Titel: Ueber Honigmann's feuerlosen Dampfbetrieb.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1885, Band 256 (S. 1–6)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj256/ar256001

Ueber Honigmann's feuerlosen Dampfbetrieb.

Mit Abbildungen auf Tafel 1.

Mit groſsem Eifer hat sich M. Honigmann in Grevenberg bei Aachen bestrebt, das ihm patentirte Verfahren der Heizung von Dampfkesseln mittels Natronlauge, in welche der Abdampf geleitet wird (vgl. 1883 250 * 429), weiter auszubilden, von anhaftenden Mängeln möglichst zu befreien und dasselbe namentlich für den Betrieb von Locomotiven einzuführen.

Während der Natronkessel anfänglich immer offen gelassen wurde, so daſs der Abdampf entweichen konnte, sobald der Siedepunkt der Lauge erreicht war, soll derselbe jetzt, wenn eine gewisse Verdünnung der Lauge eingetreten ist, geschlossen werden, so daſs auch im Natronkessel ein geringer, allmählich steigender Ueberdruck entsteht. Es wurde nämlich festgestellt, daſs der Siedepunkt der Lauge mit der Pressung ganz erheblich steigt, so daſs er bei 0at,5 Ueberdruck schon um 11,5°, bei 1at Ueberdruck um 22° höher liegt als bei atmosphärischem Drucke. Hierdurch ist es ermöglicht, den Prozeſs bedeutend länger, d.h. bis zu einer viel stärkeren Verdünnung der Lauge fortzusetzen, oder höhere Dampfspannungen zu verwenden. Wie groſs der hierdurch erzielte Gewinn ist, geht aus folgenden von Honigmann, gemachten Angaben hervor:

100k Natronlauge, deren Siedepunkt bei 220° liegt, verdampfen Wasser bei
at Ueberdruck im
Dampfkessel
at Ueberdruck im Natronkessel
0 0,5 1 1,5
2 80k 125k 200k 350k
4 51 70 98 125
6 34 48 66 80
8 22,5 33 47 60
10 16 24 35 46
20 2 8 12 21

Während man also bei offenem Natronkessel mit 100k Lauge 80k Dampf von nur 2at erhielt, kann man jetzt mit derselben Laugenmenge die gleiche Dampfmenge von 6at Spannung erzielen, wenn man nach Verdampfung von 34k den Natronkessel schlieſst und den Ueberdruck in demselben allmählich bis auf 1at,5 steigen läſst, wobei dann allerdings auch der Gegendruck im Dampfcylinder im gleichen Maſse wächst.

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Der wesentlichste Uebelstand des Honigmann'schen Verfahrens bleibt vorläufig noch die zerstörende Einwirkung des Natrons auf das Eisen. Um näheren Aufschluſs hierüber, wie auch über das Verhalten von Kupfer und Messing dem Natron gegenüber zu erlangen, wurden 3 Drahtbündel in Natronlauge von 140 bis 200°, welche sich in einem kupferne Kessel befand, 7½ Stunden lang gekocht. Hierbei verlor der Eisendraht 13,1 Procent an Gewicht oder 0g,0164 für 1qc Oberfläche (= 0k,164 für 1qm), der Messingdraht nur 0,05 Procent oder 0g,93 für 1qm Oberfläche. Eine Gewichtsverminderung des Kupferdrahtes war nicht wahrzunehmen. Hiernach würde Eisenblech, wenn es fortdauernd solcher Lauge von 140 bis 200° ausgesetzt ist, in 320 Stunden schon 1mm in der Dicke eingebüſst haben, während Kupfer und Messing für die Natronkessel geeignet scheinen; doch steht ihrer allgemeineren Anwendung allerdings der hohe Preis entgegen.

Einen wirksamen Schutz des Eisens will nun Honigmann dadurch erreichen, daſs er die Natronlaugen mit Eisenoxyd übersättigt. Eine derartige Lauge soll auf dem Eisen einen schwarzen, fest haftenden Beschlag von Eisenoxyduloxyd (Magneteisen) veranlassen, welcher – wenigstens bei Temperaturen unter 155° – in der Lauge unlöslich ist. Eisendrahtbündel, welche 3 mal hinter einander je 10 Minuten in einer mit Eisenoxyd übersättigten Lauge gekocht waren, zeigten keine Gewichtsabnahme; erst nachdem dieselben dann noch 10 Minuten in derselben Lauge von 155 bis 166° Temperatur gekocht waren, ergab sich ein Gewichtsverlust von 0,0029 Proc. Dieses Verfahren würde demnach benutzt werden können, wenn man mit sehr geringen Dampfspannungen auskommt. In der Regel soll der Natronkessel und die Heizröhren aus Kupfer bezieh. Messing hergestellt werden, während man natürlich finden Dampfkessel, soweit derselbe mit dem Natron nicht in Berührung kommt, Eisen verwendet. Der Preis eines vollständigen Natrondampfkessels für Straſsenlocomotiven soll hiernach etwa 1400 M. betragen. Um auch die Möglichkeit auszuschlieſsen, daſs der über der Lauge befindliche Sauerstoff das Kupfer oxydire, soll dem Natron Eisenoxydul beigefügt werden, welches den Sauerstoff sofort bindet.

Eingehende Untersuchungen über den Honigmann'schen Dampfbetrieb sind von Prof. Riedler in München bezieh. Aachen angestellt und später mit gröſseren Kesseln von M. F. Gutermuth fortgesetzt worden. Diese Untersuchungen, über welche in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1883 * S. 729 und 1884 * S. 69 ausführlich berichtet ist, ergaben eine groſse Zahl unmittelbarer Anhaltspunkte für die praktische Anwendung des Verfahrens, leider aber noch keine zuverlässigen Grundlagen für eine rechnerische Behandlung der bei demselben in Betracht kommenden Vorgänge, weil die Apparate namentlich zur genauen Bestimmung der auftretenden Wärmeverluste nicht geeignet waren. Insbesondere hat die in Folge der chemischen Verbindung der Natronlauge |3| mit Wasser frei werdende Wärme noch nicht genau bestimmt werden können. Ueber die wesentlichsten Gröſsen, welche für den Bau eines Natronkessels zu berücksichtigen sind, nämlich die Menge der Lauge und die Gröſse der Heizfläche, d.h. den Flächeninhalt der einerseits von der Lauge, andererseits von dem zu verdampfenden Wasser berührten Wandung, läſst sich nach den Versuchen folgendes sagen. Da die von der Lauge aufzunehmende Dampfmenge durch die zulässige Verdünnung der Lauge bedingt ist, diese aber von den Siedepunkten abhängt, so muſs die für eine bestimmte Leistung nothwendige Laugenmenge nach der verlangten Temperatur bezieh. Spannung des Arbeitsdampfes bestimmt werden. Die Siedepunkte der Lauge bei normalem Atmosphärendrucke sind nach Honigmann folgende:

Eine Natronlauge von 100 NaOH
gemischt mit 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 H2O
siedet bei 256 220,5 200 185,5 174,5 166 159 154 149 144 136 130°.

Soll nun z.B. eine Straſsenbahnmaschine während einer Stunde unausgesetzt 15e leisten, so sind bei einem Dampfverbrauche von 20k für 1e und Stunde 300k Dampf erforderlich. Soll ferner der Dampf einen Ueberdruck von 4at haben, entsprechend einer Temperatur von 152°, und nimmt man einen Temperaturunterschied zwischen Wasser und Lauge von 8° an (s. unten), so muſs die Lauge eine Temperatur von 160° haben. Dieselbe darf also, wenn der Natronkessel offen ist, nur so lange mehr und mehr verdünnt werden, bis ihr Siedepunkt bei 160° liegt, also nach obiger Tabelle nahezu im Verhältnisse von 100 : 70. Verwendet man Lauge, welche anfänglich auf 100k Natronhydrat 20k Wasser enthält (entsprechend einem Siedepunkte von 220,5°), so können demnach 120k dieser Lauge noch 70 – 20 = 50k Wasser aufnehmen. Für jene 300k Dampf wären mithin 6 × 120 = 720k Lauge nöthig. Dem Dampfkessel wären auſser den 300k zu verdampfenden Wassers noch etwa 100k überschüssiges Wasser zu geben, so daſs hiernach das gesammte Flüssigkeitsgewicht des Kessels 1120k betragen würde. Eine kleine 3pferdige Locomotive würde für einen 12stündigen Betrieb unter den gleichen Voraussetzungen 1730k Lauge und etwa 870k Wasser erfordern u.s.w.

Die Heizfläche ist selbstverständlich immer möglichst groſs zu nehmen. Je gröſser dieselbe ist, um so geringer wird der Temperaturunterschied zwischen Lauge und Wasser ausfallen, um so besser kann also die erstere ausgenutzt werden und um so weniger ist für eine bestimmte Leistung erforderlich. Bei den 4 gröſseren der bei den Versuchen benutzten Kessel betrugen die auf 1qm der Heizfläche kommenden Wassermengen:

200 150 80 50k
und die Temperaturunterschiede:
30 bis 40° 15 bis 20° 12 bis 15° 6 bis 90.
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Will man daher keinen über 7 bis 8° hinausgehenden Temperaturunterschied haben, so muſs man für je 50k zu verdampfenden Wassers 1qm Heizfläche rechnen.

Seit Juli 1884 ist auf der Aachen-Burtscheider Straſsenbahn eine in Honigmanns Werkstätten zu Grevenberg gebaute Natronlocomotive in Betrieb, deren Bauart aus Fig. 1 Taf. 1 ersichtlich ist. Auf einen stehenden cylindrischen Natronkessel n von lm,2 Durchmesser und lm,4 Höhe ist oben ein niedriger Wasserkessel w von gleichem Durchmesser und 0m,5 Höhe aufgeschraubt, von welchem 120 Messingröhren von 41mm äuſserem Durchmesser in den unteren Kessel hinabreichen. Der Kessel w selbst wird von der Lauge nicht berührt. Der untere Kessel n wird vor Beginn des Betriebes so weit mit concentrirter Lauge gefüllt, daſs etwa 5qm der Röhrenfläche von Lauge bespült, also als Heizfläche zu rechnen sind. Durch die Dampfaufnahme vergröſsert sich dieselbe während des Betriebes allmählich bis auf 10qm. Der obere Kessel wird zuerst etwa zur Hälfte mit Wasser gefüllt, so daſs ungefähr 250 bis 300k Dampf daraus gewonnen werden. Während der Fahrt werden dann noch mittels eines Injectors 300 bis 350k Wasser von 30 bis 40° eingespeist. Auf diese Weise ist es möglich, den Dampfdruck trotz der stets wachsenden Heizfläche annähernd constant zu erhalten. Die Locomotive hat 2 Cylinder von 180mm Durchmesser und 220mm Hub und eine Zahnradübersetzung von 2 : 3; sie wiegt 6000k und arbeitet mit einem Drucke von 4 bis 5at. Die Bahnstrecke ist 1km lang und hat auf 400m eine Steigung von 1 : 30, auf 250m eine Steigung von 1 : 43 und auf 350m eine Steigung von 1 : 72. Dabei sind 4 Curven von 20m Radius zu durchlaufen. Eine Füllung von 900k Natron reicht für einen 4½ stündigen Betrieb aus, in welcher Zeit die 1km lange Strecke 27 mal zurückgelegt wird. Die Geschwindigkeit beträgt demnach im Mittel 6km in der Stunde. Auf einer anderen fast wagerechten Strecke soll die Maschine in 4½ Stunden 38km zurücklegen. Um ein Klappern der Zähne zu vermeiden, können nur groſse Füllungen benutzt werden, so daſs der Dampfverbrauch ein verhältniſsmäſsig hoher ist. Neuerdings fertig gestellte, direkt (ohne Zahnräder) wirkende Maschinen sollen mit der gleichen Natronfüllung eine 6½ stündige Dienstzeit ermöglichen.

Auf der Abdampfstation sind zur Zeit zwei guſseiserne Kessel von 20mm Wanddicke und 4qm Heizfläche vorhanden, in welchen mit 1k Kohlen 6k Wasser verdampft werden. Später sollen dieselben durch kupferne Kessel ersetzt werden.1) Nach dem Einlaufen der Locomotive in die Station wird zuerst der Wasserkessel sowie der auf der Locomotive (unten zwischen den Rädern) befindliche Wasserbehälter gefüllt. Die Spannung in ersterem geht dabei auf etwa 1at,5 herab. Dann wird durch den gegen Ende der Fahrt erreichten geringen Ueberdruck im |5| Natronkessel die verdünnte Lauge in den einen Abdampfkessel gehoben, worauf man die gesättigte Lauge aus dem anderen Kessel einlaufen läſst. Einschlieſslich des Befestigens der Einlauf- und Ablaufröhren ist hierzu eine Zeit von nur 20 Minuten erforderlich. Während des Einlaufens der 210 bis 220° heiſsen Lauge steigt die Spannung im Dampfkessel bis auf 5at, so daſs nach erfolgter Füllung die Locomotive sofort wieder betriebsfähig ist.

Honigmann gibt die Anlagekosten für 4 Straſsenbahnlocomotiven, von denen drei dauernd laufen und eine in Vorrath gehalten wird, zu 36000 M., die der Abdampfstation zu 5000 M., zusammen mithin 41000 M. an und berechnet die Betriebskosten für 1 Tag einschlieſslich 10 Proc. Zinsen und Tilgung und 4 Proc. Ausbesserungskosten zu 48 M., also für jede der 3 laufenden Locomotiven zu 16 M., was für 1km, wenn jede Maschine täglich 100km zurücklegt, 16 Pf. ausmacht.

Seit Oktober 1884 ist ferner auf der Aachen-Jülicher Eisenbahn eine von der Hannoverschen Maschinenbau-Actien-Gesellschaft, vormals G. Egestorff nach Honigmann'schem System gebaute, sehr schwere Locomotive im Betriebe. Dieselbe hat Cylinder von 0m,6 Durchmesser und 0m,62 Hub, 6 gekuppelte Räder von 1m,2 Durchmesser und einen liegenden Natronkessel von 6m Länge und 0m,2 Durchmesser, in welchen ein Wasserkessel mit wagerechten Röhren eingesetzt ist (vgl. Fig. 2 und 3 Taf. 1). Das Dienstgewicht der ganzen Locomotive beträgt 45t. Eine Natronfüllung genügt zur Verdampfung von 6 bis 7cbm Wasser bei einem Drucke von anfangs 7 und schlieſslich noch 4at. Die Locomotive zieht täglich einen Personenzug von Aachen nach Jülich und zurück und soll später auf der Grotthardbahn thätig sein. Sowohl der Betrieb auf der Aachen-Burtscheider Straſsenbahn, wie der auf der Aachen-Jülicher Eisenbahn soll zunächst ununterbrochen ein volles Jahr durchgeführt werden, um möglichst ausgedehnte Erfahrungen zu sammeln.

In Fig. 4 ist noch eine einfache Kesselconstruction angegeben, welche wenigstens für liegende Kessel sehr geeignet zu sein scheint. Ein gewöhnlicher Walzenkessel ist durch zwei kupferne Scheidewände, welche durch Messingröhren verbunden sind, in drei Kammern getheilt. Die beiden äuſseren nehmen das zu verdampfende Wasser, die mittlere die Natronlauge auf.

Von Interesse ist, daſs nach Engineering, 1874 Bd. 17 S. 124 schon vor 11 Jahren Spence ein dem Honigmann'schen ähnliches Verfahren versuchsweise zur Anwendung brachte. Er erhitzte Aetznatronlauge durch Einleiten von Abdampf auf etwa 190° und lieſs diese heiſse Lauge behufs Dampferzeugung durch ein Rohrsystem strömen, welches in einem gewöhnlichen Dampfkessel angebracht war. Ebenso will auch L. Perkins (daselbst S. 147) auf Grund von Versuchen, welche er im J. 1864 und 1865 mit Salzlösungen, Säuren, Glycerin und namentlich mit Schwefelsäure angestellt hatte und bei denen er durch Einleiten von Abdampf |6| Temperaturen von 260° erzielt haben will, eine 4pferdige Dampfmaschine construirt haben, deren Kessel mit einer Kochsalzlösung umgeben war, in welche der Auspuffdampf der Maschine geleitet wurde. Spence sowohl wie Perkins glaubten aber mit dem Verfahren einen groſsen Wärmegewinn erzielen zu können und erkannten nicht die Bedeutung, welche dasselbe für unterirdische und Straſsenbahnen o. dgl. haben kann. Nachdem sie sich in ihren Hoffnungen getäuscht sahen, gaben sie die Sache wieder auf. Honigmann dagegen hat die Erfindung lebensfähig gemacht und sie mit seltener Energie in die Praxis eingeführt.

|4|

Nachdem dies neuerdings ausgeführt worden, soll eine 7,1 fache Verdampfung mit geringwerthiger Förderkohle erzielt worden sein.

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