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Band XXIX. No. 6.
7. Februar 1885.
Gutermuth, Das Honigmann'sche Natronverfahren (Anwendung hoher Dampfspannungen usw.).
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eisernen Kesselwänden entsteht und dieselbe nur geringe Mengen zu ihrer Sättigung bedarf, so zeigten auch einzelne Kessel den betreffenden Ueberzug.
Kupferne Eindampf- und Betriebskessel verursachen zwar höhere Anlagekosten, gewähren aber neben sehr langer Dauer eine Reihe sonstiger Vorteile, die in ganz bedeutendem Masse die wirtschaftliche Seite des Verfahrens begünstigen und die Betriebskosten vermindern.
Kupferne Kessel gestatten, die Blechstärken ohne Rücksicht auf Abnutzung so schwach, wie es die Festigkeitsrücksichten erlauben, auszuführen, wodurch geringstes Gewicht erzielt wird.
Weiter besitzt das Kupfer grössere Wärmeleitungsfähigkeit (bekanntlich das sechsfache derjenigen des Eisens). Berücksichtigt man hierzu noch die geringe notwendige Wandstärke, so erhellt, dass die Temperaturausgleichung zwischen beiden Flüssigkeiten wesentlich erleichtert und somit der Betrieb bei geringstem Temperaturunterschied möglich wird. Ausserdem müssen auch kupferne Abdampfkessel durch ihre grosse Dauerhaftigkeit und grössere Verdampfungsfähigkeit, trotz höherer Preise, günstigere Resultate ergeben als gusseiserne.
An einer mit messingenen Heizröhren versehenen Trambahnlocomotive, deren Construction durch Fig. 2 dargestellt ist, hatte ich im December v. J. Gelegenheit, den Einfluss des Messings auf den Wärmeaustausch sowohl, als auch die Wirkung des Gegendruckes im Natronraum genauer zu verfolgen; die diesbezüglichen Beobachtungen seien daher in kurzem angeführt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind Maschine und Kessel senkrecht angeordnet; erstere treibt mittels Zahnräder
Fig. 2.
100 NaOH + 66 H, O, gefüllt, damit sogleich mit Gegendruck gearbeitet werden konnte. Im Wasserkessel herrschte anfangs bei 1569 Dampftemperatur 4,6 Atm. Spannung, während im Natronkessel kein Gegendruck vorhanden war.
Mit dem Beginn der Versuchsfahrten trat nun sofort eine Steigerung der Temperatur des Natrons über seinen normalen Siedepunkt ein und damit auch eine solche des Gegendruckes im Natronraum, der nach 40 Fahrten auf 1/2 Atm. gestiegen war. Das Natron hatte 1640, der Dampf 1600 erreicht. Die Temperaturdifferenzen betrugen während der Fahrten bei ungewöhnlich starkem Dampfverbrauch im mittel 5o, höchstens 6o. Als der Versuch unterbrochen und die Lauge titrirt wurde, ergab sich eine Concentration von 100 NaOH + 84H20, deren normaler Siedepunkt bei 152° gelegen ist. Infolge des Gegendruckes von 1/2 Atm. war mithin eine Steigerung der Siedetemperatur um 12° eingetreten.
Es wurde nun mit mässiger Bremsung und normaler Geschwindigkeit gefahren bis zu einem Gegendruck von 0,75 Atm. bei auftretenden Temperaturdifferenzen von 3 bis 40 zwischen Natron und Wasser. Nach abermaliger Unterbrechung der Fahrten und Titrirung der Lauge zeigte sich eine Concentration von 100 NaOH + 118 H, 0, deren Siedepunkt unter atmosphärischem Druck bei 138° C. liegt. Die Lauge hatte jedoch am Ende dieser Fahrperiode 1560, so dass der Druckerhöhung auf 0,75 Atm. eine Siedepunktssteigerung von 18° C. entsprach.
Der Natronkessel war nun durch die zunehmende Verdünnung der Lauge inzwischen so weit gefüllt, dass eine weitere nennenswerte Dampfaufnahme nicht mehr erfolgen konnte. Es wäre daher unmöglich gewesen, durch Fortsetzung der Fahrten unter Beibehaltung des hohen Dampfdruckes eine weitere Steigerung des Gegendruckes im Natronkessel zu erzielen, weil dazu eine zu grosse Dampfmenge von der Lauge noch hätte absorbirt werden müssen. Um jedoch bei noch höheren Gegendrücken die Siedepunktsveränderungen und den Einfluss derselben auf die Dampfspannungen_beobachten zu können, wurde durch Einleiten von directem Dampf in die Natronlauge bei stillstehender Maschine deren Temperatur gesteigert, wodurch sich auch der Druck im Natronraum erhöhen musste. Auf diese Weise war der Gegendruck durch geringe Dampfaufnahme bald auf 1,5 Atm. gebracht. Die Lauge verdünnte sich dabei von dem zuletzt angegebenen Concentrationsgrad (100 Na OH + 118 H20) auf (100NaOH + 120 H90).
Der normale Siedepunkt dieser Lauge befindet sich bei 136°, während nunmehr ihre Temperatur 164° betrug, entsprechend einer Temperatursteigerung von 28o. Durch Speisen des Wasserkessels mit kaltem Wasser wurden nun die Temperaturen beider Flüssigkeiten und damit auch der Gegendruck im Natronraum allmählich erniedrigt. Fortgesetzte Beobachtungen ergaben folgende Abnahmen der Natrontemperatur mit dem Gegendruck und der Dampfspannung.
übersetzung eine der beiden gekuppelten Laufachsen der Locomotive. Der Betriebskessel ist, abweichend von früheren Constructionen, derart gebaut, dass der Natronkessel und der den grösseren Wasserraum bildende Teil des Wasserkessels von gleichem Durchmesser sind und über einander sich befinden; nur die Heizröhren ragen in den Natronraum hinein und werden von der Lauge umspült, wie aus der Figur ersichtlich ist. Die Röhren sind aus Messing, während der obere, nicht mit der Lauge in Berührung kommende cylindrische Teil des Wasserkessels aus Schmiedeisen besteht. Der Wasserinhalt beträgt bei normalem Wasserstande bis zur Mitte der Höhe des oberen Kesselraumes ungefähr 400 kg, zu welchem bei eintretender Abnahme während der Fahrt 300 bis 350 kg mittels eines Injectors aus einem Wasserbehälter nachgespeist werden.
Um eine freie Handhabung der Locomotive während der Versuche zu ermöglichen, wurden die Fahrten wie früher auf dem Anschlussgeleise der Grevenberger Sodafabrik zur AachenJülicher-Bahn ausgeführt. Da kein Trambahnwagen als Zuglast zur Verfügung stand, so wurde mit vollem Dampfdruck bei beständig angezogener Bremse mit grosser Geschwindigkeit (grösser als beim Trambahnbetrieb zulässig) hin und her gefahren, um starken Dampfverbrauch zu erzielen. Der Natronkessel war absichtlich mit Lauge von niedrigem Siedepunkt (161° C.), entsprechend einer Concentration
von
1) Z. 1884, S. 111.
1) Eine Rangirmaschine soll während einer Stunde unausgesetzt 15 N leisten bei einer Arbeitsspannung des Dampfes von 4 Atm. Setzt man einen Dampfverbrauch von 20kg für N und Stunde voraus, so sind 300kg Dampf nötig.
Ist der Betriebskessel mit kupfernen oder messingenen Heizröhren ausgestattet, so wird bei normalem Betriebe eine Temperaturdifferenz von 4o, bei forcirtem eine solche von 6° zu erwarten sein; letztere sei der Berechnung zu Grunde gelegt. Darf nun der Gegendruck im Natronkessel am Ende der Arbeitsperiode 14/2 Atm. betragen, so muss bei einem Arbeitsdruck von 4 Atm. im Cylinder die Dampfspannung auf 51/2 Atm. gesteigert werden. Nach Tabelle | vermag nun aber eine Lauge, deren ursprünglicher Concentrationsgrad 100 NaOH + 20 H2O beträgt, bei der notwendigen Endspannung von 51/2 Atm. 90kg Dampf zu absorbiren. Es berechnet sich hier
300. 120 nach das notwendige Laugengewicht zu
400 kg
90 statt 720 kg, wie es nach den früheren Grundlagen für notwendig erachtet wurde.
Das Gesammtflüssigkeitsgewicht ergiebt sich demnach bei 100kg Wasserüberschuss nunmehr zu 800kg.
Die gleicher Leistung und Betriebsdauer entsprechende Lamm - Francq'sche Locomotive bedarf, wie früher schon angegeben, ein Wassergewicht von 4 500kg von 15 Atm. Anfangspressung. Bei gleichem Gewicht besitzt demnach der Natronkessel (bei 300kg Wasserüberschuss) genau die 6 fache Betriebsdauer des Warmwasserkessels.
Sollte die Rangirmaschine zur Erreichung kleiner Dampfcylinderdimensionen mit hohem Druck, beispielsweise 8 Atm., arbeiten, so muss die Dampfspannung am Ende der Arbeitsperiode bei einem Gegendruck von 11/2 Atm. im Natronraum 9/2 Atm. betragen. Die Voraussetzungen der Tabelle II zu Grunde gelegt, würden alsdann 115kg Natronlange 56kg Dampf zu absorbiren vermögen, wonach sich das notwendige Laugen
300.115 gewicht berechnet zu
616kg, Ohne Anwendung
56 des Gegendruckes kann die Lauge bei einem Dampfdruck von 8 Atm. nur 30kg Dampf absorbiren, und wäre demnach ein
300.115 Laugengewicht von
= 1150 kg erforderlich. 30
raum ein wirksames und bequemes Mittel gegeben, die einer bestimmten Betriebsdauer entsprechende Laugenmenge bedeutend zu vermindern. Die Grenze, bis zu welcher dieses Mittel sich als zweckmässig erweist, ist jedoch sowohl durch praktische Rücksichten als auch aus theoretischen Gründen bestimmt.
Aus praktischen Rücksichten insofern, als durch Anwendung des Gegendruckes nicht nur der Natronkessel widerstandsfähiger, also mit grösseren Wandstärken, ausgeführt werden muss, sondern auch die Expansionsfähigkeit des Dampfes beeinträchtigt wird. Bei hohen Dampfspannungen im Wasserkessel werden sich auch hohe Gegendrücke (1—2 Atm.) im Natronkessel verwenden lassen, während für die normalen Spannungen eine Steigerung des Gegendrucks über 11/2 Atm. sich kaum als zweckmässig erweisen dürfte. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Gegendruck erst allmählich zu dieser Grösse anwächst und der auf die ganze Arbeitsperiode sich verteilende mittlere Gegendruck bedeutend geringer, unter der Hälfte des Enddruckes, angenommen werden kann.
Bestimmter ist die besagte Grenze aus theoretischen Gründen gezogen, da mit zunehmender Laugenverdünnung die Wärmeentwicklung durch chemische Reaction abnimmt und bei einem Verdünnungsgrade von 100 NaOH + 280 H, 0 überhaupt aufzuhören scheint (s. Z. 1884, S. 71, Fig. 2). Man wird daher mit Berücksichtigung der unvermeidlichen Wärmeverluste nicht über einen Verdünnungsgrad von 100 NaOH + 250 H2O hinausgehen können. Derselbe ist jedoch ein so weitgehender, wie er bei Benutzung eines offenen Natronkessels unter keinen Umständen erreichbar wäre. Im günstigsten Falle kann ohne Gegendruck nur eine Verdünnung von 100 NaOH + 100 H2O erzielt werden, woraus folgt, dass mit Druck im Natronraume die 21/2fache Betriebsdauer derjenigen ohne Druck bei gleichen Laugenmengen möglich ist.
Was nun die Grösse der auszuführenden Heizflächen änbetrifft, so wäre dieselbe wegen der ausgezeichneten Leitungsfähigkeit des Kupfers und Messings wohl bedeutend geringer ausführbar, als nach früheren Beobachtungen mit eisernen Kesseln sich ergeben hat. Es ist jedoch bei Natronkesseln für den Wärmeaustausch nicht in erster Linie die Grösse der Heizfläche und deren Leitungsfähigkeit massgebend, sondern vielmehr die Verteilung derselben in der Laugenmasse selbst, da die Lauge, wie alle Flüssigkeiten, ein verhältnismässig schlechter Wärmeleiter ist. Zum Zweck einer guten und raschen Wärmeübertragung ist somit die Bedingung zu erfüllen, den Wasserkessel mit der ganzen Laugenmasse an möglichst vielen Punkten in Berührung zu bringen, um gewissermassen die Wärme beider Flüssigkeiten mit einander zu vermischen. Die Kesselconstruction ist daher nicht an die Ausführung einer im
zu berechnenden, bestimmten Heizflächengrösse gebunden, sondern hat nur darauf abzuzielen, dass die notwendig vom Kessel aufzunehmende Laugenmasse mit möglichst vielen Heizröhren durchsetzt wird. Bei einem gut leitenden Röhrenmaterial (Kupfer, Messing) sind alsdann stets nur geringe Temperaturdifferenzen möglich, wie auch die Versuche gezeigt haben.
Im grossen finden diese Neuerungen, welche für die Vervollkommnung des Natronverfahrens von Wichtigkeit sind, bei dem auf der Aachener Strassenbahn eingerichteten Natronbetriebe sowie bei einer auf der Aachen-Jülicher Bahn d. z. in Betrieb befindlichen grossen Güterzugmaschine Anwendung.
Auf der Aachener Pferdebahnstrecke KölnthorWilhelmstrasse ist seit 6 Monaten eine Natronlocomotive in der durch Fig. 2 gegebenen Construction in Betrieb. Die Heizröhren bestanden seither aus Eisen und wurden erst neuerdings durch solche aus Messing ersetzt.
Die 6t schwere Locomotive fährt mit einem Betriebsdrucke von 4-5 Atm. einen Trambahnwagen auf einer 1km langen Strecke; letztere hat beständig Steigungen von 1:72 bis 1:30, wobei 4 Curven von 20m Radius zu durchlaufen sind. Der Cylinderdurchmesser der Maschine beträgt 180mm, der Hub 230 mm die Zahnräderübersetzung 3 : 2. Es werden 27 Fahrten in 41/2 Stunden gemacht mit einer Füllung von 900kg Natronlauge, deren Wassergehalt 16 bis 20 pct. beträgt.
90
voraus
2) Eine 3 pferdige Trambahnlocomotive für 12 stündigen Betrieb würde unter erst angeführten Verhältnissen des vorigen Beispieles bei einem Dampfverbauch von 3x20x12=720kg
720.120 ein Laugengewicht von
= 960kg benötigen. Würde der Process (nach Tabelle II) mit concentrirter Lauge begonnen und bei normalem Betriebe mit 4° Temperaturdifferenz, wie leicht erreichbar, gearbeitet, so könnten bei einer Enddampfspannung von 5,5 Atm. 100kg Dampf von 115k® Lauge absorbirt werden. Hiernach würde ein Laugengewicht von 720. 115
828 kg ausreichen, während nach früherer Be100 rechnung 1728kg notwendig waren.
Die Gesammtflüssigkeit lässt sich demnach bei 150kg Wasservorrat auf 1700 kg vermindern, während das gleicher Leistung entsprechende auf 2000 (17 Atm.) überhitzte Wasser (Lamm-Francq) ein Gewicht von 7200kg erhalten müsste.
3) Soll eine 40 pferdige Schiffsmaschine für 12 stündigen Betrieb mit einem Natronkessel verbunden werden, so muss die Natronlauge bei einem Dampfverbrauche von 10kg für N und Stunde 10 x 40 x 12 = 4800kg Dampf absorbiren können. Beträgt der notwendige Arbeitsdruck im Dampfcylinder 3 Atm., so kann bei Steigerung des Gegendruckes auf 1'/Atm. und unter den Voraussetzungen der Tabelle II 122kg Dampf von 115kg Lauge absorbirt werden, da die Enddampfspannung im Kessel 4,5 Atm. betragen muss. Das anfängliche Laugen
4800.115 gewicht ergiebt sich hiernach zu
= 4300 kg (gegen
122 8230kg nach früherer Rechnung). Der entsprechende LammFrancq'sche Warmwasserkessel ergiebt sich bekanntlich für obige Anforderungen als unausführbar, da derselbe ein Wassergewicht von 43000kg unter 17 Atm. Druck benötigt.
Wie nun aus den angeführten Beispielen zur Genüge hervorgeht, ist durch Steigerung des Gegendruckes im Natron
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hat: Cylinderdmr. 600 mm, Hub 620mm; 6 gekuppelte Räder von 1200mm Dmr.; Natronkessel von 2m Dmr. und 6m Länge. Der Wasserkessel ist mit horizontalen Röhren eingesetzt und liefert 6 bis 7cbm Dampf bei einer Höchstspannung von 6 Atm. Die Heizfläche beträgt 809m.
Die Locomotive befördert gegenwärtig täglich einen Personenzug von 5 bis 10 Wagen von Aachen nach Jülich und zurück, auf welcher 54km langen Strecke anhaltende Steigungen von 1:65 bis 1:80 (Gesammthöhe über 200 m) zu überwinden sind. Der Wasserverbrauch ist bei geringer Belastung (5 Wagen) 4,5cbm, bei schwerer Belastung (10 Wagen) 6cbm.
Eine zweite gegenwärtig im Bau befindliche Maschine gleicher Art erhält eine von der ersten abweichende Kesselconstruction (s. Fig. 5). Unter Beibehaltung eines liegenden Kessels wird die Trennung des Natron- und Wasserraumes,
Fig. 5.
In der Eindampfstation, die bis jetzt noch mit gusseisernen Kesseln versehen ist, wurde seither eine 6 fache Verdampfung Fig. 3.
erzielt.
Es sind nun neuerdings kupferne Abdampfkessel in Form gewöhnlicherLangkessel in Aussicht genommen, und wird alsdann die
Eindampfstation die durch Fig. 3 dargestellte Anordnung erhalten. Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass hierbei auch die Ausnützung der Heizgase eine zweckmässigere sein wird als bei den seither verwen
deten kugelförmigen
Kesseln. Herr Honigmann hat nun auf Grund des viermonatlichen Betriebes in Aachen für die Strassenlocomotiven mit Natronlauge einen ungefähren Kostenvoranschlag aufgestellt, wonach die Anlage- und Betriebskosten für einen laufenden Betrieb von 3 Locomotiven, wozu eine vierte als Ersatzmaschine genommen ist, ungefähr in nachstehender Höhe sich beziffern:
Anlagekapital: 4 Locomotiven zu je 9000 M
M 36 000 1 Abdampfstation zu 5000 M
5 000
M 41.000. Betriebskosten: 10 pCt. Verzinsung und Abschreibung von M 41 000 = 4100: 365 = rund
N 11,30 4 Locomotivführer zu je 31/2 M
» 14,00 1 Heizer zu 3 M.
3,00 Schmiermaterial usw.
3,00 1 gewöhnlicher Arbeiter
2,60 3 X 400 = 1200k8 Kohlen zu 80 Pfg. für jooks Reparaturkosten
4,50
M 48,00. Demnach kommen auf jede der drei Maschinen M 16. Da eine solche Maschine leicht täglich 100km zurücklegt, so kostet jedes Kilometer 16 Pfennige, und in solchen Fällen, wo die Maschine 2 Wagen zu ziehen hat, nur 8 Pfennige.
Der diesem Kostenvoranschlage von Hrn. Honigmann zu Grunde gelegte Kohlenverbrauch ist jedoch genaueren Beobachtungen zufolge zu hoch angenommen; eine am 5. Jan. ds. J. von mir im Beisein eines Vertreters der Aachener Pferdebahn angestellte Untersuchung des auf letzterer eingerichteten Natronbetriebes hat nämlich folgende Resultate ergeben.
Die mit messingenen Röhren versehene Trambahnlocomotive wurde am genannten Tage 101/2 Stunden mit 2 Natronfüllungen von je 1100 kg Lauge betrieben. Mit der ersten Natronfüllung von einem anfänglichen Siedepunkte von 2300 wurde 51/2 Stunden, mit der zweiten von 2150 Siedepunkt 5 Stunden auf obengenannter Strecke gefahren. Die Dampfspannung betrug im mittel 5 Atm. und ging nur gegen Ende der jedesmaligen Betriebsdauer auf 4 Atm. herab bei 1/2 Atm. Gegendruck, so dass gemäss Tab. II dieses Berichtes 85kg Dampf von 115kg Lauge absorbirt wurden.
Der gesammte Dampfverbrauch ergab sich zu 1600 kg, und wurden zum Eindampfen der hierdurch verdünnten Laugen 243kg gewöhnlicher Förderkohle benötigt, was einer 6,6 fachen Verdampfung entspricht. Hierbei ist anzuführen, dass die Eindampfkessel noch aus Gusseisen bestanden.
Während der ganzen Betriebsdauer wurden 66km zurückgelegt, so dass sich der Kohlenverbrauch für 100km dieser äusserst ungünstigen Bahnstrecke auf 365kg beläuft. Für eine ebene Bahnstrecke wird sich daber der Dampf- und damit der Koblenverbrauch noch wesentlich geringer ergeben müssen.
Im Vergleich mit dem Betriebe durch gefeuerte Locomotiven gewährt der feuerlose Betrieb durch den Wegfall der Heizer auf den einzelnen Locomotiven, an deren Stelle nur ein solcher in der Abdampfstation tritt, einen bedeutenden
9,60
zur Verminderung des Locomotivgewichtes, nicht mittels eines zweiten Innenkessels bewirkt, sondern durch zwei kupferne Scheidewände, welche durch Kupfer- oder Messingröhren mit einander verbunden sind. Der mittlere Raum, dessen cylindrische Wandung ebenfalls aus Kupfer hergestellt ist, dient zur Aufnahme der Natronlauge; die beiden äusseren, aus Eisenblech gebildet und durch die Heizröhren mit einander in Verbindung stehend, dienen als Wasserkessel. Diese Kesselconstruction zeichnet sich durch Einfachheit und leichte Zugänglichkeit der Röhren aus, behufs deren bequemerer Reinigung oder Reparatur ein Kesselboden durch Verschrauben statt Vernieten abnehmbar gemacht ist. Zur Aufnahme der Wasservorräte sind unterhalb des Kessels und innerhalb des Gestells einzelne Behälter untergebracht Die gleiche Kesselanordnung soll auch für Grubenlocomotiven Anwendung finden.
Zum Schlusse mögen noch einige Bemerkungen über eine kürzlich erfolgte abfällige Kritik des Natronverfahrens Platz finden.
Auf der Generalversammlung des Vereines deutscher Eisenhüttenleute am 7. December v. J.1) hat Hr. Lentz in einem längeren Vortrage über sein System feuerloser Warmwasserlocomotiven auch der Honigmann'schen Aetznatronlocomotive Erwähnung gethan, wobei derselbe dem Natronkessel die praktische Anwendung wegen eines angeblich ihm angeborenen Mangels als ausserordentlich eingeschränkt bezeichnen zu müssen glaubte.
1) Z. 1885 S. 53.
deutscher Ingenieure.
Die Begründung dieser Behauptung giebt Hr. Lentz nach den Berichten über obige Versammlung in nachstehender Weise:
» Unter den Motoren mit überhitztem Wasser in Verbindung mit anderen Körpern") behauptet die Honigmannsche Aetznatronlocomotive überdies den ersten Platz; allein sie krankt an einem ihr angeborenen Mangel, der ihre praktische Anwendung ausserordentlich einschränken wird. Es ist nämlich die Temperaturdifferenz zwischen der continuirlich durch den Exhaustdampf verdünnten Aetznatronlauge und demerzeugenden Wasser nur 7 bis 8° C., während bei einer gefeuerten Tramwaymaschine die Temperaturdifferenz zwischen den Verbrennungsgasen und dem Wärme aufnehmenden Wasser 700 bis 800° C. im mittel beträgt, demnach im letzteren Fall etwa 100 mal so gross ist. Nun ist aber die Wärmeleitungsfähigkeit zwischen zwei Flüssigkeiten gegenüber heisser Luft und Flüssigkeit etwa 20 mal so gross, so dass sich hierdurch der Wert der Heizfläche von Honigmann's Maschine zu dem einer Locomotive wie 1:5 verhält. Für dieselbe Kraftleistung einer gefeuerten Tramwaymaschine mit 10m Heizfläche würde also eine Aetznatronmaschine mit 50gm Heizfläche erforderlich sein. Bei Locomotiven mit grosser Heizfläche stellt sich das Verhältnis wie 1:4. Sollte also eine 6 räderige Gotthardlocomotive von 1209m Heizfläche durch eine Honigmann'sche ersetzt werden, so müsste die letztere etwa 480 qm Heizfläche erhalten; dies würde ein Ungeheuer von Locomotive sein und wohl nicht viel mehr als ihr eigenes Gewicht auf den Steigungen von 1:38 in den Kehrtupnels durch die 300m Radiuskurven mit der verlangten Geschwindigkeit ziehen.«
Dem gegenüber ist zunächst hervorzuheben, dass die Honigmann'sche Erfindung und die Berichte darüber seit ihrem Bekanntwerden in Fachkreisen die vollste sachliche Würdigung gefunden haben, auch inbezug auf jene Punkte des Verfahrens, für welche von Anfang an nur Vermutungen aufgestellt werden konnten, und die ihre Bestätigung erst durch praktische Erfahrung finden mussten.
Es sind keinerlei gewichtige Bedenken gegen die praktische Durchführbarkeit des Natronverfahrens gemacht worden, und was in dieser Beziehung bisher noch unklar ist, das sind lediglich die genauen Kosten des Betriebes und das endgiltige Urteil über das Verhalten des Kesselmateriales, worüber Aufschlüsse nur durch die Erfahrung erlangt werden können.
Ein dem Verfahren angeborener Mangel müsste sich bei den seitherigen, doch schon zahlreichen, Ausführungen unbedingt bemerkbar gemacht haben; er müsste vor allen Dingen grundsätzlich und sachlich nachweislich sein, da die Grundlagen des Processes durchaus wissenschaftlich klar erkannte sind. Die Unrichtigkeit der von Hrn. Lentz aufgestellten Behauptungen erklärt sich denn auch, wenn nicht überhaupt eine irrige Anschauung von der Wärmeübertragung beider Kesselarten angenommen werden soll, durch die unstatthafte Voraussetzung, welche dem Vergleiche des Natronkessels mit dem gefeuerten Kessel zu Grunde liegt, indem beide Kesselarten inbezug auf Wirksamkeit der Heizflächen und Bestimmung der Heizflächengrösse von denselben Gesichtspunkten aus betrachtet sind. Wie weit letztere aber von einander abzuweichen haben, mögen folgende Betrachtungen zeigen.
Charakteristisch für den Natronkessel ist in erster Linie der Umstand, dass, abgesehen von den unvermeidlichen Strahlungsverlusten, die in ihm aufgespeicherte Wärmemenge während des ganzen Processes unverändert bleibt, und dass nur das der äusseren Arbeit der Maschine entsprechende Wärmeäquivalent abgegeben wird, unabhängig von der grösseren oder geringeren Temperaturdifferenz beider Flüssigkeiten, also unabhängig von der Heizfläche.
Anders verhält es sich bei den gefeuerten Kesseln; für diese ist die Heizfläche deswegen von so grosser Bedeutung, weil bei denselben innerhalb einer gewissen Zeit eine bestimmte Wärmemenge in Form heisser Gase an den Kesselwänden vorbei streicht. Diesen Feuergasen muss ein mög
lichst grosser Teil ihrer Wärme durch grosse dargebotene Berührungsflächen entzogen werden; alle nicht an die Kesselwände während des Vorbeistreichens abgegebene Wärme geht einfach durch den Schornstein verloren.
Ist nun bereits durch die Verschiedenheit des Vorganges der Wärmeübertragung bei beiden Kesselarten eine Verschiedenheit in der Wirksamkeit der Heizflächen bedingt, so ist dies noch viel mehr der Fall infolge der Ungleichartigkeit des Aggregatzustandes und der in Betracht kommenden physikalischen Eigenschaften beider Heizkörper. Die Feuergase haben bei gleichem Gewicht ungefähr das 1300 fache Volumen der Natronlauge; die specifische Wärme der ersteren ist 1/4 der letzteren, woraus unmittelbar folgt, dass nicht, wie Hr. Lentz in seinem Vortrage gethan hat, die Temperaturdifferenzen zwischen den Wärme abgebenden Körpern und dem Wasser für die Wärmeübertragung als massgebend betrachtet werden dürfen, sondern die in bestimmten Volumen enthaltenen Wärmemengen. Berücksichtigt man bei den im angezogenen Vortrage gemachten Ableitungen diese Verschiedenheit der Wärmecapacität von Feuergasen und Natronlauge sowie den Umstand, dass im Natronkessel die Temperaturdifferenz an allen Stellen der Heizfläche dieselbe ist, während sie beim gefeuerten Locomotivkessel eine vom Feuerraume nach der Rauchkammer rasch abnehmende ist, so fallen aus diesen Gründen allein schon die gefolgerten Schlüsse des Hrn. Lentz in sich selbst zusammen.
Es möge noch 'angeführt sein, dass 1,4 Liter Natronlauge von 170° C. eine ebenso grosse Wärmemenge enthalten als 1 cbm Heizgase von 1200° C., und dass die Wärmeleitungsfähigkeit der ersteren 200 mal grösser ist als die der letzteren.
Aus all diesen Thatsachen folgt, dass eine vollständige Verschiedenheit in den für die Wärmeübertragung bei beiden Kesselarten (dem gefeuerten und feuerlosen) massgebenden Factoren herrscht. Es ist daher nicht möglich, die Heizflächen des Natronkessels aus denen des gefeuerten in der von Hrn. Lentz ausgeführten Weise abzuleiten, sondern dieselben müssen auf eigener Grundlage berechnet werden.
Obwohl nun aus den vorhergehenden theoretischen Darlegungen zur Genüge die Grundlosigkeit der von Hrn. Lentz gemachten Folgerungen hervorgeht, sei weiters darauf hingewiesen, dass die seither in Betrieb befindlichen Locomotiven thatsächlich mit Heizflächen ausgeführt sind, die in offenem Widerspruche mit den Behauptungen des Hrn. Lentz stehen. Nach Ansicht desselben müsste der bei den ersten Versuchen mit Trambahnlocomotiven benutzte einfache cylindrische Langkessel (Z. 1883, S. 734, Fig. 5), bei welchem die Temperaturdifferenzen zwischen Natronlauge und Wasser 30 bis 40° betrugen, zweckmässiger sein als alle folgenden Constructionen, die darauf abzielten, durch richtigere Verteilung der Heizflächen geringere Temperaturdifferenzen, von 4 bis 6° und darunter, zu erzielen.
Was die thatsächlich notwendigen Heizflächen anbetrifft, so ist es nur nötig, auf die ausgeführten Trambahnlocomotiven sowie auf die beiden auf der Aachen-Jülicher Bahn im Betriebe befindlichen Natronlocomotiven zu verweisen. Die Heizfläche der in Aachen betriebenen Trambahnkessel beträgt bei der zuerst ausgeführten Construction (Z. 1883, S. 736, Fig. 7) mit Heizröhren 6,59m, statt der von Hrn. Lentz berechneten 509m, wobei sich Temperaturdifferenzen unter 10° ergaben. Die gegenwärtig auf der Aachener Trambahn laufende Natronlocomotive hat eine wirksame Heizfläche, während des Processes zunehmend von 5 bis 109m, bei gleicher Dimension des Aussenkessels wie bei der ersten Construction; die Temperaturdifferenzen betragen nunmehr 4 bis 60. Ueber eine Personenzuglocomotive ist bereits ein Bericht von mir erschienen (Z. 1884, S. 553), in welchem auch ein Vergleich bei gleicher Leistung mit einer gefeuerten Locomotive gezogen ist. Aus dem besagten Bericht sei nur angeführt, dass die Heizfläche der gefeuerten Locomotive 66,69m, diejenige der Natronlocomotive 389m betrug bei auftretenden Temperaturdifferenzen von 6 bis 90 im Natronkessel. Hrn. Lentz zufolge müsste die Natronlocomotive die 4fache Heizfläche der gefeuerten Locomotive, also 3849m, erhalten haben, d. i. also das zehnfache der wirklich ausgeführten! Die zweite Maschine ist die im vorhergehenden näher erörterte Güterzuglocomotive (Fig. 4), welche eine Heizfläche von 80gun besitzt, wobei die bei der Beför
1) Es wäre von Interesse, zu erfahren, welche Motoren mit überhitztem Wasser in Verbindung mit anderen Körpern in der Praxis bisher schon Verwendung gefunden haben.
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Zuppinger, Wasserkraft und Wasserkraftanlagen.
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derung der Personenzüge zwischen Aachen und Jülich auftretenden Temperaturdifferenzen 5 bis 6° betragen. Die gleicher Leistung entsprechenden Güterzugmaschinen der Aachen-Jülicher Bahn haben 969m Heizfläche.
Im übrigen sei hier auf die Berichtigungen und das Zeugnis des Hrn. Maschinenmeister Pulzner hingewiesen, welche Hr. Honigmann gegenüber den Auslassungen des Hrn. Lentz in dieser Zeitschrift veröffentlicht hat.
Das erst nach Abfassung dieses Berichtes im Januarhefte d. J. in »Stahl und Eisen« erschienene stenographische Protokoll der Generalversammlung des Vereines deutscher Eisenhüttenleute veranlasst mich noch, namentlich im Hinblick auf die an den Vortrag des Hrn. Lentz sich anschliessende Discussion, zu folgenden Erörterungen,
Bei vorurteilsfreier Beurteilung der gegenwärtigen praktischen Anwendung der Honigmann'schen Erfindung kann von einem Experimentirstadium nicht mehr die Rede sein, denn es handelt sich bei den von Hrn. Honigmann eingerichteten Anlagen mit Natronbetrieb nicht darum, die Ausführungsmöglichkeit zu erproben, sondern lediglich um Erreichung genauer Anhaltspunkte für die Feststellung der Aulage- und Betriebskosten des Natronverfahrens.
Was aber die vielbesprochene Frage der Leistungsfähig. keit der Natronlocomotive betrifft, so ist dieselbe in sehr einfacher Weise zu beantworten.
Da der Effect einer Maschine doch nur von den Cylinderdimensionen und dem Dampfdruck abhängt, so ist selbstverständlich, dass eine Natronlocomotive bei gleichen Verhältnissen der Maschine und gleicher Dampfspannung genau dasselbe zu leisten vermag, wie eine gefeuerte Locomotive; denn ob der Dampf vermittels Natron oder durch Heizgase erzeugt wird, ist der Maschine gleichgiltig.
Das Gewicht der Natronlocomotive kann keinenfalls von dem. der gefeuerten Locomotive bedeutend abweichen, indem der Gewichtsunterschied nur in der Kesselconstruction und dem nötigen Flüssigkeitsgewichte gelegen sein kann. Der leere Natronkessel muss aber leichter werden, als der leere gefeuerte, da ersterer den Ausführungen zufolge eine geringere Heizfläche, also geringere Heizröhrenzahl, als letzterer benötigt, und Feuerbüchse sowie Rost und Kamin in Wegfall kommen. Die eventuelle Erhöhung des Gewichtes der Natronlocomotive gegenüber der gleich leistungsfähigen gefeuerten ist also nur in dem notwendigen Flüssigkeitsgewichte bedingt. Dasselbe ist aber abhängig von der gewünschten Betriebsdauer, kann also je .nach Umständen grofs oder klein ausgeführt werden. Berücksichtigt man ferner, dass die gefeuerte Locomotive, wegen der Einhaltung eines niedrigsten Wasserstandes im Kessel, einen grossen Wasservorrat unbedingt notwendig hat, während bei der Natronlocomotive ein Verdampfen des Wassers bis auf den letzten Tropfen möglich ist, so ergiebt sich, dass das Gewicht der Natronlocomotive sich nur um die Differenz zwischen Laugengewicht einerseits und Gewicht der Feuerbüchse, Rost, Kamin, Kohlenund Wasservorrat des gefeuerten Kessels andererseits erhöhen
kann. Diese Gewichtserhöhung ist aber unter allen Umständen gering, und ihr Einfluss tritt gänzlich zurück gegenüber der Vergrösserung der Zuglast, welche bei der gefeuerten Locomotive der Tender hervorruft. Dabei kommt der Natronlocomotive die Vermehrung des Adhäsionsgewichtes ihrer Zugkraft, also ihrer Leistungsfähigkeit, zugute, während der Tender die Bruttozuglast nicht unwesentlich vermindert.
Die Ausführung einer Gotthardlocomotive mit Natronbetrieb ist daher kein unausführbares Problem, wie es Hr. Lentz bezeichnet, sondern es wird leichter sein, die angeführten 20 Personenwagen auf der Gotthardbahn mit einer Natronlocomotive zu ziehen, als mit einer gefeuerten. Für die Construction des Natronkessels ist hierbei kein anderer Factor massgebend als die für einen bestimmten Dampfverbrauch auf vorgeschriebener Strecke nötige Laugen- und Wassermenge, von deren Volumen die Grösse des Kessels abhängig ist. Die Heizfläche ist nach früher erörterten Gesichtspunkten auszuführen und wird keinenfalls grösser als die der gefeuerten Locomotive.
Wenn Hr. Lentz in seinem Vortrage ferner ohne nähere Begründung sich äussert:
>> Die Aetznatronmaschine würde sowohl für den Rangirdienst als auch den Transportdienst zwischen Werkstätten wegen der hohen Anlagekosten für Maschinen und Eindampfstation und der hohen Betriebskosten mit der Maschine mit Feuer nicht concurriren können. Auch für den Stollen- und Grubenbetrieb wird diese Maschine wegen ihrer verhältnismässig grossen Dimensionen bei entsprechender Leistung sehr schwer Eingang finden«, so möge zur Erwiderung ausser dem bisher gesagten nur noch ein Beispiel dienen, das besonders geeignet ist, die Nichtigkeit der letzteren Behauptung in überzeugender Weise darzulegen.
Soll eine Grubenlocomotive mit Natronbetrieb während einer Stunde 10 N leisten bei 20kg Dampfverbrauch für N und Stunde, so sind 200kg Dampf von der Lauge zu absorbiren. Bei 3 Atm. Dampfspannung und einem Gegendruck im Natronkessel gegen Ende der Betriebsdauer von 1/2 Atm. würden nach Tabelle II 105kg Dampf von 115kg Natronlauge absorbirt werden können, so dass die Lauge ein anfängliches
200 Gewicht von · 115 = 220kg erhalten müsste. Dies ergiebt
105 ein Gesammtflüssigkeitsgewicht von höchstens 500kg bei 80kg Wasservorrat, der bei fortgesetztem Arbeiten mit 21/2 Atm. Dampfspannung ausser der geforderten Leistung noch nutzbar gemacht werden kann.
Welch verhältnismässig kleine Dimensionen der Natronkessel diesen Flüssigkeitsgewichten entsprechend erhält, unter Berücksichtigung des Umstandes, dass das specifische Gewicht der verdünnten Lauge noch 1,5 beträgt (das der concentrirten Lauge = 1,8), mag daraus hervorgehen, dass nach den eigenen Angaben des Hrn. Lentz für einen Lamm-Francq'schen Warmwasserkessel gleicher Leistung ein Wassergewicht von 2000kg bei 10 bis 12 Atm. Anfangsspannung nötig ist.
Wasserkraft und Wasserkraftanlagen.
Von W. Zuppinger, Baurat in Ravensburg.
(Hierzu Tafel IV bis VIII.)
(Fortsetzung von Seite 88.) Die schwierigsten Erdkanalanlagen sind unbedingt die- Kanales zu Tage zu fördern und in Röhren in den Kanal oder jenigen längs Bergabhängen; an solchen müssen aufs ängst- unter demselben wegzuleiten. Ebenso muss das Wasser, lichste die schlechten Bodenarten entfernt oder, wie schon welches den Bergabhang bei Regenwetter hinunterfliesst, in angegeben, an dieser Stelle feste Kanäle eingesetzt werden. wasserdichten Rinnen gesammelt und von Strecke zu Strecke Am gefährlichsten erwiesen sich bei diesen Anlagen die in in offenen Gerinnen über den Kanal weg geleitet werden. dem Boden verborgenen Wasserflüsse, Quellen usw., welche Wo tiefgründige Lebmlager angeschnitten werden und dadurch beim Anstechen der Abhänge ausgedehnte Rutschungen veran- der Abhang zum Rutschen kommt, helfen nur tief (3 bis 6m) lassen, wogegen weder Mauern noch starke Dämme usw. eingerammte Pfahlwände, 0,2 bis 0,25m stark, aber nicht dicht, helfen.
sondern 0,06m. bis 0,10 von einander abstehend. Das einzige und wirksamste Mittel besteht darin, diese
Die Böschung solcher Kanäle soll nach meinen Erverborgenen Wasserquellen usw. um jeden Preis oberhalb des fahrungen für angegebene Bodenarten nie unter 14/2 füssig sein,