Fig. 6. Corlißmaschine. Steuerung von Spencer und Inglis.
[* 1] Fig. 7. Dampfmaschine von Wheelock.
[* 1] Fig. 11. Vollständige Dampfmaschine mit Collmann-Steuerung.
[* 1] Fig. 18. Oszillierende Zwillingsschiffsmaschine.
[* 1] Fig. 21. Oberflächenkondensator einer Schiffsmaschine (Durchschnitt).
[* 1] Fig. 22. Vertikale Kesseldampfmaschine.
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Kreisbogen geführt, wobei das Auge e der Exzenterstange eigentümliche Kurven beschreibt. Im Punkt c greift auch noch die Stange f an, welche an ihrem andern Ende mit dem daran drehbaren Übertrager ib durch die Schiene g kreisbogenförmig geführt wird. Punkt i des winkelförmig gestalteten Übertragers ib steht mittels der Stange k indirekt durch den Arm m mit dem Punkt e der Exzenterstange in Verbindung. Dieser Mechanismus bringt eine eigentümliche herzförmige Kurve des Übertragers hervor, so daß Arm a des Ventilhebels h während des ersten Teils der Dampfkolbenbewegung vom Daumen b des Übertragers abwärts gedrückt und das Einlaßventil G gehoben wird, bis Daumen b sich so weit nach rechts bewegt hat, daß a von ihm abgleitet, somit der Ventilhebel h frei wird und das Ventil G unter der Einwirkung der Spiralfeder S sich schließt, worauf dann in der Maschine die Expansion beginnt. Nun bildet der Arm m mit n einen Winkelhebel, der vom Regulator aus durch die Stange q, den Winkelhebel Wop und die Zugstange l je nach der Geschwindigkeit der Maschine verstellt wird, wobei dann die vom Übertrager lb beschriebene Kurve und mithin auch der Expansionsgrad entsprechend geändert wird. Das Auslaßventil H wird mittels des Hebels s von der Stange r bewegt. - Von allen andern bisher beschriebenen Steuerungen unterscheidet sich die Collmann-Steuerung dadurch vorteilhaft, daß sie das Einlaßventil nicht frei fallen läßt, sondern demselben bis zum Schluß eine durch den Mechanismus bedingte Bewegung erteilt, weshalb hier unwillkommene Stöße vermieden sind und selbst bei schnellem Gang der Maschine eine vollkommen zuverlässige und exakte Wirkung erzielt wird. Die Collmann-Steuerung [* ] (Fig. 9 u. 10, S. 465) wird durch eine zur Maschinenachse parallele Steuerwelle a in Bewegung gesetzt, welche mit je einem in der Nähe eines Cylinderendes befindlichen Exzentrik b je ein Einlaßventil o und mit je einem Daumen c ein Auslaßventil p öffnet und schließt.
Jedes Exzentrik erteilt einem Haupthebel d, dessen freies Ende an einem Schenkel e eines Kniehebels angreift, eine schwingende Bewegung. Auf der Verlängerung der Exzenterstange f ist ein Gleitstück g verschiebbar, welches vermittest ^[richtig: vermittelst] einer Verbindungsstange h mit dem Mittelgelenk v des genannten Kniehebels verbunden ist. Die Stellung dieses Gleitstücks kann durch den Regulator r mittels der auf der Welle i befestigten Hebel k und l und der Koppel m verändert werden.
Der zweite Schenkel n des genannten Kniehebels greift an der geradlinig geführten Ventilstange an. Im Moment der Öffnung eines Einlaßventils befindet sich die Zentrale des betreffenden Exzentriks ungefähr in horizontaler Lage, während der Kniehebel gestreckt ist. Das nun nach unten gehende Exzentrik erteilt dem untersten Kniehebelgelenk eine nach aufwärts gerichtete Bewegung, welche in ihrer ganzen Größe auch auf die Ventilstange übertragen würde, wenn nicht im weitern Verlauf der Kniehebel durch das auf der verlängerten Exzenterstange sitzende Gleitstück vermittelst der Stange h durchgedrückt würde. Es entsteht hierdurch in dem obern, mit der Ventilstange verbundenen Gelenk eine Bewegung, welche aus der der Vollfüllung entsprechenden Bewegung des untersten Kniegelenks und der durch die Durchbiegung des Kniees hervorgerufenen entgegengesetzten Bewegung des obern Kniegelenks resultiert. Je schneller nun die Maschine läuft, und je weiter durch den Regulator das Gleitstück von der Achse a entfernt wird, um so größer ist dessen durchbiegende Wirkung, um so größer wird die auf das Sinken des Ventils wirkende Bewegung, um so eher schließt dasselbe den Dampf ab, so daß die Maschine wieder auf ihre normale Geschwindigkeit gebracht wird. [* ] Fig. 11 (Tafel I) zeigt eine vollständige Dampfmaschine mit Collmann-Steuerung. A Cylinder, B Steuerung, C Dampfleitung mit Absperrventil, D Grundführung, E Querhaupt, F Bleuelstange, G Kurbelscheibe, H Schwungrad, J Regulator, K rückwärts verlängerte Kolbenstange, welche mittels des Lenkers L den Hebel M bewegt. Letztere betreibt die unterhalb der Maschine stehende Kondensation.
Mehrcylindrige Expansionsmaschinen.
Weit besser noch als in den Expansionsmaschinen mit einem Cylinder, läßt sich in den zweicylindrigen die Expansion des Dampfes ausnutzen. Bei diesen Dampfmaschinen, die auch Compoundmaschinen heißen, kommt der Dampf in zwei verschieden großen Cylindern hintereinander in der Weise zur Wirkung, daß er, mit dem Kesseldruck in den kleinern Cylinder (Hochdruckcylinder) tretend, nach der Absperrung in geringem Grad expandiert, dann jedoch in dem großen Cylinder (Niederdruckcylinder) zu einer bis zur äußersten Grenze gehenden Expansion gebracht wird.
Diese Dampfmaschinen wirken deshalb so vorteilhaft, weil man einerseits im stande ist, mit ihnen sehr große Expansionsgrade zu erreichen, ohne daß dadurch die Gleichmäßigkeit des Ganges in gleichem Maß beeinträchtigt würde wie bei Eincylindermaschinen, und weil anderseits die Temperaturdifferenzen zu beiden Seiten der Kolben geringer sind als bei Eincylindermaschinen, so daß beim Dampfeintritt in die Cylinder eine geringere Kondensation entsteht. Durch beide Umstände wird eine Dampf- und somit auch eine Kohlenersparnis herbeigeführt. Man unterscheidet nun zwei Klassen von Compoundmaschinen, die erste derselben enthält solche Dampfmaschinen, bei welchen die Kurbeln der zu beiden Cylindern gehörigen Kolben entweder gleich gerichtet, oder um 180° versetzt sind und der Dampf direkt aus dem kleinen Cylinder in den großen übertritt. Solche Dampfmaschinen heißen Woolfsche Maschinen oder Maschinen nach Woolfschem System. In
[* ] ^[Abb.: Fig. 12. Woolfsche Dampfmaschine. Längsschnitt.]
[* ] Fig. 15. Dampfmaschine nach Woolfschen System mit Collmann-Steuerung.
[* ] Fig. 17. Liegende Receiver-Compoundmaschine (Ansicht von oben).
[* ] Fig. 20. Receiver-Compoundmaschine für Schraubenschiffe (Durchschnitt).
[* ] Fig. 23. Dreicylinder-Compoundmaschine.
[* ] Fig. 24. Rotierende Dampfmaschine (Scheibenmaschine). (Schematisch.)
[* ] Fig. 25. Kleysche Wasserhaltungsmaschine mit unterbrochener Rotation.
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die zweite Klasse gehören diejenigen Maschinen, deren Kurbeln um einen rechten Winkel verstellt sind. Bei diesen Maschinen ist zwischen beiden Cylindern ein Sammelraum (Receiver) nötig, in welchem sich der Dampf aufhält, wenn er den kleinen Cylinder verläßt, jedoch wegen der eigentümlichen Kurbelstellung noch nicht in den großen Cylinder eintreten kann. Diese Maschinen heißen Compoundreceivermaschinen, werden aber im gewöhnlichen Gebrauch häufig schlechtweg Compoundmaschinen, besser jedoch Receivermaschinen genannt.
Das Prinzip einer Woolfschen Maschine zeigt [* ] Fig. 12. C ist der kleine, D der große Cylinder, deren Kolben, mit zwei gleichgerichteten Kurbeln in Verbindung stehend, gleichmäßig auf- und niedergehen. Tritt nun frischer Dampf durch E über den Kolben A, so ist zugleich auch Hahn H geöffnet (dagegen G, F und K geschlossen), so daß der vom vorigen Hub unter A befindliche Dampf über B tritt, während der Raum unter letzterm durch L mit dem Kondensator in Verbindung steht.
Beide Kolben gehen also gleichzeitig abwärts, der Dampf zwischen A und B drückt durch seine Spannung B nach unten und A nach oben; da aber B größer ist als A, so bleibt stets ein den Kolben B abwärts bewegender Druck übrig, proportional dem Unterschied der beiden Kolbenflächen. Nachdem beide Kolben den tiefsten Stand erreicht haben, ist der Cylinder D mit dem ursprünglich in C befindlich gewesenen Dampf gefüllt, und dieser ist um das 3½- bis 5fache expandiert. Beim Kolbenwechsel öffnen sich die Hähne F, G und K, und die beiden Kolben steigen unter denselben Verhältnissen in die Höhe, wie sie niedergegangen sind. Dabei ist während eines Schubes der Druck auf die Kurbel minder veränderlich als bei Expansionsmaschinen mit nur einem Cylinder, und der Kohlenverbrauch ist sehr gering.
Eine Woolfsche Maschine, welche von den gewöhnlichen Konstruktionen wesentlich abweicht und namentlich eine originelle Steuerung besitzt, ist von Ehrhardt angegeben und von der Dinglerschen Maschinenfabrik in Zweibrücken ausgeführt worden. Diese Maschine ist namentlich gegenüber den verschiedenen Variationen des Corliß-Systems sehr einfach. Die beiden Cylinder sind zusammengegossen und zusammen mit dem Steuerungsgehäuse in einem größern Cylinder zur Vermeidung von Wärmeverlusten eingeschlossen.
Die Kolben bewegen sich in entgegengesetzter Richtung, wodurch die Druckwirkungen auf die Schwungradlager sich zum größten Teil ausgleichen. Die beiden Steuerungshähne werden durch eine Querwelle von der Kurbelwelle aus in eine kontinuierliche Drehung versetzt; an jedem Ende der Cylinder ist ein solcher Hahn angebracht, welcher zugleich beide Cylinder steuert, und dessen Funktion sich aus der schematischen Darstellung [* ] (Fig. 13 und 14) ergibt. Der Dampf tritt zunächst in den Mantel des kleinen Cylinders c, von hier durch den Steuerungshahn in den kleinen Cylinder hinter den Kolben, während gleichzeitig für den vor dem entgegengesetzt sich bewegenden Kolben des großen Cylinders C austretenden Dampf der Ausweg O zum Kondensator durch den Steuerungshahn geöffnet ist. Am andern Ende der Cylinder muß gleichzeitig der vor dem kleinen Kolben hergetriebene Dampf hinter den Kolben im großen Cylinder hinüber expandieren können, weshalb der andre Steuerungshahn die in [* ] Fig. 14 skizzierte zweite Position einnehmen muß.
Bei der nächsten halben Drehung der Schwungradwelle oder der Steuerungshähne haben die letztern ihre gegenseitige Stellung selbstverständlich vertauscht. [* ] Fig. 15 (Tafel II) zeigt eine vollständige Dampfmaschine nach Woolfschem System mit Collmann-Steuerung. Hier sind die beiden Cylinder A und B hintereinander angeordnet, so daß sie eine gemeinschaftliche Kolbenstange CC haben, welche von der Kurbel D mit der Bleuelstange E angetrieben wird. F ist das Verbindungsrohr zwischen beiden Cylindern, G die Kondensation.
Noch gleichmäßiger als bei diesen Woolfschen Maschinen wird der Gang bei den Receivercompoundmaschinen. Die beiden rechtwinkelig verstellten Kurbeln einer solchen Maschine sitzen in Wirklichkeit auf Einer Achse, sind aber der größern Anschaulichkeit wegen in der das Prinzip der Receivermaschine veranschaulichenden [* ] Fig. 16 so gezeichnet, als ob sie auf verschiedenen Wellen angebracht wären. Bei der Kurbelstellung a befindet sich der kleine Kolben in der Mitte seines Aufganges, der große Kolben im obern Totpunkt. Dabei drückt der Kesseldampf gegen den kleinen Kolben; der während der ersten Hälfte des Aufganges des kleinen Kolbens ausgetretene Oberdampf wurde von dem zwischen beiden Cylindern befindlichen (in der Skizze fortgelassenen) Receiver aufgenommen und beginnt in diesem Moment gegen die Oberfläche des großen Kolbens zu wirken. Bei der unter b dargestellten Kurbelstellung
[* ] ^[Abb.: Fig. 13 u. 14. Ehrhardtsche Steuerung.]
[* ] ^[Abb.: Fig. 16. Hauptstellungen einer Receivercompoundmaschine.]
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befindet sich der kleine Kolben am Ende seines Aufganges, und es beginnt jetzt der unter ihm wirksam gewesene Dampf in den Receiver zu treten, welch letzterer inzwischen den großen Cylinder mit Dampf gespeist hat, jedoch vor dem Zutritt des neuen Dampfes aus dem kleinen Cylinder, also vor Beendigung desselben Hubes des großen Kolbens, gegen dessen Cylinder verschlossen wurde, so daß der Dampf in diesem durch weitere Expansion zu wirken beginnt. Während des Überganges von b bis zur Stellung c ist die Expansion im großen Cylinder beendet, inzwischen der kleine Kolben unter der Einwirkung des Kesseldampfes bis in die Mitte seines Niederganges gekommen und hat dabei einen Teil des unter ihm befindlichen Dampfes in den Receiver gedrängt, welcher sich oben nach dem großen Cylinder hin öffnet. Dabei wirkt jetzt der Receiverdampf von unten gegen den großen Kolben, bis dieser die unter d dargestellte Stellung erreicht hat, wird aber wieder vor dem Eintritt des über dem kleinen Kolben wirksam gewesenen Dampfes abgesperrt. Von der Stellung d gehen die Kolben und Kurbeln zurück in die Stellung a etc.
Eine liegende Receivercompoundmaschine neuester Konstruktion von 250 Pferdekräften ist in [* ] Fig. 17 (Tafel II) dargestellt. Der Dampf gelangt hier durch Rohr K nacheinander in den kleinen oder Hochdruckcylinder A, den Receiver B, den großen oder Niederdruckcylinder C und endlich in den Kondensator, der mit zwei Luftpumpen EE versehen ist. Der Hochdruckcylinder ist mit Collmann-Steuerung versehen und erhält je nach dem Widerstand der durch die Dampfmaschine betriebenen Arbeitsmaschine mehr oder weniger große Füllung, deren Maß durch den Regulator bestimmt wird.
Der Niederdruckcylinder hat Meyersche Schiebersteuerung. Die beiden Kurbeln GG sind rechtwinkelig gegeneinander verstellt und treiben das als Schwungrad dienende Seilrad H, über dessen Umfang in entsprechenden Nuten zehn Hanfseile zur Übertragung auf die Transmissionswellen gelegt sind. L L sind sogen. Bajonettbalken, welche die Lager der Schwungradwelle fest mit den Cylindern verbinden. Man kann die Maschine auch mit jedem der beiden Cylinder allein arbeiten lassen. Hierzu dienen die Rohre N und O. Zum Absperren des Dampfes bei Abstellung der Maschine dient das Absperrventil P, während Q das Einspritzwasser des Kondensators reguliert.
Dampfmaschinen mit Umsteuerung.
Unter gewissen Verhältnissen nehmen die Dampfmaschinen besondere, von den bisher beschriebenen abweichende Formen an. Häufig kommt es vor, daß die Dampfmaschinen abwechselnd vor- und rückwärts laufen müssen, so bei Winden, bei den sogen. Fördermaschinen der Bergwerke (mittels welcher Erze und Menschen auf- und abwärts befördert werden), bei Lokomotiven und Schiffsmaschinen, Dampfstraßenwalzen, bei gewissen Walzwerken (Reversierwalzwerke) etc. In solchen Fällen bedarf die Dampfmaschine eines geeigneten Mechanismus, der sogen. Umsteuerung (s. Steuerung).
Bei Anwendung nur eines Dampfcylinders mit einer Kurbel würde die Ingangsetzung solcher Maschinen in dem Fall Schwierigkeiten machen, daß die Dampfmaschine im sogen. Totpunkt, d. h. so steht, daß Kurbel und Bleuelstange in einer geraden Linie liegen. Außerdem kann man bei diesen Maschinen Schwungräder nicht wohl verwenden, weil dieselben der erwünschten schnellen und exakten Umsteuerung entgegenarbeiten würden, so daß sie mit nur einem Dampfcylinder einen sehr unregelmäßigen Gang haben würden. Deshalb werden diese Dampfmaschinen jetzt ausnahmslos mit zwei Cylindern versehen, deren Kurbeln um 90° verstellt sind (Zwillingsmaschinen), wodurch die Totpunkte gänzlich vermieden sind.
Schiffsmaschinen.
Bei Schiffsmaschinen hat man mit dem beengten Raum zu rechnen, in welchem sie aufgestellt werden. Eine Form, die sehr wenig Platz braucht, ist diejenige der oszillierenden Dampfmaschine, bei welcher die Bleuelstange fortfällt und der Cylinder um zwei in Lagern drehbare hohle Zapfen schwingt, so daß der Kopf der Kolbenstange unbehindert der Kurbelbewegung folgen kann. Die Dampfzuleitung und -Abführung erfolgt durch diese hohlen Zapfen mittels angeschlossener und durch Stopfbuchsen abgedichteter Rohre.
Die Steuerung erfolgt durch Schieber, welche durch die schwingende Kolbenbewegung hin und her bewegt werden. Diese Maschinen sind dadurch, daß sie an den Stopfbuchsen leicht undicht werden, in Mißkredit gekommen und werden daher als Landdampfmaschinen gar nicht mehr, als Schiffsmaschinen nur noch zum Betrieb von Raddampfern gebaut. [* ] Fig. 18 (Tafel I) zeigt eine oszillierende Zwillingsschiffsmaschine. A Radwelle, BB' oszillierende Cylinder, C Schwingungsachse, DD' die Kurbeln. - Beliebt sind als Schraubenschiffsmaschinen die sogen. Trunkmaschinen.
Dieselben sind dadurch in der Längsrichtung verkürzt, daß man die Kolbenstange als weites Rohr ausgeführt hat, in dessen Mitte die Kolbenstange angreift. [* ] Fig. 19: Trunkmaschine. A Cylinder, B Kolbenstange, C Bleuelstange, D Kurbel, H Abführungsrohr, welches in den Kondensator F mündet, G Luftpumpe. Im übrigen werden bei Schraubenschiffen auch vielfach stehende Maschinen angewendet, deren Cylinder, an Gerüsten befestigt, über der Schraubenwelle stehen, und welche wegen ihrer äußern Ähnlichkeit mit Dampfhämmern auch Hammermaschinen genannt werden. Hierbei wird nun jetzt sehr häufig das Compoundreceiversystem verwendet, welches überhaupt bei Schiffsmaschinen zuerst erprobt und erst im Lauf des letzten Jahrzehnts auch auf Landdampfmaschinen übertragen wurde. In [* ] Fig. 20 (Tafel II) ist eine Receivercompoundmaschine für Schraubenschiffe in der Form einer Hammermaschine dargestellt. HH ist das Maschinengerüst, A der kleine, B der große Cylinder, E der Receiver, CC Dampfschieber, DD die Um-
[* ] ^[Abb.: Fig. 19. Trunkmaschine, Längsschnitt.]
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steuerung, FF die Schraubenwelle mit den Kurbeln GG für die Dampfcylinder und der Kurbel I zum Betrieb der Luftpumpe des Kondensators. Die Seeschiffe sind infolge des Salzgehalts des Meerwassers zur Verhütung einer starken Salzinkrustierung der Kesselwände gezwungen, in kurzen Zeiträumen einen Teil des Kesselwassers durch Abblasen oder Auspumpen zu entfernen, wodurch große Wärmeverluste bedingt sind, welche man vermeiden kann, wenn man sich zur Kesselspeisung vollständig salzfreies Kondensationswasser verschafft, welches jedoch bei der gewöhnlichen Kondensation durch Wassereinspritzung nicht erhalten werden kann, weshalb man auf Seeschiffen mit Vorteil Oberflächenkondensatoren [* ] (Fig. 21, Tafel I) anwendet. Der bei a eingeführte Abdampf der Maschine verteilt sich durch eine große Anzahl enger Röhren r und wird dadurch, daß die letztern im Kasten fortwährend durch die Kaltwasserpumpe W mit Wasser bespült werden, kondensiert; das Kondensationswasser wird mit der beigemengten Luft durch b von der Luftpumpe L herausgepumpt. k ist das Querhaupt der Schiffsmaschine.
Kesseldampfmaschinen.
Über die besondern Formen der Lokomotive und Lokomobile s. d. Einen Übergang von den feststehenden oder stationären Dampfmaschinen zu den Lokomobilen bildet die transportable, unfahrbare Dampfmaschine (Kesseldampfmaschine), bei welcher die ganze am Kessel angebracht ist. Eine vielfach angewandte vertikale Kesseldampfmaschine zeigt [* ] Fig. 22 (Tafel I). A der vertikale Dampfkessel, a Wasserstandsglas, b Rauchrohr mit Registerklappe c, d Dampfcylinder, e Regulator, g Saugkopf der Speisepumpe, h Handhebel einer Reservespeisepumpe. Das Schwungrad dient zugleich als Riemenscheibe zur Übertragung der Kraft auf irgend eine Arbeitsmaschine.
Drei- und Viercylindermaschinen.
Zum direkten Betrieb von Arbeitsmaschinen mit sehr hohen Tourenzahlen, welche von gewöhnlichen Dampfmaschinen nicht mehr erreicht werden können, wendet man sogen. Drei- und Viercylindermaschinen an, z. B. zum Betrieb von Walzwerken, Kreissägen, Zentrifugalpumpen, Ventilatoren, auch magnetelektrischer Maschinen. Bei diesen sind die drei oder vier einfach wirkenden Cylinder der Dampfmaschine symmetrisch in einem um die Kurbelwelle beschriebenen Kreise so angeordnet, daß ihre Bleuelstangen sämtlich an derselben Kurbel angreifen. Die Vorzüge dieser Maschinen sind ihre Kleinheit und Kompaktheit und besonders die Möglichkeit, eine große minutliche Umdrehungszahl zu erreichen, ohne daß sich Stöße bemerkbar machen. Auch auf diese Maschine hat man das Compoundsystem anzuwenden versucht [* ] (Fig. 23, Tafel II). ABC sind die drei verschieden großen Cylinder, welche der Dampf der Reihe nach durchläuft, indem er dabei allmählich expandiert, D Schwungrad, E Riemenscheibe.
Rotierende Dampfmaschinen.
Man hat auch Dampfmaschinen konstruiert, welche den Dampf direkt eine rotierende Bewegung, ohne Zuhilfenahme eines hin- und hergehenden Kolbens, hervorbringen lassen (sogen. rotierende Dampfmaschinen). Dieselben beruhen auf dem Prinzip der Kapselräder (s. Pumpen und Gebläse) oder einem ähnlichen. Eine Form der rotierenden Dampfmaschine, die sogen. Scheibenmaschine, zeigt [* ] Fig. 24 (Tafel II). abcd ist das Gehäuse, bei ab und cd kugelförmig, bei ad und bc kegelförmig gestaltet.
In der Mitte liegt die Kugel k mit der daran befestigten Scheibe m. Von dc bis zur Kugel k reicht eine Scheidewand, für welche die Scheibe m einen entsprechenden Schlitz hat. Der von e aus eintretende Dampf drückt auf die eine Seite der Scheibe m und wälzt sie dabei derart auf den Kegelflächen des Gehäuses herum, daß die durch den Bügel q verstärkte Stange n einen Kegel beschreibt, wodurch die Scheibe p der Betriebswelle o in Umdrehung versetzt wird. Den wirksam gewesene Dampf entweicht bei f. Der einzige Vorteil, den rotierende Maschinen den Kolbenmaschinen gegenüber gewähren können, die Möglichkeit, sehr große Tourenzahlen ohne Vorgelege zu erreichen, wird durch den Kardinalfehler aller bisher bekannten Konstruktionen, das Undichtwerden der beweglichen Teile, reichlich aufgewogen. Gegenwärtig hat man, um für den Betrieb der sehr schnell laufenden elektromagnetischen Maschinen passende Motoren zu bekommen, den rotierenden Dampfmaschinen erneute Aufmerksamkeit geschenkt.
Kataraktmaschinen.
Im Gegensatz zu den rotierenden Dampfmaschinen bedarf man auch solcher, welche gar keine Rotation hervorbringen, nämlich für alle solche Fälle, wo es nur auf eine hin- und hergehende (alternierende) Bewegung ankommt, wie bei Dampfhämmern, Dampframmen, durch Dampfkraft getriebenen Pumpen und Gebläsen etc. Über die Form der Dampfmaschine bei Dampfhämmern und Dampframmen s. Hammer und Ramme. Pumpen und Gebläse werden durch Dampfmaschinen direkt entweder so getrieben, daß man für die Steuerung der Dampfmaschine eine Hilfsrotation einschaltet (d. h. daß man den Pumpenkolben oder Gebläsekolben direkt durch die Dampfkolbenstange in hin- und hergehende Bewegung setzt und nur deshalb noch einer Welle mit Schwungrad mittels eines geeigneten Mechanismus von der Kolbenstange eine rotierende Bewegung erteilen läßt, um von jener Welle die Bewegung der Steuerung in gewöhnlicher Weise herzuleiten), oder so, daß man jede Rotation vermeidet und die Steuerung von der Kolbenstange ausführen läßt.
Dieser letztere Fall tritt besonders häufig bei den Wasserhaltungsmaschinen der Bergwerke und den Pumpmaschinen der Wasserleitungen ein, wo man dann die sogen. Kataraktmaschinen oder Dampfmaschinen mit Kataraktsteuerung anwendet. Dieselben sind dadurch charakterisiert, daß das Dampfeinströmungsventil der Dampfmaschine nicht von der Steuerung selbstthätig, sondern dadurch geöffnet wird, daß ein Katarakt, ein durch Wasserwiderstand im Niedersinken verzögerter Kolben (s. Katarakt), der durch die Steuerung gehoben war, auf seinem tiefsten Standpunkt angelangt, der Steuerung einen Anstoß erteilt, und daß die Maschine nach vollendetem Hube bis zur neuen Auslösung durch den Katarakt stillstehen bleibt.
Der große Vorteil dieser Konstruktion für besagte Zwecke ist der, daß man innerhalb ziemlich weiter Grenzen durch Regulierung des Katarakts die Hubpausen der Maschine je nach der zu bewältigenden Wassermenge verlängern oder verkürzen kann. Dagegen leiden diese Maschinen an einer durch die plötzliche Umkehr der Kolbenbewegung hervorgebrachten sehr starken Beanspruchung der Teile sowie daran, daß der Hub kein ganz bestimmter ist, so daß der Kolben bei vorkommenden Unregelmäßigkeiten durchgehen, d. h. gegen den Cylinderdeckel schlagen und diesen zertrümmern, kann, endlich auch daran, daß die Hubzahl pro Minute eine gewisse nicht zu hohe Grenze nicht überschreiten kann. Alle diese Übelstände werden bei der Kleyschen Wasserhaltungsmaschine mit unterbrochener Rotation [* ] (Fig. 25, Tafel II) vermieden. A ist der Dampfcylinder, dessen Kolben- und Bleuelstange bei B auf einen Balancier wirkt. Der letztere trägt
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in D das Pumpengestänge und in G das zur Ausbalancierung desselben erforderliche Gegengewicht. Die Bewegung der Steuerstange s wird von einem auf der Achse C des Balanciers befestigten Hebel CK mittels des Hilfsbalanciers kct herbeigeführt. H ist eine vom Punkt E des Balanciers aus mittels Bleuelstange und Kurbel getriebene Schwungradwelle. Durch diese Anordnung wird erzielt, daß man die Maschine sowohl so laufen lassen kann, daß die Kurbel nur zwischen den Totpunkten hin- und herschwingt, während zwischen jeder Schwingung eine durch den Katarakt bestimmte kürzere oder längere Pause eintritt, oder aber so, daß unter gänzlicher Beseitigung der Pausen eine kontinuierliche Drehung der Kurbel nach einer Richtung eintritt, wobei der Katarakt seinen Einfluß auf den Gang der Maschine ganz verloren hat und man letztere so schnell laufen lassen kann, als die Pumpen nur immer vertragen.
In neuester Zeit fängt man vielfach an, den Dampf nicht mehr im gesättigten Zustand, wie er sich über dem Wasser des Kessels bildet, anzuwenden, sondern als überhitzten, indem man denselben nach seinem Austritt aus dem Kessel in einem oder mehreren Rohren durch die abziehenden Feuergase über seine Kesseltemperatur erwärmt, während seine Spannung gleich der des Dampfes im Kessel bleibt. Diese Überhitzung des Dampfes ist mit erheblichen Vorteilen verbunden, vor allem mit einem nicht unbeträchtlichen ökonomischen Gewinn, welcher bis 10 Proz. Kohlenersparnis betragen kann, weil nämlich zur Volumvergrößerung des Dampfes ganz unverhältnismäßig weniger Wärme gebraucht wird als zur Erzeugung des Dampfes aus Wasser. Ein solcher überhitzter Dampf hat noch den Vorteil, vollkommen trocken zu sein und bei der Expansion so zu bleiben, während der gesättigte Dampf viel Wasser in Nebelform mit sich fort in den Cylinder reißt, wo es sich niederschlägt und, wenn es nicht beizeiten entlassen wird, große Unzuträglichkeiten (Zersprengung des Cylinders oder Verbiegen der Kolbenstange) zur Folge haben kann.
Berechnung der Leistung der Dampfmaschinen.
Die Größe der Arbeit einer Dampfmaschine wird gefunden, wenn man den nützlichen (resultierenden) Druck des Dampfes gegen den Kolben mit dem Weg multipliziert, welchen derselbe pro Hub oder pro Sekunde zurücklegt. Beträgt z. B. der Durchmesser des Dampfkolbens 0,248 m, der Hub desselben 0,534 m, übt der Dampf im Cylinder pro QMeter einen mittlern Druck von 33,400 kg (= 3,233 Atmosphären), und schätzt man die Größe der schädlichen Widerstände (bei einer ohne Kondensation arbeitenden Maschine) auf 15,000 kg, so erhält man einen nützlichen Druck von 33,400-15,000 = 18,400 kg, und der Kolben wird mit einer Nutzkraft fortgeschoben (beim Kolbenquerschnitt = 0,0483 qm), die gleich ist 18,400.0,0483 = 888,72 kg. Erfolgen nun in der Minute 132 einfache Kolbenspiele, so bewegt sich der Kolben mit einer mittlern Geschwindigkeit pro Sekunde von (132/60).0,534 = 1,175 m. Die Nutzarbeit, welche auf die Welle des Schwungrades übertragen wird, ist mithin 888,72.1,175 = 1045 Meterkilogramm oder 1045/75 = 13,93 Maschinenpferden.
Das pro Sekunde verbrauchte Dampfvolumen beträgt theoretisch 0,0483.1,175 = 0,0568 cbm; der pro Stunde verbrauchte Dampf beträgt theoretisch 0,0483.1,175.3600 = 204,5 cbm = 204,5.1,72 = 351,7 kg, also pro Stunde und Pferdekraft 351,7/13,93 = 25,3 kg. Zur Berechnung der Leistung einer mit Expansion arbeitenden Maschine kann man von nachstehender Tabelle Gebrauch machen, welche die Totalarbeit von 1 cbm Wasserdampf bei verschiedenen Absperrungen unter Voraussetzung der Pressung einer Atmosphäre angibt:
Volumen nach der Expansion in Kubikmetern | Größe der korrespond. Arbeit in Meterkilogr. |
---|---|
1.00 | 10333 |
1.05 | 10837 |
1.10 | 11318 |
1.15 | 11778 |
1.20 | 12217 |
1.25 | 12639 |
1.30 | 13044 |
1.40 | 13810 |
1.50 | 14523 |
1.60 | 15190 |
1.70 | 15816 |
1.80 | 16407 |
1.90 | 16966 |
2.00 | 17496 |
2.20 | 18481 |
2.40 | 19380 |
2.60 | 20207 |
2.80 | 20973 |
3.00 | 21686 |
3.20 | 22353 |
3.40 | 22979 |
3.60 | 23570 |
3.80 | 24128 |
4.00 | 24658 |
4.20 | 25163 |
4.40 | 25643 |
4.60 | 26103 |
4.80 | 26542 |
Bei halber Füllung einer wie oben dimensionierten Dampfmaschine (also bei doppelter Expansion) wird der Dampfverbrauch pro Stunde halb so groß sein (= 175,9 kg), während die Arbeit (17496/2.10333).13,93 = 12,0 Pferdekräfte beträgt, so daß auf 1 Stunde und 1 Pferdekraft ein Dampfverbrauch von 175,9/12 = 14,66 kg kommt. Die wirkliche Leistung unsrer Dampfmaschine sowie der wirkliche Dampfverbrauch werden sich jedoch wegen auftretender schädlicher Widerstände und Dampfverluste etwas anders herausstellen. Über die Leistungen der verschiedenen Maschinengattungen gibt folgende Tabelle Andeutungen:
Anzahl der theoretischen Maschinenpferdekräfte, welche durch das Verbrennen von 0,5 kg Kohlenstoff bei verschiedenen Dampfspannungen entwickelt werden können.
Dampfspannung in Atmosphären | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Korrespondierende Temperatur | 100° | 121.4° | 135.1° | 149.06° | 153.08° | 160.2° | 166.5° | 172.1° |
Maschinen mit Absperrung und Kondensation | 1166 | 1766 | 2130 | 2391 | 2595 | 2762 | 2904 | 3028 |
Maschinen ohne Absperrung mit Kondensation | 756 | 842 | 873 | 889 | 899 | 905 | 910 | 913 |
Maschinen mit Absperrung ohne Kondensation | 0 | 52 | 883 | 1147 | 1356 | 1528 | 1675 | 1805 |
Maschinen ohne Absperrung und Kondensation | 0 | 434 | 605 | 696 | 753 | 792 | 820 | 841 |
Als die vorzüglichsten Maschinen ergeben sich hieraus die Maschinen mit Absperrung und Kondensation, und man sieht, daß ihre Leistung mit der Dampfspannung wächst. Viel weniger leisten die Maschinen mit Absperrung ohne Kondensation, und bei den Maschinen ohne Absperrung mit Kondensation wächst die mechanische Arbeit mit der Spannkraft des Dampfes sehr wenig.
Für praktische Zwecke ermittelt man die effektive Leistung der an der Schwungradwelle mit dem Bremsdynamometer oder Pronyschen Zaum und dessen Verbesserungen (die sogen. Bremsleistung oder
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gebremste Leistung), während die vom Dampf auf den Kolben übertragene Arbeit durch den Indikator (s. d.) ermittelt wird (die sogen. indizierte Leistung). Erstere fällt wegen der durch Reibung verbrauchten Arbeit des Kolbens, der Geradführung etc. immer geringer aus als letztere.
Geschichte.
Daß das Wasser, wenn es in einem Gefäß über Feuer erhitzt wird, in einen Zustand übergeht, in welchem es eine große Kraft zu äußern vermag, mußte schon sehr früh wahrgenommen werden. Als erste Versuche, Dampf zur Erzeugung von Bewegung zu benutzen, sind der sogen. Heronsball u. die auf dem Prinzip des Segnerschen Rades beruhende Äolipile, Fig. 26 (beide von Heron von Alexandria 120 v. Chr. beschrieben), zu erwähnen. Nach einer Mitteilung von Leonardo da Vinci, der wahrscheinlich aus einem verloren gegangenen arabischen Text geschöpft hat soll auch schon Archimedes vorgeschlagen haben, die Spannkraft des Dampfes zu benutzen u. zwar zum Fortschleudern eines Geschosses aus einem kurzen Rohr.
Die Alten haben also sehr wohl Kenntnis von der Dampfkraft gehabt; aber sie kamen nicht über die angedeuteten Ideen hinaus, und ebensowenig zeigt sich irgend welcher nennenswerte Fortschritt bis zum Anfang des vorigen Jahrhunderts. Joh. Branca ließ 1629 den aus einem verschlossenen Gefäß durch ein gebogenes Rohr ausströmenden Dampf gegen ein Schaufelrädchen strömen [* ] (Fig. 27), welches durch Räderübersetzung ein kleines Pochwerk in Bewegung setzen sollte.
Man könnte noch einige derartige Versuche mehr aufzählen, würde aber damit immer nur weiter bestätigen, daß vor der Entwickelung der modernen Naturwissenschaft die eigentliche Idee der Dampfmaschine völlig unbekannt war. Erst als Torricellis Beweis von der Schwere der Luft und die staunenerregenden Versuche Otto v. Guerikes mit der Luftpumpe das Verlangen erweckt hatten, den Luftdruck industriell zu verwerten, gelang es dem Marburger Professor Dionysius Papin, eine Vorrichtung anzugeben, mittels welcher auf einfache Weise durch Dampf ein leerer Raum gewonnen werden kann. Er erhitzte [* ] (Fig. 28) etwas Wasser in einem oben offenen Hohlcylinder A, wobei ein dicht anschließender Kolben B in dem Maß der Dampfentwickelung durch ein Gegengewicht L an einem über Rollen T geführten Seil in die Höhe gezogen wurde, bis er seinen höchstem Stand erreicht hatte, in welchem er durch den Riegel E arretiert wurde.
Nach Entfernung des Feuers trat eine Abkühlung und Kondensation des Dampfes ein, und infolge des sich bildenden Vakuums wurde der Kolben nach Auslösung des Riegels E durch den Druck der Atmosphäre zurückgetrieben, dabei das Gewicht L anhebend. Diese Vorrichtung ward 1690 bekannt gemacht, doch fand der neue Gedanke wenig Anerkennung. 1698 hatte sich der Bergwerksbeamte Savery in England einen Apparat zum Heben von Wasser und zur Bewegung von Arbeitsmaschinen patentieren lassen [* ] (Fig. 29). Der Dampf tritt bei Öffnung des Hahns C aus dem Kessel A (mit Speiserohr c und Sicherheitsventil d) durch das Rohr B nach D, kondensiert sich nach Verschließung von C dadurch, daß man von J auf D kaltes Wasser herabschießen läßt, so daß durch das sich bildende Vakuum Wasser aus G durch E und das Saugventil h angesogen wird, welches nach Wiedereröffnung von C durch den Dampfdruck, das Druckventil a passierend, durch F nach H getrieben wird.
Der dabei in D eintretende Dampf kondensiert sich wieder, saugt wieder Wasser an etc. Papin verbesserte diese Maschine und scheint mit einer solchen ein Dampfschiff ausgestattet zu haben, mit welchem er die Fulda befuhr. Doch wurde ihm das Schiff bei einem Streit von Matrosen zerschlagen. Viel brauchbarer war schon Newcomens atmosphärische Dampfmaschine (Fig. 30, S. 472), welche 1712 zuerst zum Fördern von Wasser aus einer Steinkohlengrube zu Griff in Warwickshire verwendet wurde. Sie besteht aus einem Cylinder B, in welchen von unten aus einem Dampfkessel A Dampf durch das Rohr C eintritt, wobei nun der Kolben D ebenso wie bei der Vorrichtung Papins durch ein Gegengewicht K, welches durch die Kette H, den Balancier F, eine zweite
[* ] ^[Abb.: Fig. 26. Äolipile.]
^[Abb.: Fig. 27. Brancas Maschine.]
^[Abb.: Fig. 28. Papins Maschine.]
[* ] ^[Abb.: Fig. 29. Saverys Aspirationsmaschine.]
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Kette und die Stange E mit dem Kolben in Verbindung steht und zugleich das Pumpengestänge I herabdrückt, in die Höhe gezogen wird. Alsdann wird der Dampfzutrittshahn C geschlossen und aus dem Gefäß L Wasser durch Rohr P in den Cylinder gespritzt, wobei eine Kondensation des Dampfes eintritt und infolge des im Cylinder entstehenden Vakuums der Kolben durch den Luftdruck herniedergedrückt wird, so daß das Gegengewicht mit dem Pumpengestänge gehoben wird. RS ist ein Ableitungsrohr für das Kondensationswasser, M das Gestänge zu einer kleinen Pumpe, die mittels des Druckrohrs N das Reservoir L gefüllt erhält. An dieser Maschine geschah das Öffnen und Schließen der Hähne durch einen Arbeiter, ein solcher (Potter mit Namen) verband die Hähne durch Schnüre mit bewegten Maschinenteilen und erfand so die selbstthätige Steuerung.
Bis 1770 erhielt sich die Dampfmaschine wesentlich auf diesem Standpunkt, und es war James Watt vorbehalten, sie durch die glänzendsten Erfindungen auf eine ungleich höhere Stufe und zu einem solchen Grade der Vollkommenheit zu bringen, daß man selbst bis auf den heutigen Tag nicht im stande gewesen ist, größere, bedeutsamere und sehr wesentliche Verbesserungen in den Hauptteilen der Maschine anzubringen. Watt war der Schöpfer der Dampfmaschine von der Form und Einrichtung, wie sie jetzt allgemein benutzt wird.
Bei seiner ersten, 1768 erbauten Maschine bewirkte der Dampf zugleich durch Druckwirkung und Erzeugung eines Vakuums durch Kondensation den Niedergang des Kolbens, während er durch Gegengewichte wieder in die Höhe gezogen wurde; die Kondensation fand in einem besondern Kondensator statt. Solche Maschinen wurden namentlich in den Bergwerken von Cornwall zur Wasserhaltung angewendet und sind noch bis vor kurzem unter dem Namen Cornwall-Maschinen im Betrieb gewesen.
Schon 1769 trug sich Watt mit der Idee einer Expansionsmaschine, brachte dieselbe jedoch erst 1778 zur Ausführung. 1778 und 1779 kam Watt auf den Gedanken, Kurbel, Lenkstange und Schwungrad auch bei der Dampfmaschine anzuwenden; da er aber mit der Sicherung durch ein Patent zögerte, so kamen ihm andre zuvor, und er sah sich lange auf die von ihm erfundene Sonnen- und Planetenradanordnung beschränkt. Im J. 1774 hatte er dem Unterhaus die Zeichnung einer doppelt wirkenden Dampfmaschine vorgelegt, und 1782 brachte er eine solche zur Ausführung.
Zwei Jahre später erfand er das Parallelogramm, und gleichzeitig ließ er sich die Anwendung des Zentrifugalpendels patentieren, dessen man sich schon früher bei englischen Windmühlen bedient hatte. Durch alle diese Verbesserungen war die Dampfmaschine über die einseitige Verwendung in den Bergwerken hinausgehoben; es war ihr ein neues, unabsehbares Feld eröffnet, und bald bürgerte sie sich nun auch in Baumwollspinnereien, Bierbrauereien, Mühlen, Walzwerken etc. ein.
Ungemein schnell verbreiteten sich die Dampfmaschinen auf den britischen Inseln; Watt hatte sich 1769 mit Boulton associiert, und aus ihrer Fabrik in Soho bei Birmingham gingen die ersten Dampfmaschinen hervor. Im J. 1776 wurde die erste große Maschine von 50 Zoll Kolbendurchmesser für ein Wasserpumpwerk bei Tipton in Staffordshire geliefert, 1778 eine ähnliche von 58 Zoll für Ketley in Shropshire. Die erste Dampfmaschine für die Manchester-Baumwollspinnerei lieferte Watt 1782 an Arkwright.
Schon 1810 wurde die Zahl der in Großbritannien arbeitenden Dampfmaschinen auf 5000 geschätzt. In Frankreich baute Périer 1780 die erste Dampfmaschine nach Watts System, aber 1810 zählte man erst 200 Dampfmaschinen. In Preußen wurde die erste Dampfmaschine 1788 in Tarnowitz zum Wasserheben aufgestellt. Die zweite folgte 1822 in der Berliner königlichen Porzellanmanufaktur, und erst von 1830 an datiert die allmählich zunehmende Verwendung der Dampfkraft. Hannover erhielt 1832, Württemberg 1841 die erste Dampfmaschine. Schon 1799 ersetzte Murdock in der Soho-Fabrik die Ventile der Steuerung durch einen Schieber, und Murray in Leeds führte den Muschelschieber und die exzentrische Scheibe ein und lieferte die erste Dampfmaschine ohne Balancier.
Die erste wirklich brauchbare Hochdruckmaschine baute der Amerikaner Evans zum Betrieb einer Getreidemahlmühle, und in England wurde eine solche von Trevithick und Vivian 1802, zunächst nur als transportable Maschine, bald aber auch in vielseitigen andern Anordnungen, gebaut. Seit dieser Zeit kam die Hochdruckmaschine nicht wieder außer Gebrauch; die verhältnismäßig günstigen Resultate, welche sie lieferte, wurden zunächst Hauptveranlassung, daß man eine bereits 1781 von Hornblower versuchte Anordnung weiter ausbildete, nämlich Maschinen mit zwei Cylindern von verschiedener Weite, in denen der Dampf zunächst gegen den Kolben des kleinern, dann gegen den Kolben des größern Cylinders wirkte und zuletzt kondensiert wurde.
Hornblower scheiterte mit seiner Idee an den Patentrechten Watts; dagegen lieferte Woolf 1804 nach dem Erlöschen des Wattschen und des Hornblowerschen Patents Zweicylindermaschinen. Maudslay lieferte 1807 Dampfmaschinen ohne Balancier von einer bis dahin unbekannten Symmetrie und Eleganz, welche überall großen Beifall ernteten. Eine oszillierende Dampfmaschine führte Murdock 1785 im Modell aus; praktische Anwendung fand sie aber erst 1820 durch Cavé in Paris und 1822 durch Manby in England. Direkt wirkende Maschinen mit unbeweglichem, liegendem Cylinder wurden zuerst 1801 von Symington gebaut; doch stand ihrer weitern Ausbreitung vorderhand das unbegründete Vorurteil im Weg, daß sich die Cylinder einseitig ausarbeiten und die Kolben schwerer dicht zu erhalten sein würden. Erst nach
[* ] ^[Abb.: Fig. 30. Newcomens Dampfmaschine.]
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1831, wo Stephenson angefangen hatte, bei seinem damaligen Dampfwagen ausschließlich Maschinen mit horizontalem Cylinder zu benutzen, kam man zu andern Ansichten und freilich auch zu zweckmäßigern Konstruktionen, und heute gehören die liegenden Maschinen zu den beliebtesten und bewährtesten. Die letzten Jahrzehnte haben namentlich eine sehr weit getriebene und glückliche Ausarbeitung aller Details gebracht; es sind zahlreiche neue Konstruktionen angegeben worden, und vorzüglich hat sich der Erfindungsgeist auf die Expansionsvorrichtungen geworfen, während man in allerneuester Zeit besonders auf die Verbesserung der zweicylindrigen Expansionsmaschinen und namentlich der Receivercompoundmaschinen hindrängt.
Die ersten Maschinen, welche eine Leistungsfähigkeit von 100 Pferdekräften besaßen, erregten großes Aufsehen, während man gegenwärtig sehr viel größere Maschinen mehrfach in Betrieb gesetzt hat. Zur Trockenlegung des Haarlemer Meers wurden drei Woolfsche Dampfmaschinen aufgestellt, deren Cylinder ja 2,2 und 3,76 m Durchmesser hatten, mit 350 bis 500 Pferdekräften arbeiteten und pro Kolbenschub mittels Pumpen von 3 m Hub 66 cbm Wasser durchschnittlich 5 m hoch hoben.
Diese Maschinen haben in zehn Jahren 45,000 Acres Land trocken gelegt und im ganzen etwa 8000 Mill. cbm Wasser fortgeschafft. Das englische Schiff Leviathan erhielt für den Räderbetrieb eine viercylindrige Dampfmaschine von ca. 1200 Pferdekräften und zum Schraubenbetrieb gleichfalls eine viercylindrige Maschine, die 2500 Pferdekräfte entwickeln soll. Die Maschinen des Panzerschiffs König Wilhelm aber besitzen 8664 Indikatorpferdekräfte. Man hat die Gesamtstärke aller Dampfmaschinen der Erde vor zehn Jahren (wohl etwas zu hoch) auf 15 bis 20 Mill. Pferdekräfte geschätzt; dies ist etwa 30mal soviel wie die absolute Arbeitsstärke, welche der Rhein vom Bodensee bis zum Meer entwickelt; dagegen ist die Arbeitsstärke des Niagara auf einer kurzen Strecke seines Laufes (Stromschnellen und Fall) zu 12,5 Mill. Pferdekräfte, d. h. zu etwa 0,66 der Stärke sämtlicher Dampfmaschinen der Erde, geschätzt worden.
Alle diese Maschinen, um den Niagarafall geschart, würden bei 16stündiger täglicher Arbeit kaum imstande sein, dessen Wassersturz wieder auf die Höhe der Stromschnellen zu schaffen. Erscheint bei solchem Vergleich die benutzte Dampfkraft geringfügig, so zeigt doch eine andre Betrachtung sehr bald, welche eminente Bedeutung sie für die Menschheit besitzt. Die 1000 Mill. Menschen, welche auf der Erde leben, würden im günstigsten Fall 70 Mill. Arbeiter stellen können, und diese würden bei täglich zwölfstündiger angestrengter Arbeit noch nicht ganz 12 Mill. Pferdekräfte, also etwa. 0,66 von dem, was die Dampfmaschinen leisten, repräsentieren. Da nun aber thatsächlich noch nicht 7 Mill. Menschen industriell arbeiten, so haben die Dampfmaschinen schon jetzt die wirklich geleistete industrielle Arbeit des Menschengeschlechts sehr weit überholt.
Leider stehen aber auch unsre besten Dampfmaschinen in der Ausnutzung der durch Verbrennung der Kohle erzeugten Wärme noch auf sehr niedriger Stufe, und jene Leistung wird daher nur mit einem verhältnismäßig ganz enormen Aufwand von Brennmaterial erzielt. 1 kg Steinkohle ergibt bei seiner Verbrennung etwa 12,000 Wärmeeinheiten, deren jede 1 kg Wasser um 1° C. zu erwärmen vermag und 424 Meterkilogramm Arbeitsleistung entspricht, so daß man bei Verbrennung von 1 kg Steinkohle theoretisch 12,000 . 424 = 2,544,000 Meterkilogramm erhält. Die besten Dampfmaschinen geben jedoch von 1 kg Kohle ca. 810,000 Meterkilogramm, also etwa 16 Proz. des theoretischen Effekts, während z. B. Wassermotoren ca. 75 Proz. Nutzeffekt ergeben.
Die Dampfmaschine hat auf die gesamte Industrie einen ungeheuern Einfluß ausgeübt, ja sie hat dieselbe gewissermaßen erst geschaffen, indem sie den Gewerben eine Vergrößerung des Arbeitsvermögens bot und sofort eine bedeutende Erhöhung der Leistungen hervorbrachte. Sie veranlaßte eine Verbesserung der Werkzeuge, welche durch sie in Bewegung gesetzt wurden, und führte zur Erfindung neuer Arbeitsmaschinen, durch deren vorzügliche Produkte sie selbst wieder an Vollendung gewann.
An der Erfindung der Dampfmaschine haben alle Nationen Anteil, aber vor allen hat England mit erstaunlicher Rührigkeit die Verwertung der neuen Idee betrieben. Der gesamte Maschinenbau lag anfangs fast ausschließlich in seinen Händen, und erst allmählich gelangte Frankreich und noch später Deutschland zu selbständiger Bethätigung. In der Folge sind viele sehr wesentliche Vervollkommnungen in beiden Ländern ersonnen worden, und der Maschinenbau hat sich auch in ihnen schnell zu hoher Blüte entfaltet.
Cavé in Paris und Borsig in Berlin müssen als die hervorragendsten Industriellen auf diesem Gebiet genannt werden. Auch Amerika hat sich an der Entwickelung des Maschinenwesens lebhaft beteiligt und sich dabei durch eine originelle Auffassung der Konstruktionen hervorgethan. Wenn aber England seine Führerschaft in der neuesten Zeit mehr und mehr verloren hat, so hat es dies hauptsächlich der mindern Berücksichtigung wissenschaftlicher Hilfsmittel zuzuschreiben.
Die Dampfmaschine ist Schritt für Schritt mit dem Fortschreiten der Wissenschaften ausgebildet worden; sie hat auch durch die neuesten Forschungen in der Physik gewonnen, und es ist mehr als wahrscheinlich, daß die neue Wärmelehre die Dampfmaschine oder allgemeiner die Wärmemaschine in neue, von den gegenwärtigen auf das vorteilhafteste sich unterscheidende Bahnen leiten werde. In Deutschland und Frankreich ist die wissenschaftliche Seite der Dampfmaschine mit besonderm Eifer gepflegt worden, und Poncelet, Navier, Pambour, Redtenbacher, Zeuner, G. Schmidt u. a. haben sich in dieser Hinsicht große Verdienste erworben.
Über die Entwickelung der Dampfmaschinenindustrie in Preußen gibt folgende Tabelle Aufschluß:
Jahr | Dampfmaschinen (Inkl. Schiffsmaschinen und Lokomotiven) | Pferdekräfte |
---|---|---|
1837 | 423 | 7514 |
1840 | 634 | 12279 |
1843 | 1090 | 27241 |
1846 | 1491 | 41130 |
1849 | 1969 | 67150 |
1852 | 2833 | 92476 |
1855 | 4085 | 161774 |
1861 | 8685 | 365631 |
1878 | 37320 | 2891867 |
In Deutschland waren am Beginn des Jahrs 1879, mit Einschluß der Maschinen von 92 Kriegsdampfern und 10,398 Lokomotiven, 1165 Dampfschiffe, 70,185 Dampfkessel und 65,170 Dampfmaschinen mit 4,510,637 Pferdekräften à 75 Meterkilogramm Leistung in der Sekunde vorhanden. In Frankreich zählte man 1869: 32,891 Dampfmaschinen mit 1,720,244 Pferdekräften, in England 1870-72: 52,440 Dampfmaschinen mit 3,336,267 Pferdekräften, während 1870-73 die Dampfmaschinen in den Vereinigten Staaten von Nordamerika die Zahl 53,124 mit 3,818,310 Pferdekräften erreichten. Sehr interessant ist die Verteilung der Dampfkraft auf die verschiedenen Gewerbszweige, wie sie für Preußen 1878 folgendermaßen ermittelt wurde:
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Pferdekräfte | |
---|---|
1) Land- und Forstwirtschaft, Weinbau, Gärtnerei | 3683 |
2) Bergbau, Hütten- und Salinenwesen | 508357 |
3) Industrie der Steine und Erden | 24107 |
4) Metallverarbeitung | 22544 |
5) Industrie der Maschinen, Werkzeuge u. Apparate | 20499 |
6) Chemische Industrie | 10415 |
7) Industrie der Heiz- und Leuchtstoffe | 6727 |
8) Textilindustrie | 87147 |
9) Papier- und Lederindustrie | 24569 |
10) Industrie der Holz- und Schnitzstoffe | 22907 |
11) Industrie der Nahrungs- und Genußmittel | 110018 |
12) Industrie der Bekleidung und Reinigung | 2358 |
13) Baugewerbe | 86 |
14) Polygraphische Gewerbe | 1471 |
15) Künstlerische Betriebe für gewerbliche Zwecke | 52 |
16) Handelsgewerbe | 268 |
17) Verkehrsgewerbe exkl. Schiffsdampfmaschinen | 2969 |
18) Beherbergung und Erquickung | 6 |
19) Häusliche Zwecke | 922 |
20) Maschinenbauanstalten mit Eisengießereien | 26827 |
21) Dünger- und Leimfabriken | 399 |
22) Mühlenverbindungen | 5159 |
23) Andre gemischte Gewerbe | 5563 |
Zusammen: | 887753 |
Vgl. »Abhandlungen der königlich preußischen technischen Deputation für Gewerbe, 1. Teil: Geschichte der Dampfmaschinen« (Berl. 1826);
Farey, A treatise on the steam engine (Lond. 1827);
Arago, Zur Geschichte der Dampfmaschinen (»Sämtliche Werke«, Bd. 5, Leipz. 1856);
Bernoulli, Handbuch der Dampfmaschinenlehre (5. Aufl., Stuttg. 1865);
Rühlmann, Allgemeine Maschinenlehre, Bd. 1 (2. Aufl., Braunschw. 1875);
Weisbach, Lehrbuch der Ingenieur- und Maschinenmechanik, Bd. 2 (5. Aufl., das. 1875);
Scholl, Führer des Maschinisten (10. Aufl. von Brauer, das. 1883);
Emsmann, Die Dampfmaschine (Leipz. 1858);
Schmidt, Die Fortschritte in der Konstruktion der Dampfmaschinen 1854-63 (das. 1862-64, 3 Bde.);
Neumann, Die stationären und lokomobilen Dampfmaschinen und Dampfkessel (2. Aufl., Weimar 1874);
Redtenbacher, Resultate für den Maschinenbau (5. Aufl., Heidelb. 1870);
Hrabák, Die Dampfmaschinenberechnung mittels praktischer Tabellen (Prag 1877);
Derselbe, Hilfsbuch für Dampfmaschinentechniker (Berl. 1883);
v. Reiche, Die Untersuchung der Dampfkessel und Dampfmaschinen auf der Gewerbeausstellung zu Düsseldorf (Aachen 1881);
Derselbe, Der Dampfmaschinenkonstrukteur (das. 1880-83);
Thurston, Die Dampfmaschine (bearbeitet von Uhland, Leipz. 1880);
Uhland, Die Dampfmaschinen mit Schiebersteuerung (das. 1880);
Derselbe, Die Corliß- und Ventil-Dampfmaschinen (das. 1879);
Derselbe, Die Woolfschen- und Compounddampfmaschinen (das. 1882);
Radinger, Dampfmaschinen mit hoher Kolbengeschwindigkeit (Wien 1872).