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 Gröfsen 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

deutscher Ingenieure.

sprechen, nämlich aufser von den Entfernungen auch von den Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Massenpunkte in den Richtungen auf einander 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. Thomson's, dass die Welt einem Zustand entgegenstrebe, in welchem alle äufseren 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 M.

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 gröfserer 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. Wünschbar ist die Construction eines Apparates, welcher es gestattet, etwas gröfsere Mengen von Brennmaterial zu bewältigen, wenn möglich mehrere kg doch wäre auch 50-1008 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 Eisen construction.

Für die erste Aufgabe ist ein Vollpreis von Frcs. 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.

Selbstverlag des Vereines.

Ueber das Verhalten eiserner Stützen unter dem Einflusse von Feuer und Wasser 1) bei dem Brande der grofsen 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 aufser 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.

A. W. Schade's Buchdruckerei (L. Schade) in Berlin 8.

1

Abschnitt I.

Allgemeine Betrachtungen.

1. 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 1/10 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 (1/10) ausdehnen, also auf 510-50 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, îndem man mit dem Spielraume zwischen Kolben und Cylinderdeckel auf unzulässig kleine Masse (1/2 bis 1mm) 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 Wasserstöfse, anderenteils um Verpritzen der Flüssigkeit zu vermeiden, nur sehr langsamen Gang haben1). Solche nassen Luftpumpen werden daher grofs, schwerfällig und teuer. Ausserdem werden besonders bei denjenigen Anordnungen solcher Maschinen, bei denen Cylinder und Kolben

1) 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 aufserordentlich 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 Gröfse entsprechen würde, ist der, dass Kolbengeschwindigkeit und Umdrehungszahlen solcher Maschinen nur sehr mäfsige sein dürfen. Der Hub der selbstthätigen Ventile soll immer nur ein kleiner sein, indem bei gröfserem Hube, sowohl beim Oeffnen wie beim Schliefsen, die Masse der Ventile zu viel lebendige Kraft in sich aufnimmt, daher dieselben mit grofser 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 grofs sein, damit der freie Luftdurchgangsquerschnitt grofs genug werde, um die passirende Luft nicht zu drosseln. Um den Umfang bezw. den Durchmesser der Ventile aber grofs 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 Ventil umfang aber durch die constructiven Verhältnisse auch auf eine mässige Grösse beschränkt ist, so hat der freie Durchgangsquerschnitt an den Ventilen eine gewisse beschränkte Gröfse, und deswegen darf die Kolbengeschwindigkeit ebenfalls nur eine gewisse mässige Gröfse haben, damit die Durchgangsgeschwindigkeit der Luft unter den Ventilen hindurch zur Verminderung der Drosselung ein gewisses Mafs 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 Schliefsen 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 schliefsen 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 Schliefsen 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 gröfser, einerseits je gröfser 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 hinausstöfst als ein langsam gehender, andererseits je öfter solcher Hubwechsel eintritt, d. h., je gröfser 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 Verschleifs an den Ventilen um so gröfser, je gröfser die Umdrehungszahl der Maschine ist..

Aus den angeführten Gründen sind schnelllaufende 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:

Die anstandslose Zulässigkeit eines beliebig raschen Ganges wird bewirkt dadurch, dass statt der selbstthätigen Ventile zur Steuerung ein zwangläufig bewegter Schieber verwendet wird,

und der Einfluss der schädlichen Räume wird weggeschafft dadurch, dass in den Muschelschieber noch ein Kanal eingegossen wird. Fig. 1 bringt den Grundgedanken zur Anschauung. Die Steuerung entspricht im allgemeinen einer Dampfmaschinensteuerung mit einfachem Muschelschieber macht die Luft in den Kanälen gerade den umgekehrten Weg,

nur

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. Aeufsere sowohl wie innere Deckungen am Schieber sind so grofs 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 ausstöfst, 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, grofs 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 grofs. Somit sind Eintrittsund Austrittskanäle gleichzeitig immer gleich weit offen, und Oeffnung wie Schluss beider findet gleichzeitig statt. Im Interesse einer gröfstmöglichen 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 Kraftverbrauch ist gerade diese Stellung des Excentrics die vorteilhafteste, wie wir später sehen werden.

Fig. 2 giebt ein Diagramm einer solchen Schiebersteuerung.

welchen der Dampf machen würde; durch das sogenannte > Abdampfrohr wird angesogen, durch das »Dampfzuführungsrohr<< wird weggedrückt. Dies hat zur Folge, dass der Schieber von der dichteren Luft im Schieberkasten auf seine Gleitfläche am Cylinder festgedrückt wird. Das (gewöhnliche Kreis-) Excentric läuft dabei der Kurbel um etwa 90° nach, während es bei Dampfmaschinen derselben um ebenso viel voreilen würde. Der Einfluss der schädlichen Räume wird dadurch auf überraschend einfache Weise weggeschafft, dass in den Muschelschieber noch ein Kanal a eingegossen ist, der in der Mittelstellung des Schiebers die beiden Cylindersciten mit einander in Verbindung setzt. Diese Mittelstellung tritt

XXIX

48.

November 1885

Es ist:

äufsere Ueberdeckung e innerer Ueberdeckung i,

a = Kanalweite, im Sinne der Schieberbewegung ge

messen,

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 90o + 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

von 2 bis 3

von 3 bis 4

findet das Ueberströmen, die Druckausgleichung, statt,

öffnen sich die Ein- und Austrittskanäle, sind diese Kanäle ganz offen,

von 4 bis 5 schliefsen sie sich wieder.

Geben wir dem Excenter einen kleineren Nacheilwinkel, 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 gröfserem 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 1/4 bis 1/3 der ganzen Kanalweite; dort ist aber die Kolbengeschwindigkeit, also auch die Luftgeschwindigkeit in den Kanälen, schon nahezu 0 O geworden; die Lichtweite der Kanalöffnungen brauchte also nicht einmal so grofs zu sein. Es folgt daraus: |

>>Die Luft wird weder beim Ansaugen noch beim Wegdrücken gedrosselt; insbesondere hat sich der Raum hinter dem Kolben zu Ende jedes Hubes bei Compressoren mit Luft von voller Atmosphärenspannung, bei Vacuumpumpen mit Luft von der vollen Recipientenspannung gefüllt«.

Eine Schiebersteuerung mit einfachem Muschelschieber, wie bis jetzt beschrieben und in Fig. 1 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.

raume

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 Druckzu 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

1

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. 49 1).

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 grofs, 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 mafsgebendste Teil unserer Construction werden wir im dritten Abschnitte zurückkommen.

aus

Unsere Luftpumpe besteht also im wesentlichen einem Cylinder, von dem aus Kanäle zu einem aufserhalb des Cylinders gelegenen Schieberkasten führen, in welchem ein Schieber läuft, der eine Rückschlagplatte mit aufsergewöhnlich kleinem Hube trägt, welche aus diesem Grunde einen beliebig raschen Gang der Pumpe zulässt. Es ergiebt sich hieraus die Grundeigenschaft unseres Systemes, dass beim Entwurf einer Luftpumpe ein von dem gewöhnlichen gänzlich verschiedener und zweckmäfsigerer 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 grofs, 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 mittelgrofsen Compressoren etwa 30m 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 grofser 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 Gröfse der ganzen Maschine das wesentlichste.

Eine Vacuumpumpe mit Dampfbetrieb habe z. B. die Anordnung Fig. 3, wobei der vordere Cylinder der treibende

1) Es sei nochmals betont, dass dieses Rückschlagventil auf die Volumenleistung 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 Gleit ventil, der Schieber, inbetracht kommt, nicht aber irgend ein Hubventil, 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 Schliefsens eines Hubventiles entsprechen würde, sondern er schleift die Glocke

auf dem Teller einigemale hin und her in drebender Bewegung, um eben dichten Abschluss zu erhalten, was dem Vorgange bei einem Gleitventile entspricht.

In welch bedeutendem Mafse 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 gröfserwerdender Kolben- also auch Luftgeschwindigkeit fest schliefsen. Infolge dieses Nichtdichtschliefsens 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!

Eine Hubverminderung von S bis s hat also eine Verminderung der ganzen Länge der Maschine um das Sechsfache zur Folge. Dadurch wird ganz bedeutend an Material und an Dreharbeit gespart.

Man könnte zwar auch bei Ventil luftpumpen durch Erhöhung der Umdrehungszahl die Hublänge vermindern. Man darf das aber nicht thun, einesteils aus den schon angeführten Gründen, wonach die Zahl der Umdrehungen wegen des ungenauen Schlusses der Ventile nicht grofs sein soll, anderenteils, weil mit kürzerem Hube bei gewöhnlichen Luftpumpen die relative Gröfse des schädlichen Raumes wächst (da die absolute Gröfse desselben constant bleibt), womit die effective Leistung der Pumpe erheblich herabgedrückt würde. Bei unseren Schieberluftpumpen fällt dieser Grund aber weg, weil der Einfluss der schädlichen Räume ja anderweitig überhaupt weggeschafft ist.

Wollte man denselben zweckmäfsigen Constructionsgang auch bei Ventilluftpumpen einschlagen, also auch zuerst für eine gegebene bezw. verlangte Luftmenge die freien Ventildurchgangsquerschnitte bestimmen, und zwar auch unter denselben Bedingungen, dass:

a) der Hub der Ventile nur 2 bis 3mm betragen dürfe, wie bei unserer Rückschlagplatte,

b) die Luftgeschwindigkeit nirgends, auch nicht unter dem Ventilrande durch, 30m in 1 Sekunde übersteige,

so würde man

a) aufserordentlich grofse Cylinder erhalten, lediglich
damit die grofs werdenden Saug- und Druckventile
überhaupt an denselben angebracht werden könnten,
wenn anders nicht die schädlichen Räume unver-
hältnismässig grofs werden sollen; und es dürfte
b) die Kolbengeschwindigkeit dabei nur sehr klein
sein.

Oder mit anderen Worten: Man würde zwar theoretisch auch gute, aber unvergleichlich viel gröfsere 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 gröfsere Kolbengeschwindigkeit sowie gröfsere Zahl der Umdrehungen zulässig sind.

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.

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 grofs vorausgesetzt).

Also J-a£= (1—α) 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-BJ: (1 − p) J

dem pro Hub wirklich angesogenen Luftvolumen (bezogen auf den Druck im Saugraume).

dem volummetrischen Wirkungsgrade der Pumpe, d. h. = dem Verhältnisse des angesaugten Luftvolumens zu dem vom Kolben durchlaufenen Volumen.

sei der jeweilige Druck im Recipienten,

Pm der erreichbare Mindestdruck in demselben,
po der Druck in dem Raume, nach welchem die
Pumpe die Luft ausstöfst (gewöhnlich
Atmosphärendruck = 1);

dem

in

absolut Atmosphären

und es sollen nun diese Wirkungsgraden und erreichbare Mindestdrücke Pm für Pumpen ohne und mit der Druckausgleichvorrichtung untersucht werden (wobei 71 und p1m die entsprechenden Gröfsen bei den letzteren bezeichnen sollen, im Gegensatze zu ŋ und pm, welche für die ersteren gelten). Pumpen ohne Ausgleichvorrichtung.

Nach dem Mariotte'schen Gesetze findet sich ß aus der Gleichung: