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deutscher Ingenieure.
Litteratur.
Das Princip von der Erhaltung der Energie seit Robert Mayer. Zur Orientirung, von Dr. Jacob J. Weyrauch. Leipzig. B. G. Teubner. 1885.
Das kleine Schriftchen enthält in seinem ersten Teil einen ".
bei festlichem Anlasse gehaltenen Vortrag, im zweiten Ergänzungen, mathematische Begründungen und Literaturangaben. Vor allem wird die Frage besprochen, ob und unter welchen Umständen das fragliche Princip, welches zunächst als Erfahrungssatz aufzufassen ist, als notwendige Folge rein mechanischer Gesetze darstellbar sei. Mit teilweiser Ergänzung und Berichtigung von Helmholtz, der die Frage zuerst untersucht hatte, gelangt der Verfasser zu dem Satze:
»Wenn ein beliebiges System von Massenpunkten nur unter dem Einfluss innerer Kräfte steht, deren Arbeit in jedem Zeitelement das vollständige Differential einer Function beliebiger Grössen darstellt, dann ist der Gewinn oder Verlust an actueller Energie stets gleich dem Verlust oder dem Gewinn an virtueller Energie, die Gesammtenergie des Systemes bleibt constant. (Actuelle und virtuelle Energie bedeuten dasselbe wie freies und gebundenes Arbeitsvermögen.) &
Von obigen Bedingungen trifft die erste, dass nämlich das System nur unter dem Einfluss innerer Kräfte steht, insbesondere beim Universum zu, für welches es kein Aussen giebt. Die zweite, betreffend die Art der inneren Kräfte, findet sich für Stabkräfte (Kräfte in den Verbindungsgeraden der Massenpunkte) u. a. dann erfüllt, wenn sie Centralkräfte sind (nur von den Entfernungen der wirkenden Punkte abhängen) oder auch, wenn sie dem Weber'schen Gesetz ent
sprechen, nämlich ausser von den Entfernungen auch von den Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Massenpunkte in den Richtungen aufeinander in gewisser Weise abhängen. Der Verfasser bespricht ferner gewisse mit dem Princip von der Erhaltung der Energie zusammenhängende Fragen von mehr naturphilosophischer als mechanischer Natur, insbesondere die Frage des Weltstillstandes (den Schluss W. Thom son's, dass die Welt einem Zustand entgegenstrebe, in welchem alle äusseren Geschwindigkeitsdifferenzen ausgeglichen sind, keine neue Bewegung mehr entsteht, Arbeit nicht mehr geleistet wird und überall die gleiche Temperatur herrscht), den Begriff und das Wesen der sogenannten Auslösung (action décrochante) im Gegensatze zu der dem alten Satze causa aequat effectum entsprechenden mechanischen Ursache einer Wirkung, im Anschlusse daran die Willensfreiheit, endlich das Wesen von Materie und Kraft, insbesondere die Frage der Denkbarkeit von Kraftwirkungen in die Ferne. Alle diese Fragen, über welche die Ansichten nicht nur älterer sondern auch neuerer Forscher so weit aus einander gehen, werden freilich nur mehr oder weniger andeutungsweise erklärend besprochen; doch sind besonders hier die ausführlichen Litteraturnachweise für weitere Studien sehr wertvoll. «- F. G.
Bei der Redaction eingegangene Bücher:
The windmill as a prime mover. By Alfred R. Wolff, M. E. New-York 1885, John Wiley & Sons.
Leitfaden der Stereometrie nebst 134 Uebungsaufgaben. Von Dr. E. Wrobel. Rostock 1886, Wilh. Werther. Preis 1,35 %.
VermiSchte S.
Die Schweizerische Gesellschaft für die chemische Industrie hat die folgenden Preisausschreibungen beschlossen.
1. Construction eines Apparates zur technischen Wertbestimmung von Brennmaterialien, welcher es gestattet, im Laboratorium den gesammten Heizwert mit Genauigkeit, aber mit Anwendung grösserer Gewichtsmengen als bei den gewöhnlichen Calorimetern, zu bestimmen.
Es wird verlangt, dass der Apparat praktisch erprobt sei, und dass Wertbestimmungen einer Reihe für die Schweiz speciell inbetracht kommender Brennmaterialien mittels desselben vorgelegt werden.
Erläuterung: Wir besitzen bis jetzt nur zwei Arten von Apparaten, welche brauchbare Brennwertbestimmungen liefern, nämlich erstens Heizversuchsstationen, deren Einrichtung und Betrieb enorme, für den Privatmann unerschwingliche Kosten erfordern, und Calorimeter, welche nur für minimale Mengen von Brennmaterial – gewöhnlich höchstens 18 – eingerichtet sind, so dass es meist so gut wie unmöglich ist, wirkliche Durchschnittsproben für dieselben zu erhalten. ünschbar ist die Construction eines Apparates, welcher es gestattet, etwas grössere Mengen von Brennmaterial zu bewältigen, wenn möglich mehrere kg – doch wäre auch 50–100 schon ein sehr wichtiger Fortschritt gegenüber den jetzigen Calorimetern -, dabei aber doch den Gesammtheizwert in erheblich genauerer Weise zu ermitteln, als dies z. B. mit Bolley's Apparat der Fall ist. Wünschbar ist es natürlich auch, dass der Gestehungspreis eines solchen Apparates nicht zu hoch komme.
2. Construction von Bleicherei- und Färberei-Localitäten.
Es soll besondere Rücksicht genommen werden auf gute Beleuchtung, Ventilation und Heizung, auf die Anlage der Transmissionen und die specielle Art des Riemenbetriebes, namentlich auch auf die Qualität der Riemen. Im weiteren auf möglichste Verhinderung der Nebelbildung im Winter, des Tropfens der Decken und des Rostens der Eisenconstruction.
Für die erste Aufgabe ist ein Vollpreis von Fres. 1200. –, für die zweite ein solcher von Frcs. 300. – bestimmt.
Die Bewerbung um obige Preise steht jedem Schweizer oder Ausländer zu. Die Schriften können deutsch oder französisch abgefasst sein und sind bis zum 31. Dezember 1886 an den Präsidenten der Gesellschaft, Hrn. Jenny-Studer in Glarus, einzusenden.
Ueber das Verhalten eiserner Stützen unter dem Einflusse von Feuer und Wasser !) bei dem Brande der grossen Mississippibrücke bei St. Louis berichtet die deutsche Bauzeitung vom 5. Sept. d. J. Danach waren die Zufahrten zur Brücke auf beträchtlicher Länge durch schmiedeiserne Quadrantsäulen gestützt, welche zweispurige Eisenbahngeleise und darüber auf Holzconstruction einen Fahrweg trugen. Bei einem im Jahre 1873 stattgefundenen Brande verbog das brennende Holzwerk die schmiedeisernen Träger unter dem Geleise, und das ganze Bauwerk stürzte in voller Glut zwischen den Quadrantsäulen nieder, wo es durch Ströme Wassers gelöscht wurde. Während alle übrigen Constructionsteile sich gänzlich zerstört zeigten, waren fast sämmtliche Quadrantsäulen, wenn auch ausser Stellung geraten, so unbeschädigt, dass sie nach genauer Untersuchung zum Neubau wieder benutzt wurden.
Nach dem Urteile Sachverständiger ist dieses günstige Verhalten dem Umstande zuzuschreiben, dass die Säulen an beiden Enden dicht geschlossen waren und Luft im geschlossenen Hohlraum enthielten.
Nach der Mitteilung des Berichterstatters ist es in den Vereinigten Staaten allgemein üblich, schmiedeiserne Träger und Stützen, durch Umhüllung mit feuerfestem Material geschützt, zu verwenden.
Selbstverlag des Vereines. – Commissionsverlag und Expedition: Julius Springer in Berlin N. – A. W. Schade’s Buchdruckerei (L. Schade) in Berlin S.
Trockene Schiebercompressoren und Vacuumpumpen mit potenzirter Leistung,
Ab s c h nitt I. Allgemeine Betrachtungen.
Die Leistung gewöhnlicher trockener Ventilluftpumpen – Vacuumpumpen wie Compressoren – wird beeinträchtigt
l. durch den schädlichen Raum, 2. durch die Zulässigkeit eines nur langsamen Ganges solcher Pumpen.
Das Vorhandensein des schädlichen Raumes, bei solchen Pumpen bewirkt, dass das Saugventil sich erst dann heben, also neue Luft auch erst dann angesogen werden kann, wenn die Spannung der Luft hinter dem Kolben, welche bei Beginn des Hubes gleich derjenigen im Druckraume war, herabgesunken ist auf die Spannung im Saugraume. Hat z. B. eine Vacuumpumpe 5 pCt. schädlichen Raum, und saugt sie aus einem Recipienten, in welchem der Luftdruck */10 Atm. beträgt, so wird sich die Luft im schädlichen Raume (5 pCt.) bei jedem neuen Kolbenhube von der Atmosphärenspannung (= 1) auf die Spannung im Recipienten (= */10) ausdehnen, also auf 5 >< 10 = 50 pCt. des Cylindervolumens, bevor sich das Saugventil heben kann. Der volumetrische Wirkungsgrad kann daher nicht höher werden als 50 pCt. (Dasselbe ist auch der Fall, wenn das Saugventil oder etwa ein an dessen Stelle tretender Hahn, Schieber u. s. w. schon zu Anfang des Hubes mechanisch geöffnet wird, da dann einfach zuerst die Luft im schädlichen Raum in den Recipienten zurückströmt und erst wieder frisches Gas angesogen wird, wenn der gemeinschaftliche Druck im Recipienten und unter dem Kolben auf den Recipientendruck des vorhergehenden Kolbenhubes herabgesunken ist.) Entsprechend verhält sich die Sache bei Compressoren.
Um den Einfluss der schädlichen Räume zu vermindern:
hat man gesucht, die letzteren selbst möglichst klein zu halten,
indem man mit dem Spielraume zwischen Kolben und Cylinderdeckel auf unzulässig kleine Masse (*/2 bis 1") herunterging. Wir werden im Verlaufe die nachteilige Wirkung solcher Constructionen darthun. Dann hat man ferner zum selben Zwecke die schädlichen Räume mit einer tropfbaren, also unelastischen, Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, ausgefüllt und ist so auf die sogenannten nassen Luftpumpen gekommen. Diese dürfen aber, einesteils um Wasserstösse, anderenteils um Verpritzen der Flüssigkeit zu vermeiden, nur sehr langsamen Gang haben”). Solche nassen Luftpumpen werden daher gross, schwerfällig und teuer. Ausserdem werden besonders bei denjenigen Anordnungen solcher Maschinen, bei denen Cylinder und Kolben
!) Wie gefürchtet übrigens der »Wasserschlag« bei Luftpumpen in der Praxis ist, lässt der Umstand erkennen, dass man bei sogenannten trockenen Vacuumpumpen früheren Systemes, bei denen man aber doch Wassereinspritzung anwandte, die Druckventile nach unten verlegte, so dass sich der schädliche Raum überhaupt mit Wasser gar nicht füllen konnte, was doch so sehr im Interesse der volumetrischen Leistung der Pumpe liegen würde.
nicht immer vollständig unter Wasser sind – sogenannte »halbnasse« Luftpumpen – Cylinderwandung wie Kolbenringe vom Wasser sehr bald angefressen oder abgeschliffen, wonach die effective Leistung solcher Pumpen infolge undicht gewordenen Kolbens ausserordentlich sinkt. Giebt man zu dem Einspritzwasser noch Oel zu, so wird das »Anfressen« noch beschleunigt, weil Oel und Wasser zusammen immer eine unlösliche Kalkseife bilden, welche die Cylinder erst recht angreift. Man hat auch schon zum Ausfüllen der schädlichen Räume Oel oder Glycerin verwendet, ein Mittel, das sowohl der Kostspieligkeit als der Unreinlichkeit wegen keine Verbreitung erlangt hat. Der zweite Umstand, welcher die Leistung von gewöhnlichen Ventilluftpumpen nicht so hoch kommen lässt, wie er deren Grösse entsprechen würde, ist der, dass Kolbengeschwindigkeit und Umdrehungszahlen solcher Maschinen nur sehr mässige sein dürfen. Der Hub der selbstthätigen Ventile soll immer nur ein kleiner sein, indem bei grösserem Hube, sowohl beim Oeffnen wie beim Schliessen, die Masse der Ventile zu viel lebendige Kraft in sich aufnimmt, daher dieselben mit grosser Heftigkeit einesteils an ihre Hubbegrenzung, anderenteils auf ihre Sitzfläche geschlagen werden, wodurch letztere zerstört und die Ventile undicht werden, überdies auch häufig Brüche eintreten. Muss deshalb einesteils der Hub klein sein, so müsste der Umfang der Ventile gross sein, damit der freie Luftdurchgangsquerschnitt gross genug werde, um die passirende Luft nicht zu drosseln. Um den Umfang bezw. den Durchmesser der Ventile aber gross genug machen zu können, fehlt der Platz dazu, selbst dann noch, wenn man das teuere Aushilfsmittel nicht scheut, die einzelnen Saug- und Druckventile in mehrere kleinere zu zerlegen, eben, um den luftdurchlassenden Umfang zu vermehren.
Wenn auf diese Weise der Ventilhub klein, wie er auch sein soll, der Ventilumfang aber durch die constructiven Verhältnisse auch auf eine mässige Grösse beschränkt ist, so hat der freie Durchgangs querschnitt an den Ventilen eine gewisse beschränkte Grösse, und deswegen darf die Kolbengeschwindigkeit ebenfalls nur eine gewisse mässige Grösse haben, damit die Durchgangsgeschwindigkeit der Luft unter den Ventilen hindurch zur Verminderung der Drosselung ein gewisses Mass nicht übersteige. (Bei einem Compressor z. B. würde in diesem Falle der Cylinder sich nicht mit Luft von atm. Spannung, sondern nur mit verdünnter Luft füllen.)
Aber nicht nur die Kolbengeschwindigkeiten, auch die Umdrehungszahlen sind bei Luftpumpen mit selbstthätigen Ventilen beschränkt. Solche Ventile, wenn auch durch Federkraft unterstützt, brauchen zum Schliessen immerhin eine gewisse Zeit, und zwar um so mehr, je schwerer sie sind, und je schwächer der auf sie wirkende Federdruck ist; oder mit anderen Worten: sie schliessen nicht genau mit dem Hubwechsel. Daraus folgt, dass sowohl Saug- wie Druckventil am Ende des Kolbenhubes eben noch nicht geschlossen sind, so dass beim neu beginnenden Hube das noch nicht geschlossene Druckventil gepresste Luft in den Cylinder, das ebenfalls noch nicht geschlossene Saugventil schon ausgesogene Luft wieder in die Saugleitung (bei Compressoren ins Freie) zurückströmen lässt. Da nun die Zeit zum Schliessen der Ventile oder, besser gesagt, die Zeit des schädlichen Offenbleibens derselben bei einer gegebenen Maschine constant ist, so werden die daher rührenden Luftverluste um so grösser, einerseits je grösser die Kolbengeschwindigkeit ist, weil der schnell laufende Kolben in derselben Zeit mehr Luft durch das Druckventil zurücktreten lässt und mehr Luft durch das noch offene Saugventil wieder hinausstösst als ein langsam gehender, andererseits je öfter solcher Hubwechsel eintritt, d. h., je grösser die Umdrehungszahl der Pumpe ist. Das Rückwärtsauspuffen der Luft aus den Saugventilen von rasch gehenden Compressoren kann man sehr leicht wahrnehmen, wenn man die Hand oder das Gesicht nahe vor die Einsaugeöffnung hält. Bei rasch gehenden Vacuumpumpen ist dasselbe auch der Fall; nur kann der Vorgang nicht ohne weiteres beobachtet werden. Die daher rührenden Verluste sind sehr bedeutend.
Endlich ist noch selbstredend der so lästige Verschleiss
an den Ventilen um so grösser, je grösser die Umdrehungszahl der Maschine ist. Aus den angeführten Gründen sind schnell laufende Ventilluftpumpen bei den Leuten des Betriebes in schlechtem Rufe, und wird die Empfehlung solcher mit Recht nur mit Misstrauen aufgenommen. Die eigentümliche und, wie man sehen wird, auf zweckmässige Weise allen bei Luftpumpen inbetracht kommenden Umständen Rechnung tragende Construction von Burckhardt & Weiss in Basel beseitigt nun auf einen Schlag die Uebelstände, welche die Leistungsfähigkeit gewöhnlicher Ventilluftpumpen herab mindern:
aber bei jedem Hubwechsel (d. h. bei jeder Totpunktstellung des Kolbens) ein; daher wird nach jedem Hube die im schädlichen Raume vor dem Kolben zusammengepresste Luft nach dessen Rückseite überströmen, wird hier der schon vorher angesogenen Luft zugesellt und mit dieser nutzbar weiter gefördert, während auf der entgegengesetzten Kolbenseite, welche nunmehr zur Saugseite geworden ist, der Druck schon von Anfang des Hubes an auf den Druck im Saugraume herabgesunken ist, so dass dort schon von Anfang des Hubes an neue Luft angesogen wird. Aeussere sowohl wie innere Deckungen am Schieber sind so gross gewählt, dass der Verbindungskanal a bei der Bewegung des Schiebers durch die Schieberspiegelfläche schon wieder abgeschlossen worden ist, wenn die äusseren bezw. inneren Kanten der Schieberlappen die Luftaustritts- bezw. Lufteintrittskanäle wieder öffnen. Daraus folgt, dass nie der Saugraum, der Raum, aus welchem die Pumpe ansaugt, mit dem Druckraume, dem Raume, wohin die Pumpe ihre Luft ausstösst, in Verbindung kommen kann, wodurch Luftverluste entstehen würden; und dies ist immer der Fall, das den Schieber bewegende Excentric mag stehen wie es will, es mag richtig oder falsch aufgekeilt sein. Es folgt ferner daraus, dass, weil der Druckausgleich nicht durch eine besondere Bewegungsvorrichtung herbeigeführt wird, sondern durch einen in den Muschelschieber eingegossenen Kanal, der also einen starren und unveränderlichen Teil desselben bildet, dass die Druckausgleichungsvorrichtung einer Störung nie unterworfen sein kann.
Wir machen ferner nicht nur die inneren und äusseren Deckungen des Schiebers, entsprechend oben aufgestellter Bedingung, gross genug, so dass der Ueberströmkanal schon wieder abgesperrt ist, wenn der Schieber die Ein- und Auslasskanäle der Luft öffnet, sondern wir machen auch äussere und innere Ueberdeckung gleich gross. Somit sind Eintrittsund Austrittskanäle gleichzeitig immer gleich weit offen, und Oeffnung wie Schluss beider findet gleichzeitig statt. Im Interesse einer grösstmöglichen Luftlieferung ist dann offenbar diejenige Stellung des Excentrics am vorteilhaftesten, bei welcher Ein- und Austrittskanäle der Luft - genau erst mit erreichtem Ende des Kolbenhubes abgesperrt werden, weil auf diese Weise der volle Kolbenhub wirklich ausgenutzt wird, indem bis zu Ende des Hubes auf der einen Kolbenseite Luft angesogen, auf der anderen nutzbar weiter gedrückt wird. Auch inbezug auf Kraft verbrauch ist gerade diese Stellung des Excentrics die vorteilhafteste, wie wir später sehen werden.
Band XXIX. No. 48. 28. November 1885.
Weiss, Trockene Schiebercompressoren und Vacuumpumpen mit potenzirter Leistung. 931
Es ist:
äussere Ueberdeckung e = innerer Ueberdeckung ,
a = Kanalweite, im Sinne der Schieberbewegung gemessen,
m = einer kleinen Grösse, um welche der Schieber mehr öffnet, als die Kanalweite beträgt (könnte auch = 0 sein),
Excentricität Q = a + e + m.
Der Nacheilwinkel des Excenters gegen die Kurbel 909 + Ö ist derart gewählt, dass der Abschluss der Kanäle gerade am Ende des Hubes erfolgt. Die Hauptstellungen des Kolbens sind mit 1, 2, 3, 4 und 5 bezeichnet.
Zwischen 1 bis 2 findet das Ueberströmen, die Druckausgleichung, statt, von 2 bis 3 öffnen sich die Ein- und Austrittskanäle, von 3 bis 4 sind diese Kanäle ganz offen, von 4 bis 5 schliessen sie sich wieder.
Geben wir dem Excenter einen kleineren Nacheil. winkel, so findet der Schluss der Ein- und Austrittskanäle und dann auch die Ueberströmung schon vor erreichtem Hubende statt (hierauf werden wir noch zurückkommen); und keilen wir umgekehrt das Excenter mit grösserem Nacheilwinkel auf die Welle, so finden diese Vorgänge erst nach passirtem Hubende statt (die Schieberkreise des Diagrammes Fig. 2 ändern sich dabei nicht, nur die Coordinatenachsen sind im ersteren Falle nach links, im 2. nach rechts gedreht zu denken); immer aber findet zuerst der Abschluss der Ein- und Austrittskanäle der Luft statt, dann erst die Ueberströmung der Luft von der einen Kolbenseite zur andern, und zwar so lange jene Kanäle (welche die Saug- und Druckventilöffnungen gewöhnlicher Pumpen ersetzen) noch geschlossen sind. Wir weisen hier vorerst nur auf eine Eigentümlichkeit solcher Luftschiebersteuerung hin, wie sie aus dem Diagramme Fig. 2 ersichtlich ist. Ein- und Austrittskanäle sind während des grössten Teiles des Hubes ganz offen. Gegen Ende des Hubes, z. B., wenn der Kolben nur noch 1 pCt. seines Weges zurückzulegen hat, beträgt die Lichtweite der Kanalöffnungen immer noch /4 bis */3 der ganzen Kanalweite; dort ist aber die Kolbengeschwindigkeit, also auch die Luftgeschwindigkeit in den Kanälen, schon nahezu = 0 geworden; die Lichtweite der Kanalöffnungen brauchte also nicht einmal so gross zu sein. Es folgt daraus:
Compressoren mit Luft von voller AtmosphärenH d
spannung, bei Vacuumpumpen mit Luft von der vollen
Recipientenspannung gefüllt«.
Eine Schiebersteuerung mit einfachem Muschelschieber, wie bis jetzt beschrieben und in Fig. l abgebildet, ist inbezug auf die gelieferte Luftmenge vollkommen zweckentsprechend und in ihrem Wesen einer weiteren Vervollkommnung weder fähig noch bedürftig; hingegen muss inbezug auf den Arbeitsaufwand für den Betrieb der Luftpumpe noch ein wesentlicher Teil hinzutreten.
Damit nämlich beim Schieberwechsel, wenn die Luftein- und -austrittskanäle sich wieder öffnen, die schon gepresste Luft aus dem Schieberkasten nicht wieder durch den Austrittskanal zurück in den Cylinder trete, wobei sie freilich durchaus nicht verloren ginge, sondern nur einen unnötigen Arbeitsaufwand verursachen würde, indem der Kolben schon von Anfang an den vollen Druck der Luft im Druckraume zu überwinden hätte, so muss dieses Rückwärtsexpandiren der Luft verhindert werden. Theoretisch am schönsten und, um eine reine Schiebersteuerung zu erhalten, könnte dies bewirkt werden, indem man den Muschelschieber wie einen Grund- oder Verteilschieber einer Meyer'schen Steuerung gestalten und einen besonderen Schieber auf dessen Rücken (dem Meyer'schen Expansionsschieber entsprechend) arbeiten lassen würde, der die Luftaustrittsöffnung erst in dem Augenblick öffnete, wenn der Luftdruck vor dem Kolben auf die Spannung im Druckraum angewachsen sein würde. Der Eintritt dieses Augenblickes wechselt aber fortwährend, indem bei Compressoren die Spannung im Druckraume, bei Vacuum
pumpen diejenige im Saugraume fortwährend sich zu ändern pflegt. Man müsste also dem »Expansionsschieber« eine – am besten selbstthätig – regelbare Stellvorrichtung geben, was zwar dem Wesen der Sache nach anginge, praktisch aber wohl zu umständlich wäre. Wir verhindern deswegen das obenerwähnte »Rückwärtsexpandiren« durch ein einfaches Rückschlagventil oder Rückschlagplatte, und setzen diese unmittelbar auf den Schieberrücken (siehe Normalcylinder, Tafel XXXVI in No. 491). Unsere eine Rückschlagplatte ersetzt so die Druckventile gewöhnlicher Ventilpumpen. Da sie aber nicht, wie letztere, unmittelbar am Cylinder, wo wenig Platz vorhanden, sondern auf dem Schieberrücken angebracht ist, so kann sie beliebig gross, ihr Hub also beliebig klein gemacht werden, so dass sie auch bei raschestem Gange der Pumpe noch richtig und genau arbeitet. Auf die Rückschlagplatte und
deren Wirksamkeit, – neben unserem in den Schieber gelegten Ueberströmkanal der massgebendste Teil unserer Construction – werden wir im dritten Abschnitte zurückkommen.
Unsere Luftpumpe besteht also im wesentlichen aus einem Cylinder, von dem aus Kanäle zu einem ausserhalb des Cylinders gelegenen Schieberkasten führen, in welchem ein Schieber läuft, der eine Rückschlagplatte mit aussergewöhnlich kleinem Hube trägt, welche aus diesem Grunde einen beliebig rasch en Gang der Pumpe zulässt. Es ergiebt sich hieraus die Grundeigenschaft unseres Systemes, dass beim Entwurf einer Luftpumpe ein von dem gewöhnlichen gänzlich verschiedener und zweckmässigerer Constructionsgang eingeschlagen werden kann. Für eine gegebene bezw. verlangte Luftmenge wird nicht, wie sonst, zuerst der Cylinder, sondern es werden zuerst die Luftwege (Kanäle und Schieber und Umfang der Rückschlagplatte) berechnet, und zwar so gross, dass die mittlere Luftgeschwindigkeit in diesen Kanälen und auch unter der Rückschlagplatte hindurch diejenige Grenze nicht übersteigt, bei der die passirende Luft anfinge, merklich gedrosselt zu werden (bei mittelgrossen Compressoren - etwa 30" in 1 Sekunde). Hat man so den Schieber bestimmt, so kann man an diesen Schieber einen ganz beliebigen Cylinder hängen; man kann insbesondere
1. diesem Cylinder bei grosser Kolbengeschwindigkeit kleinen Durchmesser geben,
2. den Hub desselben bei Erhöhung der Umdrehungszahl ebenfalls beliebig verringern. Aber gerade die Verminderung des Hubes ist für die Verminderung der Grösse der ganzen Maschine das wesentlichste.
Eine Vacuumpumpe mit Dampfbetrieb habe z. B. die Anordnung Fig. 3, wobei der vordere Cylinder der treibende
*) Es sei nochmals betont, dass dieses Rückschlagventil auf die Volumen leistung der Pumpe ganz und gar keinen Einfluss hat, dass es in dieser Hinsicht also durchaus nichts schaden würde, wenn dasselbe nicht ganz dicht wäre. Wir legen einen ganz besonderen Wert darauf, dass inbezug auf die Dichtigkeit der Steuerungsorgane nur das Gleitventil, der Schieber, inbetracht
kommt, nicht aber irgend ein Hub ventil, indem Gleitventile (Hähne,
Schieber . . . ) besser dicht halten als Hubventile. So setzt der Physiker die Glasglocke bei einer Luftpumpe nicht einfach von oben herab auf ihren Teller – was dem Vorgange des Schliessens eines Hub ventiles entsprechen würde, – sondern er schleift die Glocke auf dem Teller einigemale hin und her in drehender Bewegung, um eben dichten Abschluss zu erhalten, – was dem Vorgange bei einem Gleitventile entspricht.
In welch bedeutendem Masse die Undichtheiten von Hubventilen bei Luftpumpen eine Rolle spielen, das zeigt sehr deutlich der auf S. 365 d. J. veröffentlichte Vortrag des Hrn. Gebhard. Die Diagramme von den 3 untersuchten Ventilvacuumpumpen zeigen, dass sich die Saugventile nicht schon am Anfange des Hubes, wie es sein sollte, sondern erst später mit grösser werdender Kolben- also auch Luftgeschwindigkeit fest schliessen. Infolge dieses Nichtdichtschliessens der Saugventile in der ersten Periode jedes Hubes fand ein Volumenverlust statt von
30, 20, 50, 26, 8 und 10 pCt., im Mittel also von 24 pCt. des Hubvolumens!
a) der Hub der Ventile nur 2 bis 3" betragen dürfe, wie bei unserer Rückschlagplatte, b) die Luftgeschwindigkeit nirgends, auch nicht unter « dem Ventilrande durch, 30" in 1 Sekunde übersteige, so würde man a) ausserordentlich grosse Cylinder erhalten, lediglich damit die gross werdenden Saug- und Druckventile überhaupt an denselben angebracht werden könnten, wenn anders nicht die schädlichen Räume unverhältnismässig gross werden sollen; und es dürfte b) die Kolbengeschwindigkeit dabei nur sehr klein SG II) . Oder mit anderen Worten: Man würde zwar theoretisch auch gute, aber unvergleichlich viel grössere und teurere Maschinen erhalten als nach unserem System, und darin liegt dessen Vorteil inbezug auf die Kosten, dass unsere Schieberluftpumpen für gleiche effective Leistungen viel kleiner und damit viel billiger werden als die alten Ventilpumpen. Sie können aus 2 Gründen bei gleicher effectiver Leistung kleiner werden: . 1. weil der volummetrische Wirkungsgrad durch unseren Druckausgleich ganz bedeutend gesteigert wird, wovon der folgende Abschnitt handelt; 2. weil grössere Kolbengeschwindigkeit sowie grössere Zahl der Umdrehungen zulässig sind.
Abschnitt II.
Volummetrischer Wirkungsgrad. – Nutzen des Druckausgleiches. «d
Wie Compressoren von Vacuumpumpen in ihrer Construction im wesentlichen von einander nicht verschieden sind – beide haben immer den gleichen Zweck zu erfüllen, nämlich Luft aus einem Raume mit geringerer Spannung in einen solchen mit höherer Spannung zu schaffen –, so könnte auch deren rechnerische Untersuchung gemeinschaftlich geführt
deutscher Ingenieure.
werden, und würde man inbezug auf den Wirkungsgrad von Compressoren wie von Vacuumpumpen ganz gleichlautende Formeln erhalten. Der leichteren Uebersichtlichkeit halber führen wir jedoch die Untersuchung für die beiden Unterarten des allgemeinen Begriffes »Luftpumpe« getrennt durch. Man denke sich dann in diesem Abschnitt immer eine Ventilluftpumpe zugrunde gelegt, und zwar einmal eine gewöhnliche, und dann eine solche, bei welcher der Einfluss des schädlichen Raumes dadurch weggeschafft ist, dass nach jedem Hube, wenn sonst sämmtliche Ventile geschlossen sind, die im schädlichen Raume vor dem Kolben comprimirt gewesene Luft auf die Saugseite übergeführt wird, z. B. durch ein Verbindungsrohr mit einem Absperrorgane, welches zur richtigen Zeit kurz geöffnet und dann sofort wieder geschlossen wird (Fig. 4). Was für solche Ventilluftpumpen gilt, das kann dann unmittelbar auch auf Schieberpumpen übertragen werden; an Hand der ersteren wird einfach - die Vorstellung der Vorgänge erleichtert.
Fig. 4
Fig. 5.
Vacuumpumpen.
In Fig, 5 seien A und B die Endstellungen des Kolbens einer doppeltwirkenden Luftpumpe.
J =-Cylindervolumen einschl. des schädlichen Raumes. a J = dem schädlichen Raume selber (zu beiden Seiten des Kolbens gleich gross vorausgesetzt). Also J– ox J= (1 – 0.) J = dem vom Kolben durchlaufenen Volumen pro Hub. C sei die Kolbenstellung, bei welcher die Spannung hinter dem Kolben bis zur Recipientenspannung herabgesunken ist, nachdem der Kolben den Weg A – C durchlaufen, und von wo an frisches Gas aus dem Recipienten gesogen wird. . Also J–ß.J = (l – 6) J = dem pro Hub wirklich angesogenen Luftvolumen (bezogen auf den Druck im Saugraume). . «y = dem volummetrischen Wirkungsgrade der Pumpe, d. h. = dem Verhältnisse des angesaugten Luftvolumens zu dem vom Kolben durchlaufenen Volumen. p sei der jeweilige Druck im Recipienten, p„ der erreichbare Mindestdruck in demselben, p, der Druck in dem Raume, nach welchem die Pumpe die Luft ausstösst (gewöhnlich = dem Atmosphärendruck = 1);
E