Patent-Heissdampf-Compoundlokomotive von R. Wolf in Magdeburg-Buckau. Patent-Heissdampf-Compoundlokomotive von R. Wolf in Magdeburg-Buckau. Mit der zunehmenden Anwendung des Dampfes ging im vergangenen Jahrhundert das Bestreben Hand in Hand, die Gestehungskosten der Dampfkraft herabzusetzen und eine grössere Ausnutzung derselben herbeizuführen. Man suchte dieses Ziel durch Erhöhung der Dampfspannung, Verbesserung der Feuerungseinrichtungen, Ausnutzung der Expansion des Dampfes in zwei und drei Cylindern, Anwendung rationeller Steuerungen, Anbringung von Kondensationseinrichtungen, zweckmässige Isolierung des Kessels und Cylinders u.s.w. zu erreichen und hatte darin in den letzten Dezennien des vorigen Jahrhunderts erfreuliche Erfolge zu verzeichnen. Bei der hohen Stufe der Vollkommenheit, auf welcher der Dampfmaschinenbau jetzt angelangt war, erschien eine weitere Verbesserung desselben auf dem bisherigen Wege fast ausgeschlossen; man griff deshalb in dem Bemühen, den Brennmaterialverbrauch noch mehr zu verringern, auf ein Hilfsmittel zurück, das bereits seit den fünfziger Jahren durch die Untersuchungen des berühmten Thermodynamikers G. A. Hirn in Kolmar im Elsass bekannt war, nämlich auf die Ueberhitzung des Dampfes. Die Temperatur des in einem Kessel erzeugten (gesättigten) Dampfes entspricht dem Betriebsdruck, mit welchem der Kessel arbeitet. Tritt der Dampf nun in den Cylinder der Dampfmaschine, so erfolgt bei seiner Berührung mit den kühleren Flächen des letzteren und des Kolbens und besonders bei stattfindender Expansion eine teilweise Kondensierung des Dampfes, d.h. die Abkühlung verwandelt einen Teil des Dampfes in Wasser zurück, so dass er an motorischer Wirksamkeit einbüsst. Hierauf fussend, hatte Hirn die Verbindung des Kessels mit einem besonderen Apparat, dem „Ueberhitzer“, vorgesehen, in dem der Dampf, ohne dass sich sein Druck erhöht, auf eine höhere, als die seiner Spannung angemessene Temperatur gebracht wird; er kann sich nun im Cylinder bis auf letztere wieder abkühlen, ohne durch Kondensation an Arbeitsleistung zu verlieren. Trotz der Richtigkeit dieser Theorie standen aber ihrer Einführung in die Praxis in damaliger Zeit noch erhebliche Hindernisse entgegen. Einerseits gab es noch keine genügend durchgebildete Ueberhitzerkonstruktion, welche ein dauerndes, rationelles Arbeiten gewährleistet hätte, sodann entsprach dasdafür zur Verfügung stehende Material nicht den zu stellenden Anforderungen, und endlich waren die damals für Dampfmaschinen allgemein in Anwendung befindlichen vegetabilischen oder animalischen Schmiermaterialien und die aus organischen Stoffen gefertigten Dichtungen und Verpackungen der erhöhten Beanspruchung durch überhitzten Dampf nicht gewachsen; die im Schmiermaterial enthaltene, unter der hohen Temperatur freiwerdende Fettsäure griff Cylinder und Kolben an, die Dichtungsschnüre verbrannten. Infolge dieser ersten, wenig befriedigenden Versuche wurde die Idee der Dampfüberhitzung lange Zeit nicht weiter verfolgt; erst in den neunziger Jahren begann man, sich damit von neuem zu beschäftigen. Man bemühte sich, neue Formen von Ueberhitzern zu schaffen, wofür das inzwischen bedeutend vervollkommnete Hüttenwesen ein besser geeignetes Material darbot; da man ferner zur Schmierung der Dampfcylinder längst reines, säurefreies Mineralöl von grosser Viskosität und hohem Entflammungspunkt benutzte und auch in der Anfertigung von Dichtungs- und Verpackungsmaterial für hohe Hitzegrade bedeutende Fortschritte gemacht hatte, so gelang es jetzt besser, die früher bei Anwendung der Ueberhitzung zu Tage getretenen Uebelstände zu vermeiden. Da die Erfahrungen, welche mit der Dampfüberhitzung in den letzten Jahren gemacht wurden, den grossen Vorteil derselben in Bezug auf Dampf- bezw. Kohlenersparnisse bei Dampfmaschinenanlagen bestätigten, so sah sich die Firma R. Wolf veranlasst, der Frage der Anwendung von Ueberhitzern auch bei ihren Lokomobilen mit ausziehbaren Röhrenkesseln näherzutreten. Ihre ersten Ideen betreffs eines Ueberhitzers für Lokomobilen sind in dem D. R. P. Nr. 85440 (vom 22. März 1895) niedergelegt, und auf Grund derselben wurde in ihren Werkstätten eine Hochdrucklokomobile gebaut und im mehrjährigen Dauerbetriebe eingehend geprüft. Die gewonnenen Resultate waren überraschend günstig und stellten die vorteilhafteste Anwendung von Ueberhitzern bei Lokomobilen ganz ausser Frage. Der Umstand, dass während des mehrjährigen, vielfach bis zur Maximalleistung angestrengten Betriebes der Heissdampflokomobile weder an dem Kessel, noch an dem Ueberhitzer oder der Maschine Reparaturen erforderlich wurden, bot zugleich Gewähr für die Haltbarkeit des Ueberhitzers und die Widerstandsfähigkeit des zur Schmierung des Dampfschiebers und der Cylinder verwendeten Mineralöles bei der vorhandenen hohen Ueberhitzungstemperatur. Inzwischen war es der Firma gelungen, einen für ihre Lokomobilen noch geeigneteren Ueberhitzer zu konstruieren, welchen sie sich mittels D. R. P. Nr. 96592 (vom 20. Januar 1897) und Zusatzpatents Nr. 98980 schützen liess. Eine hiernach ausgeführte Heissdampf-Compoundlokomobile mit Kondensation entsprach vollständig den an sie gestellten Erwartungen. Zwei vom Magdeburger Verein für Dampfkesselbetrieb im November 1899 mit der Maschine vorgenommene Versuche ergaben bei einer Bremsleistung von 71 bezw. 89 effektiven Pferdestärken einen Kohlenverbrauch von nur 0,63 kg für die gebremste Pferdekraft und Stunde. Das ist ganz erheblich weniger, als bei einer gleichartigen Lokomobile derselben Grösse ohne Ueberhitzer zu erreichen ist. Textabbildung Bd. 316, S. 641 Diese günstigen Ergebnisse veranlassten die Firma R. Wolf, den Bau von Heissdampflokomobilen ihrer bisherigen Fabrikation anzugliedern. Demnach werden zur Zeit Heissdampf-Compoundlokomobilen mit und ohne Kondensation nach eigenen Patenten in Stärken von 60 bis zu 300 effektiver Pferdekraft normaler Bremsleistung angefertigt. Im nachstehenden möge eine Beschreibung einer solchen Heissdampf-Compoundlokomobile folgen. 1. Dampfkessel und Ueberhitzer. Der Dampfkessel ist nach der bekannten Originalkonstruktion von R. Wolf mit ausziehbarem Röhrensystem gebaut. Dadurch, dass letzteres aus dem Aussenkessel herausgezogen werden kann, wird eine bequeme und gründliche Reinigung des Kesselinnern und der Siederöhren von dem für die Haltbarkeit des Kessels äusserst gefährlichen Kesselstein ermöglicht. Eine Abweichung von der bisherigen Bauart besteht darin, dass der an die Rauchkammer angrenzende Teil des Röhrensystems zu einerUeberhitzerbuchse nach D. R. P. Nr. 96592 ausgebildet ist. Letztere wird ebenso wie die Wellrohrfeuerbüchse und die Siederöhren von dem Wasserinhalt des Kessels umspült. Die Siederöhren sind mit feinem Gewinde in die Feuerbuchsrohrwand eingeschraubt und ausserdem in diese sowie in die hintere Rohrwand eingewalzt, aufgebördelt und verstemmt. Die Nietung der Bleche erfolgt mittels hydraulischer Nietmaschinen. Der spiralförmig gewundene Ueberhitzer nach D. R. P. Nr. 98980 besteht aus starkwandigen schmiedeeisernen Röhren. Die in der Richtung nach der Rohrwand liegende erste Spirale bewirkt ausser der Ueberhitzung auch eine gleichmässige Verteilung der Feuergase innerhalb der Ueberhitzerbüchse. Durch die Lagerung des Ueberhitzers hinter den Siederöhren des Kessels wird verhütet, dass die Feuergase den Ueberhitzer mit einer ihm schädlich werdenden, zu hohen Temperatur erreichen; der grösste Teil der in den Feuergasen vorhandenen Wärme wird vielmehr für die Dampferzeugung im Kessel verbraucht, und wenn die Feuergase in den Ueberhitzer eintreten, sind sie bereits soweit abgekühlt, dass eine die Haltbarkeit des Ueberhitzers gefährdende Erwärmung desselben ausgeschlossen ist. Die eigenartige Konstruktion der Ueberhitzerbuchse und des Ueberhitzers bietet zusammen mit der vorerwähnten Lage des letzteren gegenüber den bisher bekannten Ueberhitzeranordnungen den wesentlichen Vorteil, dass zur Regulierung der Dampfüberhitzung keinerlei Klappen für den Ein- und Austritt der Feuergase erforderlich sind. Die Bedienung der Feuerung ist hierdurch wesentlich vereinfacht, und der Heizer hat nur nötig, das Feuer dem Dampfverbrauch der Maschine anzupassen und wie bei jedem anderen, nicht mit Ueberhitzer ausgestatteten Kessel darauf zu achten, dass das Manometer die vorgeschriebene Dampfspannung anzeigt; alle sonstigen Manipulationen, welche bei anderen Anlagen vom Heizer ausgeführt werden müssen, um die Ueberhitzung zu regulieren, den überhitzten Dampf mit dem Kesseldampf zu mischen u.s.w., fallen fort. Die Ueberhitzerbuchse ist durch eine Platte geschlossen, welche nicht verschliessbare, einseitig angebrachte Austrittsöffnungen besitzt. Letztere, sowie die vor der Rohrwand befindliche erste Verteilungsspirale des Ueberhitzers bewirken, dass die Heizgase gleichmässig durch die ganze Ueberhitzerbüchse geführt werden und eine wirkungsvolle Ueberhitzung des die Heizschlange durchströmenden Dampfes erzielt wird. Um beim Anheizen die Feuergase schneller abzuführen, ist eine der Oeffnungen in der Verschlussplatte des Ueberhitzers bedeutend vergrössert und mit einer verstellbaren Klappe versehen. Diese Oeffnung bleibt während des Anheizens offen, wird aber beim Betriebe in der Regel geschlossen. Bei den bisher ausgeführten Lokomobilen findet eine Ueberhitzung des Dampfes bis auf 350° C. statt, während die abgehenden Heizgase eine Temperatur zeigen, die wenig höher ist, als diejenige des Kesseldampfes. Die Einlegung des Ueberhitzers in den Kessel selbst bietet noch den erheblichen Vorteil, dass die heissen Gase, da, wo sie den Ueberhitzer treffen, gegen Wärmeverluste geschützt sind, weil das Rauchrohr vom Kesselwasser umgeben ist. Die Reinigung der Siederöhren des Kessels, der Ueberhitzerbüchse und der Ueberhitzerschlange von Flugasche und Russ geschieht mittels einer der Firma gesetzlich geschützten Ausblasevorrichtung. Dieselbe besteht aus zwei drehbaren, mit kleinen Oeffnungen versehenen Knierohren. Die beiden senkrechten Schenkel dieser Rohre sind zwischen dem Ueberhitzer und der Rohrwand derartig drehbar, dass von der einen Seite der Schenkel horizontale Dampfstrahlen durch sämtliche Siederöhren geführt werden, während von der anderen Seite ebenfalls horizontale Dampfstrahlen die Heizschlange bestreichen. Durch die Ausblaselöcher der wagerechten Schenkel werden senkrechte Dampfstrahlen durch die Heizschlange geleitet. Diese vorzüglich wirkende Ausblasevorrichtung kann vor, während und nach dem Betriebe benutzt werden, sobald Dampfdruck im Kessel vorhanden ist. Die Bedienung erfolgt mittels Aufsteckschlüssel durch zwei kleine, mit Deckeln verschlossene Oeffnungen in der Rauchkammerthür. Die Ausblasevorrichtung ist leicht, sicher und reinlich zu handhaben. Bei ihrer Anwendung fliegt der leichte Russ zum Schornstein heraus, die schwere Flugasche bleibt innerhalb der Rauchkammer an der Rauchkammerthür liegen und kann während einer Arbeitspause leicht entfernt werden. Das Ausblasen hat in der Regel nur alle zwei Tage einmal zu erfolgen, bei aschenreicher oder stark russender Kohle täglich. Der Ueberhitzer besitzt ein Sicherheitsventil, ein Thermometer und einen Ablasshahn. Zum Schutz gegen äussere Abkühlung ist der ganze Kessel nebst dem Ueberhitzer mit einer Isoliermasse bekleidet, welche von einem abnehmbaren, dichtschliessenden Blechmantel umgeben ist. 2. Dampfmaschine. Die aus dichtem Qualitätsguss hergestellten Dampfcylinder sind im Dom des Kessels gelagert und stehen mittels zweier schmiedeeiserner Rohrleitungen, welche durch den Dampfraum des Kessels geführt sind, mit dem Ueberhitzer in Verbindung. Durch die eine Rohrleitung gelangt der Dampf aus dem Dampfdom auf dem kürzesten Wege und ohne Abkühlungsverluste nach dem Ueberhitzer. Nachdem er hier den Ueberhitzungsprozess durchgemacht hat, wird der Dampf durch das zweite Rohr in den Dampfcylinder zurückgeleitet. Der Domcylinder, welcher auf den Kessel genietet ist, ist ebenso wie der Kessel durch einen Mantel aus Isoliermaterial und Blech gegen Wärmeverluste geschützt. Der Dampf wird in beiden Cylindern mittels Kolbenschieber gesteuert. Die Schieberstangen sind beiderseits in langen Büchsen geführt, wodurch jeder irgendwie erheblichen Abnutzung der aus Gusseisen angefertigten, sehr leicht gehaltenen, mittels federnder Ringe gedichteten Kolbenschieber vorgebeugt wird. Ein in dem Schwungrade angebrachter Achsenregulator beeinflusst den Schieber des Hochdruckcylinders und stellt die Cylinderfüllung der jeweiligen Kraftentnahme entsprechend selbstthätig ein. Die mit Ringschmierung versehenen Kurbelwellenlager sind auf einem einzigen starken, sockelartigen Lagerbock angeordnet, welcher mit dem Kessel vernietet ist. Die Lagerschalen für die Kurbelzapfen sind mit Kompositionsmetall ausgegossen und mit zuverlässig wirkenden Zentrifugalschmiervorrichtungen versehen, welche während des Ganges der Maschine bedient werden können. Die Pleuelstangen besitzen sehr breite Rotgusslagerschalen. Die Dampfkolben sind aus Stahlguss solide konstruiert, dabei ist aber zugleich auf Erzielung eines möglichst geringen Gewichts und eines geringen spezifischen Auflagedrucks Rücksicht genommen. Alle Teile der Maschine sind äusserst kräftig gehalten und aus den besten, zweckentsprechendsten Materialien hergestellt. Die Kurbelwelle, die Pleuel- und Schieberstangen, Zapfen u.s.w. bestehen aus geschmiedetem Stahl. Die Cylinder sind mit Schmierpressen, die Lager und Führungen aller beweglichen Teile der Maschine mit zweckmässigen Schmiervorrichtungen ausgestattet. Die schweren Schwungräder sind zum Riemenbetrieb eingerichtet. Der von Prof. L. Lewicki in Dresden an einer Heissdampf-Compoundlokomobile mit Kondensation Nr. 8012 am 26. April 1901 vorgenommene Versuch hatte die folgenden Ergebnisse. Abmessungen des Kessels, des Ueberhitzers und der Maschine. Wasserberührte Heizfläche des Kessels   31,0  qm Feuerberührte Heizfläche des Ueber-     hitzers   20,0    „ Rostfläche     0,85  „ Bohrung des Hochdruckcylinders (warm     gemessen) 240,1  mm Bohrung des Niederdruckcylinders (warm     gemessen) 450,8    „ Gemeinschaftlicher Hub 480,0    „ Die Lokomobile soll bei 12 kg Ueberdruckspannung im Kessel und bei 170 Umdrehungen in der Minute 100 effektive Pferdestärken leisten. – Heizwert der Kohle 7910 Kalorien. Versuchsdauer: 7 Stunden 4½ Minuten. Temperaturen. Temperatur des Kesselhauses 17–20° C.         „           „   Kühlwassers       11°  „         „           „   Speisewassers       35°  „         „           „   Auswurfwassers aus dem      Kondensator       39°  „ Vakuum im Kondensator (Mittel)      89 % Temperatur des gesättigten Kessel-      dampfes 190,57° „ Temperatur des überhitzten Dampfes      (Mittel) 329,6°   „ Temperatur der Fuchsgase 215°      „ Ueberhitzung 139,03° „ Zugstärke in mm Wassersäule:       im Schornstein 12,5 mm       unter dem Rost   1,0   „       im Flammenraum   3,0   „ Bremsung. Belastungsgewichte an der Bremse auf       der Kurbelwelle 206,85 kg Bremshebelarm an der Bremse auf der       Kurbelwelle   1,041 m Umdrehungszahl in der Minute   170,9 Belastungsgewichte an der Bremse des       Vorgeleges   160,9 kg Bremshebelarm an der Bremse des Vor-       geleges   1,003 m Umdrehungszahl an der Bremse des Vor-       geleges   244,0 Effektive Bremsleistung an der Kurbel-       welle   51,37 PS Effektive Bremsleistung an der Vor-       gelegewelle   54,96   „ Gesamte effektive Bremsleistung 108,547 „ Die Bremsleistung der Lokomobile ist daher um 8,547 effektive Pferdestärken grösser als jene, für die sie ausgegeben wird. Indizierung. Die indizierte Leistung (Mittelwert aus 116 Indikatordiagrammen) beträgt: für den Hochdruckcylinder   70,012 PS   „    „   Niederdruckcylinder   48,468   „ die indizierte Gesamtleistung ist 118,47     „ Brennmaterialverbrauch und Verdampfung. Verbrannt im ganzen 474,9     kg        „        pro Stunde   67,123   „ Auf 1 qm Rostfläche wurde stündlich        verbrannt   78,94     „ Auf 1 qm Kesselheizfläche wurde stünd-        lich verbrannt     2,165   „ Schlacke und Asche zusammen 7 % oder   35,1       „ Effektive Leistung der Lokomobile. Da stündlich 67,123 kg Kohle verbraucht und dabei 108,547 effektive Pferdestärken einschliesslich des Arbeitsverbrauches für das Vorgelege, der mit 4 % der auf der Vorgelegebremse gemessenen Leistung in Rechnung gestellt ist, als Gesamtleistung der Maschine gefunden wurde, so beträgt der Kohlenverbrauch für 1 effekt. Pferdestärke und Stunde \frac{67,123}{108,547}=0,618\mbox{ kg}. Verdampfung. Der Speisewasserverbrauch betrug in      7 Stunden 4½ Minuten nach genauer      Wägung 4065,2   kg Der stündliche Speisewasserverbrauch      war   574,58   „ Auf 1 qm Heizfläche des Kessels ent-      fallen     18,535 „ 1 kg Kohle verdampfte       8,560 „ Der Wirkungsgrad des Kessels mit dem Ueberhitzer beträgt 75,33 %. Die Wärmetransmission auf 1 qm Kessel-    heizfläche berechnet sich zu 11662,0 Kal. 1 qm Ueberhitzerheizfläche hat aufgenom-    men stündlich eine Wärmemenge von    \frac{66,7\,\cdot\,574,58}{20} oder   1916,5   „ Der Dampfverbrauch für 1 indizierte Pferdestärke beträgt stündlich \frac{574,58}{118,47}=4,85\mbox{ kg}. Der Dampfverbrauch für 1 effektive Stundenpferdestärke beträgt \frac{574,58}{108,547}=5,293\mbox{ kg}. Bei Bestimmung der effektiven Leistung ist dem Bremsergebnis an der Vorgelegebremse ein Betrag von 4 % desselben für den Widerstand des Vorgeleges zugesetzt worden. Die indiz. PS sind hier mit den mittleren Drücken von beiden Seiten der Kolben und den mittleren Kolbenflächen gerechnet. In Wärmeeinheiten ausgedrückt und nach Abzug der Speisewasserwärme musste der Kessel aus der Brennstoffwärme für jede effektive Stundenpferdestärke entnehmen: eine Wärmemenge von (730,93 – 35) 5,293 oder von 3687,0 Kal. Da eine Stundenpferdestärke eine Arbeitswärmemenge von 636,8 Kal. erfordert, wenn eine vollkommene Verwandlung von Wärme in Arbeit möglich wäre, so stellt sich der effektive kalorische Wirkungsgrad auf 0,173 oder 17,3 %. Auf 1 indizierte Stundenpferdestärke bezogen, wird der kalorische Wirkungs- oder Ausnutzungsgrad: 0,189 oder 18,9 %. Die indizierte Gesamtleistung bei 170,0 Umdrehungen in der Minute beträgt 118,47 PS. Die Bremsleistung einschliesslich 4 % für den Widerstand des Vorgeleges beträgt 108,547 PS, daher war der Wirkungsgrad der Dampfmaschine = 0,916 oder 91,6 %. Verbrauch an Cylinderöl stündlich 115 g hochsiedendes Oel zur Schmierung der Cylinder. In nachstehender Tabelle sind die Versuchsergebnisse bei verschiedenen Füllungen im Hochdruckcylinder zusammengestellt. Textabbildung Bd. 316, S. 643 Versuchsnummer; Füllungen in % des Hubes; Umdrehungen in der Minute; Kurbelwelle; Vorgelegewelle; Bremsgewichte; Vakuum im Kondensator in %; Mittlere indizierte Drücke auf 1 qcm; Indizierte Leistungen in Ni; Effektive Leistung; Mechanischer Wirkungsgrad Nutzeffekt in % Nach Angabe der Firma ist die auffallende grosse Differenz im mechanischen Wirkungsgrad für 10 bezw. 58 % Füllung zurückzuführen insbesondere auf die Wirkungsweise des zur Anwendung gelangten einfachen Kolbenschiebers, der durch einen Achsenregulator bethätigt wird.