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Anwendung von nur einer Schraube mit gleicher Kraft [* 2] erreicht werden.
Eine dritte Klasse von Dampfschiffen ist nach dem Turbinen oder hydraulischen Reaktionssystem gebaut. In diesen »Prallschiffen« wirkt die Zentrifugalkraft [* 3] eines im Schiff [* 4] eingebauten Wurfrades, welches durch die Dampfmaschine [* 5] bewegt wird und durch Röhren [* 6] im Boden des Schiffs das Wasser empfängt, das, vom Umfang des Rades nach zwei Knierohren geleitet, aus deren beweglichen, horizontal liegenden Ausflußschenkeln mit großer Geschwindigkeit ausströmt. Da zur Erreichung des größten Effekts der freie Abfluß des Wassers soviel wie möglich durch nichts behindert werden darf, so geschieht dieser Abfluß unmittelbar über der Oberfläche des Fahrwassers horizontal längsschiffs.
Geschieht der Abfluß des Wassers in horizontaler Richtung nach hinten zu, so bewegt sich das Schiff vorwärts; werden die Abflußrohre so gedreht, daß der Ausfluß [* 7] nach vorn stattfindet, so geht das Schiff rückwärts. Bei schräger Lage der Röhren geht das Schiff langsamer, während ihre senkrechte Lage den Stillstand des Schiffs bewirkt; werden aber die beiden Röhren einander entgegengesetzt gestellt, so dreht sich das Schiff um seine Achse. Die Geschwindigkeit des Schiffs wächst und fällt in dem Maß, wie der Sinus des Neigungswinkels, den das Abflußrohr gegen den Horizont [* 8] bildet, an Größe zu- oder abnimmt. Infolge dieser Eigenschaften steht den Turbinenschiffen eine außerordentliche Lenkbarkeit zur Verfügung. Trotz derselben scheiterte ihre allgemeine Einführung am geringen Effekt dieses Propellers; dergleichen Konstruktionen sind, weil der Fortgang ihrer Schiffe [* 9] nicht über 10 Meilen zu steigern war, nur vereinzelt geblieben.
Bauart der Dampfschiffe.
Äußerlich unterscheiden sich Dampfer und Segelschiffe sehr wesentlich. Zwar verursacht (abgesehen von den Raddampfern, deren Schaufelräder von großen, halbcylindrischen Radkasten umschlossen sind) der Motor im Äußern keine auffallende Veränderung, denn man kann beim Schraubenschiff nur den Ausschnitt für die Schraube vor dem Steuerruder sowie beim Prallschiff nur die Ausflußrohre sehen. Ab er der ganze Habitus des Dampfers ist ein andrer, auch abgesehen von dem Schornstein, der auf Kriegsschiffen zuweilen teleskopisch eingerichtet und nicht selten doppelt und mehrfach vorhanden, zuweilen auch zum Umlegen (der Brücken [* 10] wegen) eingerichtet ist, und abgesehen von der Takelage, welche auf allen Dampfern viel schwächer ist und weiter auseinander stehende Masten führt als auf Segelschiffen. Der Bau des Dampferrumpfes ist viel gestreckter als der des Seglers: dieser ist etwa viermal so lang als breit, der Seedampfer ist fünf- bis sieben- und neuerdings oft zehnmal so lang als breit, der Flußdampfer sogar acht- bis sechzehnmal. Früher baute man die Dampfer ausschließlich aus Holz, [* 11] jetzt aus Eisen [* 12] oder Stahl.
Für Berechnung der Maschinen beim Bau eines Dampfers muß der Widerstand bekannt sein, den das Schiff bei seiner Bewegung im Wasser erleidet. Im allgemeinen wächst der Widerstand mit der Größe des Hauptquerschnitts und mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Schiffs. Zur Bestimmung des Widerstandes ist indessen das Produkt aus dem Hauptquerschnitt und jenem Quadrat der Geschwindigkeit noch mit einer je nach der Bauart des Schiffs groß oder klein ausfallenden Zahl, dem Widerstandskoeffizienten, zu multiplizieren.
Diesen Widerstandskoeffizienten von vornherein haarscharf anzugeben oder ihn gar zu berechnen, ist unmöglich; durch Versuche hat sich herausgestellt, daß derselbe für sehr gute Schiffsformen 0,05-0,10 beträgt, bei einem prismatischen Schiff ohne alle Verfeinerung der Form dagegen 1,1. Für wirklich gut geformte Schiffe dürfte anzunehmen sein, daß der Widerstand fast nur von der Reibung [* 13] des Wassers an den Schiffswänden herrührt, entsprechend der Reibung, welche in Röhren fließendes Wasser erleidet. Dem entsprechend bedürfen sehr lange Schiffe stärkerer Maschinen als kürzere von gleichem Querschnitt, wie sie in Nordamerika [* 14] auf den Binnendampfern teilweise noch im Gebrauch sind.
An die Dampfkessel [* 15] der Dampfschiffe, welche meist in der Mitte des Schiffs und möglichst tief liegen, aber auf nordamerikanischen Booten nicht selten auf dem Hauptdeck aufgestellt sind [* 1] (Fig. 1), stellt man in vielen Beziehungen ähnliche Anforderungen wie an die der Lokomotiven, und die günstigen Erfahrungen, welche man bei diesen mit Röhrenkesseln gemacht hat, führten, namentlich seit Benutzung hoch gespannter Dämpfe, zur allgemeinen Einführung dieser Kesselgattung auf Dampfschiffen. In Seedampfern, welche ihre Kessel mit Seewasser speisen, bringt dessen Salzgehalt den Übelstand hervor, daß sich bei fortschreitender Verdampfung eine Salzkruste auf der innern Kesselwandung ablagert, welche die Verdampfung erschwert und die Verbrennung der Kesselbleche veranlaßt.
Seedampfer waren daher gezwungen, in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen einen Teil des Kesselwassers abzulassen und aus See zu ersetzen. Wegen des damit verbundenen bedeutenten ^[richtig: bedeutenden] Wärmeverlustes ist die Oberflächenkondensation, bei der ein Rohrsystem angewandt wird, in welchem der Dampf [* 16] mit durch Seewasser gekühlten Metallflächen in Berührung kommt, eingeführt worden. Das so gewonnene Kondensationswasser wird mittels der Speisepumpe in die Kessel zurückgeschafft.
Die Oberflächenkondensation gewährt bedeutende Ersparnis (20 Proz.) an Brennmaterial und hat namentlich auch die Anwendung hoch gespannter Dämpfe auf Seeschiffen ermöglicht. Die Spannung der Dämpfe beträgt jetzt durchschnittlich 6 und erreicht mehr als 8 Atmosphären. Ein weiterer Vorteil ist für Niederdruckmaschinen durch die Überhitzung des Dampfes erzielt worden, welche für den Kesseldampf auf seinem Weg nach den Cylindern die Wärme [* 17] der abziehenden Heizgase nutzbar macht. Das Heizmaterial der Schiffskessel ist vorzugsweise Steinkohle und Anthracit; die Wal- und Robbenboote verbrennen auch Fischrückstände, und auf dem Schwarzen Meer und der Wolga werden mit großem Vorteil Petroleum-Destillationsrückstände benutzt.
Die Dampfmaschinen [* 18] der Dampfschiffe gehören sehr verschiedenen Systemen an. Die hauptsächlichsten Maschinentypen für Radschiffe sind Oszillations-, Diagonal-, Balancier- und Turmmaschinen. Unter diesen Maschinenformen ist die Balanciermaschine eine der ältesten, die in Europa [* 19] nun aber fast ganz ausgestorben ist. Nachdem sie ihre Ursprüngliche Gestalt, welche das erste in Europa bewährte Dampfboot (der Bellsche Komet) 1812 auf dem Clyde zwischen Glasgow [* 20] und Greenock zeigte, mannigfach verändert und modernisiert hatte, war sie zum herrschenden Typus geworden. Sehr verschieden davon ist die amerikanische Balanciermaschine, welche lange schon und gegenwärtig noch die herrschende Maschinenform auf den Fahrzeugen der Binnengewässer des östlichen Nordamerika bis zum St. Lorenzstrom hinauf darstellt, aber auch auf flach gehenden Küstendampfern der allergrößten Art dort noch heute heimisch ist. Während die englische Balanciermaschine ¶
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zwei Balanciers neben dem Cylinder besitzt, hat ihre amerikanische Schwester nur einen über dem Cylinder liegenden, aber hoch über sämtliche Decke [* 22] emporragenden Balancier, [* 23] so daß Gang [* 24] und Stillstand der Maschine [* 25] aus großer Ferne in Sicht sind [* 21] (Fig. 1, S. 478). Diese Hochbalanciermaschine hat die Vorzüge der Leichtigkeit, Billigkeit, bequemen Zugänglichkeit und leichten Bedienung; sie zeichnet sich außerdem durch langen Hub (10-14 Fuß) aus. Wie diese beiden Formen, zählt auch die Turmmaschine zu den ältesten an Bord. Sie ist in England und Amerika [* 26] neben der Balanciermaschine, aber nicht in gleich starkem Maß, auf Flußdampfern verbreitet und in der Union durch Stevens eingeführt. Es ist gleichfalls eine Maschinenform mit aufrecht stehendem Cylinder, die Kolbenführung liegt über demselben, wo sie sich hoch hinaufbaut, daher der Name steeple engine dieser aufrecht stehenden Maschine mit rückgreifender Kurbelstange. Sie beansprucht nur geringen Flächenraum, ist leicht und billig und besitzt weniger bewegliche Teile als die Balanciermaschine beider Arten; aber sie konzentriert den Druck ihres Gewichts auf eine nur kleine Fläche des Schiffsbodens, und ihr Hub ist auch durch die Tiefe des Schiffs beschränkt.
Die Oszillationsmaschine, von Trewithick eingeführt und von Penn zu höchster Vollkommenheit ausgebildet, eine der besten Formen für Radschiffe, verbindet die Kolbenstange direkt mit dem Kurbelzapfen, während ihr Cylinder schwingt. Immer oder doch fast immer zweifach an Bord vorhanden, wirkt sie am besten mit einem Überdruck von 2 Atmosphären, ist in neuerer Zeit aber auch nach dem Compoundprinzip (welches gegenwärtig fast den ganzen Schiffsmaschinenbau beherrscht) gebaut worden.
Sie besitzt den Vorzug großer Einfachheit und geringer Zahl ihrer beweglichen Teile. Langer Hub kann ihr dadurch erteilt werden, daß man die Mittellage des Cylinders, statt vertikal, in geneigter Lage anordnet. Mit Diagonalmaschine wird diejenige Form der Maschine mit direkt wirkender Kurbelstange bezeichnet, deren Cylinder geneigt liegt und zwar in Radmaschinen mit Hochlage der Radwelle. Sie beginnt der Oszillationsmaschine scharfe Konkurrenz auf Flußschiffen zu machen.
Sie beansprucht zwar beträchtlichen Raum in der Länge des Schiffs, jedoch nicht so viel, wie die Oszillations- und Seitenbalanciermaschinen querschiffs fordern; sie ist etwas schwerer und teurer als die übrigen Typen, wenigstens in ihrer ältern Konstruktion, dafür aber geeignet für große Kraftentfaltung in wenig tief tauchenden Schiffen und dort überall am Platz, wo es auf ängstliche Raumersparnis eben nicht ankommt. Vorteilhaft für sie ist auch, daß ihr Gewicht sich auf eine größere Basis verteilt, wodurch der Schiffskörper gleichmäßiger beansprucht wird.
Die Einführung der Schraubendampfer stellte der Maschinenbaukonstruktion schwierige Aufgaben. Statt der Hoch- und Querschiffslage der Maschine und Propellerwelle mußte sie die Längsschiffs- und Tieflage acceptieren, und außerdem verlangte die Schraube eine schnellere Rotation als das Rad, um leistungsfähig zu werden. Für die Oszillationsmaschinen wurde der Wellenstrang so geneigt, daß die Cylinder unter ihm schwingen konnten, während das andre Wellenende so tief zu liegen kam, wie es die Tauchung des Propellers verlangte, woraus eine stark schräge Lage der Wellenleitung resultierte.
Andre stellten den Cylinder über die Kurbelwelle, so daß die Kolbenstange nach unten arbeitete. Auch die Turmmaschine wurde versucht, indem ihr die horizontale Lage gegeben und die Kolbenführung diesem Umstand entsprechend abgeändert wurde, ein erfolgreiches Experiment, das endlich zur Konstruktion der noch heute üblichen, auf Kriegsschiffen häufig adoptierten Maschinenform führte, die unter dem Namen horizontale Maschine mit rückgreifender Kurbelstange bekannt ist.
Ebenso wurde die Maschine mit direkt wirkender Kurbelstange in horizontaler Lage mit den entsprechenden Änderungen montiert, was gleichfalls zu brauchbaren Konstruktionen, die in der Kriegsmarine noch heute Anwendung finden, geführt hat. Diese Form besitzt thatsächlich große Vorzüge im Vergleich mit andern Horizontalmaschinen. Wenn sie auch hinsichtlich der von ihr beanspruchten Breite [* 27] den andern Formen nachsteht, so zeichnet sie sich doch durch größere Zugänglichkeit ihrer Partien vorteilhaft aus. Seit Einführung höhern Dampfdrucks, gegen den sich die Kriegsmarinen auffallend lange gesträubt haben, so daß ihnen die Handelsflotten darin weit voraus waren und noch sind, Torpedoboote ausgeschlossen, ist diese Form ganz besonders für die Bewegung von Kriegsschiffen geeignet.
Der Cylinder der eben besprochenen Maschinenform ist auch über die Kurbelwelle gestellt worden, so daß er umgekehrt erscheint, indem die Kolbenstange nach unten wirkt. Dieser Typus (Hammermaschine, weil ihr Aufbau mit dem Dampfhammer [* 28] große Ähnlichkeit [* 29] hat) ist in der Handelsflotte allgemein der herrschende, an Bord von Ozeandampfern sogar der alleinherrschende geworden. Was die Überlegenheit der Hammermaschine über die andern Formen vor allem bezeugt, ist die bequeme Zugänglichkeit ihrer gesamten Partien, die überall an Bord gefordert werden muß, in Handelsdampfern aber von weit größerer Bedeutung ist als in Kriegsschiffen. In ihrer einfachsten Form besteht die Hammermaschine aus einem auf zwei Säulen [* 30] ruhenden Cylinder, flankiert auf einer Schiffsseite von dem Kondenser, auf der andern von der Steuerung.
Die Kurbelstange verbindet Kreuzkopf [* 31] und Wellenkurbel, ein Schwungrad auf der Kurbelwelle regelt die Wellendrehung. Am häufigsten ist die Form der Zwillingshammermaschine; die beiden Cylinder werden in größern Ausführungen von einem Bockgestell getragen, Kurbelwelle und Kurbeln sind aus dem Ganzen. Der Kondenser hat annähernd zentrale Lage, um den Schwerpunkt [* 32] der Konstruktion möglichst in die Mittellinie des Schiffs zu bringen. Die Hammermaschinen werden jetzt allgemein als Compoundmaschinen gebaut, deren Hochdruckcylinder oft auf den Niederdruckcylindern stehen, und deren Kolben desselben Systems an gemeinschaftlichen Kolbenstangen arbeiten, sodann aber namentlich auch als Dreicylinder-Compoundmaschinen, welche für große Kraftentfaltung ganz entschieden geeignet sind. Selbst sechs Cylinder haben schon Anwendung gefunden.
Auch die Diagonalmaschine hat eine Umwandlung erfahren, um sie für Schraubenschiffe brauchbar zu machen. Die Cylinder wurden umgekehrt, so daß die Kurbelstangen, der Tieflage der Kurbelwelle entsprechend, nach unten arbeiten. Bevor die Hammermaschine allgemein als die beste Form für Handelsdampfer erkannt worden, war dieser Typus zuerst nicht unbeliebt, kam dann aber infolge häufigen Bruches der Kurbelwelle immer seltener zur Anwendung. Eine Abart dieser, auch nach dem Compoundprinzip eingeführten Maschine ist dadurch geschaffen worden, daß nur ein Cylinder (in der Regel der kleine) geneigt, der andre aber über die Kurbelwelle gestellt ist. - Außer den bisher erwähnten ¶