Die Beeinflussung des Diagrammes durch die Steuerung

Wir haben also während eines Doppelhubes der Maschine vier Perioden zu unterscheiden:
1. die Einströmungsperiode von 
bis b (Abb. 5)
2. die Expansionsperiode von 
b bis c
3. die Ausströmungsperiode von 
c bis e
4. die Kompressionsperiode von 
e bis f

a) Die Einströmung

Auf der Strecke a b des Kolbenweges wird hinter dem Kolben der größte Druck entsprechend der vollen Dampfspannung entwickelt. Außerdem gibt diese Strecke ein Maß für den vom Volldampf ausgefüllten Zylinderinhalt und damit auch für den Dampfverbrauch bei einem Kolbenhub.
Die Strecke 
a b nennt man auch die Füllung des Dampfzylinders. Würde man die Einströmungsperiode bis zum Ende des Kolbenhubes verlängern, so erhielte man zwar eine größere Arbeitsmenge, indem auch die rechte obere Ecke mit in das Diagramm hineingezogen würde; aber der Dampfverbrauch wäre damit um soviel größer geworden, wie a b in der Länge des Kolbenhubes aufgeht. Der Dampf würde mit voller Spannung entlassen, während noch eine bedeutende Arbeitsfähigkeit in ihm enthalten ist. Daher ist der wichtigste Schritt zur Verbesserung der Dampfwirkung, den schon Watt getan hat, die Expansion oder Dampfdehnung auszunutzen.

b) Die Expansion

Man erreicht sie durch rechtzeitiges Absperren des Dampfkanals, und zwar ist der Zeitpunkt dafür so zu wählen, daß die Dampfspannung am Ende des Hubes zwar möglichst tief gesunken ist, aber doch noch zur Überwindung des äußeren Luftdruckes ausreicht, damit der Dampf schnell genug den Zylinder verlassen kann. Bei der Aufzeichnung von Dampfdiagrammen, einer Arbeit, die zur Konstruktion von Maschinen gehört, legt man annäherungsweise dem Vorgang der Expansion die Isotherme zugrunde.
Bei dem wirklichen vom Indikator aufgezeichneten Diagramm wird die Expansionskurve unterhalb der Isotherme verlaufen, weil der Dampfdruck infolge der Abkühlung des Dampfes an den kalten Zylinderwänden schneller sinkt, als er es bei gleichbleibender Temperatur tun würde.
Da ein zu tiefer Verlauf der Expansionskurve einen Verlust an Arbeit bedeutet, sucht man den Zylinder durch Umhüllung mit wärmeisolierenden Stoffen gegen Abkühlung zu schützen; oder auch, indem man zwei Zylinder ineinander steckt und in den Zwischenraum Heizdampf hineinläßt.
Ist der untere Endpunkt c der Expansionslinie bestimmt, so fällt der obere Endpunkt b umso näher an a heran, je höher die Spannung ist.
Darauf beruht der Vorteil in der Verwendung hochgespannten Dampfes.
Auf dem Diagramm sehen wir ferner, daß durch Verlängerung oder Verkürzung der Einströmungslinie 
a b der Inhalt der Diagrammfläche oder, was dasselbe ist, die Arbeit während eines Kolbenhubes vergrößert oder verkleinert wird.
Durch früheres oder späteres Schließen des Dampfkanals läßt sich die Arbeitsleistung und die Dampfzufuhr regeln.

c) Die Ausströmung

Bereits kurz vor Beendigung des Hubes bei c wird dem Dampf der Weg ins Freie geöffnet, damit er bei der Umkehr des Kolbens schon auf die Spannung der Atmosphäre gesunken ist und während des Rückweges keinen schädlichen Gegendruck ausüben kann. Dadurch würde nämlich ein größerer Arbeitsverlust entstehen, als der Gewinn an Arbeit betragen würde, wenn man den Dampf auf dem Hingang bis zum Ende des Kolbenhubes wirken ließe. Weitere Bedingungen für einen geringen Gegendruck bei der Ausströmung schafft man durch möglichst kurze und genügend weite Dampfwege ins Freie, denn man kann den Dampf nicht direkt neben der Maschine entlassen, sondern muß ihn durch eine Rohrleitung aus dem Maschinenraum hinausleiten.

d) Die Kompression

Wenn der Kolben 2/3 bis 3/4 seines Rückweges zurückgelegt hat, wird der Auslaßkanal, im Punkt e, wieder geschlossen. Dadurch steigt nun die Spannung des Dampfes allmählich, bis sie am Ende des Rücklaufes die Druckhöhe bei f erreicht hat. Die Linie e f bezeichnet man als Kompressionskurve und kann sie ebenfalls als annäherungsweise Isotherme betrachten. Die Kompression des Dampfes bedeutet einen Arbeitsverlust, da ja die Maschine Arbeit abgeben muß, um den Dampf zusammenzudrücken. Der Arbeitsverlust wird wegen günstiger Nebenwirkungen in Kauf genommen. Diese bestehen darin, daß der in der Maschine zurückbleibende Dampf durch das Zusammenpressen ungefähr auf die Temperatur des für den nächsten Hub eintretenden Frischdampfes erwärmt wird, so daß der Frischdampf bei der Vermischung nicht von vornherein eine Abkühlung erfährt, die sein Arbeitsvermögen herabsetzen würde.
Als zweites dient die Kompression gewissermaßen als ein Dampfpolster, um die Bewegung der Massen des Kolbens und der übrigen Triebwerksteile zu verzögern und der Umkehr in die entgegengesetzte Richtung einen sanften Charakter zu geben. Dies ist besonders wichtig für schnell laufende Maschinen. Für die Rückseite des Kolbens gilt diese Auseinandersetzung in derselben Weise. Das Diagramm dafür sieht wie das Spiegelbild des gezeichneten aus.

e) Der schädliche Raum

Bei der Konstruktion der isothermischen Kurve ist in Abb. 5 das Volumen v nicht vom Beginn des Kolbenlaufes an gerechnet, sondern von einer senkrechten Linie, welche um die Strecke so links davon liegt.
Der Grund dafür ist, daß das wirklich vom Schieber abgesperrte Dampfvolumen größer ist als der vom Kolben bestrichene Raum; denn es kommt das Volumen hinzu, das zwischen Kolben und Zylinderdeckel als Spielraum gelassen werden muß und 5 bis 20 mm beträgt, sowie der Rauminhalt der Dampfkanäle. Dieses Volumen nennt man den
schädlichen Raum, weil er zur Arbeitsleistung der Maschine nichts beiträgt. Seine Größe hängt von der Bauart der Maschine ab, insbesondere von der Anordnung der Steuerung und der dadurch bedingten Länge der Dampfkanäle.

 

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