1858: Henri Giffard erhält ein Patent auf den Injektor - eine Dampfstrahlpumpe

Henri Giffard war ein französischer Erfinder und Ingenieur, dem es 1852 gelang, mit einem dampfbetriebenen Luftschiff 28 km weit zu fahren. 1878 baute er für die Weltausstellung in Paris einen Fesselballon, dessen Gondel bis zu 52 Personen fasste und der an einem 600 m langen Seil aufgelassen wurde. 35.000 Menschen sollen so Paris von oben gesehen haben ¹.

Ein Bericht über dieses Event findet sich z.B. in der Zeitschrift »Die Gartenlaube« ². Auch mehrere Fotos sind erhalten, siehe ³.

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Giffard konnte seiner Leidenschaft nachgehen, weil er seit 1858 Patente auf eine Dampfstrahlpumpe hielt. Bei den frühen Lokomotiven mußte der Kessel mit mechanischen Kolbenpumpen gespeist werden. Das konnte nur in Fahrt geschehen. Mit dem Giffard’schen Injektor stand nun eine sehr robuste Dampfstrahlpumpe zur Verfügung, die auch bei Stillstand genutzt werden konnte, siehe Bild @fig:1858-1. Der Dampf strömt oben links in den Injektor, passiert dann die erste Düse (mit einem kegeligen Ventil), saugt das Speisewasser unten in der Mitte an bzw. fördert es. Eine zweite umgedrehte Düse stellt sicher, dass nur eine begrenzte Menge Wasser gefördert wird, überschüssiges Wasser läuft unten rechts ab. Durch den sich erweiternden Kanal des Diffusors sinkt die Strömungsgeschwindigkeit, das Speisewasser wird in den Kessel gefördert.

Der Giffard’sche Injektor wurde zum Ausgangspunkt für eine Vielzahl von Varianten. Jeder Lokomotivheizer beobachtet das »Schlabberrohr« und kontrolliert so die Funktion seines Injektors.

1858: Charles T. Porter erhält ein Patent auf einen Drehzahlregler

Der Drehzahlregler, so wie Watt ihn 1788 erstmalig eingesetzt hatte [siehe 1788: Für die Lap Engine wird ein Drehzahlregler gezeichnet], war wohl auch Mitte der 1860er Jahre noch Stand der Technik ⁴. Charles Talbot Porter (1826-1910) erhielt 1858 das US-Patent 20894 auf einen weiterentwickelten Regler. Das Bild @fig:1858-2 zeigt Porter’s Drehzahlregler in der ursprünglich ausgeführten Bauform, Bild @fig:1858-3 zeigt einen moderneren Porter-Regulator.

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Porter hatte einige Jahre als Rechtsanwalt gearbeitet, bevor er sich technischen Aufgabenstellungen zuwandte. In seiner äusserst lesenswerten Autobiographie beschreibt er, wie er bei einer Maschine zum Behauen von Steinplatten erkennen musste, dass der Drehzahlabfall der antreibenden Dampfmaschine zu einem wellenförmigen Muster im Werkstück führte ⁵. Zwar betrugen die Abweichungen in der Oberfläche nur 0,5 mm, aber sie konnten nicht einfach ausgeschliffen werde, sondern mussten manuell nachbearbeitet werden. Porter erkannte, dass die Trägheit des Drehzahlreglers das eigentliche Problem war.

Ratschläge verschiedener Experten führten zu keiner Besserung. Die Lektüre der entsprechenden zeitgenössischen Literatur, auch der Versuch, den Regler mathematisch besser zu verstehen, halfen nicht weiter. Letztlich fand Porter aber doch eine Lösung - bemerkenswert ist dabei, dass er der Intuition eine große Rolle zuschreibt ⁶.

Er ließ den Regler mit hoher Drehzahl laufen. So konnten die beiden Kugeln sehr klein bleiben. Das im Bild gut sichtbare Gegengewicht sorgte dafür, dass erst bei der gewünschten Betriebsdrehzahl die beiden Kugeln die maximale Stellkraft entwickelten, es wurde dazu mit Blei aufgefüllt. Fiel nun die Drehzahl ab, so stand genug Stellkraft zur Verfügung ⁷.

In seiner Autobiographie schilderte Porter, welchen Gewinn sein Regler bringen konnte:

Einen meiner ersten Regulatoren lieferte ich an Mr. James Horner, und er sollte eine Walzenzugsmaschine in der Nähe von Boonton, New Jersey, regulieren. Diese Lieferung ist wert, erwähnt zu werden. Die Walzenzugsmaschine wurde zum Auswalzen kohlenstoffreichen Stahls in Rundstäbe für die Herstellung von Bohrern verwendet, und das Triplexwalzwerk war damals dem Hirn von Mr. Fritz noch nicht entsprungen. Das Walzen ging nur langsam vor sich. Der Widerstand zog die Geschwindigkeit der Maschine herab, bevor der Regler einwirken konnte, und man konnte immer nur ein einziges Kaliber der Walze chargieren. Die Arbeiter mußten das Ende des Rundstahls zurückbringen und es in die nächste Kalibernute einfädeln, nachdem der Rundstahl die nächst größere verlassen hatte. Der Rundstahl wurde schwarz, bevor er ganz fertig war, und oft war es schwierig, ihn überhaupt fertig zu walzen. Ich wüßte nicht, daß mir irgend ein Fortschritt damals einen tieferen Eindruck gemacht hätte, als das Ergebnis der Anbringung meines Regulators an dieser Maschine. Die volle Geschwindigkeit wurde durchgehalten, die Knüppel schlüpften nur so durch die Walzen, zwei, ja drei Kaliber konnten gleichzeitig chargiert werden und die Rundstäbe waren immer noch kirschrot, wenn sie fertig gewalzt waren.

Porter begann schnell, seinen Regler fabrikmäßig in höheren Stückzahlen herzustellen.

Stand: 26.10.2018

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