Die Kondensation in den Cylindern der Dampfmaschinen und die Wirkung der Wandungen. Von Prof. Fr. Freytag. Die Kondensation in den Cylindern der Dampfmaschinen und die Wirkung der Wandungen. Der in Dampfmaschinen zur Verwendung kommende „gesättigte“ Dampf besitzt bekanntlich den grossen Nachteil, dass die geringste Temperatur abnähme einen Niederschlag veranlasst. Kommt deshalb der Kesseldampf während der Einströmperiode mit den kälteren Wandungen des Cylinders in Berührung, so schlägt sich ein Teil desselben an diesen Wandungen nieder und geht für die Kraftwirkung verloren. Der Niederschlag fällt um so stärker aus, je grösser der Temperaturunterschied zwischen Eintrittsdampf und Cylinderwand und je feuchter der Dampf ist. Sinkt während der Expansion die Temperatur des Dampfes unter diejenige der Cylinderwand, so verdampft das an den Wandungen desselben hängende Wasser infolge der heftigen Wärmeabgabe der letzteren wieder, und namentlich erfolgt dieses Nachdampfen während der Ausströmperiode, wenn der Kolben seinen Rückgang ausführt; die an den Ausströmdampf abgegebene Wärme ist aber nicht nur verloren, sondern übt durch Erhöhung des Gegendruckes sogar einen schädlichen Einfluss aus. Die infolge der Kondensation des Dampfes an den Cylinderwandungen auftretenden Verluste sind aber nicht die einzigen, welche der in den Schieberkasten tretende Dampf auf seinem Wege durch die Maschine erleidet. Es kommen noch Dampfverluste bei der Bewegung des Schiebers und Kolbens hinzu, die unter Umständen erhebliche Beträge ausmachen und bisher wohl kaum eine genügende Berücksichtigung erfahren haben. Der Institution of Civil Engineers in London wurde kürzlich von Callendar und Nicolson eine höchst interessante Abhandlung über Versuche vorgelegt, welche die Genannten behufs Ermittelung der Kondensation in den Cylindern der Dampfmaschinen und der Wirkung der Wandungen sowie der Dampfverluste infolge von Kolben- und Schieberundichtheiten in dem mechanischen Laboratorium der McGill-Universität in Montreal (Kanada) anstelltenEngineering, 1897 Bd. LXIV S. 678 bezw. The Engineer, 1897 Bd. LXXXIV S. 641 und 1898 Bd. LXXXV S. 2.. Der Abhandlung, über welche der englische Ingenieur Donkin in der Revue de Mécanique, 1898 3. Band 2. Halbjahr, auszüglich berichtete, sind eine grosse Anzahl von Tabellen, Zeichnungen und Diagrammen beigegeben, die sich hauptsächlich auf die wichtige Frage der Mitteltemperatur von Wandung und Dampf beziehen, deren Kenntnis, wie schon früher von KirschZeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1893 S. 957 u. ff. hervorgehoben ist, genügt, um alle bei der Wärmebewegung in den Cylinderwandungen der Dampfmaschinen in Betracht kommenden Einzelheiten ableiten zu können. Bei Versuchen, welche zur Klarlegung des Wärmeaustausches zwischen Wandung und Dampf angestellt werden, ist es von der grössten Wichtigkeit nicht nur, was im übrigen keine Schwierigkeiten bietet, die Temperaturen des Dampfes während eines Kolbenhubes, sondern hauptsächlich diejenigen in der Oberflächenschicht der Wandung während einer Kurbelumdrehung und namentlich während der Einströmperiode kennen zu lernen. Hierzu benutzte Donkin bei früheren Versuchen (1891 282 * 149 u. ff) äusserst dünn gehaltene Thermometer, die in mit Quecksilber gefüllte, in verschiedene Tiefen der Cylinderwandung gebohrte Löcher eintauchten. Callendar und Nicolson ermittelten die Gesetze über die Fortpflanzung der Wärme durch das Metall der Cylinderwandung und damit auch den Wärmeleitungskoeffizienten des Metalls auf schnellerem und genauerem Wege mit Hilfe bereits vordem von HallProceedings of the American Institute of Electrical Engineers vom 20. März 1891. zu ähnlichen Versuchen verwendeter elektrischer Instrumente, sogen. Thermosäulen, nach gehöriger Vervollkommnung derselben. Die Versuche wurden an einer mit trockenem gesättigtem Dampf gespeisten, einfach wirkenden liegenden Dampfmaschine ohne Kondensation und ohne Dampfmantel von 266 mm Cylinderdurchmesser und 304,8 mm Kolbenhub angestellt. Die Dampfvertheilung regelt ein Machschieber mit Trickkanal. Die Geschwindigkeit variierte von 43 bis 102 Umdrehungen in der Minute. Zunächst wurden die Temperaturen in der Metallwandung des Cylinders, welchem der Dampf nur auf der der Kurbel entgegengesetzten Seite zuströmt, bei verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten, Füllungen u.s.w. festgestellt. Textabbildung Bd. 312, S. 161 Man bohrte zu dem Zwecke, wie in Fig. 1 angedeutet, 18 verschieden tiefe, radial gerichtete Löcher in die Cylinderwand und bestimmte genau die Stärken des zwischen jedem Bohrloch und der Innenfläche des Cylinders stehen gebliebenen Metalles. Mittels der in die Löcher gelegten Lötstellen der Thermoelemente liess sich die Mitteltemperatur des Cylinders an verschiedenen Stellen desselben bestimmen. Um die Einführung eines zweiten Metalles in den Stromkreis zu vermeiden, wurde der elektrische Kontakt mit dem Gusseisen des Cylinders selbst hergestellt; die Leitungsfähigkeit des Gusseisens war vordem sorgfältig ermittelt worden. Da die Maschine nur einfach wirkend und der Cylinder infolgedessen auf der Einströmseite des Dampfes am wärmsten war, nahm die Temperatur desselben in dem Masse ab, je mehr man sich der Kurbelseite näherte. Gleichzeitig mit dem Ablesen der Temperaturen wurden, um die Genauigkeit der Versuche zu kontrollieren, Indikatordiagramme genommen. In die Wandung des an der Einströmseite des Cylinders sitzenden, mit Luftmantel umgebenen Deckels wurden ebenfalls 8 verschieden tiefe, in einem Kreise angeordnete Löcher gebohrt und jedes derselben mit einem Thermoelement verbunden. Damit konnten die Temperaturen während der Einströmperiode in verschiedenen Tiefen – entsprechend Metallschichten von 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8 und 16 mm Stärke zwischen Lochboden und Innenfläche des Deckels – gemessen werden. Um dieselben für jede beliebige Kolbenstellung, d.h. für irgend welchen Bruchteil einer ganzen Umdrehung, zu erhalten, verwendete man den Poggendorf'schen Kompensator, in welchem der elektromotorischen Kraft der Thermosäule der konstante Strom in einem über einem Massstabe ausgespannten Drahte (potentiometer wire) entgegenwirkt. Mit Anordnung eines Quecksilberkontaktes zum Schliessen des Stromes war es bei einer Berührungsdauer, entsprechend 1/30 einer Umdrehung, möglich, Temperaturveränderungen bis zu ungefähr 1/20° C. am Galvanometer ablesen zu können (!). Die äussere Lötstelle jedes Thermoelementes tauchte in ein Oelbad, welches auf einer konstanten Temperatur von 100° C. erhalten wurde. Für die Thermosäulen verwendete man zuerst Nickeldraht, der später durch Eisendraht ersetzt wurde. Die äusseren Anschlüsse wurden aus dem gleichen Metall, aus dem der Deckel besteht, hergestellt. Bei 46 minutlichen Umdrehungen schwankten die Temperaturen des Dampfes während der Dauer einer Kurbelumdrehung zwischen 155° und 100° C., diejenigen des Cylinderdeckels in der nur 1 mm starken Metallschicht zwischen 144° bis 140°, während dieselben bei 73 minutlichen Umdrehungen und 0,2 Füllung um 164,5° – 100° = 64,5° bezw. um 2,2° auseinander lagen. Nach Aufzeichnung der die Temperaturschwankungen des Dampfes im Cylinder, sowie diejenigen in der Wandung desselben darstellenden Kurven bezeichneten Callendar und Nicolson diejenige Fläche, welche oben durch die erstere und unten durch die letztere Kurve begrenzt wird, als „Kondensationsfläche“. Dieselbe veranschaulicht, da der Dampf nur kondensiert, wenn er wärmer ist als die Wandung, die während eines Kolbenhubes im Cylinder auftretende Kondensation. In senkrecht zur Längsachse des Cylinders in das Metall desselben gebohrte, 25, 187,5 und 375 mm von der Eintrittsseite des Dampfes entfernt liegende Löcher wurden zur Bestimmung der Mitteltemperaturen der Wandung Platinthermometer gesteckt. Bei 44 minutlichen Umdrehungen der Maschine fand man, gemessen in Löchern mit 1 mm starkem Boden, die Mitteltemperatur der cylindrischen Wandung des schädlichen Raumes um 7° niedriger als diejenige des unmittelbar anliegenden Deckels. Für den letzteren ergaben sich während der Dauer einer Umdrehung Temperaturschwankungen von 3°, für die erstere solche von 6,5°. Dem letzteren Werte entspricht eine durch Rechnung gefundene Temperaturschwankung von 11,5° in der Oberflächenschicht der Wandung. Nach dem Indikatordiagramm steigt die Temperatur der cylindrischen Wandung gegen Ende der Kompression, wenn die Kondensation beginnt, und erreicht ihren höchsten Wert nach dem Abschliessen der Dampfeinströmung, wenn die Kondensationsperiode beendet ist. Infolge Wiederverdampfung des Kondenswassers sinkt die Temperatur der metallischen Wandung beinahe ebenso schnell, wie sie durch den Arbeitsdampf erhöht wird. Man kann annehmen, dass die Temperatur der Wandung mit Abnahme der Geschwindigkeit der Maschine steigt, da der Dampf dann entsprechend längere Zeit mit ihr in Berührung bleibt. Bezüglich der Fortpflanzung der Wärme durch das Metall der cylindrischen Wandung von innen nach aussen zeigte sich die Temperatur der Innenfläche derselben an einer 100 bezw. 150 mm von der Dampfeinströmung entfernt liegenden Stelle um 1,5° bezw. 0,61° niedriger als an den betreffenden Stellen der Aussenfläche. In beiden Fällen (bei 45,5 minutlichen Umdrehungen) wird sonach der von den Wandungen aufgenommene Wärmeüberschuss nach aussen abgeleitet. Um über die Fortpflanzung der Wärme längs der Cylinderwandungen Aufschluss zu erhalten, wurden bei ebenfalls 45,5 minutlichen Umdrehungen und 0,2 Füllung bezügliche Messungen während der Dauer einer Kurbelumdrehung vorgenommen und die für verschiedene Punkte der Wandoberfläche erhaltenen Werte als Ordinaten eines Diagrammes aufgetragen, dem noch die aus den Indikatordiagrammen abgeleitete Temperaturkurve beigefügt wurde. Nach diesem Diagramm erreichte die Wandoberfläche bei der Einströmung eine höchste Temperatur von 144°, die während der Ausströmung bis auf 114° herunterging. Die Temperaturen des Dampfes schwankten innerhalb dieser Zeitperiode zwischen 164° und 100°. Es ergab sich, dass Geschwindigkeitsänderungen auf die Fortpflanzung der Wärme längs der Cylinderwandung nur einen geringen Einfluss ausüben. Die erhebliche Kondensation auf den an der Einströmseite liegenden Teil der Wandung ist grösstenteils einem infolge Wärmeströmung längs des Cylinders und durch die Wärmeabführung des Kolbens veranlassten Sinken der Temperatur zuzuschreiben. Der Temperaturunterschied zwischen den Cylinderenden der einfach wirkenden Versuchsmaschine betrug bei 46 minutlichen Umdrehungen für 0,2 Füllung 30° und wurde für 0,5 Füllung zu 36° ermittelt. In doppelt wirkenden Maschinen mit nahezu gleichen Temperaturen an beiden Cylinderenden wird ein durch die Wärmeabführung des Kolbens veranlasster Verlust kaum auftreten. Wie bereits hervorgehoben, pflanzt sich eine gewisse von der Kondensation des feuchten Dampfes herrührende Wärmemenge längs der Wandung und durch das Metall derselben fort. An einer 150 mm von der Dampfeinströmung entfernten Stelle der Cylinderwandung war die äussere Fläche derselben bei 0,2 Füllung um 0,5° wärmer als die innere Fläche. Die der letzteren durch Leitung entzogene Wärme dürfte etwa einem Betrage von 13 Kal. für 1 qm/Min. entsprechen. Beim Stillstand der Maschine steigt die Temperatur der Innenfläche sofort. Die den Innenflächen der Wandung behufs Wiederverdampfung des niedergeschlagenen Wassers entzogene Wärmemenge war grösser als diejenige, welche bei der Kondensation des Dampfes von ihnen aufgenommen wurde. Eine grosse Sorgfalt wurde den behufs Ermittelung der Wärmeleitungsfähigkeit des Gusseisens angestellten Versuchen zugewendet. Callendar und Nicolson stellten fest, dass diese etwa 30 % unter dem bisher hierfür angenommenen Werte liegt. Die Wärmeübertragung einer gusseisernen Platte von 10 qdm Oberfläche und 25 mm Stärke, deren Temperatur 40° betrug, wurde bei 1° C. Temperaturunterschied zwischen beiden Flächen zu 20 Kal. in der Minute ermittelt. Für eine ebensolche Scheibe aus Schmiedeeisen ergab sich die Wärmeübertragung unter gleichen Umständen zu 2 Kal. in der Minute. Mittels der in verschiedenen Tiefen der Metallwandung und bei verschiedenen Geschwindigkeiten – von 102 bis zu 44 minutlichen Umdrehungen – gefundenen Temperaturschwankungen wurden die Temperaturen in der Oberflächenschicht der Wandung berechnet. In einer Tiefe, entsprechend einer Metallschicht von 1 mm Stärke, wurde bei 77 minutlichen Umdrehungen eine Temperaturschwankung von 2,5° ermittelt. Diesem Werte entspricht eine durch Rechnung gefundene Temperaturschwankung von 6° in der Oberflächenschicht der Wandung. Die Temperaturschwankungen zeigten im allgemeinen grosse Unterschiede, die absorbierten Wärmemengen blieben jedoch nahezu dieselben. Die Mitteltemperaturen der Wandung variierten von im Maximum 145,5° im Deckel (bei 70 minutlichen Umdrehungen and 0,2 Füllung) bis 121° (bei 45,6 minutlichen Umdrehungen). Der letztgenannte Wert wurde in einem 150 mm von der Einströmung entfernten Loche ermittelt. In beiden Fällen war der Boden des betreffenden Loches durch eine nur 1 mm starke Metallschicht von der Innenfläche der Wandung entfernt. Vergleicht man die Temperaturschwankungen in der Oberflächenschicht des Metalles mit den aus den Indikatordiagrammen abgeleiteten, so findet man, dass selbst bei der geringsten Geschwindigkeit von 44 minutlichen Umdrehungen der Dampf nicht genügend Zeit hatte, die Temperatur der Wandung um mehr als einige Grade zu erhöhen. Die grösste während einer Umdrehung ermittelte Temperaturschwankung war 11,5° (bei 44 minutlichen Umdrehungen). In der Kondensationsperiode des Einströmdampfes, die etwa ⅓ Sekunde andauerte, stieg die Temperatur der Wandfläche auf 149°, während der Dampf im letzten Teile der Periode eine solche von 164° hatte. Callendar und Nicolson sind der Ansicht, dass diese Temperaturverschiedenheit einer die Wandung berührenden dünnen Schicht von Wasser oder Oel zuzuschreiben ist. Unmittelbar nach den Versuchen angestellte Untersuchungen zeigten, dass eine noch nicht 1/40 mm hohe Fettschicht an der Wandung des Cylinders haftete. Was die Hypothese von grösseren Wasseransammlungen im Cylinder anbelangt, so ist anzuführen, dass die grösste von der Wandung desselben absorbierte Wärmemenge 16,2 Kal. pro Quadratmeter war; dieser Wert entspricht einer Kondensationswasserschicht von etwa 1/40 mm Höhe. Wenn der Widerstand der Wandung gegen Wärmefortpflanzung einer etwaigen Wasserschicht zugeschrieben werden soll, so setzt dies voraus, dass nicht alles Wasser verdampft, sondern stets eine auf der ganzen Innenfläche des Cylinders regelmässig verteilte Wasserschicht übrig bleibt. Man hat allen Grund, anzunehmen, dass eine derartige Wasserschicht bei den Versuchen nicht vorhanden gewesen ist. Hiernach lässt sich folgender Satz aufstellen: Die Kondensation des Dampfes ist ihrem Umfange nach physikalisch bestimmt und dem Unterschiede der Temperaturen zwischen Dampf und Wandung proportional. Die Wiederverdampfung erfolgt anscheinend nach demselben Gesetz wie die Kondensation. Zur Vergleichung der aus den Indikatordiagrammen abgeleiteten Temperaturen diente ein in den feuchten Dampfstrom gebrachtes elektrisches Platinthermometer, welches die Veränderungen der Temperatur während eines Doppelhubes anzeigte. Die Werte der einzelnen Ablesungen dienten auch hier zur Aufzeichnung einer Kurve. Man fand, dass der Dampf am Ende der Kompression um etwa 56° überhitzt war! Während der Einströmung ging die Temperatur schnell herunter. Unmittelbar nach dem Abschliessen des Einströmdampfes zeigte das Thermometer eine um 1,5° niedrigere Temperatur gegenüber derjenigen, welche während derselben Umdrehung aus den Indikatordiagrammen entnommen wurde. Diesem Temperaturabfall von nur kurzer Dauer folgte während der Expansion ein Steigen der Thermometerkurve über diejenige des Indikators. Während der Ausströmperiode näherte sich, mit Ausnahme eines plötzlichen Abfalles bei Beginn derselben, die Temperatur beständig derjenigen der Wandungen. Bei anderen Versuchen wurde das elektrische Thermometer am Kolben selbst befestigt, so dass es die Bewegungen desselben mitmachen musste; die Enden des Platindrahtes gingen durch die hohle Kolbenstange. Damit konnte die Temperatur des gesamten Dampfvolumens inmitten des Cylinders gemessen werden. Es zeigte sich, dass die Temperaturschwankungen des feuchten Dampfes mit denjenigen aus den Indikatordiagrammen abgeleiteten nahezu übereinstimmten. Durch das bewegliche Thermometer angezeigte Temperaturen schwankten z.B. zwischen 100° und 169°, diejenigen aus den Indikatordiagrammen ermittelten zwischen 100° und 162°. Im ersteren Falle wurde die Mitteltemperatur des Dampfes während eines Kolbenhubes zu 120,5°, im letzteren zu 121,5° ermittelt. Die so gewissermassen beglaubigten Temperaturschwankungen lassen darauf schliessen, dass die Temperatur des Dampfes während der Kompression und Expansion starken Schwankungen ausgesetzt ist, während der Ausströmung und hauptsächlich in der Nähe der Wandungen aber nahezu diejenigen der letzteren annimmt. Etwaige Wasseransammlungen in den schädlichen Räumen erscheinen wenig glaubhaft. Der in diese tretende überhitzte Dampf verhütet jedenfalls jegliche Kondensation. Bei Vergleichung der mit dem beweglichen Platinthermometer erhaltenen und der aus den Indikatordiagrammen abgeleiteten Temperaturen zeigte sich, dass letztere unzweifelhaft die Mitteltemperatur der feuchten Dampfmasse angeben. Bei allen Versuchen war man sorgfältig darauf bedacht, nur trockenen und keinen überhitzten Dampf in den Cylinder einzuführen. Um die Temperatur des Dampfes jederzeit ablesen zu können, waren Kessel und Dampfleitung mit Thermometern ausgerüstet. Die in dem Cylinder ermittelte Ueberhitzung des Dampfes dürfte vorzugsweise der Kompressionswirkung zuzuschreiben sein. Während der Expansion und bei Beginn der Ausströmung war die Temperatur des Dampfes jedenfalls niedriger, als aus dem Indikatordiagramm hervorgeht. Weitere Versuche wurden angestellt, um die infolge unvollkommener Abdichtungen des Schiebers und Kolbens auftretenden Wasser- und Dampfverluste kennen zu lernen. Diese Verluste sind beim Stillstand der Maschine gering oder überhaupt nicht vorhanden; sie treten aber in erheblichem Masse auf, wenn die Maschine in Bewegung kommt. Wie bereits eingangs hervorgehoben, hat man ihnen bisher wohl kaum genügende Beachtung geschenkt. Um zunächst die Schieberverluste zu ermitteln, entfernte man den Kolben und setzte die Maschine mittels eines zweiten Motors in Bewegung. Die in der gewöhnlichen Weise bethätigte Schieberstange wurde mit dem Papiercylinder des am Cylinder befestigten Indikators verbunden. Derselbe zeigte im Anfange der Schieberbewegung eine Spannung von 1,34 kg/qcm, was auf ungeheure Verluste schliessen lässt. Nachdem man den Schieber herausgenommen und gründlich gereinigt hatte, zeigte der Indikator bei einem späteren Versuche nur noch eine Spannung von 0,34 kg/qcm. Nach den Ablesungen am Manometer hatte der Dampf beim ersten Versuche eine Spannung von 6,8, beim anderen eine solche von 5,7 kg/qcm. Die Maschine lief mit 46 minutlichen Umdrehungen. Die ermittelten Verluste stellten sich auf 17,5 bezw. 13,9 kg Dampf in der Stunde. Um diejenige Dampfmenge kennen zu lernen, welche aus dem Schieberkasten direkt in den Auspuffkanal entweicht und damit, ohne Arbeit verrichtet zu haben, die Maschine verlässt, wurden die beiden im Schieberspiegel liegenden Einströmkanäle zugemacht. Man entfernte ferner wieder den Kolben und setzte nur den Schieber allein mit Hilfe eines Elektromotors in Bewegung. Innerhalb eines Zeitraumes von 25 Minuten kondensierten 51 kg Dampf von 6,4 kg/qcm Manometerspannung. Die Verluste infolge unvollkommener Abdichtung des bei der Versuchsmaschine angeordneten Flachschiebers wachsen anscheinend in dem Masse, als die adhärierende Oelschicht zwischen den Gleitflächen des letzteren und des Cylinders mehr und mehr verschwindet. Bei einem zweiten Versuche kondensierten in 66,5 Minuten 144 kg Dampf von nur 5,6 kg/qcm Spannung. Die Verluste sind offenbar dem Unterschiede der auf den beiden Schieberseiten herrschenden Drucke proportional, oder aber, in Kilogrammen Wasser pro Stunde ausgedrückt, für einen gegebenen Schieber gleich einer Konstanten multipliziert mit dem Unterschiede der Dampfspannungen auf beiden Seiten des Schiebers. Die Konstante als „Mass des Schieberverlustes“ (the rate of leak of the valve) bezeichnet, hatte im vorliegenden Falle den Wert 1,36 kg in der Stunde. Die Indikatordiagramme geben nicht den geringsten Anhalt über derartige Verluste, obwohl dieselben die Versuchsergebnisse bedeutend beeinflussen. Auf ähnliche Weise wie vordem sind auch die Schieberverluste einer Vierfachexpansionsmaschine in dem Laboratorium zu Montreal ermittelt worden. Es ergab sich der Verlust des Hochdruckschiebers zu 17,3 kg, derjenige des Niederdruckschiebers zu 18,6 kg Wasser in der Stunde bei einem Druckunterschiede des Dampfes im Schieberkasten und dem Ausströmrohr von 4,6 kg/qcm. Beim Stillstand der Maschine hielt der letztgenannte Schieber vollkommen dicht. Callendar und Nicolson behaupten, dass die Schieberverluste hauptsächlich in Form von Wasser auftreten und stellten folgenden Satz auf: Die Menge des durch einen engen Spalt tretenden Wassers hängt von der Beschaffenheit der Wasser- und Oelschichten ab und ist dem Unterschied der Dampf drucke auf beiden Schieberseiten, sowie dem Umfange der Kanalöffnung direkt proportional; sie nimmt mit der Breite der Arbeitsflächen des Schiebers ab. Die von Undichtheiten des Kolbens herrührenden Verluste sind in Anbetracht der nur geringen Druckunterschiede auf beiden Seiten desselben nur unbedeutend. Bei der einfach wirkenden ohne Kondensation arbeitenden Versuchsmaschine ergab sich während der Einströmung ein Dampfverlust von 7 kg in der Stunde mit einer Spannung von 2,2 at. Während der Expansion von 25 bis 70 % des Kolbenhubes wurde der Verlust zu 1,1 kg in der Stunde ermittelt, woraus hervorgeht, was im übrigen ohne weiteres einzusehen ist, dass während der Einströmung, infolge der grossen Druckunterschiede auf beiden Kolbenseiten, die grössten Verluste auftreten. Aus den Versuchen geht hervor, dass ein in Bewegung befindlicher Schieber, auch wenn er noch so vorzüglich adjustiert ist, Verluste verursacht, wie man sie bisher nicht vermutete. Solange der Schieber fest liegt, bildet die adhärierende Oelschicht eine vollkommene Abdichtung, sobald er aber bewegt wird, verliert die Oelschicht ihren Zusammenhang. Der Dampf schlägt sich auf den während der Bewegung des Schiebers entsprechend kälteren Flächen desselben nieder und das so gebildete Wasser durchdringt und zerreisst die Oelschicht unter der doppelten Wirkung des gespannten Dampfes und der Schieberbewegung. Durch die Wieder Verdampfung des Wassers, die teilweise im Augenblicke des Austretens aus dem Schieberkasten erfolgt, werden die Schieberflächen entsprechend abgekühlt, so dass der sie berührende Dampf in Form von Wasser entweichen muss. Man vermutet, dass diejenige Wassermenge, welche unter dem Einflüsse einer gegebenen Druckdifferenz durch irgend eine undichte Stelle des Schiebers oder der Gleitfläche desselben getrieben wird, 20- bis 50mal grösser ist als die Dampfmenge, welche diese Stelle unter gleichen Bedingungen durchströmt. Hiermit hängen die bisher nur der Kondensation und der Wiederverdampfung zugeschriebenen Wasserverluste möglicherweise zusammen, welche die Dampfverluste bedeutend übersteigen und bei früheren Untersuchungen nur wenig beachtet worden sind. Die Wichtigkeit derselben in Bezug auf den Dampfverbrauch einer Maschine rechtfertigt im höchsten Grade die Vornahme weiterer Untersuchungen mit verschiedenen Arten von Schiebern. Es ist nicht ausgeschlossen, dass in manchen Fällen die Schieberverluste den weitaus grössten Teil des Dampfverbrauches einer Maschine ausmachen. Sie. sind, wie bereits hervorgehoben, dem Druckunterschiede auf beiden Seiten des Schiebers anscheinend proportional, von der Geschwindigkeit aber ganz unabhängig. Da sie mit der Kondensation des Dampfes auf den Schieberflächen zusammenhängen, könnten sie bei Verwendung zweckmässig angeordneter Dampfmäntel oder von überhitztem Dampfe verringert, bezw. ganz in Wegfall gebracht werden. Die bei Zweifach- und Dreifachexpansionsmaschinen gegenüber den Eincylindermotoren erreichte Dampfökonomie ist vielleicht zum Teil auch eine Folge der bei diesen Maschinen in weit geringerem Masse auftretenden Schieberverluste. Aus dem Vorstehenden lässt sich, als am wichtigsten, die Schlussfolgerung ziehen: Die Kondensation auf der Oberflächenschicht der Cylinderwandung ist dem Temperaturunterschiede zwischen Dampf und Wandungen proportional. In der Versuchsmaschine war die Kondensation auf der Wandung des Deckels etwas geringer als auf derjenigen des Cylinders – eine Erscheinung, die in der verschiedenen Beschaffenheit der Oberflächen ihren Grund haben wird; die eine ist matt, die andere sauber poliert. Berücksichtigt man alle Umstände, welche auf die Ergebnisse der Versuche einwirken können – auch die Höhe der Wasserschichten –, so lässt sich weiter folgern: Die Kondensation des Dampfes auf den sauberen und trockenen Oberflächen des Cylinders entspricht im vorliegenden Falle für jeden Quadratmeter derselben und für jeden Grad (Celsius) Temperaturunterschied zwischen Dampf und Metall einer Wärmemenge von 4 Kal. in der Sekunde. Es ist ferner daran zu erinnern, dass der gesamte auf den Oberflächen kondensierte und diesen in Form von Wasser anhaftende Dampf den Wandungen eine gewisse Wärmemenge mitteilt. Dieselbe entspricht dem Unterschiede der ursprünglich in dem Dampfe enthaltenen und der durch das anhaftende Wasser mitgerissenen Wärme. Um über die Grösse der Kondensation pro Quadratmeter und Stunde bei irgend einer Temperaturveränderung im Verlaufe des Kolbenhubes Aufschluss zu erhalten, zeichnet man die aus den Indikatordiagrammen abgeleitete Temperaturkurve auf, danach die den Mitteltemperaturen der Wandungen entsprechende Linie, welche die Kurve in irgend einem Punkte schneidet. Die über dieser Linie liegende Fläche des Diagramms ist „die Kondensationsfläche“. Behufs Berechnung der Kondensation des Dampfes aufgestellte Formeln stützen sich darauf, dass dieselbe in einem Cylinder in erster Linie von den Temperatur Veränderungen, welche in demselben auftreten, abhängig ist. Was die Wirkung des im Cylinder befindlichen Wassers anbelangt, so sind Callendar und Nicolson der Ansicht, dass, sofern es sich um grössere Wasseransammlungen handelt, hierdurch weder eine Vergrösserung noch eine Verminderung der Kondensation hervorgerufen wird; die Wirkung des Wassers auf die Kondensation ist anscheinend Null. In dem nicht ummantelten Niederdruckcylinder einer mit hinreichend gesättigtem Dampf gespeisten Maschine wird die Kondensation ihre äusserste Grenze erreichen, da in diesem Falle wegen der dem Dampfe dargebotenen grossen Oberflächen und weil die von unvollkommener Abdichtung des Schiebers herrührenden Verluste in Anbetracht der nur geringen Unterschiede zwischen den auf beiden Schieberseiten herrschenden Drucken verhältnismässig gering ausfallen, die im Cylinder auftretenden Dampfverluste bedeutend überwiegen. Das Gegenteil wird in dem ummantelten Hochdruckcylinder einer Dampfmaschine der Fall sein. Geschwindigkeitsänderungen, wie sie im gewöhnlichen Betriebe auftreten, werden im allgemeinen nur geringen Einfluss auf die Kondensation haben. Wenn die Geschwindigkeit anwächst, ist allerdings, da jetzt die Temperaturveränderungen des Metalls kleiner werden und ein grösserer Wärmeverlust während der Ausströmung eintritt, eine geringe Zunahme der Kondensation zu erwarten, doch steht dem gegenüber, dass innerhalb einer Zeiteinheit mehr Wärme in die Maschine gelangt und infolge höherer Temperatur der Wandung die Kondensation sich verringert. In einer doppelt wirkenden Maschine wird die Wärmeströmung längs des Cylinders bei einem früheren Dampfabschlusse nur etwa halb so gross sein als in einer einfach wirkenden Maschine und vollständig verschwinden, wenn die Maschine mit grosser Füllung arbeitet. Die Temperatur der Wandung wird sich erhöhen und die Kondensation auf den Kolbenflächen sich wahrscheinlich um die Hälfte verringern. Andererseits wird infolge Wärmeströmung vom Kolben durch die Kolbenstange nach dem gusseisernen Maschinenbett hin, an dem der Cylinder befestigt ist, die der Kurbel zugekehrte Seite desselben eine etwas niedrigere Temperatur annehmen als die andere Seite. Bei der Versuchsmaschine würde die Verringerung der Kondensation bei doppelter anstatt einfacher Wirkung des Arbeitsdampfes etwa 30 % betragen, d.h. sie würde nicht um den doppelten Betrag grösser ausfallen, sondern sich nur um etwa 40 % des Betrages der einfach wirkenden Maschine erhöhen. Die Versuche scheinen auch die Behauptung von Hirsch zu bestätigen, dass die Wieder Verdampfung der an dem Deckel und den heisseren Stellen der Wandung haftenden Wasserteilchen einen explosiven Charakter annimmt, mit anderen Worten, dass das Wasser so schnell von diesen Wandungen verschwindet, dass es nicht Zeit hat, ihnen alle zur Verdampfung nötige Wärme zu entziehen. Eine wichtige Thatsache ist die von der Kompression herrührende Ueberhitzung des Dampfes in den schädlichen Räumen. Hierdurch wird der Wärmeverlust bei der Ausströmung, der neben der anfänglichen Feuchtigkeit des Dampfes in Bezug auf Wärmeentziehung der Wandung die grösste Rolle spielt, zum Teil ausgeglichen. Der überhitzte Dampf vermindert nicht nur, indem er die Temperatur der Wandung erhöht, die Anfangskondensation, sondern er gibt während der Expansion trockenen anstatt gesättigten Dampf und vermindert damit auch die Wärmeverluste während der Ausströmung und am Ende des Kolbenhubes. Es ist nicht unmöglich, dass damit die von der unvollkommenen Abdichtung des Schiebers und Kolbens herrührenden Verluste ebenfalls herabgemindert werden. Bei Anwendung von mit Frischdampf gespeisten Mänteln lässt sich die Temperatur der Innenwandung des Cylinders beinahe bis auf diejenige des der Maschine zuströmenden Kesseldampfes bringen und damit die Kondensation noch bedeutend weiter herabmindern. Wenn aber die in Betracht kommenden Einzelteile der Maschine, insbesondere die Schieber und ihre Gleitflächen eine höhere Temperatur annehmen, so vermindern sich auch die Verluste und zwar hauptsächlich die Wasserverluste, welche, wie schon angedeutet, die Dampfverluste bedeutend übersteigen. Durch eine dünne Oelschicht vermindern sich die Temperaturschwankungen in der Tiefe der Metallwandung, doch wird die Kondensation dadurch nur wenig beeinflusst, es sei denn, dass die Oelschicht so dick ist, dass die Temperaturschwankungen in der Oberflächenschicht anwachsen. Fassen wir die Ergebnisse der Versuche nochmals kurz zusammen, so steht jedenfalls fest, dass der Wärmeaustausch zwischen Wandungen und Dampf in erster Linie von der jeweiligen Temperatur der ersteren und dem Umfange der Kondensation des letzteren abhängig ist. Das in der Versuchsmaschine erreichte Maximum der Kondensation entspricht einem Gewichte von 23,74 kg Dampf pro Quadratmeter und Stunde für jeden Grad Temperaturunterschied zwischen Dampf und Wandung. Da nach den Versuchen weder die Kondensation noch die Wiederverdampfung von der Grösse der Dampfspannung abhängig sind, können ihre bezüglichen Werte nur aus den Temperaturveränderungen der Wandung, wenn die Maschine in Bewegung ist, abgeleitet werden. Die Kondensation ist durch die Temperatur der Wandung vollständig bestimmt; überschreitet letztere die Temperatur des Dampfes, so beginnt die Wiederverdampfung. Innerhalb dieser Periode wird aber in der Regel nicht sämtliches Wasser verdampft, sondern es bleibt ein Teil desselben mechanisch an den Wandungen haften. Andererseits zieht aber die Feuchtigkeit des Dampfes der Kondensation enge Grenzen, während eine Ueberhitzung desselben im umgekehrten Sinne wirkt. Man kann sonach schliessen, dass die Kondensation des Dampfes zunächst von der Beschaffenheit desselben abhängig ist; sie bleibt von der Geschwindigkeit unbeeinflusst und ändert sich nur wenig mit den Temperaturen des ein- und ausströmenden Dampfes. Kennt man die Temperaturschwankungen des Dampfes, die Mitteltemperaturen der Wandung und die Abmessungen des schädlichen Raumes, so kann die Kondensation für jeden Punkt des Kolbenhubes berechnet und ferner auch der von Undichtheiten des Schiebers und Kolbens herrührende Verlust ermittelt werden. Es ist zu wünschen, dass die an der eincylindrigen, einfach wirkenden, nicht ummantelten und demzufolge höchst unökonomisch arbeitenden Dampfmaschine angestellten Versuche als Grundlage für weitere ähnliche Untersuchungen an ökonomischer arbeitenden Dampfmaschinen mit und ohne ummantelten Cylinder und Deckel dienen – eine immerhin schwierige und verwickelte Aufgabe, die das volle Interesse und ein gründliches Studium aller auftretenden Erscheinungen erfordert. Wir dürfen wohl annehmen, dass die vorstehende nur auszüglich wiedergegebene Abhandlung die Aufmerksamkeit eines jeden Ingenieurs, der sich mit der Konstruktion von Dampfmaschinen beschäftigt, sowie auch aller derjenigen verdient, denen die endgültige Lösung der Frage über die Wärmebewegungen in den Cylindern der Dampfmaschine am Herzen liegt.