LXXI. Hochdruck-Dampfmaschine von sechzehn Pferdekräften, mit einer mit dem Regulator in Verbindung stehenden Expansionssteuerung. Construirt auf der Hütte zu Seraing in Belgien, nach den Angaben des Directors Pastor , von dem Ingenieur Brialmont. Aus Armengaud's Génie industriel, März 1853, S. 137. Mit Abbildungen auf Tab. VI. Brialmont's Hochdruck-Dampfmaschine. Obgleich die senkrechten Dampfmaschinen bei einer guten Bauart ein hübsches Ansehen haben, wenig Platz einnehmen und bei gehöriger Wartung eine bedeutende Leistung geben, so hat man bis jetzt solche doch nur für kleine Kräfte angewendet. Die Hauptursache, weßhalb man dieses System nicht für große Triebkräfte anwenden konnte, war die bedeutende Höhe, in welcher man die Triebwelle und deren Zapfenlager anbringen muß. Die Maschinenbauer haben diesen Nachtheil dadurch zu vermeiden gesucht, daß sie die Triebcylinder versenkten, wodurch 1/5 und selbst 1/4 der Höhe gewonnen wird, je nachdem die Versenkung theilweise oder gänzlich stattfindet. Diese Maschine, welche sich auf der Londoner Industrie-Aufstellung befand, besteht, wie die Ansicht von vorn, Fig. 1, der senkrechte Durchschnitt durch die Achse des Dampfcylinders, Fig. 2, und einzelne Theile, Fig. 3 und 4, zeigen: Aus einem Gebälk A, welches auf zwei Säulen B ruht und an den beiden Seiten in Mauern eingelassen ist, so daß alle erschütternden Bewegungen vermieden werden. Die Säulen stehen auf der Sohlplatte P, welche auch den Dampfcylinder C aufnimmt. Die Grundplatte selbst ist auf ein Fundament von Quadersteinen D mittelst langer Schraubenbolzen befestigt. Die Kolbenstange wird mittelst der Leitungen G und des Schlittens F, welcher mit der Kolbenstange verbunden ist, gerade geführt; die Leitungen G stehen unten auf dem Cylinderrande und sind oben mittelst eines Gesimses mit den Säulen der Maschine verbunden. Die Expansion wird mittelst eines schneckenförmigen Daumens I bewirkt. Die Regulatorspindel H, welche den Daumen trägt, ist hohl und nimmt eine schwächere Welle K auf, die eine hin- und hergehende Bewegung zur Bewegung der Hebel L erhält, welche das Admissionsventil M öffnen und verschließen. Ein Gegengewicht N unterstützt die Centrifugalkraft, durch welche die Kugeln von einander entfernt werden. Die Regulatorspindel lauft oben in dem gußeisernen Support O, welcher an dem Gebälk der Maschine befestigt ist. Die rotirende Bewegung der Schwungradwelle wird der Regulatorspindel durch zwei Winkelräder von gleichem Durchmesser mitgetheilt, so daß die Drehungsgeschwindigkeit des Regulators stets derjenigen der Maschine gleich ist. Die Kurbelstange besteht aus Schmiedeisen, hat zwei Kappen und in der Mitte eine Verstärkung. Die Schwungradwelle besteht aus Gußeisen und ist mit der Kurbel aus einem Stück gegossen; ihr eines Zapfenlager ist auf dem Gebälk, das andere in der Mauer des Maschinenhauses befestigt. Die Vertheilung des Dampfes wird mittelst eines einzigen gußeisernen Schiebers bewirkt, welcher durch die Excentricscheibe P und die Stange Q bewegt wird. Der Speiseapparat verdient eine besondere Erwähnung; er besteht aus einem gußeisernen Reservoir S, in welches kaltes Wasser gelangt, aus dem die Speisepumpe R saugt. Im Innern dieses Reservoirs befindet sich ein zweiter Behälter von Eisenblech U, durch den eine Anzahl kupferner Röhren geht, um welche der aus dem Cylinder entweichende Dampf circulirt, ehe er durch die Röhre V in die freie Luft ausströmt. Das mit den Röhren und mit den Wänden des inneren Behälters in Berührung stehende Wasser wird daher vorgewärmt, ehe es in den Kessel gelangt. Es ist zu bemerken, daß die Speisepumpe das Wasser aus dem obern Theile des Behälters wegnimmt, wo das Wasser natürlich am wärmsten ist, während das kalte Speisewasser unten einströmt. Der gußeiserne Behälter S nimmt beide Pumpen zusammen auf. Wir lassen nun Bemerkungen über die Abnutzung der Dampfmaschinen folgen; da diese Frage schon bedeutende Discussionen zwischen den Fabrikanten und den Maschinenbauern veranlaßte, so hat der Gegenstand eine um so größere Wichtigkeit. Ueber die Abnutzung der Dampfmaschinen. Die Zunahme der Abnutzung oder der Deterioration einer Dampfmaschine kann dreierlei Ursachen haben, nämlich: 1) Zu große Geschwindigkeit über die normale, d.h. über diejenige hinaus, für welche die Maschine bestimmt oder geliefert worden ist. 2) Die Erhöhung des Drucks über denjenigen, welcher der Normalleistung entspricht. 3) Einen außerordentlichen Betrieb über den vorschriftsmäßigen täglichen. Wir besitzen gar keine Elemente zur Bestimmung der größern Abnutzung, welche eine Maschine in Folge einer Zunahme der Geschwindigkeit und des Drucks erleiden kann; diese beiden Punkte hätten nur in der Fabrik selbst festgestellt werden können. Jedoch müssen wir bemerken, daß das eine oder das andere dieser beiden Elemente, oder beide zusammen, deren Daseyn oft die unvermeidliche Folge eines nothwendig gewordenen stärkeren Betriebes ist, einen bedeutenden Einfluß auf die Abnutzung der ganzen Maschine haben. Nehmen wir z.B. an, daß die Normalgeschwindigkeit der Maschine 28 Umgänge in der Minute betrage; macht sie nun ununterbrochen 29 Umgänge, so wird sie in derselben gegebenen Zeit 1/28 Kraft mehr entwickeln. Eben so wird man bei einer Geschwindigkeitsvermehrung von 2 Umgängen in der Minute 1/14 Kraftzunahme haben; bei 3 Umgängen mehr, 3/28, bei 4 Umgängen 1/7. Nun hat aber eine Steigerung der Geschwindigkeit oder eine Vermehrung der Umgänge der Triebwelle einer Maschine, stets eine verhältnißmäßige Zunahme der Reibung und Abnutzung nothwendig im Gefolge. Es steht bekanntlich die Reibung von sich bewegenden und auf einander gleitenden Maschinentheilen im Verhältniß mit dem Gange oder dem durchlaufenen Raum. So veranlassen die sich in ihren Lagern drehenden Zapfen Reibungen, welche nach der bekannten praktischen Formel: 6,28 r × n × f × N berechnet werden. In derselben bezeichnet N den Druck in Kilogrammen der Belastung der Zapfenlager; 6,28 r die äußere Peripherie der Zapfen; f das Verhältniß der Reibung zum Druck; n die Anzahl der Umgänge der Welle in der Secunde. Dieß geht auf die folgende Regel hinaus: Um die Arbeitsgröße zu berechnen, welche durch die Reibung der Zapfen einer liegenden Welle verloren geht, muß man: Den Druck N bestimmen, der auf die Zapfen wirkt, indem man das Gewicht der Welle mit den darauf sitzenden Maschinentheilen, die Kraft und den Widerstand berücksichtigt. Man muß alsdann diesen Druck N mit dem Verhältniß f der Reibung zum Druck, welches der Beschaffenheit der sich berührenden Körper entspricht, multipliciren, und man wird alsdann die Reibung fN haben. Endlich muß diese Reibung mit dem Weg multiplicirt werden, welchen die in Berührung stehenden Punkte bei einer Umdrehung durchlaufen, oder mit der Peripherie 2 π r = 6,28 r. Das Product 6,28 × r × N × f wird der bei jeder Umdrehung durch die Reibung verbrauchte Nutzeffect seyn. Um diesen Nutzeffect in der Secunde zu erhalten, multiplicirt man dieses Product mit der Anzahl der in der Secunde gemachten Umgänge, d.h. 6,28 × r × N × f × n. Das Verhältniß f der Reibung zu dem Druck schmied- oder gußeiserner Zapfen in Zapfenlagern mit bronzenem Futter ist: 0,07 bis 0,08, wenn das Schmieren mit Baumöl, Schmalz oder Talg hinlänglich oft erneuert wird, so daß keine Erhitzung der Zapfen entsteht. Bei einer Belastung von 1000 Kilogr. ist daher das Verhältniß der Reibung zum Druck 70 bis 80 Kilogr. Beispiel. – Man habe eine liegende Welle von Gußeisen mit einem darauf sitzenden Schwungrade und das Ganze habe ein Gewicht von 3000 Kilogr.; es mache diese Welle 28 Umgänge in der Minute und es sey der Durchmesser ihrer Zapfen 0,20 Meter. Man hat 6,28 × 0,10 Meter = 0,628 Meter N = 3000 Kilogr. n = 28/60 = 0,467 in der Secunde; es sey f = 0,075. Man findet alsdann: 0,628 Meter × 3000 Kilogrammetern × 0,075 × 0,467 = 66,387, d.h. mehr als 66 Kilogrammeter. Nun wird aber die Kraft eines Dampfpferdes durch 75 Kilogr. 1 Meter hoch gehoben, oder durch 75 Kilogrammeter ausgedrückt. Es wird daher die Kraft von 66/75 oder nahezu 88/100 oder von fast 9/10 Dampfpferde von der Triebwelle allein schon auf eine constante Weise absorbirt, während die Drehungsgeschwindigkeit selbst constant bleibt. Wenn aber die Geschwindigkeit zunimmt und die Welle 30mal in der Minute statt 28mal umläuft, so wird der durch die Reibung absorbirte Nutzeffect, bei übrigens gleichen Umständen, d.h. wenn die Zapfendurchmesser und die Belastung der Welle dieselben bleiben, um 1/14 höher seyn. Er wird daher 0,943 Pferdekraft in der Secunde, statt 0,88 betragen. – Die Abnutzung wird in demselben Verhältniß zunehmen. Nun kann man offenbar auf dieselbe Weise und proportional den Kraftverlust berechnen, welcher durch die Reibung aller andern Achsen oder Zapfen der Maschine verursacht wird, z.B. die Kurbelwarze, die Balancierzapfen, die Zapfen des Kurbelstangenkopfes, des Parallelogramms und anderer beweglichen Theile. Es ergibt sich für jeden dieser Zapfen, daß die Reibung und folglich auch die Abnutzung im directen Verhältniß zu der Geschwindigkeit oder zu der Anzahl der Umdrehungen steht. Auch könnte man nachweisen, daß dasselbe für die Maschinentheile gilt, welche eine geradlinige Bewegung haben, wie die Kolben in ihren Cylindern, die Schieberventile auf ihren Sitzen u.s.w., kurz für alle beweglichen Theile.Um sich einen Begriff von der Kraft zu machen, welche durch die Reibung eines Vertheilungsschiebers auf seinem Sitz verbraucht wird, wollen wir annehmen, daß ein solcher Schieber 0,25 Met. breit und 0,30 Met. hoch, und daß der Dampfdruck gleich 4 Atmosphären oder 4,132 Kilogr. per Quadratcentimeter und der durchlaufene Raum 0,12 Meter sey.Die ganze Oberfläche ist alsdann0,25 × 0,30 = 0,075 Quadratmeter oder 750 Quadratcentimeter,die Belastung aber750 × 4,132 = 3099 Kilogr.Zieht man ungefähr ein Viertel für den Druck in entgegengesetzter Richtung ab, so bleiben für den wirklichen Druck 2324 Kilogr.Es gibt dieß für den Reibungswiderstand2324 × 0,075 = 174 Kilogr. Wenn man also, wie bemerkt, den Gang oder die Geschwindigkeit einer Maschine beschleunigt, so nimmt nothwendig die Reibung und folglich auch die Abnutzung aller beweglichen Maschinentheile zu. Da dieß nun für alle Maschinen gilt, so hat man als Fundamental-Grundsatz: „Die Abnutzung der beweglichen Maschinentheile steht im Verhältniß des Betriebes, der Geschwindigkeit oder des von jedem der wirkenden Theile durchlaufenen Räume.“ Es muß daher eine Dampfmaschine, wie die uns beschäftigende Maschine von 20 Pferdekräften, welche z.B. für einen Dampfdruck von 4 Atmosphären und für eine Normalgeschwindigkeit von 28 Umdrehungen in der Minute berechnet und regulirt ist, in diesen Umständen verbleiben, wenn sie gemiethet worden ist, und dabei von dem Miether stets gut geschmiert und in allen ihren Theilen gehörig unterhalten werden. Es darf ferner diese Maschine täglich nicht mehr als 12 Stunden im Betriebe seyn, denn nach den gesetzlichen Vorschriften (in Frankreich) beträgt die Arbeitszeit in den Fabriken, nach Abzug der Ruhestunden, 12 Stunden. Nun ist es klar, daß wenn die Maschine täglich 13, statt 12 Stunden betrieben wird, sie am Ende der Tagesschicht 1680 Umgänge mehr gemacht haben wird, als sie machen soll, weil 28 × 60 = 1680. Da nun die Leistung genau um 1/12 mehr ist, so wird die Reibung ebenfalls um 1/12 höher und folglich auch die Abnutzung um so viel größer seyn, d.h. es wird eine Maschine, welche täglich 13 Stunden in Betrieb ist, bei übrigens gleichen Umständen, eine um 1/12 kürzere Dauer haben, als wenn sie nur 12 Stunden unter denselben Bedingungen im Gange ist. Die Richtigkeit dieser Sätze läßt sich nicht bestreiten, und muß Jedermann einleuchten. Uebrigens ist diese Wahrheit in der Praxis so anerkannt, daß man unter sehr vielen Umständen für die Dauer einer Maschine, wenn es sonst thunlich ist, die Umläufe bestimmt, die sie innerhalb einer gewissen Zeit machen kann. So bestimmt man bei dem Eisenbahnbetrieb die Dauer einer Achse, eines Radreifs oder Spurkranzes, nach der Anzahl der durchlaufenen Kilometer, weil man die Anzahl der Umgänge für diesen Weg kennt. So sagt man z.B., daß ein Waggon-Spurkranz 80,000 Kilometer (11,430 pr. Meilen) durchlaufen kann, ehe er unbrauchbar wird; das will sagen, daß wenn sein Durchmesser 1 Meter beträgt und seine Peripherie folglich 3,14 Meter, die Anzahl der Umgänge welche er macht, gleich seyn muß: 80,000,000/3,14 = 254,770. Ganz dasselbe findet bei den Achsen und bei den übrigen Maschinentheilen statt. Eine Locomotive ist um so besser, je größere Räume sie, ohne untauglich zu werden, durchlaufen hat. Für die Achsen der gewöhnlichen und der Postkutschen, die Achsbüchsen, ferner die Futter der Zapfenlager, gilt dasselbe; ihre Dauer verhält sich, bei übrigens gleichen Umständen, wie die Räume, welche die Wagen oder die Wellzapfen durchlaufen haben. Und sind diese Verhältnisse nicht ganz natürlich? Wenn eine Maschine längere Zeit im Betriebe war, so waren ihre Leistungen auch bedeutender, und sie hat demjenigen, der sie anwendete, einen größern Nutzen gebracht. Ein Fabrikant, der eine Dampfmaschine von 20 Pferdekräften Tag und Nacht gebraucht, erhält von ihr denselben Nutzeffect, wie von zwei Maschinen gleicher Kraft, welche nur die Hälfte von 24 Stunden im Gange gewesen sind, und zur Bedienung oder Wartung dieser letztern braucht er das doppelte Personal. Viele Maschinen, z.B. die Förderungs- und Wasserhaltungsmaschinen bei Bergwerken, die Gebläsemaschinen bei Hohöfen und auch manche Triebmaschinen in Fabriken, müssen Tag und Nacht in ununterbrochenem Betriebe seyn. Dann ist es natürlich vortheilhafter Eine Maschine kürzere Zeit, als zwei abwechselnd zu benutzen, welche freilich länger dauern, aber auch ein weit größeres Capital beanspruchen. In der folgenden Tabelle ist der Grad der größern Abnutzung zusammengestellt, der von der Leistung einer Dampfmaschine herrührt, welche statt 12 Stunden täglich, 1, 2, 3 Stunden u.s.w. länger im Betriebe ist. Die Umlaufgeschwindigkeit der Triebwelle ist constant zu 28 Umläufen in der Minute angenommen. Tabelle über die Zunahme der Abnutzung der Maschine, im Verhältniß zu der Anzahl der Stunden welche dieselbe länger als 12 im Betriebe war. Leistung   vonStunden.     Anzahl       derWellumläufe. Arbeitsstunden    über 12.        Anzahlder Umläufe über    die vorige Zahl.      Zunahmeder Reibung und    Abnutzung.    12     20160        –           –         –    13     21840        1         1680         1/12    14     23520        2         3360         1/6    15     25200        3         5040         1/4    16     26880        4         6720         1/3    17     28560        5         8400         5/12    18     30240        6       10080         1/2    19     31920        7       11760         7/12    20     33600        8       13440         2/3    21     35280        9       15120         3/4    22     36960      10       16800         5/6 Nimmt man daher an, daß die Normalgeschwindigkeit von 28 Umläufen in der Minute nicht gesteigert werde, so sieht man, daß bei einem Betriebe von 14 Stunden täglich, d.h. 2 Stunden über den gewöhnlichen, die Abnutzung der Maschine 1/6 mehr beträgt, und daß sie sich auf 5/6 steigern kann, wenn die Maschine 10 Stunden über ihre gewöhnliche Leistung im Gange ist. Bei dieser Berechnung ist jedoch vorausgesetzt, daß die Maschine sich stets in einem gut unterhaltenen Zustande befindet und alle ihre Theile zu einer Zeit eben so gut geschmiert sind als zu einer andern, sowie daß die Wartung in der Nachtschicht eben so sorgfältig als in der Tagschicht geschieht. Würden diese Bedingungen nicht erfüllt, so müßte die Abnutzung noch weit bedeutender seyn. Es ist eine bekannte Sache, daß wenn ein Wellzapfen nur einige Stunden lang ungeschmiert bleibt, er sich erhitzt und so rasch abnutzt, daß er bald ganz untauglich wird, und eben so die Pfannen oder Futter in denen er läuft. Leider ist es wahr, daß die Maschinenwartung in der Nacht nie so sorgfältig als die am Tage ist, woraus nothwendig folgt, daß eine sich immerwährend im Betriebe befindliche Maschine mehr abgenutzt wird, und ganz besonders in den Nachtschichten. Sehr tüchtige Ingenieure, wie Saladin in Mülhausen (Elsaß), Evrard in St. Etienne, Schaeffer in Magdeburg, haben Zähler vorgeschlagen, welche die Rotationsgeschwindigkeit messen und die Anzahl der Umläufe der Triebwelle während einer gegebenen Zeit angeben; diese Herren haben also die ganze Wichtigkeit einer genauen Kenntniß des Dienstes einer Maschine erkannt.