Ueber die Auspuffwärme; von Gustav Schmidt. (Schluſs des Berichtes S. 267 dieses Bandes.) G. Schmidt, über die Auspuffwärme. Hallauer beginnt mit dem in der That höchst überraschenden Vergleich der Woolfschen Balanciermaschine II mit der Woolf'schen Schiffsmaschine Duquesne, erstere ohne, letztere mit Receiver. Diese beiden Maschinen haben höchst verschiedene Volumenverhältnisse, die Landmaschine II nämlich 0,182 oder 1 : 5,5, die Schiffsmaschine Duquesne 0,519 = 1 : 1,93. Das letztere Verhältniſs rechtfertigt Hailauer damit, daſs die Leistung der Maschine zwischen den sehr weiten Grenzen von 8500e ind. im Maximum bis 2000e im Minimum veränderlich sein muſs. Im vorliegenden Falle entsprechen hierfür die Füllungen von 0,75 bis 0,1. Die normale Füllung = 0,25 oder 8 fache Expansion gibt 4000e. Wäre bei unverändertem kleinem Cylinder der Niederdruckcylinder gröſser, so erhielte man bei schwachem Betriebe ganz unnöthig starke Expansion und der groſse Cylinder würde dabei sehr wenig leisten, wie bei den alten Woolfschen Maschinen, deren Niederdruckcylinder durchaus zu groſs ist. Bei dem gewählten Verhältniſs leistet im normalen Gange der groſse Cylinder mehr als der kleine, dagegen bei 0,1 Füllung im Hochdruckcylinder dieser mehr als der groſse. Die beiden verglichenen Maschinen sind auch bezüglich ihrer Leistung sehr verschieden. Die Landmaschine II gibt bei der totalen Füllung 0,0778 und 25,5 Umdrehungen 220e ind. und die Schiffsmaschine Duquesne bei der Füllung 0,126 und 62,5 Umdrehungen in jedem der drei Cylinderpaare 1300e ind. Auf gleiche Tourenzahl 25 reducirt unter Annahme unveränderter Diagramme (was in Wirklichkeit freilich nicht möglich ist und von Hallauer nur wegen des Vergleiches geschieht), wäre die Leistung 216e bezieh. 522e. Trotzdem zeigen diese beiden Maschinen bei den angegebenen formalen Gangarten beinahe durchaus die gleichen Verhältnisse, nämlich: Wassermenge am Ende der Admission in Procent   des Gemenges II Duquesne 23,2 24   % Wassermenge am Ende der totalen Expansion 17,8 18,6 % Energieabnahme   0,7    0,6 % Auspuffwärme in Procent der totalen Wärme Q 10,1 11,2 % Verhältniſs ε : a 373 367 Verbrauch an gesättigtem trockenem Dampf für 1e II Duquesne    absolut und Stunde 6,883 6k,861 Verbrauch für 1e indicirt 8,069 8k,335. Nur die letzteren beiden Werthe unterscheiden sieh erheblich und dies nur allein deshalb, weil der Oberflächencondensator kein eben so gutes Vacuum bewirken kann wie der Einspritzcondensator. Könnte die Receiver-Maschine einen Einspritzcondensator haben, so wäre sie in Bezug auf das Verbrauchsverhältniſs Ci der Landmaschine ohne Receiver noch überlegen. Beide Maschinen zeigen bei der gewählten Gangart das Minimum von Ci. Hallauer gelangt hierdurch zu der Ansicht, daſs alle Maschinensysteme bei der günstigsten Gangart nahezu gleich ökonomisch sind, und drückt dies (Bulletin S. 261) durch die folgende Tabelle aus, in welcher bedeuten: A eine Corliſsmaschine, B eine Woolfsche Schiffsmaschine mit Zwischenkammer (Duquesne) C eine horizontale Compoundmaschine (Kurbelstellung 90°) D eine Woolf'sche Balanciermaschine älterer Construction ohne Zwischenkammer und ohne Absperrung im groſsen Cylinder, welche überdies zu enge Dampfwege und zu geringe Vorausströmung besitzt: System Volumen-verhältnis Anfangs-spannung Füllungs-grad Verbrauchs-verhältniſs Cu Ci A – 5k ⅛ 7,2k 7,89k B ½ 3,4 ⅛ 6,86 8,33 C ⅓ 7 1/10 6,60 7,37 D ⅙ 6 1/15 6,85 8,07 Es gebührt Hallauer das Verdienst, wohl zum ersten Mal gegen das Vorurtheil aufgetreten zu sein, daſs groſse Maschinen ökonomischer arbeiten als kleine, indem er (Bulletin S. 250) sagt: „Eine sehr allgemein verbreitete Meinung legt den groſsen Maschinen ein günstigeres Verbrauchsverhältniſs bei als den kleinen... Wenn ein gegebenes System in richtigen Verhältnissen construirt ist, um 50, 500 oder 5000e zu indiciren mit derselben Anfangsspannung, demselben Füllungsgrad und demselben Vacuum, so werden diese drei Maschinen sehr nahe die gleichen thermischen Veränderungen und die gleichen Verbrauchverhältnisse ergeben.“ Damit wird der Umstand nicht berührt, daſs bei gut construirten Maschinen die Reibungsverluste relativ geringer sind bei groſsen Maschinen wie bei kleinen, daſs also erstere einen höheren Wirkungsgrad η = Nn : Ni besitzen, in Folge dessen auch bei gleichem Werthe von d das eigentlich praktisch maſsgebende Verbrauchsverhältniſs Cn für eine Nutzpferdestärke bei groſsen Maschinen kleiner ausfällt als bei kleinen. Daſs aber Hallauer in Bezug auf Ci die Wahrheit ausgesprochen hat, ergibt sich auch hieraus, daſs Woolfsche oder Compound-Maschinen mit Receiver und Anfangsspannung von 5k/qc erfahrungsgemäſs mit 7k,5 gesättigtem Dampf für 1e ind. und Stunde ausreichen, wenn sie in jeder Hinsicht tadellos sind, gleichgültig ob sie auf 15 oder auf 120e normale Leistung construirt sind. Hallauer hebt (Bulletin S. 205) noch hervor, daſs sich sein Princip, nach welchem alle 4 Systeme A bis D bei günstigstem Gange nahe gleichen Werth d ergeben, sich nicht nur bei den Cylinderverhältnissen ½ bis ⅙, sondern auch bei Verhältnissen des Kolbenschubes zum Durchmesser = ½ bis 2 bestätigt habe. Ferner weist Hallauer (a. a. O. S. 209) nach, daſs die dreicylindrige Compoundmaschine der zweicylindrigen in der Hinsicht nachsteht, daſs die Oberfläche der zwei groſsen Cylinder der ersteren, bei gleichem Rauminhalt mit dem groſsen Cylinder der letzteren, gröſser ist, wie auch ohne Rechnung begreiflich ist, und daſs daher die Wassermengen in den groſsen Cylindern der Dreicylindermaschine ungebührlich groſs werden, weshalb auch die Auspuffwärme bei Dreicylindermaschinen einen hohen Werth, bis 27 Procent von Q erreicht. Deshalb ist der kleinste Werth des generellen Consumverhältnisses bei Mytho auch Ca = 7,343 gegen Ca = 6,861 bei Duquesne. Durch das bessere Vacuum überholt aber Mytho die Maschine Duquesne in dem Werthe von Ci. Endlich macht Hallauer (a. a. O. S. 256) aufmerksam, daſs bei der Woolfschen Balanciermaschine II das generelle Consumverhältniſs Ca noch abnimmt, selbst wenn man von 0,08 auf 0,04 oder 1/25 Totalfüllung herabgeht. Er folgert hieraus (Bulletin S. 193), daſs bei dem Maschinensystem D die Herabsetzung der Leistung, ausgehend von ⅛ totalem Füllungsgrad, immer vortheilhafter durch verminderte Füllung als durch verstärkte Drosselung erfolgt, wenn man nicht weiter herab zu gehen hat, als bis auf die Hälfte der Leistung bei ⅛ Füllung, und es fällt uns nicht ein, hingegen eine andere Einwendung zu machen, als daſs der Unterschied in dem Werthe von Cn unbedeutend ist. Dagegen findet bei Duquesne das Minimum von Ca schon bei ⅛ Füllung und bei Mytho gar schon bei ⅙ Füllung statt. Natürlich liegt dann das Minimum von Cn, um das es sich eigentlich, wie Hallauer (a. a. O. S. 257) richtig bemerkt, in der Praxis handelt, bei höheren Füllungen und das Minimum der Gesammtkosten für eine effective Pferdestärke und Stunde mit Rücksicht auf den Kostenpunkt der Maschine bei noch höheren Füllungen, worauf Hallauer jedoch nicht eingeht. Der Unterschied zwischen der veränderlichen Füllung und der Drosselung drückt sich zum Nachtheil der letzteren dadurch aus, daſs im Allgemeinen das generelle Verbrauchsverhältniſs Ca sinkt, wenn kleinere Füllung gegeben wird, dagegen steigt, wenn stärker gedrosselt wird; jedoch ist charakteristisch, daſs bei Duquesne die Herabsetzung der Füllung von 0,126 auf 0,052 oder der Pferdestärke von 3900 auf 1665 das Verbrauchsverhältniſs Ci von 8,335 auf 10,448, also um 25 Proc. gesteigert hat, weil der günstigste Füllungsgrad schon weit überschritten war, während bei Mytho die Herabsetzung der Pferdestärke von 1350 auf 590 nur allein durch Drosselung das Verbrauchsverhältniſs Ci blos von 8,263 auf 9,504, d. i. um 15 Proc. erhöht hat, weshalb die Herabsetzung der Leistung unter den ökonomisch günstigsten Gang nie allein durch Verminderung der Füllung, sondern mehr noch durch gleichzeitige Drosselung geschehen soll. Dies ist es, was wir aus der Zusammenstellung folgern, übereinstimmend mit der von uns jederzeit in Schutz genommenen Drosselung, welche sich bei gut entwässertem Dampfmantel nur wenig nachtheilig zeigt.Vgl. G. Schmidt: Theorie der Dampfmaschinen, (Prag 1861) S. 236. Hallauer drückt sich weniger bestimmt aus und legt das Hauptgewicht mehr auf den Nachweis, daſs sich die Maschinen mit Zwischenkammer in Bezug auf die Drosselung fast nach jeder Richtung ebenso verhalten wie die Maschinen ohne Zwischenkammer (vgl. Bulletin S. 185) und daſs die erhebliche Steigerung des Werthes von Ci durch Drosselung hauptsächlich nur dem Umstände zuzuschreiben sei, daſs bei verminderter absoluter Leistung La das Verhältniſs L3 : La ein ungünstigeres wird, was ja bei der veränderlichen Expansion genau ebenso der Fall ist. Bezüglich der weiteren Vergleiche verweisen wir auf das Original. Im Anhange zu dem Referate über Dwelshauer's Abhandlung (1880 237 417) und zu dem vorstehenden Artikel glauben wir eine historische Notiz bringen zu sollen, aus welcher hervorgeht, daſs ein französischer Professor schon vor bald 30 Jahren nahe auf der Höhe der modernsten Anschauung stand, welche durch G. A. Hirn die mathematische Durchbildung erfuhr. In „Cours de machines à vapeur“ von Léon Thomas, Professeur à l'école centrale des arts et manufactures „Notes de l'année 1851-52“ heiſst es S. 49 ff.: 3) Condensation in dem Cylinder. „Wir haben gesehen, daſs der Dampf in Berührung mit einem kalten Körper sich plötzlich (spontanément) niederschlägt. In dem Augenblicke, als man eine Maschine in Gang setzt, ist der Cylinder kalt und es tritt an seiner Oberfläche und an jener des Kolbens eine Condensation ein, welche erst aufhört, wenn diese Oberflächen die Temperatur des Kesseldampfes erreicht haben. Diese Condensation gibt Anlaſs zur Bildung einer Menge von Wassertropfen, welche alle Theile des Cylinders und der mit dem Dampfe in Berührung befindlichen Kolbenfläche bedecken. Wenn der Kolben an das Ende seines Laufes und auf den Punkt gelangt, seine Bewegungrichtung zu ändern, so öffnet sich der Ausströmungsdampfweg und setzt das Innere des Cylinders in Verbindung mit dem Condensator. Sogleich sinkt die Spannung des Dampfes, welcher den Cylinder erfüllt, und fällt fast plötzlich auf ungefähr ⅛at. In Folge dieser Herabsetzung der Spannung verdampfen die Wassertropfen, indem sie zuerst ihre eigene Wärme erschöpfen und dann jene, welche sie den von ihnen bedeckten Wänden entlehnen, derart, daſs diese Wände eine Senkung der Temperatur erfahren, entsprechend dem Sinken der Spannung, nämlich, daſs sie selbst auf eine Temperatur von ungefähr 50° fallen. (?) Der frische Dampf, welcher bei dem folgenden Hub auf den Kolben wirkt, findet den Cylinder bis auf die Temperatur von ungefähr 50° abgekühlt und es schlägt sich eine neue Dampfmenge nieder, hinreichend, um die Wände wieder auf jene Temperatur zurückzuführen, welche sie selbst besitzt. Dieser Vorgang findet bei jedem Hube statt, immerwährend, so lange die Maschine im Gange ist. Wenn der Dampf 4at besitzt oder 144° Temperatur im Cylinder, so erhebt sich bei jedem Aufgang oder Niedergang des Kolbens die Temperatur der Oberflächen auf jene 144° und bei dem folgenden Niedergang oder Aufgang verlieren die Wände wieder diese Temperatur, um sich auf jene von 50° zu senken. Wenn die Maschine ohne Condensation arbeitet, so erniedrigt sich die Temperatur der Wände bei jedem Hub nur auf 100° statt auf 50°. Es ist sehr schwer, wenn nicht unmöglich, den aus dieser Condensation sich ergebenden Wärmeverlust theoretisch zu bestimmen, indem die Condensation bei jedem Hube mit einer Verdampfung verbunden ist, Vorgänge in Folge deren ein Theil der Wandstärke des Cylinders unnützer Weise zweimal bei jeder Umdrehung des Schwungrades eine erhöhte Temperatur annimmt, welche er unmittelbar darauf wieder verliert; man müſste die Leitungsfähigkeit des Guſseisens, welche nicht genau bekannt ist, in Anschlag bringen. Nach einigen angestellten Versuchen setzte der in den Cylinder kommende Dampf bei jedem Hub auf allen Flächen, mit welchen er in Berührung steht, durch seine Condensation eine Schicht von 0mm,02 Dicke ab, bei einem mittleren Unterschiede von 70° zwischen seiner Temperatur und derjenigen des in den Condensator abziehenden Dampfes. Diese Dicke entspricht einem Gewichte von 0k,02 Condensationswasser für 1qm. Eine solche Condensation begründet einen beträchtlichen Verlust, da sie sich in einer Stunde so oft wiederholt. Eine Betriebsmaschine von 25e arbeitet gewöhnlich mit 30 Umdrehungen oder 60 einfachen Hüben in der Minute und eine Locomotivmaschine überschreitet manchesmal die Zahl von 500 einfachen Hüben; das besprochene Phänomen wiederholt sich also bei letzteren Maschinen 500mal in der Minute. Es ist fast gewiſs und wir nehmen als wahr an, daſs die Menge des condensirten Dampfes der mittleren Temperaturdifferenz des wirkenden und des mit dem Condensator oder mit der Atmosphäre in Communication befindlichen Dampfes proportional ist. Heiſsen wir P das Gewicht des bei einem einfachen Hube condensirten Dampfes, D jene mittlere Temperaturdifferenz, d den Cylinderdurchmesser, l den Kolbenhub, S die Oberfläche der Dampfwege von dem Dampfvertheilungsapparate bis zu den beiden Enden des Cylinders, endlich d' den Durchmesser der Kolbenstange, so hätte man nach den angeführten Versuchen: P=0,02\,\frac{D}{70}\,\left(S+\frac{\pi\,d^2}{2}+\pi\,d\,l+\frac{1}{2}\pi\,d'\l\right) für einen Kolbenhub, wobei ½ πd2 die Oberfläche des Kolbens und Deckels, πdl die verticale Cylinderfläche und πd'l jene der Kolbenstange bedeutet, welche nur halb in Rechnung kommt, weil die Kolbenstange nur die halbe Zeit in den Cylinder taucht. Bezeichnet N die Anzahl der Umdrehungen in der Minute, so ergibt sich das stündlich condensirte Dampfgewicht: Q=0,02\,\frac{D}{70}\,\left(S+\frac{\pi\,d^2}{2}+\pi\,d\,l+\frac{1}{2}\pi\,d'\l\right)2\,N\,60. Wir müssen bemerken, daſs dieser Verlust geringer wird, wenn die Maschinen mit stärkerer Expansion arbeiten, denn die mittlere Temperatur des auf den Kolben drückenden Dampfes nimmt in dem Maſse ab, als die Expansion stärker wird. Man macht jetzt Maschinen, welche bis zu einem solchen Punkte expandiren, daſs der Dampf am Ende des Kolbenlaufes nur mehr eine Spannung besitzt, welche jene des Condensators oder der Atmosphäre nur sehr wenig übersteigt. Hieraus ergibt sich, daſs das zu Anfang des Kolbenweges gebildete Condensationswasser gegen das Ende des Hubes wieder verdampft (il en résulte que l'eau condensée au commencement de la course, se vaporise vers la fin); der so gebildete Dampf wirkt auf den Kolben, erzielt aber geringere Leistung, als wenn er aus dem Kessel gekommen wäre. Man kann die innen stattfindende Condensation fast gänzlich vermeiden, indem man die Wände des Cylinders auf der Temperatur des Kesseldampfes hält, zu welchem Behufe man den Cylinder, den Boden und Deckel mit einem Mantel umgibt, welchen man in Verbindung mit dem Kessel hält, oder besser, in welchen man den Dampf umlaufen läſst vor seinem Eintritt in die Dampfkammer. Man hat mehrmals vorgeschlagen, darin die vom Kessel abziehenden Verbrennungsgase passiren zu lassen, aber die viel einfachere Anwendung des Dampfes ist weit vorzuziehen.“ (Dies ist nicht der richtige Grund, sondern der Umstand, daſs der Wärmedurchgangscoefficient von permanenten Gasen auf Wasser nur 23c für die Stunde, für 1qm und für 1° Temperaturdifferenz beträgt, während jener für Wasserdampf auf Wasser 600c erreicht. Schmidt.) „Es ist klar, daſs es genügt, den Mantel selbst mit einem schlechten Wärmeleiter zu umgeben, um die Condensation des darin umlaufenden Dampfes zu verhindern“ u.s.w. Im Weiteren heiſst es: „Nach den vorhergehenden Betrachtungen kann kein Zweifel über die Nützlichkeit des Dampfmantels verbleiben. In der That beruht seine Wirksamkeit auf einem der bekanntesten und bestens sicher gestellten physikalischen Phänomen. Man könnte höchstens fürchten, daſs die gute Wirkung des Mantels durch den Contact der inneren Flächen mit dem ausströmenden Vorderdampf ein wenig vermindert würde, durch welche Berührung dem Dampfmantel Wärme entzogen wird. Da aber der Vorderdampf (la vapeur qui a déjà agi) eine sehr geringe Dichte hat, und da andererseits der Dampf die Wärme nicht durch Ausstrahlung absorbirt, so ist es wahrscheinlich, daſs diese Wärmeentziehung (réfroidissement) gänzlich unbedeutend ist“... „Die vorstehende Erklärung der Wirkungen, welche durch die im Innern des Cylinders erfolgende Condensation hervorgebracht werden und die ich zum ersten Male den Schülern vom Jahrgang 1837 bis 38 (!) gegeben habe, weisen die Nützlichkeit des Dampfmantels nach; die seither in Frankreich, besonders in der Maschinenbau-Anstalt von Farcot ausgeführten Maschinen, mit Circulation des Dampfes am Deckel und mehr noch um die Wände des Cylinders und am Boden, weisen diese Nützlichkeit noch besser durch ihre praktischen Erfolge nach“... „Die Wirkung des Dampfmantels erscheint viel fühlbarer am Boden und am Deckel als an der verticalen Wand des Cylinders, wahrscheinlich weil an dieser polirten Wand sich der condensirte Dampf in Tropfen sammelt, welche herabflieſsen, ohne eine stetige Wasserschicht zu bilden (sans former une couche d'eau continue). Das in den Cylinder eingeführte Oel könnte wohl auch zur Verminderung der Condensation gegen die verticale Wand beitragen.“ Wir glauben noch beifügen zu sollen, daſs das Wesen der Auspuffwärme schon lange von Professor Bauschinger in München erkannt wurde, wenngleich er nicht zu einer numerischen Bestimmung derselben gelangte. Derselbe sagt:Indicatorversuche an Locomotiven, (Leipzig 1868) S. 141. Sonderabdruck aus dem Civilingenieur, 1867 und 1868. „Aber wenn Dampf im Cylinder (während der Admissionsperiode nämlich) condensirt wird, so verliert er zunächst die Wärme, welche zur Verdampfung des condensirten Theiles erforderlich war. Davon ist der Theil, welcher von der Abkühlung nach auſsen, sowie derjenige, welcher von der Wärmeabgabe der Cylinderwände an den Dampf während seiner Ausströmung herrührt, unwiderbringlich verloren“,... und weiter unten: „Aber selbst wenn wir den Dampfcylinder nach auſsen hin vollkommen vor Abkühlung schützen und die Wärmeabgabe an den ausströmenden Dampf verhindern könnten (was jedoch immer unmöglich ist), so würde in Folge der Expansion die Condensation des Dampfes im Cylinder nicht aufhören.“ Hier begegnet sich die richtige Anschauung über die Auspuffwärme mit der früher allgemein herrschenden Ansicht von der Condensation durch Expansion, welche nach der Theorie in einem wärmedichten Gefäſse stattfinden würde. Statt dessen ist in Wirklichkeit die Expansion mit Wiederverdampfung des Condensationswassers aus der Admissionsperiode verbunden.