Der Dampfmantel, seine Wirkungsweise und ökonomischen Vortheile. Mit Abbildungen auf Tafel 28. Der Dampfmantel, seine Wirkungsweise und ökonomischen Vortheile. Der als Dampfmaschinen-Theoretiker bekannte Prof. Dwelshauvers-Dery in Lüttich berichtet im Engineering, 1889 S. 691, über den Dampfmantel das Folgende: Der zweite Band von Hirns Mechanischer Wärmetheorie (Paris 1876) bringt auf den ersten Seiten Mittheilungen über die auf Versuchs-Ergebnisse gestützten Wirkungen des Dampfmantels und zwar werden daselbst die Resultate zweier unter ganz gleichen Verhältnissen durchgeführten Versuche mit geheiztem und ungeheiztem Dampfmantel verglichen. Es ist gewiſs von praktischem Interesse, die Ausführungen und Schlüsse hier in einem kurzen Auszuge wiederzugeben. In der folgenden Tabelle sind zunächst die Resultate von Versuchen in Bruchtheilen der totalen Wärme angegeben, welche durch den Dampf in den Cylinder gelangen. Bruchtheile der totalen Wärme, welcheals Dampf in den Cylinder gelangt ohneDampfmantel mitDampfmantel Wärme, welche durch theilweise Con-    densation während der Admission    an die Wände abgegeben wird, R a 0,459 0,380 Wärme, welche von den Wänden wäh-    rend der Expansion zurückgegeben    wird Rd 0,173 0,317 Wärme, welche während der Ausströ-    mung von den Wänden an den Dampf    abgegeben und in den Condensator    übergeführt wird R e 0,273 0,050 Wärme, welche durch Ausstrahlungnach auſsen verloren geht E 0,013 0,013 Wärme, welche dem Dampf vom    Mantel mitgetheilt wird – 0,022 Wärme, entsprechend der äuſseren,    während der Expansion verrichteten    Arbeit T d 0,088 0,113. Die während der Admission von dem Dampf an die Cylinderwände abgegebene Wärme wird wiedergefunden: 1) als nutzbar gemachte Wärme, welche während der Expansion die äuſsere Arbeit vergröſsert, 2) als Verlust, da während der Ausströmung der Dampf nutzlos erwärmt und das im Cylinder zurückgebliebene Wasser verdampft und in den Condensator überführt wird, 3) als Verlust an die den Cylinder umgebende Atmosphäre, welche erwärmt wird. Man erhält demnach 0,459 = 0,173 + 0,273 + 0,013 0,380 = 0,317 + 0,050 + 0,013 und sieht ferner, daſs durch den Mantel die Anfangscondensation erheblich vermindert wird, welche der von den Cylinderwänden während der Admission aufgenommenen Wärmemenge gleich ist und bei geheiztem Mantel 0,38, bei ungeheiztem dagegen 0,459 der totalen Wärmemenge beträgt; die Mantelheizung vergröſsert die äuſsere Arbeit während der Expansion, deren äquivalente Wärme mit Dampfmantel 0,113, ohne diesen aber nur 0,088 beträgt, und zwar um 28,4 Proc. In Bruchtheilen der ganzen aufgewendeten Wärme ausgedrückt, wird die Arbeitsvergröſserung 0,025 sein. Bisher hat man die Wirkung des Dampfmantels nur als die Ueberführung von 0,022 Wärme an den im Cylinder arbeitenden Dampf angesehen, und selbst diese geringfügige Wärmezufuhr hat ein groſses Resultat gehabt. Der Einfluſs des Dampfmantels geht aber noch weiter: man findet, daſs er thatsächlich die Gewinn- und Verlustverhältnisse der während der Admission im Metall der Wand aufgespeicherten Wärme umkehrt. Um dies nachzuweisen, soll die während der Expansion nutzbar gemachte Wärme und die durch die Ausströmung in den Condensator entführte Wärme mit der durch die Anfangscondensation erzeugten Wärme verglichen werden, die letztere als Einheit betrachtet: \frac{0,173}{0,459}=0,378 \frac{0,317}{0,380}=0,834 \frac{0,273}{0,459}=0,596 \frac{0,050}{0,380}=0,132 ohneDampfmantel mitDampfmantel Nutzbar angewendete Wärme während    der Expansion 0,378 0,834 Durch die Verdampfung während der    Ausströmung verlorene Wärme 0,596 0,132. Ohne Dampfmantel wird also nur 0,378 von jener Wärme, welche während der Admission in den Cylinderwänden aufgespeichert wird, während der Expansion zur Vergröſserung der äuſseren Arbeit nutzbar gemacht; bei der Maschine mit Dampfmantel beträgt dieser Gewinn 0,834. Die in den Condensator übergeführte, während der Ausströmung zugeführte Wärme ist 0,596 der Anfangscondensation, wenn der Mantel nicht geheizt wird; bei geheiztem Mantel ist dieser Verlust auf 0,132 vermindert. Dies sind Thatsachen, welche in einigen Worten näher erläutert werden sollen. Der Dampfmantel hat 0,022 der Wärme durch die Cylinderwand übergeführt und diese Wärmemenge ist während der Expansion vollkommen aufgebraucht und nutzbar gemacht worden. Damit ist die Wirkung indeſs noch nicht vollendet. Die vom Dampfe während der Admission an die Cylinderwand abgegebene Wärmemenge (Anfangscondensation) wurde um 0,459 – 0,380 = 0,079 vermindert, und folglich hat die schädliche Abkühlung der Wände während der Ausströmung um 0,273 – 0,050 = 0,223 abgenommen, während die vortheilhafte Abkühlung der Wände während der Expansion um 0,317 – 0,173 = 0,144 zugenommen hat. Die physikalische Erklärung dieser Erscheinung wird von Hirn gegeben, welcher auch andere Schlüsse daraus ableitet; diese scheinen einer aufmerksamen Beachtung nicht weniger würdig, und es soll versucht werden, sie so klar als möglich zusammenzufassen. Die innere Wand eines Dampfcylinders geht durch verschiedene auf einander folgende Phasen von hoher und niedriger Temperatur, weil sie mit einem Gemenge von Dampf und Wasser von wechselnder Spannung in Berührung steht, deren Temperatur ebenfalls veränderlich ist. Es besteht daher zwischen den Cylinderwänden und dem einströmenden Dampf ein fortwährender Austausch von Wärme, abwechselnd jetzt in der einen, und gleich darauf in der entgegengesetzten Richtung. Das im Cylinder eingeschlossene Gemenge hat nicht überall dasselbe Mischungsverhältniſs; dieses ist in der Cylinderachse ein anderes als am Umfange. Selbstverständlich findet der Austausch der Wärme nur in denjenigen Schichten statt, welche die Wände berühren, denn die Wärme dringt nicht leicht in einen gasförmigen Körper ein. Der Prozeſs der Ueberführung einer Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand, oder der umgekehrte, welcher durch Wärmeaustausch hervorgebracht wird, findet gewiſs nicht statt, weil nicht die ganze Masse Wärme aufgenommen oder verloren hat, sondern nur die mit den Wänden in Berührung stehenden Theilchen. Aendert sich zufällig auch die Temperatur der ganzen Masse, so geschieht dies in Folge einer Druckänderung, hervorgerufen durch theilweise Condensation oder Verdampfung. Kurz ausgedrückt, ist es nicht eine Verbreitung der Wärme von einem Dampftheilchen zum andern durch die ganze Masse des in Rede stehenden Dampfes, sondern ein lokaler Wärmeaustausch in einem begrenzten Theil derselben, verursacht durch direkte Berührung des Dampfes mit den Wänden, welche den gesättigten Dampf condensiren oder das Wasser verdampfen. Der Wärmedurchgang in die ganze Dampfmasse ist immer ein langsamer Vorgang, die letzterwähnten Prozesse verlaufen aber wegen des labilen Gleichgewichtes dieser Körper immer auſserordentlich schnell. Während der Dampfeinströmung gibt der Dampf durch Condensation Wärme an die Wände ab. welche Ra Wärmeeinheiten beträgt. Diese Wärmemenge wird später wieder an den Dampf zurückgegeben, und zwar Rd während der Expansion und Re während der Ausströmung, welcher Antheil dem Condensator zugeführt wird und verloren geht. Wenn der Verlust durch Ausstrahlung vernachlässigt wird, so hat man Ra = Rd + Re. Jede Methode, welche Ra vermindert oder Rd auf Kosten von Re vergröſsert, wird sich als ökonomisch erweisen. Sowohl der Dampfmantel, als die Verwendung überhitzten Dampfes bringt demnach einen Vortheil hervor. Der Mantel hat die Aufgabe, die Cylinderwände auf einer höheren Temperatur zu erhalten und dadurch Ra zu vermindern; er vergröſsert aber auch Rd durch die Verdampfung des gröſseren Theiles des an den Wänden niedergeschlagenen Wassers während der Expansion. Dieses Resultat ist vortheilhaft, weil sich dadurch der Rückstand von Wasser, welcher während der Ausströmung verdampft, verringert. Der Heizdampf ist jedoch nicht entfernt im Stande, die zur Verdampfung erforderliche Wärme zu liefern: er wirkt nur als Aushilfe zu der Wärme, welche bei der Condensation des Admissionsdampfes entsteht. Die während der Ausströmung vom Mantel in den Cylinder übergeführte Wärmemenge hat eigentlich keinen Einfluſs, ausgenommen vielleicht den, die Zeit für die Verdampfung des an den Wänden haftenden Wassers zu vermindern. In diesem Augenblick befindet sich ein gewisses Gewicht Wasser im Cylinder, welches zur Verdampfung eine gewisse Wärmemenge braucht; diese ist unveränderlich, ob ein Mantel vorhanden ist oder nicht. Ist diese Wassermenge einmal verdampft, so findet nur noch eine unbedeutende Wärmezufuhr statt, denn das Eindringen der Wärme in den gasförmigen Körper geht sehr langsam vor sich. Wenn der Mantel den Effect hätte, das ganze während der Admission condensirte Wasser zur Zeit zu verdampfen, wo dies den gröſsten Nutzen hatte, nämlich während der Expansion, so wäre der schädliche Einfluſs der Wände auf das Minimum reducirt, nämlich auf die äuſsere Strahlung. Dieses Resultat würde nur einen sehr kleinen Wärmeaufwand im Mantel verursachen. Bisher wurde nur von Eincylindermaschinen gesprochen. Die Versuche haben nun ferner gezeigt, daſs zwischen den Erscheinungen bei einer ungeheizten Maschine, je nachdem sie einen oder mehrere Cylinder hat, ein bedeutender Unterschied besteht. Bei einer Verbundmaschine ist der expandirte Dampf von dem aus dem Kessel kommenden bei jedem Kolbenhub fast vollständig getrennt; es muſs deshalb auch die Wirkung der Wände eine andere sein. Bei der eincylindrigen ungemantelten Maschine gibt die Metallwand während der Expansion Wärme an den Dampf ab, obgleich die abgegebene Wärmemenge viel geringer ist als bei Mantelheizung, bei der Verbundmaschine dagegen absorbirt die Wand selbst während der Expansion Wärme und gibt sie erst während der Ausströmung wieder ab. Bei der Eincylindermaschine gibt ferner der Mantel nur wenig Wärme ab, wobei der erzielte Nutzen ziemlich bedeutend ist, denn der gröſsere Theil der in der Wand aufgespeicherten Wärme rührt von der Kondensation bei der Admission her und wird während der Expansion nutzbar gemacht: andererseits ist bei der Verbundmaschine der vom Mantel abgegebenen Wärme die Erhöhung der Expansionslinien zuzuschreiben. Hirn sagt: „Nachdem so auffallende Differenzen durch anscheinend so unbedeutende Constructionsdetails hervorgerufen werden, sind wir geneigt, zu glauben, daſs eine gegebene Maschinengröſse mit einem Zylinder und ohne Mantel, bei geringen Unterschieden in ihrem Bau, jedenfalls die während der Admission an die Wände abgegebene Wärme besser auszunutzen im Stande ist, als eine andere Maschine, und es ist sehr wahrscheinlich, daſs beispielsweise das Verhältniſs zwischen der Expansionsarbeit und der Abkühlung während der Ausströmung theils von den Abmessungen, dem Cylinderdurchmesser und dem Hub oder von dem Verhältniſs zwischen dem Totalinhalt des Cylinders und dem Admissionsvolumen abhängt. Schlieſslich sei noch mit einigen Worten der Ueberhitzung des Dampfes Erwähnung gethan, welche bekanntlich von Hirn u.a. an einer Versuchsmaschine in Logelbach mit bedeutendem ökonomischem Erfolg seit ungefähr 35 Jahren angewendet wird. Die Ueberhitzung ist vielleicht das wirksamste Mittel gegen die Einflüsse der kühlen Wände auf den heiſseren Dampf; sie gibt auf einfachste Weise ein Mittel an die Hand, die Expansionsarbeit zu vergröſsern, sowie die Abkühlung während der Admission und Ausströmung zu vermindern, da der Dampf selbst die für diese Vorgänge nöthige Wärme enthält. Selbstverständlich kann weder der Vortheil bei der Anwendung überhitzten Dampfes, noch derjenige bei der Mantelheizung durch genaue Ziffern numerisch festgestellt werden. Wer die vorstehenden Ausführungen aufmerksam verfolgt hat, wird wissen, daſs diese Ziffern von den Bedingungen abhängen, unter denen die Maschine früher mit gesättigtem Dampf gearbeitet hat. Die Maschine ist nach dem Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1890 S. 255, aus einer ursprünglich mit zwei Cylindern arbeitenden Woolf'schen Maschine von 70 nomineller Leistung entstanden. Hirn baute die Maschine um, ordnete an Stelle der zwei Cylinder einen einzigen, ohne Dampfmantel und mit überhitztem Dampf arbeitenden doppeltwirkenden Cylinder an, der, mit einem einfachen Mantel bekleidet, nun 118 entwickelte, und durch vier Schieber gesteuert wurde, welche ihre Bewegungen durch so eigenartige Verbindungen erhielten, daſs es seitens der an massive Formen gewöhnten Dampfmaschinen-Constructeure der damaligen Zeit an kritischen Bemerkungen nicht fehlte. Es wurden von der alten Maschine nur das Schwungrad, der Condensator, sowie die Kaltwasser- und Kesselspeisepumpe beibehalten, und auch der Balancier durch einen aus zwei parallelen schmiedeeisernen, mit Querverbindungen versehenen Wangen bestehenden Balancier ersetzt. Die Verhältnisse der Maschine sind die folgenden: Cylinderdurchmesser 600mm, Kolbenhub 1710mm, Hub der Einströmschieber 48mm, Voreilen 4mm,    „     „   Ausströmschieber 100mm,       „ 25mm. In Fig. 1 und 2 Taf. 28 bezeichnet A das Dampfeinströmrohr, B das den Abdampf in den Condensator C führende Rohr; letzterer liegt in dem Kasten H, welchem durch die Pumpe K kaltes Wasser im Rohre J zugeführt wird. L ist die Kesselspeisepumpe, M ein Ausguſsrohr für Condensationswasser, aa zur Dampfvertheilung dienende gleiche conische Räder, bb ebenfalls gleiche conische, zur Fortpflanzung der erhaltenen Bewegung in schiefer Richtung nach Steuerungsdaumen dienende Räder, c conische, zum Betreiben der senkrechten Daumenwelle erforderliche Räder mit 64 bezieh. 32 Zähnen, so daſs die letztere Welle die doppelte Geschwindigkeit der Maschine annimmt, demnach 2 × 32,5 = 65 Umdrehungen ausführt. In Fig. 3 und 4 ist A eine mit zwei Zapfen dd versehene drehbare Büchse, BCCE sind gleiche conische Räder mit je 48 Zähnen und zwar ist das Rad B fest auf einer senkrechten Welle aufgekeilt und greift in die auf den Zapfen dd beweglichen Räder CC, während das ebenfalls auf der senkrechten Welle frei bewegliche Rad E mit einem unteren, dem sogen. Schluſsdaumen, zusammengegossen ist; ein anderer Daumen, im Gegensatz zu dem vorigen Oeffnungsdaumen i genannt, ist auf der senkrechten Welle befestigt. Es bethätigt demnach das Rad B unter Vermittelung der Räder CC den Schluſsdaumen. Die Achse der Zapfen ist verlängert und geht leicht in einer Büchse e, welche mit einer anderen Büchse f unter einem rechten Winkel verbunden ist; in der letzteren führt sich leicht ein cylindrischer Ansatz der auf einer mit Gewinde versehenen Welle sitzenden Mutter g und auf derselben Welle ist noch ein mit Rinne versehenes Rad befestigt, welches durch eine Hanfschnur mit dem Regulator in Verbindung steht. Die in den Lagern m (Fig. 4) geführten Stangen k sind durch Traversen n zu einem starren Rahmen verbunden, und in der Mitte derselben sind zwei aus gehärtetem Stahl gefertigte Stücke O1O2 befestigt, von denen das eine mit dem Schluſsdaumen, das andere mit dem Oeffnungsdaumen in Verbindung steht. Die Stange p trägt an ihrem gabelförmigen Ende einen Zapfen, welcher sich abwechselnd in Einschnitte der beiden Winkelhebel ss legt, und wird von dem dreieckigen Excenter F unter Zwischenschaltung von Stangen t auf und nieder bewegt, so daſs der Zapfen zwei Bewegungen, eine wagerechte durch die Daumen und eine andere durch das Excenter F erhält. Es folgt daraus, daſs bei einer Umdrehung des Schwungrades die Daumen nach einander die zwei oberen und unteren Schieber öffnen und schlieſsen. Wir haben gesehen, daſs der Regulator die Mutter g bethätigt und damit die Achse der Räder CC nach rechts oder links bringt; der durch die beiden Daumen gebildete Winkel ändert sich demnach und in demselben Maſse auch die Dauer der Dampfeinströmung. Die Ausströmschieber werden durch das Excenter G mitgenommen, dessen Umriſs dem gleichseitigen dreieckigen Excenter mit krummlinigen Seiten entspricht. Der Rotationsmittelpunkt liegt hier, anstatt durch eine der Spitzen des Dreiecks zu gehen, im Inneren der Figur und fällt mit der Achse der Excenterwelle zusammen. Diese Abänderung verursacht nur Differenzen in den verschiedenen Abschnitten der Umlaufzeit, während Hin- und Rückgang symmetrisch bleiben. Ein wesentlicher Vorzug der Maschine ist der geringe Verbrauch an Brennmaterial. Bei den im J. 1864 angestellten Versuchen ergab sich nach Hirn ein so geringer Dampfverbrauch für die Stunde und Pferdekraft, daſs gegenüber den zur damaligen Zeit üblichen Maschinen bei einer, angenommen nur 7fachen Verdampfung bei der Maschine von Hirn die erzielte Ersparnis bereits 26 Proc. betrug. Ueber die Construction des zu den Versuchen dienenden Dampferzeugungsapparates, aus Dampfkessel, Ueberhitzer und Vorwärmer bestehend, ist bereits 1867 186 338 ausführlich berichtet worden. Fr.