Titel: Hock, Verdampfung bei constantem Volumen der Verbrennungsgase.
Autor: Hock, Julius
Fundstelle: 1881, Band 240 (S. 165–168)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj240/ar240056

Ueber Verdampfung bei constantem Volumen der Verbrennungsgase; von Julius Hock.

Mehr als 60 Jahre ist es her, daſs Laplace gelehrt hat, die specifische Wärme von Gasen bei constantem Drucke und constantem Volumen zu unterscheiden. Das Verhältniſs beider, 1,41 für unveränderliche atmosphärische Spannung, ist seit geraumer Zeit bekannt. Und eben, weil es allgemein bekannt ist und weil es gerade Denjenigen genau bekannt sein muſs, die eifrig nach jedem noch so unscheinbaren Factor forschen, welcher dem ökonomischen Effect von Dampfanlagen, sei es auch in dem bescheidensten Maſse, zugute kommen könnte, ist es fast unbegreiflich, daſs es noch Niemand unternommen hat, jene 41 Proc. der gesammten Brennstoffwärme in Ersparung zu bringen, welche bei allen bisher bestehenden Kesselfeuerungen, in äuſsere Arbeit umgesetzt, lediglich zur Herstellung des Luftzuges im Feuerraume dienen – eines kostspieligen Luftzuges fürwahr –, um so unbegreiflicher, als Gasmotoren und manche andere calorische Maschinen in ihren Heizungen bei constantem Volumen den Weg zeigen, wie dieses Princip sich auf Dampfanlagen anwenden läſst.1)

Ich habe mich durch mehrere Jahre mit dem Baue offener Heiſsluftmaschinen mit geschlossener Feuerung befaſst und aus diesem Grunde lag es mir näher als vielen Anderen, die Verbrennung bei constantem Volumen, wie sie bei calorischen Motoren mit geschlossener Feuerung geschieht, auch zur Dampfbildung zu verwenden. Auf diesen Weg wurde ich geradezu gedrängt durch einen Fehler, welcher meinen und, wie ich glaube, allen anderen Heiſsluftmaschinen anhaftet und der darin besteht, daſs man nicht alle Käufer solcher Maschinen davon abhalten kann, sie über die Grenzen ihrer Leistung hinaus zu treiben. Bei meinen letzten Constructionen theilte ich den von der Luftpumpe gelieferten Wind in zwei Ströme, leitete einen derselben durch das Feuer und lieſs ihn mit dem anderen, kaltgebliebenen, vor dem Zuleitungsorgane des Arbeitscylinders wieder zusammenflieſsen. Bei dieser Anordnung konnte ich die Maximaltemperatur beliebig fixiren, |166| da dieselbe von dem Verhältniſs der beiden Windmengen abhängig war. Ich muſste aber doch dem Maschinenwärter die Möglichkeit bieten, bei Beginn des Betriebes, so lange der Ofen noch kalt war, die ganze Luftmenge durch den Rost zu führen, um das Feuer rasch entfachen und auch bei nicht genügend angewärmtem Ofen und mattem Feuer mit dem Betriebe beginnen zu können; es wäre sonst relativ lange Zeit zum Anheizen erforderlich gewesen. Diese Möglichkeit, mehr Wind, als bei gutem Feuer zulässig ist, durch den Rost zu führen, wurde leider manchmal miſsbraucht. So zwang man die Maschinen zu gröſseren als den ihnen zugedachten Leistungen, sei es, daſs man sie eine gröſsere Nutzarbeit verrichten machte, sei es – und dies ist der häufigere Fall –, daſs man sie Widerstände, welche durch Vernachlässigung entstanden, z.B. durch verriebene Zapfen und Lager, überwinden lieſs. Die höhere Temperatur des arbeitenden Mediums, welche die Steigerung der Leistung bewirkte, hatte die unerwünschte Folge, daſs die Zuführungsorgane des Arbeitscylinders glühend wurden und in kurzer Zeit Ausbesserung erheischten.

Obgleich der hier geschilderte Uebelstand bei einer verhältniſsmäſsig geringen Anzahl von Maschinen sich geltend gemacht hat, kaum bei dem 20. Theile aller verkauften Motoren, so muſste doch für gründliche Abhilfe gesorgt werden, wenn nicht die in der beschriebenen Weise nothleidenden Maschinen die weitere Verbreitung des sonst so gesunden Systemes der geschlossenen Feuerung behindern sollten, eines Systemes, welches wohl geeignet ist, auch gröſsere Leistungen als die bis vor Kurzem gebräuchlichen 4° nicht übersteigenden zu erzielen. Diese gröſseren Leistungen bedingen nicht, wie es auf den ersten Anblick scheinen möchte, unpraktische Maſse oder Temperaturen. Nur höhere als die bisher üblichen Spannungen sind erforderlich und diese sind dadurch zu erlangen, daſs man das Verhältniſs des Luftpumpenvolumens zum Füllungsvolumen des Arbeitscylinders wachsen läſst. Was darüber zu sagen ist, hat Redtenbacher schon vor einem Vierteljahrhundert ausgesprochen. Dennoch haben alle Constructeure von offenen Heiſsluftmaschinen ausnahmslos den Fehler begangen, allzu kleine Luftpumpen anzuwenden und in unausbleiblicher Folge davon immer nur mit geringen Spannungen oder, wie ein hervorragender Fachmann sich ausdrückt, „mit Seufzern“ gearbeitet. Da konnten denn auch die Maschinen nicht anders als groſs sein für kleine Leistungen und an groſse Kraftentwicklungen war wegen der riesig werdenden Dimensionen mit den daraus entspringenden Uebelständen nicht zu denken.

Wenn man durch Vergröſserung des Verhältnisses von Luftpumpe zu Füllungsvolumen die Spannung bedeutend erhöht, muſs man die durch die Verdichtung der Luft in der Pumpe entstehende Compressionswärme beseitigen. Das Diagramm der Luftpumpe muſs offenbar ohne Beseitigung der Compressionswärme die adiabatische Curve zeigen, bei |167| vollständiger Beseitigung der Compressionswärme die Mariotte'sche Curve. Die zwischen diesen beiden Curven liegende Fläche stellt die durch Beseitigung der Wärme zu ersparende, also durch gute Kühlung zu gewinnende Arbeit dar. Ein feiner von mir während der Saugperiode in die Luftpumpe einer offenen Heiſsluftmaschine eingeführter Wasserstrahl, welcher von einem dem Druckraume (Ofen) der Maschine entnommenen Windstrahle in Nebel zerstäubt wurde, hatte zur Folge, daſs die gebremste Leistung der Maschine stieg und zwar um mehr stieg, als die Berechnung der zwischen der adiabatischen und der Mariotte'schen Curve liegenden Fläche ergab. Das Luftpumpendiagramm zeigte eine der Mariotte'chen sehr nahe kommende Linie. Ein Irrthum konnte nicht obwalten; denn unterbrach man den Wasserzufluſs zur Luftpumpe, so muſste sofort die Belastung des Bremszaumes vermindert werden und umgekehrt, sobald man Wasser wieder zuflieſsen lieſs, wuchs die Ganggeschwindigkeit der ohne Regulator laufenden Maschine, bis der Bremswiderstand wieder vergröſsert wurde. Aus den Diagrammen des Arbeitscylinders war der Zusammenhang deutlich ersichtlich. Das in der Luftpumpe zerstäubte Wasser hatte den gröſsten Theil der Compressionswärme in sich aufgenommen, dann mit dem Winde das Feuer durchströmt und war da in überhitzten Dampf verwandelt worden, der mit den Verbrennungsgasen hinter dem Arbeitskolben zu nutzbarer Verwendung gelangte. Es war also die Compressionswärme gröſstentheils von dem Wasser aufgenommen und durch dasselbe aus einem Räume, in welchem sie hemmend wirkte, dorthin geschafft worden, wo sie Nutzen brachte.

Dieser gelungene, oft und in verschiedenen Varianten, aber stets mit demselben Ergebniſs wiederholte Versuch veranlaſste mich, die lange gehegte Absicht auszuführen, den kalten Windstrom, von welchem früher die Rede war, durch Wassereinführung zu ersetzen, was die Verwendung der ganzen von der Pumpe geförderten Luftmenge, bezieh. des darin enthaltenen Sauerstoffes zur Verbrennung ermöglichen, mithin die Kraftleistung des Motors entsprechend vergröſsern sollte. Zu diesem Zwecke lieſs ich fein zerstäubtes Wasser in die Feuergase pumpen, welche, indem sie es verdampften, einen Theil ihrer Wärme daran abgaben. Das Gemenge von überhitztem Dampf und Verbrennungsgasen, dessen Temperatur bei geschickter Anordnung der Verdampfung von dem Belieben des Constructeurs abhängig ist, streicht durch das Zulaſsventil und gelangt im Arbeitscylinder zur Arbeit. Auch dieser Versuch gelang vollständig und sein Resultat entsprach mit überraschender Genauigkeit den vorher angestellten Berechnungen sowohl in Betreff der Spannung und der Kraftleistung, als in Bezug auf den ökonomischen Effect. Besonders der letztere stellte sich so überaus günstig, daſs ich Anstand nehme, Ziffern zu veröffentlichen, bevor dieselben durch Fachmänner von allgemein anerkannter Glaubwürdigkeit |168| geprüft sind. Dies wird demnächst an einer der Vollendung nahen 30e-Maschine geschehen, über deren Indicirung und Bremsung ich seiner Zeit ausführlich berichten werde, ebenso über diejenigen Einzelheiten der Construction, welche den Erfolg bedingen.

Seit nahezu einem Jahre betreibe ich nun meine Wiener Werkstätten mit einer derartigen Luftdampfmaschine, ohne daſs sich der geringste Anstand aus der eigenthümlichen Dampferzeugung ergeben hätte. Nach Ablauf dieser Probezeit glaube ich damit an die Oeffentlichkeit treten zu dürfen, ohne befürchten zu müssen, daſs die Praxis bisher unerkannte Uebelstände aufdecken werde.

Wien, Ende Februar 1881.

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Verfasser scheint hier zu übersehen, daſs auch bei geschlossener Feuerung Arbeitsverrichtung erfolgt und somit eine höhere Wärmecapacität bedingt.

D. Red.

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