Titel: Ueber Heissdampflokomotiven und die Ausnutzung der Abgase des Kessels usw.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 613–617)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319171

Ueber Heissdampflokomotiven und die Ausnutzung der Abgase des Kessels durch Vor- und Zwischenüberhitzer.

Von Ludwig v. Löw, Diplom-Ingenieur.

Wenn man einen gesättigten Dampf komprimiert, so kondensiert er sich, ein überhitzter Dampf dagegen erhöht infolge der Kompression seine Spannung; dieses verschiedene Verhalten tritt nur bei isothermischer Zustandsänderung ein, also dann, wenn die Zylinderwände die durch die Kompressionsarbeit erzeugte Wärme sehr rasch nach aussen ableiten. Nun geben zwar auch diese Wände, besonders bei Lokomotiven, viel Wärme nach aussen hin ab, immerhin aber geht dies nicht so rasch vor sich, dass man von einer isothermischen Zustandsänderung sprechen könnte; bekanntlich betrachtet man sogar die Kompressionsperiode bei unseren Dampfmaschinen als einen nahezu adiabatischen Vorgang. Dies ist aber nur für den Gesamtverlauf der Kompression richtig, während der einzelnen Zeitintervalle jedoch ist die Kompression keineswegs eine adiabatische Zustandsänderung; denn anfangs, solange die Temperatur der Zylinderwand höher ist als die des zu komprimierenden Dampfes, findet ein Wärmeübergang von der Wand auf den Dampf statt, sobald aber die Temperatur des Dampfes höher wird, als die der Zylinderwand, kommt ein umgekehrter Wärmeaustausch zustande. Der Gesamtverlauf der Kompressionsperiode könnte dann als eine vollkommene adiabatische Zustandsänderung aufgefasst werden, wenn die Wärmezufuhr von der Wand auf den Dampf im ersten Teil, genau ebenso gross wäre, wie die Wärmeabfuhr vom Dampf auf die Wand im zweiten Teil. Bei vollkommen adiabatischer Kompression würde sich der gesättigte Dampf ebenso verhalten, wie der überhitzte; anfangs zwar würde er sich etwas kondensieren, dabei würde die Verdampfungswärme frei und da diese der wärmedichten Wand wegen nicht entweichen kann, so würde das Kondensat sofort wieder verdampfen und eine ähnliche Drucksteigerung wie bei überhitztem Dampf eintreten. Da nun aber die Zylinderwände Wärme nach aussen hin abgeben, so ist die Wärmezufuhr im ersten Teil der Kompressionsperiode auf den eingeschlossenen Dampf geringer, als die Wärmeabfuhr im zweiten Teil von ihm weg; die Zustandsänderung weicht daher von der adiabatischen ab und neigt sich zur isothermischen hin und je grösser nun diese Neigung ist, d.h. je mehr die Zylinderwandtemperatur unter der mittleren Temperatur des Dampfes zurückbleibt, um so berechtigter ist die Ueberhitzung, denn wie eingangs gesagt, so kondensiert sich der gesättigte Dampf bei isothermischer Kompression. – Hierin liegt auch der Wert der Heizung der Dampfzylinder durch Frischdampf. Infolge eines solchen Dampfmantels wird natürlich die Oberfläche des Zylinders grösser und infolgedessen muss auch die – sagen wir – Aussenkondensation (Niederschlag an der Oberfläche) grösser sein, als wenn der Zylinder keinen Dampfmantel hätte, aber durch diese Mantelheizung wird die Innenkondensation (Kondensation durch Kompression) so vermindert, dass die vermehrte Aussenkondensation in den Hintergrund tritt. Die Kulissensteuerungen bringen nun stets sehr hohe Kompressionen mit sich und die Zylinder sind bei einer Lokomotive mehr als bei ortsfesten Maschinen der Abkühlung unterworfen, es wird daher der Heissdampf zweifellos hier ein sehr fruchtbares Gebiet finden.

In dieser Verminderung des Niederschlages in den Zylindern ist wohl der Hauptgrund zu sehen, der für die Anwendung des überhitzten Dampfes spricht und ferner liegt, wie wir später erkennen werden, noch ein wesentlicherVorteil darin, dass sich durch Einbau eines Ueberhitzers besonders bei Schnellzugslokomotiven der Wirkungsgrad der Kesselanlage verbessern lässt.

Von den kleineren Vorzügen, die die Verwendung des Heissdampfes mit sich bringt, wollen wir zunächst die Verminderung des Wasserverbrauchs betrachten. Diese ist deshalb, besonders für Tenderlokomotiven, angenehm, weil sie es ermöglicht, bei gleichen Wasservorräten mit der Heissdampflokomotive weiter zu fahren als mit der Nassdampflokomotive; ausserdem braucht der Kessel der ersteren nicht so oft ausgewaschen zu werden und hat eine längere Lebensdauer. Der verminderte Wasserverbrauch bildet aber keineswegs eine Gewähr dafür, dass die Heissdampflokomotive auch einen geringeren Kohlenverbrauch aufweist als eine vergleichbare Nassdampflokomotive; die beiden folgenden Beispiele werden dies beweisen. – Eine Nassdampflokomotive verbrauche 10 kg Dampf für 1 PS/St. (s. „Eisenbahntechn. d. Gegenwart“, 2. Aufl., 1. Teil: Die Lokomotiven, S. 83) und arbeite mit 10 Atm. Ueberdruck; in diesem Fall beträgt der Wärmewert λn für 1 kg Dampf

λn = 606,5 + 0,305 t = 606,5 + 0,305 . 183,05 = 661,9 cal.

Demnach ist der Wärmeaufwand An für 1 PS/St.

An = 661,9 . 10 = 6619 cal.

Der Einfachheit des Vergleichs halber arbeite die Heissdampflokomotive auch mit einem wirksamen Dampfdruck von 10 Atm.; die Ueberhitzung werde auf 350 ° gebracht und die Lokomotive habe eine Wasserersparnis von 10 v. H. gegenüber der Nassdampflokomotive; sie verbraucht daher 9 kg Dampf für 1 PS/St.

Zu dem berechneten Wert

λn = 661,9 cal

kommt nun noch der Wärmewert für die Ueberhitzung

(350 – 183) . 0,48 = 80,1 cal

hinzu, und es ergibt sich

λn = 742,0 cal.

(Bei dieser Berechnung ist noch zugunsten der Heissdampfmaschine der Wert der spezifischen Wärme zu 0,48 cal angenommen; Bach [s. Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1902, S. 7291 glaubt gefunden zu haben, dass diese Zahl zu klein ist und man zutreffender mit 0,6 cal rechnet). – Multiplizieren wir nun λh mit dem Dampfverbrauch für 1 PS/St., so erhalten wir den Wärmeaufwand Ah für 1 PS/St.

Ah = 742,0 . 9 = 6678 cal.

Diese Zahl ist grösser als diejenige (Ah), die wir bei der Nassdampflokomotive gefunden haben, und da der Wärmeaufwand dem Kohlenverbrauch proportional ist, vorausgesetzt, dass beide Lokomotiven mit gleich guter Kesselausnutzung und gleichem Wassergehalt des Dampfes arbeiten, so hat die Heissdampflokomotive trotz ihrer 10 v. H. Wasserersparnis mehr Kohlen für 1 PS/St. verbraucht. – Im allgemeinen hat ja die Heissdampflokomotive mehr als 10 v. H. Wasserersparnis aufzuweisen, aber wir sehen, Wasserersparnis ist nicht unbedingt mit Kohlenersparnis verknüpft; man muss sich daher hüten, Maschinen nach ihrem Wasserverbrauch zu beurteilen.

|614|

Ebenso wie die Verminderung des Wasserverbrauchs keine grosse Bedeutung hat, so ist auch die Vervollkommnung des Kreisprozesses durch die Erhöhung des Temperaturgefälles nahezu illusorisch. Bekanntlich ist der Wirkungsgrad der Wärmemotore bei dem vollkommenen Kreisprozess

Wir erhalten hieraus für die oben angenommene Nassdampflokomotive

und für die Heissdampflokomotive

Diese Zahlen erwecken die irrtümliche Vermutung, dass die Erhöhung des Temperaturgefälles eine wesentliche Verbesserung mit sich bringt. Betrachten wir einmal die wirklichen Verhältnisse. Oben haben wir gesehen, dass wir bei der Nassdampflokomotive

6619 cal für 1 PS/St.

nötig haben; theoretisch ist

;

hieraus ergibt sich

.

Nehmen wir nun einmal an, es würde gelingen, den Wärmeverbrauch der Heissdampflokomotive auf

6360 cal für 1 PS/St.

herabzubringen, so würden wir erhalten

Wir sehen also, dass die Ueberhitzung den Wirkungsgrad nicht von

0,16 auf 0,40

sondern in Wirklichkeit noch nicht einmal von

0,096 auf 0,100

erhöht.

Zu ganz ähnlichen Zahlen kommt man, wenn man für ortsfeste Heissdampfmaschinen, von denen ja zahlreiche Versuchsergebnisse und Betriebsresultate bekannt sind, solche Rechnungen durchführt; stets ergibt es sich, dass man bei Nassdampfmaschinen mit dem erzielten η' viel näher an das durch den vollkommenen Kreisprozesse erreichbare η' herankommt, als bei Heissdampfmaschinen.

Woran liegt es, dass die Heissdampfmaschine soweit hinter dem Erreichbaren zurückbleibt? – Alle wärmetechnischen Untersuchungen haben nur dann einen praktischen Wert, wenn man nicht nur den wärmetragenden Körper, sondern auch seine Umgebung betrachtet. Wie die elektrischen Leiter erst wertvoll werden unter Berücksichtigung der Isolationsmittel, wie die Gaskraft- und Dampfmaschinen sich bedeutend vervollkommneten, als man anfing, den Zylinderwänden die Aufmerksamkeit zu schenken, so wird wohl auch die Heissdampfmaschine eine wesentliche Verbesserung erfahren, wenn man dem hohen Temperaturgefälle im Hochdruckzylinder ernste Untersuchungen widmet. Zweifellos hat das Temperaturgefälle in einem Heissdampfzylinder lange nicht den schädlichen Einfluss wie bei einem Nassdampfzylinder, denn der überhitzteDampf kondensiert sich nicht sofort beim Eintritt, und es dürfte auch fraglich erscheinen, ob die Zerlegung einer ortsfesten Einzylinderheissdampfmaschine in eine Verbundheissdampfmaschine wirtschaftlich ist, denn es kommen dann die Anlage- und Unterhaltungskosten eines weiteren Zylinders hinzu; bei Lokomotiven aber hat man stets zwei Zylinder und deshalb ist das Verbundsystem hier ganz besonders berechtigt. Dass Verbundlokomotiven sich oft unbeliebt gemacht haben, weil sie mitunter schlecht anziehen, ist mit dem System nicht unbedingt verbunden und hat viel häufiger in zu geringer Zylinderfüllung, als in einer schlechten Anfahrvorrichtung seinen Grund. Man muss sich nicht darüber wundern, wenn Verbundlokomotiven mit 72 v. H. Maximalfüllung (s. Eisenbahntechn. d. Gegenw., S. 361) oft schlecht anziehen; bei solch kleinen Maximalfüllungen muss selbst eine Zwillingslokomotive manchmal erst rückwärtsstossen. Auf Stadtbahnen kommt es natürlich auf flottes Anziehen ganz besonders an, trotzdem betreibt die Wiener Stadtbahn ihren Verkehr mit Verbundlokomotiven, die allerdings mehr als 90 v. H. Zylinderfüllung gestatten. Es wäre zu bedauern, wenn die Heissdampflokomotive die Verbundmaschine vorübergehend zurückdrängen würde, denn, wie in der Literatur schon wiederholt ausgesprochen (s. D. p. J. 1903, 318, S. 167, Richter und Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1903, S. 123, v. Borries), so wird wohl erst durch die Vereinigung von Verbund- und Heissdampflokomotive der Nutzen der Ueberhitzung ganz zu tage treten.

Auch der Wert der Leichtflüssigkeit des Heissdampfes infolge seines geringeren spezifischen Gewichts wird bei Lokomotiven oft überschätzt. Diese Leichtflüssigkeit gestattet es zwar, die Dampfkanäle enger zu machen und damit die schädlichen Räume und die Kondensation an der Oberfläche zu verkleinern, aber hiervon kann man bei Lokomotiven keinen Gebrauch machen, denn die Kulissensteuerung erfordert grosse schädliche Räume und es hat daher keinen Zweck, die Kanäle eng zu machen, denn der Schieber und seine Reibung würde doch nicht erheblich verkleinert, weil der mittlere grosse Kanal unverändert bleiben muss. – Ausserdem ist die Drosselung des Dampfes beim Eintritt in die Zylinder nicht schlimm; wenn die Diagrammfläche bei 15 v. H. Zylinderfüllung infolge zu hoher Dampfgeschwindigkeit bei langsamem Schieberschluss und der steigenden Kolbengeschwindigkeit kleiner ausfällt als man erwartet, so erhält man das gewünschte Diagramm dadurch, dass man die Steuerung vielleicht auf 20 v. H. Füllung einstellt, und bekommt dabei noch den Vorteil (infolge der Wirkungsweise der Kulissensteuerungen), dass die Kompression und mit ihr die inneren Maschinenreibungswiderstände geringer werden. Eine genauere Untersuchung der Drosselung (s. Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1904, S. 329, Gutermuth) lehrt, dass die hohen Dampfgeschwindigkeiten in den Steuerungskanälen dieselbe Wirkung haben als eine verminderte Zylinderfüllung; von einem schädlichen Verlust in Hinsicht auf die Ausbeute des Dampfes kann nicht die Rede sein, wo sollte auch die Arbeit hinkommen, die der fehlenden Diagrammecke (zwischen Einströmungs- und Expansionslinie) entspricht? Sie wird zunächst in Strömungsenergie umgesetzt und später wieder in Wärme, wobei sie durch Trocknung des Dampfes einen sehr günstigen Einfluss ausübt. Aus diesem Grund werden auch auf einigen französischen Bahnen sehr enge Reglerschieber verwandt, wodurch der nasse Dampf, den der Lokomotivkessel liefert, in sehr vorteilhafter Weise vor dem Eintritt in die Zylinder getrocknet wird. Auch im stationären Dampfmaschinenbau macht man in neuerer Zeit besonders bei unterirdischen Wasserhaltungsmaschinen, sowie bei Dampfturbinen von der Trocknung des Dampfes durch Drosselung einen ausgiebigen Gebrauch. – Schliesslich möchte ich noch erwähnen, |615| dass in den Eisenbahnwerkstätten die Trickschieber mitunter gegen gewöhnliche Schieber ausgewechselt werden, und dass die Lokomotiven dann nachher ebensogut arbeiten sollen als vorher. Man ersieht hieraus, dass man vor den hohen Dampfgeschwindigkeiten in den Zylinderkanälen eine unberechtigte Furcht hat; wirkliche Dampfgeschwindigkeiten von 100 m/sek. ergeben bei 10 Atm. Ueberdruck einen Spannungsabfall von 0.25 Atm. (s. die erwähnte Arbeit von Gutermuth). Ob im Dampfzylinder ein Druckverlust von 2–3 v. H. stattfindet, oder nicht, ist ziemlich gleichgültig, zumal, wie erläutert, dieser Verlust einen anderweitigen Vorteil mit sich bringt. Man braucht also bei der Bemessung der Dampfkanäle nicht so ängstlich zu sein, vorausgesetzt, dass man sich die wirklichen Dampfgeschwindigkeiten während der ganzen Füllungsperiode vergegenwärtigt, indem man sie aus den jeweiligen Kolbengeschwindigkeiten und den zugehörigen Kanalöffnungen bestimmt; natürlich darf man sich nicht mit der rohen Methode begnügen, eine Dampfgeschwindigkeit aus dem grössten Kanalquerschnitt und der mittleren Kolbengeschwindigkeit zu berechnen.

Wir kommen nun zu der Frage, ob sich durch Einbau eines Ueberhitzers der Wirkungsgrad des Kessels derart verbessern lässt, dass man einen wirtschaftlichen Fortschritt in der Ausnutzung der Lokomotive erwarten kann oder nicht. Im ersten Augenblick erscheint die Bejahung dieser Frage naheliegend, denn bei Lokomotiven, besonders Schnellzugslokomotiven, entweichen die Abgase des Kessels mit viel höherer Temperatur als bei ortsfesten Kesselanlagen und besitzen auch eine höhere spezifische Wärme. Aber die Ansichten gehen hierüber sehr auseinander. Kennzeichnend für die eine Richtung sind die Worte Brückmanns (s. Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1901, S. 1665): „Nach den bisherigen Erfahrungen steht es aber unzweifelhaft fest, dass die gewöhnliche Rauchkammertemperatur zu niedrig ist, als dass sich ein lohnender Ueberhitzungsgrad durch einen bloss durch die Abgase erwärmten Ueberhitzer erreichen liesse.“ Als Vertreter der anderen Richtung führe ich v. Borries an, der in der Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1903, S. 123, schreibt: „Dazu (nämlich zur Erzeugung eines „trocknen massig überhitzten Dampfes“) würde ein einfacher in der Rauchkammer liegender Ueberhitzer, wie er sich bei den Wolfschen Lokomobilen so glänzend bewährt hat, bei etwas verkürzten Siederohren vollständig ausreichen.“

Auch in der Praxis sind beide Wege eingeschlagen worden. Wilh. Schmidt, der wohl die grössten Verdienste und Erfahrungen an Heissdampfmaschinen und auch an der Einführung des Heissdampfes bei Lokomotiven hat, arbeitet mit seinen Ueberhitzern nicht auf eine Vervollkommnung der Kesselanlage hin, sondern führt ihnen stets Heizgase von hoher Temperatur zu. Allerdings werden bei Lokomotiven diese Heizgase fast ebensogut ausgenutzt, als diejenigen, die die Kesselheizfläche bestreichen (s. Obergethmann Zeitschr. 1903, S. 377 und Berner Zeitschr. 1903, S. 733). Der Schmidtsche Ueberhitzer (s. D. p. J. 1903, 318, S. 165) besteht im wesentlichen aus zwei Röhrenbündel, die der Dampf nacheinander teils im Gegenstrom, teils im Parallelstrom durchfliesst. Zwischen den beiden Röhrenbündel auf der linken Rauchkammerseite befindet sich der Nachverdampfer, in dem eine Mischung mit dem schon überhitzten und dem noch nassen Dampf eintritt. Bei ortsfesten Kesseln wird in diesem Nachverdampfer ein Temperaturgefälle von ungefähr 20° wahrgenommen. Wichtig für den Schmidtschen Ueberhitzer ist es, dass dem Kessel nasser Dampf entnommen wird, denn dieser bildet eine Gewähr dafür, dass die Wärme in ihm aufgenommen wird. Das Unangenehmste an diesem Ueberhitzer ist, dass ein Teil der Rohre Temperaturen von 500–820 ° (s. die erwähnten Arbeiten von Obergethmann undBerner) ausgesetzt ist. Diese bedenklich hohen Temperaturen sind wohl auch der Hauptgrund dafür, dass Schmidt den Ueberhitzer, der anfangs in dem Flammrohr des Langkessels lag (s. Eisenbahntechn. d. Gegenw. Absch. „Heissdampflokomotiven“ v. Patté, S. 407) in die Rauchkammer verlegte. – In neuester Zeit (s. Organ f. d. Fortschr. d. Eisenbahnw. 1904, S. 64 und Tafel 17) ist der Schmidtsche Ueberhitzer in das dritte Stadium seiner Metamorphose eingetreten, wobei das weite Flammrohr durch eine Anzahl engerer Rohre ersetzt wurde, wohl hauptsächlich wegen des Unglücksfalles auf der Wannseebahn, wobei drei Menschen durch das Austreten von Flammen aus der Feuertür zum Teil schwer verletzt wurden. Auch in der „Eisenbahntechn. der Gegenwart“, S. 422, steht: „Der Einbau eines Flammrohres ist nicht als befriedigende Lösung zu bezeichnen. Die Zuführung der Heizgase zu dem Ueberhitzer durch die Heizrohre wäre vorzuziehen.“ – Denselben Uebelstand, zu hohen Temperaturen ausgesetzt zu sein, birgt auch der Pielocksche Ueberhitzer (s. D. p. J. 1904, 319, S. 1), wenn man ihn zu nahe an der Feuerkiste einbaut. Unbedingt aber haftet ihm der Nachteil an, dass die einmal herausgenommenen Rohre wertlos sind. Es ist nämlich bei grösseren Bahnverwaltungen üblich, dass die Rohre, die zwecks Reinigung aus einem Kessel herausgenommen wurden und nachher an den beiden Enden etwas verkürzt werden mussten, für eine andere Lokomotive mit kürzerem Kessel verwandt werden. Da aber die Siederohre eines mit Pielockschem Ueberhitzer ausgerüsteten Kessel an vier Stellen angewalzt sind, so müssen sie auch beim Herausnehmen an vier Stellen zerstört werden. – Der Reglerschieber wird hinter diesem Ueberhitzer angeordnet, wodurch die Sicherheit gewährleistet ist, dass sich die Maschine nicht von selbst in Bewegung setzt, falls die Rohre ungenügend dicht angewalzt sind. – Infolge der zahlreichen Wirbelungen, die der Dampf beim Durchströmen des Pielockschen Ueberhitzers erfährt, ist hier eine vollkommere Ueberhitzung der gesamten Dampfmenge, als bei der Schmidtschen Bauart zu erwarten. – Bei diesen beiden Konstruktionen werden also dem Ueberhitzer sehr heisse Gase zugeführt; den Gegensatz hierzu bilden die Ueberhitzer der Lokomobilenfabrik von R. Wolf, bei denen nur den Abgasen des Kessels Wärme entzogen wird. Vermittels dieses Verfahrens ist es gelungen, durch Anwendung eines Vorüberhitzers (d.h. Ueberhitzung des Dampfes vor dem Eintritt in den Hochdruckzylinder) den Kohlenverbrauch für die gebremste Pferdekraftstunde auf 0,618 kg (s. D. p. J. 1903, 318, S. 21) und in neuester Zeit sogar durch Anwendung noch eines zweiten Ueberhitzers („Zwischenüberhitzer“) vor dem Niederdruckzylinder auf 0,56 kg herabzubringen (s. Zeitschr. f. Dampfkessel- und Maschinenbetrieb 1904, S. 109) und zwar bei einem Heizwert der Kohle von 7500 cal und bei einer verhältnismässig kleinen Maschine von 40 PS. Dies sind Kohlenverbrauchsziffern, wie sie im Dampfmaschinenbau selbst bei den grössten Maschinenanlagen, die mit dreifacher Dampfdehnung und Ueberhitzung arbeiten, bis jetzt noch nicht erreicht wurden; man darf aber nicht übersehen, dass für Lokomobilen infolge des Wegfalls der Dampfleitung und deshalb, weil das Kondenswasser der Zylindermantelheizung wieder in den Kessel zurückfliesst, die Verhältnisse günstiger liegen als bei allen anderen Dampfmaschinen. Leider beanspruchen diese Wolfschen Ueberhitzer einen so grossen Raum (s. D. p. J. 1903, 318, S. 21, Fig. 139) wie er für Lokomotiven kaum als zulässig erachtet werden kann. Schuld daran tragen die beiden Umstände, die das Ueberhitzen des inneren Dampfkerns beim Durchströmen von Rohren sehr erschweren, nämlich: 1. dass der überhitzte Dampf ein sehr schlechter Wärmeleiter ist und 2. dass sich der Dampf in der Mitte des Rohres viel rascher bewegt als an den Heizflächen; |616| aus diesen Gründen müssen sehr lange Rohre und grosse Heizflächen angewandt werden, falls man nicht dafür sorgt, dass, wie bei dem Schmidtschen Ueberhitzer, im Nachverdampfer eine Mischung des schon überhitzten mit dem noch gesättigten Dampf eintreten kann, die bei dem Pielockschen Ueberhitzer und einer Konstruktion von mir (s. D. p. J. 1903, 318, S. 440) durch zahlreiche Wirbelungen gesichert ist.

Bei der weiteren Betrachtung derjenigen Ueberhitzer, die nur die Abgase des Kessels zur Erzeugung des Heissdampfes verwenden, müssen wir zunächst den Einfluss der lebhaften Temperaturschwankungen untersuchen, die in der Rauchkammer einer Lokomotive vorkommen, je nachdem die Maschine mehr oder weniger kräftig arbeitet. – Für Ventilmaschinen ist es sehr unangenehm, wenn der Dampf bald stark, bald schwach überhitzt in die Zylinder eintritt; denn bei der Form, die die Rohr- und und Glockenventile unserer Ventildampfmaschinen haben, wird das während des Oeffnens ganz vom Dampf umspülte Ventil rasch die Temperatur des Dampfes annehmen und infolgedessen bei Temperaturschwankungen eine verschiedene Durchlässigkeit zeigen. Bei Schiebern und Stopfbüchsen aber bleibt stets eine reichliche, die Wärme gut leitende Verbindung dieses Organs mit den übrigen Maschinenteilen bestehen, so dass den Reibflächen rasch dieselbe Temperatur erteilt wird. Ausserdem kann man die letztgenannten Teile durch federnde Metallringe dichten, wodurch sich die vorkommenden Ausdehnungsdifferenzen unschädlich machen lassen. Für Lokomotiven wären also die Schwankungen in der Temperatur des Eintrittsdampfes nicht schlimm, es steht aber auch nichts im Wege, einen mit den Abgasen arbeitenden Ueberhitzer so zu konstruieren, dass es, ebenso wie bei dem Schmidtschen Ueberhitzer, dem Ermessen des Lokomotivführers anheimgestellt wird, die Heizgase mehr oder weniger durch den Ueberhitzer hindurch oder an ihm vorbei zu leiten und dadurch die Temperatur des Eintrittsdampfes zu regeln. Schliesslich aber muss noch erwähnt werden, dass der Grad der Ueberhitzung wohl viel weniger von den Temperaturschwankungen der Heizgase, als von dem stark wechselnden Wassergehalt des vom Kessel gelieferten Dampfes abhängt.

Für einen zuverlässigen Lokomotivbetrieb (das richtige Einhalten eines Fahrplanes) ist die Energieaufspeicherung im Kesselwasser (die Möglichkeit des Nachspeisens während des Aufenthaltes oder des langsameren Fahrens auf Bahnhöfen) von grosser Bedeutung, sie bringt aber notwendigerweise ein starkes Schwanken der Höhe des Wasserspiegels mit sich und da der normale Wasserstand im oberen Viertel des Kesselkreises liegt, so verändert sich auch die Grösse des Wasserspiegels wesentlich; wir haben es demnach bald mit einer grossen, bald mit einer kleinen Verdampfungsoberfläche zutun, was mit einem sehr verschiedenen Wassergehalt des gelieferten Dampfes verbunden ist. Ueber die Grösse dieses Wassergehaltes macht die neueste Auflage der „Eisenbahntechn. d. Gegenw.“ keine Zahlenangaben, dagegen ist sie in der ersten Auflage auf S. 92 zu 15–20 v. H. angegeben. Andere Quellen z.B. das Taschenbuch der „Hütte“ nehmen für Lokomotivkessel im Mittel 20 v. H. an. Aber selbst, wenn man mit viel kleineren Werten rechnet, ist es doch unmöglich, dass bei der geringen Grösse der Ueberhitzerfläche und ihrer schwachen Wirksamkeit, im Verhältnis zur Heizfläche der Feuerkiste und des benachbarten Teiles der Siederohre, die gesamte Dampfmenge im Ueberhitzer und beim Eintritt in die Zylinder so hohe Temperaturen hat wie die Termometer und Pyrometer auf den Versuchsfahrten anzeigen (s. Zeitschr. d. Ver. deutsch, Ing. 1903, S. 376 und 733).

Wie die folgende Zusammenstellung lehrt, so ist beiLokomotiven die Ueberhitzerfläche ungefähr gleich ¼ der Kesselheizfläche, bei ortsfesten Heissdampfkesseln aber ist das Verhältnis gerade umgekehrt (s. Zeitschr. d. Ver. deutsch, Ing. 1896, S. 1393).

Heizfläche
des Kessels des Ueberhitzers
2/4 gek. Schnellzugslok 109 qm 28 qm
4/4 gek. Güterzugslok 136 „ 31 „
ortsfester Heissdampfkessel 11 „ 50 „

Da in den ortsfesten Schmidtschen Heissdampfkesseln nicht viel höhere Dampftemperaturen erzielt wurden, als in den Lokomotivüberhitzern, nämlich 360° gegenüber 335°, so spricht auch dies für die Ansicht, dass bei Lokomotiven nur ein geringer Teil des Dampfes hoch überhitzt wird und dass dieser dann rasch zugunsten der Dampftrocknung und massigen Ueberhitzung seine Marine wieder verliert. Wenn man aber erkannt hat, dass der Hauptnutzen unserer Heissdampflokomotiven aus der Dampftrocknung und massigen Ueberhitzung entspringt, dann braucht man den Ueberhitzer nicht mehr so hohen Temperaturen auszusetzen, die die Betriebszuverlässigkeit gefährden, sondern kann sich mit einfachen Konstruktionen begnügen, wie sie beispielsweise von Kuhn angegeben sind (s. Glasers Ann. Heft 617, S. 94 und Tafel 2).

Eng verknüpft mit der Ausnutzung der Abgase des Lokomotivkessels ist die Frage der Zwischenüberhitzung, denn durch den Zwischenüberhitzer wird natürlich noch eine viel weitergehende Wärmeentziehung der Heizgase ermöglicht (s. Teuscher, Zeitschr. d. Vereins deutsch, Ing. 1903, S. 132). Der Zwischenüberhitzer hat noch eine weitere sehr wichtige Aufgabe, dieselbe wie die Heizung des Aufnehmers bei ortsfesten Maschinen durch Frischdampf, nämlich die Widerverdampfung des Kondensats vom Hochdruckzylinder. Man findet mitunter einwandfreie Berechnungen, die den Nachweis liefern sollen, dass die Zwischenüberhitzung oder Aufnehmerheizung sehr geringwertig sei oder sogar einen negativen Einfluss hervorrufe, und dass die stets erzielte grosse Kohlenersparnis einen entfernteren Grund und mit dem Zwischenüberhitzer nichts zu tun habe. Dies ist deshalb ein Irrtum, weil die betreffenden Berechnungen die Nachverdampfung im Zwischenüberhitzer unberücksichtigt lassen. Es ist sehr wohl denkbar, dass im Zwischenüberhitzer nicht die geringste Temperaturzunahme wahrzunehmen ist und trotzdem eine grosse Wärmemenge aufgenommen wird, die dann im Niederdruckzylinder als Zuwachs der Maschinenleistung zum Vorschein kommt. Die Berechnungen des Wärmeaufwandes für die Pferdekraftstunde, die auf dem Wasserverbrauch und den Dampftemperaturen beruhen, sind daher stets nur oberflächliche Betrachtungen und lassen die Wärmeausbeute in der Maschine leicht in falschem Licht erscheinen, weil sie den Flüssigkeitsgehalt des Dampfes und bei Maschinen mit Aufnehmerheizung auch noch die Wiederverdampfung ausser Acht lassen. Die so gefundenen Zahlen sind stets zu gross, da in dem mitgerissenen Wasser die Verdampfungswärme nicht enthalten ist, die Rechnungen stützen sich nämlich auf den gemessenen Speisewasserverbrauch und die an Termometern abgelesenen Temperaturen. (Die oben berechneten Werte von An und Ah sind also nur zulässig, weil es sich um den Vergleich zweier Maschinen handelt, deren Kessel Dampf von gleichem Feuchtigkeitsgehalt liefert).

Am Schlusse dieser Betrachtungen über die Zweckmässigkeit, die Abgase des Kessels und die Zwischenüberhitzung für die Heissdampflokomotive zu verwerten, muss noch auf den vom „Verein Deutscher Maschineningenieure“ preisgekrönten Entwurf einer Dampflokomotive für grosse Fahrgeschwindigkeiten von Peglow (s. Glasers Ann. 1994, Heft 643, S. 135 und Tafel 2) hingewiesen |617| werden, wobei auch ein Vor- und ein Zwischenüberhitzer angewandt sind, die nur mit den Abgasen des Kessels arbeiten.

Bei der Beurteilung der Ergebnisse, die bis jetzt mit Heissdampflokomotiven erzielt wurden, muss man sehr vorsichtig sein, denn es ist ausserordentlich schwierig, einen gerechten Vergleich zwischen verschiedenen Lokomotiven aufzustellen; vollkommen gleiche Lokomotiven (abgesehen von kleinen Unterschieden in der Heizfläche und im Gewicht, die durch den Ueberhitzer bedingt werden) sind noch nicht verglichen worden. – In Anbetracht der Volumenvergrösserung, die der Dampf beim Ueberhitzen erfährt, könnte es berechtigt erscheinen, eine Heissdampflokomotive mit grösseren Zylindern in Vergleich zu stellen mit einer Nassdampflokomotive mit kleineren Zylindern; man übersieht aber hierbei, dass die Expansionslinie bei der Heissdampfmaschine rascher fällt, als bei der Nassdampfmaschine, mithin in grossen Zylindern stets eine weitergehende Ausnutzung der unteren Diagrammspitze stattfindet, einerlei, ob der Dampf überhitzt war oder nicht. | Ferner haben Zwillingslokomotiven des häufigeren Anfahrens wegen stets grössere Zylinder, als für die Dauerleistung notwendig ist, es liegt daher kein Grund dazu vor, die Zylinder einer Heissdampflokomotive noch grösser zu machen. – Auch ist es nicht berechtigt, die Betriebskosten für die Beförderung eines und desselben Zuges zu vergleichen, wenn derselbe mit wesentlich verschiedenen Lokomotiven gefahren wurde, denn die eine der Lokomotiven kann gerade in ihrem besten Wirkungsbereich gearbeitet haben, während die andere vielleicht erst bei wesentlich vermehrter Zugkraft oder Geschwindigkeit ihre volle Leistungsfähigkeit hätte entfalten können. – Schliesslichspielt auch noch die Bedienung der zu vergleichenden Lokomotiven eine wichtige Rolle. Lässt man bei Paradefahrten zwei Lokomotiven durch dasselbe Personal bedienen, so wird es wenigstens auf einer der beiden nicht recht zu Hause sein. Vertraut man aber die Wartung der zu vergleichenden Lokomotiven verschiedenen Mannschaften an, so kann die Geschicklichkeit sowohl des Führers wie des Heizers von ausschlaggebender Bedeutung für das zu erzielende Ergebnis werden, denn ersterer kann durch die Regler- und Steuerungsstellung auf den Wassergehalt und den Luftzug in der Feuerung einwirken, während der letztere durch die Verteilung der Kohle auf dem Rost eine mehr oder weniger günstige Verbrennung in der Hand hat; hierauf können die auf der Lokomotive mitfahrenden Versuchsleiter keinen Einfluss ausüben. – Ein klares Bild von den bis zum Ende des Jahres 1902 vorliegenden Ergebnissen und der Entwicklung der Heissdampflokomotive gibt die neueste Auflage der „Eisenbahntechn. d. Gegenw.“, und da seit jener Zeit wesentlich andere Erfahrungen nicht gemacht wurden, so kann man sich dem Schluss des betreffenden Abschnitts anschliessen, nämlich, dass der Heissdampf gegenüber dem Sattdampf so bedeutende Vorteile im Lokomotivbetrieb bietet, dass seine allgemeinere Einführung wünschenswert ist.

Alle technischen Fortschritte müssen natürlich auch einen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringen; dieser besteht bei Heissdampflokomotiven z. Z. in einer massigen Kohlenersparnis; man darf also die einzelnen technischen Vorzüge nicht überschätzen, um nicht durch zu hohe Anlage- und Unterhaltungskosten für den Ueberhitzer die Wirtschaftlichkeit zu untergraben.

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