischen dem großen und kleinen Cylinder auf das kleinste Maaß zu reduciren.

Die Steuerung ist derart angeordnet, um ein rasches Oeffnen und Schließen der Dampfcanäle und selbstthätig variable Expansion zu gestatten und bietet in ihrer ganzen Construction Gewähr für einen, trotz rascheu Laufes der Maschine, ruhigen und sicheren, geringer Abnutzung unterworfenen Gang.

Die beiden Steuerungshähne, welche die Dampfvertheilung besorgen, werden durch eine Querwelle von der Kurbelwelle aus in eine continuirliche Drehung versetzt und sind, wie aus den Abbildungen in Figur 5 und 6 sich ergibt, vollständig entlastet bis auf den in der Richtung der Längsachse des Steuerungskegels entfallenden Druck pp, welcher durch eine mittelst Schraube stellbare Spurpfanne S aufgenommen wird.

An jedem Ende der Cylinder ist ein solcher Hahn angebracht, dessen Function am raschesten aus der schematischen Darstellung in Figur 3 und 4 entnommen wird.

Man sieht aus Figur 3, wie der Dampf, welcher vom Kessel in den Dampfmantel M des kleinen Cylinders c geleitet wird, von hier aus durch den Steuerungshahn in den kleinen Cylinder hinter dem Kolben eintritt, während gleichzeitig für den vor dem entgegengesetzt sich bewegenden Kolben des großen Cylinders C austretenden Dampf der Ausweg o zum Condensator Z (Figur 1) durch den Steuerungshahn eröffnet ist.

An dem anderen Ende der Cylinder muß zur selben Zeit der vor dem kleinen Kolben hergetriebene Dampf hinter den Kolben im großen Cylinder hinüberexpandiren können, weßhalb der andere Steuerungshahn die in Figur 4 skizzirte zweite Position einnehmen muß. Bei der nächsten halben Drehung der Schwungradwelle oder der Steuerungshähne haben die letzteren ihre gegenseitige Stellung selbstverständlich vertauscht.

Die factische Ausführung des Steuerungshahnes wird sich nach dem Gesagten aus Figur 5 und 6 – Längsschnitt und Querschnitt – leicht ergeben. Es ist nur noch zu bemerken, daß zur vollkommenen Entlastung des Hahnes, gegenüber den zu den Cylindern führenden Dampfwegen, correspondirende Oeffnungen im Hahngehäuse q angebracht sind, welche, wie in Figur 6 ersichtlich gemacht ist, mit den Dampfwegen der |5| Cylinder communiciren. Indem nun die Oeffnungen der Steuerhähne eine größere oder geringere Voreilung gegenüber den Oeffnungen der Dampfcanäle erhalten, ist auf einfache Weise lineares Voreilen, fixe Expansion, Compression und Voraustritt zu erreichen.

Um aber eine selbstthätig variable Expansion in einfacher Weise zu erzielen, ist auf das obere Ende des Steuerungskegels eine Büchse oder Kappe s gesetzt, welche an der Drehung desselben nicht theilnimmt und für normal ganz unbeweglich bleibt, mittelst Hebel und Zugstange aber vom Regulator verdreht werden kann. Hierdurch wird der Zutritt des Dampfes aus dem Cylindermantel M in den Steuerungshahn bei dessen continuirlicher Drehung früher oder später unterbrochen und dadurch variable Expansion im kleinen Cylinder c bewerkstelligt.

Auf die Disposition der Dingler'schen Doppelcylindermaschine selbst übergehend, bemerke ich, daß Lager und Cylinder durch einen starken Hohlgußkörper verbunden sind, welcher zugleich den Dampfkolbenstangen als Geradführung dient, während der Condensator, dessen Luftpumpe mittelst Excenter von der doppelt gekröpften Kurbelwelle angetrieben wird, vorn unterhalb der Cylinder angeordnet ist.

Der kleine und große Cylinder c und C sowie das Steuerungsgehäuse g sind in einem Stück gegossen und durch eine Verschalung im äußeren Ansehen zu einem Cylinder vereinigt.

Vor Allem ging bei der praktischen Ausführung das Augenmerk des Constructeurs dahin, die Maschine nicht für einen Paradezustand sondern für eine lange und möglichst gleichförmige Wirksamkeit einzurichten und den nachtheiligen Folgen der unvermeidlichen Abnutzungen möglichst zu begegnen. Es werden daher überall sehr große Laufflächen angewendet und wird speciell bei den Dampfkolben und Steuerungshähnen Rücksicht genommen keine übermäßigen Dampfverluste in Folge von Abnutzung eintreten zu lassen.

Dieser Zweck soll bei den Steuerungshähnen dadurch erreicht werden, daß der Dampf vom engeren zum weiten Ende sich durchzwängt und hierbei der ganze Hahnkegel gewissermaßen im Dampf schwimmt, so daß ein mäßiger Dampfverlust unvermeidlich und vorgesehen ist, aber eine übermäßige Erhöhung desselben durch successive Abnutzung thunlichst vermieden wird.

Derselbe Gedanke liegt der Construction der Kolben zu Grunde, bei welchen Ehrhardt die Metalldichtung verwirft und einen genau in den Cylinder eingepaßten Kolben ohne Federn und Nachspannvorrichtung anwendet. Zur Verhütung einer schädlichen Einwirkung auf die Cylinderwandung |6| durch Ausdehnung eines massiven Kolbens ist die leichte und nachgiebige Kolbenform der Figur 7 gewählt worden.

Die stulpenförmigen Anschlußringe dieses Kolbens können sich dicht und zart an den Cylinder anschließen und folgen auch schwachen Deformationen des Cylinders ohne merklichen Nachtheil. Zudem hat auch der wirksame Dampfdruck das Bestreben immer einen der Kolbenstulpen auszudehnen und an die Cylinderfläche anzudrücken.

Eine der ausgestellten ähnliche Doppelcylindermaschine steht seit etwa 2 1/2 Jahren in der Dingler'schen Maschinenfabrik in Zweibrücken in Thätigkeit und zeigt noch keine nennenswerthe Abnutzung der Hauptorgane, speciell der Steuerung.

Thatsache ist, daß die auf der Wiener Weltausstellung aufgestellte und in ununterbrochener Thätigkeit befindliche Dampfmaschine mit außerordentlicher, wahrhaft bewunderungswürdiger Ruhe ihre 100 bis 115 Umdrehungen zurücklegt.

Ich hoffe übrigens, über dieses höchst interessante Maschinensystem sowie über den zu dessen Betriebe von der Dingler'schen Maschinenfabrik construirten eigenthümlichen Dampfkessel noch nähere Mittheilungen bringen zu können, welche gewiß allen Fachleuten erwünscht seyn werden.

46. Dampf-Zuschläger von D. Davies in Newport (Monmouthshire, England). (Figur 8 bis 11.)

Im vorigen Jahrgange des polytechnischen Journals Bd. CCVI S. 251 wurde bereits auf einen neuen Dampf-Schmiedehammer hingewiesen, welcher den gewöhnlichen Zuschläger vor dem Amboß des Schmiedes ersetzen soll. Zu diesem Zweck ist der Hammer um eine horizontale Achse drehbar angeordnet, um Schläge in verticaler, geneigter und horizontaler Ebene ausführen zu können, wie es die zu verrichtende Arbeit verlangt.

Um hierbei den Hammer auf's Wirksamste auszunutzen, kann derselbe auch um eine verticale Achse gedreht werden, so daß man den Hammer abwechselnd auf vier und mehr in einem Kreise vertheilte Ambosse, welche für die verschiedenen Schmiedearbeiten passend eingerichtet sind, zur Wirkung bringen kann.

Ein Junge beim Hammergestelle regulirt auf Commando des Schmiedes Stellung und Richtung des Hammers, während der Schmied selbst beim Amboß mit dem Fuße das Dampfzuleitungsventil nach Erforderniß einzustellen und dadurch die Kraft und die Schnelligkeit der Schläge des Hammers zu verändern in der Lage ist.

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Für Werkstätten, in welchen ungleich dicke Stücke bearbeitet werden, oder für Brückenbauanstalten, in welchen Blechträger verschiedener Höhe zur Bearbeitung gelangen, wird das Gestell des Hammers durch einen hydraulischen Kolben bis auf circa 2 Meter Höhe zum Heben eingerichtet.

Da a. a. O. nur eine kleine perspectivische Skizze dieses Dampfzuschlägers gebracht werden konnte, so dürfte eine genauere Darstellung desselben nach dem auf der Wiener Weltausstellung befindlichen und in Details theilweise veränderten Hammer nicht ganz ohne Interesse seyn.

Die Figur 8 stellt in etwa 1/12 der natürlichen Größe den Grundriß – mit theilweisem Schnitt – des Dampfzuschlägers und des Ambosses G dar und zeigt bei F den Fußtritt, mittelst dessen das Dampfzuströmungsventil mehr oder weniger geöffnet werden kann.

Von hier aus strömt der Dampf, dessen Zulassung somit vollständig unter der Controlle des beim Amboß stehenden Schmiedes ist, beim Punkte d in eine Kammer eines zweitheiligen Rohres, welches zu dem Gehäuse der Steuerkolben führt, und dessen andere Abtheilung den abströmenden Dampf aufnimmt.

Der frische Dampf tritt zwischen die zwei fest miteinander verbundenen Steuerkolben ein und kann hier, je nach der Stellung derselben – man vergleiche den Verticalschnitt in Fig. 9 – entweder unter oder über dem Dampfkolben D in den Dampfcylinder eintreten. Gleichzeitig gelangt der vor dem Dampfkolben hergetriebene Dampf durch den Dampfcanal in den außerhalb der Steuerkolben befindlichen Theil des Steuerungsgehäuses und tritt von hier entweder direct oder durch die Kammer C in das Ausströmungsrohr. Indem nun die Steuerkolben eine hin- und hergehende Bewegung erhalten, wird der Kolben d nach aufwärts oder abwärts geschleudert und dadurch der Auf- und Niedergang des Hammers erzielt.

Es ist nämlich der mit der Kolbenstange aus einem Stück geschmiedete Kreuzkopf E durch den Bolzen b mit einer Schubstange verbunden, welche den um die feste Drehachse B beweglichen Hammerstiel A bei a erfaßt und an der Bewegung des Kolbens theilzunehmen zwingt.

Um dabei die Intensität beim Aufwärtssteigen des Hammers – correspondirend mit dem Niedergang des Kolbens D – unabhängig von dem beim Niederschlagen des. Hammers angewendeten Dampfdruck zu halten, kann durch einen beliebig stellbaren Hahn in einem eigenen Auslaßcanal – in Figur 9 zu sehen – stets die Communication der oberen Cylinderhälfte mit der äußeren Atmosphäre hergestellt werden, indem |8| die Anordnung so getroffen ist, daß das Gewicht des Kolbens und Kreuzkopfes auch ohne Dampfdruck den Hammer hinaufzieht.

Die selbstthätige Steuerung wird dadurch bewirkt, daß mit dem Kreuztopf E durch eine Stange f' (Fig. 10 und 11) eine ebene Platte f, mit einem schlitzförmigen Ausschnitt versehen, verbunden ist. Diese Platte gleitet in einem Schlitz der Schieberstange g, g, von welcher ein Bolzen in den Ausschnitt der Steuerplatte eingreift. Es leuchtet nun ein, wie bei passender Construction des Schlitzes in der auf- und niedergehenden Steuerplatte f die erforderliche Hin- und Herbewegung der Steuerkolben und damit der regelmäßige und continuirliche Gang des Hammers bewirkt wird.

Die größere oder geringere Geschwindigkeit und Intensität der Hammerschläge wird dabei, wie oben bemerkt, durch vergrößerte oder verringerte Pressung des eintretenden Dampfes mittelst des beim Amboß befindlichen Drosselventiles F regulirt.

Da nun das Gehäuse der Steuerkolben, der Dampfcylinder, die Kreuzkopfführung, ebenso die Drehachse B des Hammerstieles, durch ein gemeinschaftliches Gußstück starr verbunden sind, so kann die Function des Zuschlägers in jeder Lage stattfinden, so lange die entsprechende Verbindung mit dem Zu- und Ableitungsrohr für den Dampf erhalten bleibt. Zu diesem Behufe ist dasselbe genau in der Drehungsachse X, X (Figur 9) des ganzen Systemes derart abgedichtet, daß es eine Drehung gestattet, und sind die Dampfcanäle für den Eintritt h und den Austritt i concentrisch damit angeordnet.

Die Lagerung erfolgt in einem festen Gehäuse K, K und die drehende Bewegung in demselben einfach und leicht mittelst Handrad und Schneckengetriebe, wie es in Figur 10 ohne Weiteres ersichtlich ist.

Es ist nicht zu verkennen, daß durch den Davies'schen Hammer in der hier beschriebenen Gestalt besonders für größere Schmieden neben dem Dampfhammer ein ganz nützliches Werkzeug geboten ist, welches sich auch schon mehrfach in England und auf dem Continente – mit Hammergewichten von 40 bis 240 Kilogrammen – Eingang verschafft hat.

Wenn jedoch der Zuschläger auch noch um eine verticale Achse drehbar angeordnet und endlich mit einer hydraulischen Hebevorrichtung ausgestattet werden soll, wie dieß gleichfalls bei einigen ausgeführten Exemplaren geschehen ist, so scheinen doch die Vortheile dieser Anordnung mit unverhältnißmäßigem Aufwand an Mühe und Kosten der Anschaffung, sowie Unterhaltung erkauft zu seyn. Denn ohne die großen Vorzüge dieses mechanischen Zuschlägers in der rascheren, besseren und billigeren |9| Ausführung einer großen Anzahl der jetzt von Hand verrichteten Schmiedearbeiten zu läugnen, ist es doch auch gewiß, daß durch denselben die menschliche Arbeit in der abwechselnden Handhabung des Hammers niemals vollständig wird ersetzt werden können.

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Beschrieben im polytechnischen Journal 1861, Bd. CLXI S. 321.

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Deßgl. 1871, Bd. CC S. 249.

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Deßgl. 1873, Bd. CCVII S. 349.

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