Ueber C. Bach's Versuche zur Klarstellung der Bewegung selbstthätiger Pumpenventile. Mit Abbildungen. Bach's Versuche über selbstthätige Pumpenventile. Der Mangel an Kenntnissen betreffend die allgemeinen Gesetze, nach welchen sich das sogen. Spiel der selbstthätigen Pumpenventile in seinem vollen Umfange, wie in dessen wichtigsten Abschnitten vollzieht und zwar unter Voraussetzug gewisser theils gezwungener, theils gewählter Verhältnisse für die Anordnung und den Betrieb von Pumpen mit selbstthätigen Ventilen, ist die wesentliche Ursache der thatsächlichen Erscheinung, daſs die wichtigen einschlägigen Fragen bisher im Wesentlichen nur in Einzelnem auf dem Erfahrungswege und nur unvollkommen gelöst werden konnten, daſs ferner die erhaltenen Ausführungen auf Grund der von Fall zu Fall möglichen besonderen Beobachtungen in den zahlreichsten Fällen eine Nachhilfe erforderten, um endlich das Spiel der Ventile zu dem nothwendig tadellosen zu machen, durch welches erst die Betriebstüchtigkeit und die Leistungsfähigkeit der Pumpe gesichert war. Die allgemeine Klarstellung der einschlägigen Bewegungsgesetze für Ventile ist selbstredend nur auf dem Wege des praktisch-wissenschaftlichen Versuches möglich, dessen Ergebnisse erst die Grundlage für eine theoretische Behandlung derselben Aufgabe bilden können und würden rein theoretische Studien allein, wegen Mangels der entscheidenden Erfahrungszahlen bestimmt nicht zum Ziele führen. Nun ist die Versuchsaufgabe, welche sich zum Studium und zur Lösung der gestellten Frage ergibt, in ihrem vollen Umfange eine ebenso zusammengesetzte wie schwierige, nachdem einerseits die Formen und die Betriebsverhältnisse der selbstthätigen Pumpenventile sehr zahlreiche und unter Umständen sehr abweichende sind und weil andererseits auch die äuſserliche Beobachtung gewisser Abschnitte der Bewegung für die im Inneren der Ventilkästen angeordneten Pumpenventile mit besonderen Schwierigkeiten verbunden ist und die Anwendung von Sondereinrichtungen nothwendig macht, welche das Spiel der Pumpenventile als Saug- und Druckventile fehlerlos nach auſsen zu übertragen im Stande sind. Um so hervorragender muſs das Verdienst des Verfassers erscheinen, welcher es nach der bezeichneten Schrift unternahm, für eine (zehn Formen umfassende) Gruppe von selbstthätigen Pumpenventilen, die sich als einsitzige Hubventile darstellen, die einschlägigen praktisch-wissenschaftlichen Studien durchzuführen und aus den Ergebnissen derselben die Gesetze über die Beziehungen jener Hauptgröſsen festzustellen, welche auf die Natur, die Dauer des Ventilspieles und der damit im Zusammenhange stehenden Pressungen entscheidenden Einfluſs nehmen, auf welche Gesetze im Zusammenhange mit anderen Beobachtungsergebnissen der sachgemäſse, wissenschaftlich begründete Entwurf von Kolbenpumpen mit selbstthätigen Hubventilen zurückzuführen sein wird. Der Verfasser erkannte die Nothwendigkeit, zunächst die Frage über die sogen. „Ventilbelastung“, d. i. über die Kraft (P), mit welcher das geöffnete Ventil belastet werden muſs, um sich mit der Wirkung der strömenden Flüssigkeit, welche dessen Bewegung veranlaſste, ins Gleichgewicht zu setzen, im Versuchswege zu erledigen, um endlich danach das Ventilgewicht (G) für den noch rechtzeitigen, stoſsfreien Schluſs des Ventiles selbst bestimmen zu können; desgleichen den sogen. „Ventilwiderstand“, d. i. die Summe der durch die Ventilanordnung, sowie durch die Ventilbewegung hervorgerufenen Bewegungswiderstände auf gleichem Wege festzustellen (Versuche über Ventilbelastung und Ventilwiderstand, Berlin 1884), wobei insbesondere auf „Tellerventile“ mit und ohne Unterführung mit ebener Sitzfläche, ferner auf „Kegelventile“ mit kegel- und kugelförmiger Unterfläche, allgemein bei Hubhöhen von  h = 0,25 d bis 0,1 d, endlich bei Sitz breiten b = 0,25 d bis 0,1 d, wenn d den Durchmesser der Ventilsitzöffnung bezeichnet, Rücksicht genommen würde. Die aus den Versuchsergebnissen abgeleiteten Erfahrungszahlen α, β, γ, ϰ, μ ergänzen die auf rechnungsmäſsigem Wege ermittelten Grundgleichungen für die Ventilbelastung P und den Ventilwiderstand (ζ), welche folgende Hauptformen annehmen: P=1000\,.\,f\,\frac{c^2}{2\,g}\,\left\{\varkappa+\left(\frac{f}{\mu.h.u}\right)^2\right\} \mbox{und}\ \zeta=\alpha+\beta\left(\frac{d}{h}\right)^2 \mbox{und}\ \zeta=\alpha+\beta\,\left(\frac{d}{h}\right)+\gamma\,\left(\frac{d}{h}\right)^2 wobei (f) den Querschnitt der Ventilsitzöffnung, u den Umfang derselben, c die Geschwindigkeit bezeichnet, mit welcher das Wasser durch den Querschnitt (f) flieſst. Für die Ventilerhebungen, welche zwischen den Grenzen 0,02 d und 0,5 d liegen, sind besondere Gleichungen für P und ζ desgleichen besondere Erfahrungszahlen ermittelt. Die angedeuteten Erfahrungszahlen setzen nicht nur gewisse Formen und Abmessungen, sondern auch bestimmte Bearbeitungszustände für die Versuchsventile voraus; betreffend den Einfluſs der Form der Unterfläche der einzelnen Ventile, d. i. jener Fläche, welche als Stoſsfläche für das ausströmende Wasser anzusehen ist, auf die Gröſse der erwähnten Erfahrungszahlen für Tellerventile mit ebener Sitzfläche ergibt sich das Resultat, daſs dieser Einfluſs ein verhältniſsmäſsig geringer ist und von jenem, welcher durch die Wahl der Sitzbreite (b) ausgeübt wird, wesentlich überboten wird. Von Interesse sind ferner die Ergebnisse, daſs die Unterführungen derselben Ventile eine bedeutende Vergröſserung des Ventilwiderstandes zur Folge haben und daſs die Wasserreibung gegen polirte Metallflächen gröſser als gegen ruhendes Wasser ist. Für Kegelventile ohne Unterführung ist der Ventilwiderstand wesentlich kleiner als für derart ausgeführte Tellerventile mit ebenem Sitze, endlich erhöht sich derselbe Widerstand für Kegelventile mit kegelförmiger Unterfläche wieder wesentlich gegenüber den Kegelventilen mit ebener Unterfläche. Es empfehlen sich sonach die einfachen Hubventile mit Oberführung, kegelförmiger Sitzfläche und ebener Stoſsfläche gegen das aufströmende Wasser, um in erster Linie den Ventilwiderstand zu verkleinern, einen reichlichen Austrittsquerschnitt für die zu fördernde Flüssigkeit zu erhalten und die Ventilerhebung auf rund h = 0,1 d beschränken zu können. Es sei hierzu noch bemerkt, daſs bei Durchführung der eben besprochenen Versuche lediglich die Ermittelung der Gröſsen P und J angestrebt wurde, daſs gleichzeitig die Frage der Dichtungsfähigkeit der Versuchsventile mit ihren eigenthümlichen Formen der Sitzfläche nicht in Betracht kam; in dieser Hinsicht muſs die Erfahrung sicher gestellt werden, daſs Hubventile mit kegelförmiger Sitzfläche sich ungünstiger verhalten als Hubventile mit ebenem Sitze, welche Thatsache darin begründet ist, daſs eben erstere Ventile behufs verläſslicher Dichtung eine besonders genaue Führung erfordern und diese schwierig zu erfüllende Bedingung für Ventile der zweiten Art entfällt. Nachdem aber die Dichtungsfähigkeit eines Ventiles überhaupt eine der wesentlichsten Bedingungen für die Verwendbarkeit desselben ist und gegenüber dieser Eigenschaft jene, welche durch die Werthe von P und ζ gekennzeichnet ist, entschieden zurücktritt, so erscheint es als ein Bedürfniſs, dieser Frage bei eben und kegelsitzigen Hubventilen nahezutreten und dieselbe durch eine Versuchsreihe zu erledigen, wobei selbstredend nur auf Ventile mit geringer Sitzbreite Bedacht genommen werden möge, nachdem der schädliche Einfluſs breiter Sitze auf die Dichtungsverhältnisse der Ventile überhaupt bereits sichergestellt ist. Die eben hervorgehobenen Versuche zur Ermittelung von P und ζ sind als einleitende Arbeiten für jene Versuche bezieh. Versuchsreihen aufzufassen, welche der Verfasser nunmehr zur Klarstellung der Bewegung der selbstthätigen Pumpenventile durchgeführt hat und welche mit ihren Ergebnissen den Hauptinhalt der eingangs genannten Schrift (Sonderabdruck aus der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure Bd. 30 und 31) bilden. Als Versuchspumpe diente eine liegende Saug- und Druckpumpe mit Mönchskolben von 70mm Durchmesser, dessen Hub zwischen den Grenzen 0 und 300mm nach Bedarf abgeändert werden konnte. Die Pumpe wurde von einem Gasmotor mittels Zwischenwelle bethätigt und standen mehrere Mittel zur Verfügung, um die Umgangszahl der Pumpenwelle nach Bedarf zwischen 30 und 180 per Minute abändern zu können. Durch die eben angedeutete Antriebweise der Pumpe war ein bestimmtes Bewegungsgesetz für den Pumpenkolben gegeben, welchem auch ein besonderes Gesetz für die Beschleunigung desselben während eines Laufes entsprach. Diese erreichte für die Kolbenendlagen ihre geringsten ± Werthe, welcher Kolbenbeschleunigung jene des Saugwassers unter dem Einflüsse des angeordneten Saugwindkessels gegenüber stand. Die verwendete Versuchspumpe ist sonach gekennzeichnet durch die annähernd sinus versus-Bewegung des Kolbens, unveränderliche (geringe) Saughöhe, geringste ± Beschleunigung des Pumpenkolbens in dessen Endlagen. In die Ventilkästen konnten sowohl als Saug- wie Druckventile die eigentlichen Versuchsventile (10 Formen) eingeführt werden. Von besonderem Interesse ist noch jene Einrichtung, welche die lothrechte Bewegung des Versuchsventiles nach auſsen zu übertragen hatte. Es diente hierzu ein besonders eingerichteter Indicator ohne Kolben, mit Thomson's Schreibzeug, welch ersterer durch das Gestänge des Versuchsventiles ersetzt wurde. Dieser Indicator wurde zur Gewinnung der Ventilerhebungs-Diagramme, ein zweiter, zweckmäſsig angeordneter Indicator zur Erzeugung der Kolbendiagramme ausgenutzt. Von den beiden Diagrammen wurden je 2 Sorten und zwar die „gewöhnlichen“ und die „verschobenen“ Diagramme gewonnen. Die Aufsuchung bezieh. die Gewinnung der letzt genannten Sorte von Kolben- und Ventildiagrammen war ein äuſserst glücklicher Gedanke; indem eben erst die verschobenen Diagramme mehrfache bis jetzt noch nicht aufgeklärte Verhältnisse, insbesondere betreffend die Grenze des stoſsfreien Schlusses der Ventile, die Kennzeichnung dieser Grenze, ferner den vielumstrittenen „Ventilüberdruck“ u.s.f. mit besonderer Schärfe sicher stellen lieſsen. Es sei noch bemerkt, daſs die „verschobenen“ Diagramme mit Benutzung einer Kurbelschleife auf den Schreibcylinder wirkend, genommen wurden, deren Kurbel gegen die eigentliche Antriebskurbel der Pumpenwelle um etwa 90° versetzt war; hierdurch wurde es möglich, gerade jene Abschnitte in der Bewegung der Ventile klar zu zeichnen und für die folgende Analyse in ausgezeichneter Weise vorzubereiten, welche der Eröffnung und dem Schlusse derselben zunächst lagen oder mit diesen zusammenfielen. Diesem sinnreichen Kunstgriffe entsprach auch der Erfolg bei Beschaffung desjenigen Materiales, welches zur eingehenden Kennzeichnung des Ventil- oder Kolbendiagrammes nothwendig ist. Der Verfasser schildert nunmehr die Ergebnisse der durchgeführten Versuchsreihen unter Anwendung des ebensitzigen Tellerventiles mit oberer Führung als Druckventil und faſst dieselben in eine Tabelle übersichtlich zusammen. Die Versuche wurden bei einer minutlichen Umgangszahl der Pumpenwelle von 60, für einen Kolbenhub s = 0m,07 bis 0,22, d. i. für eine mittlere Kolbengeschwindigkeit um = 0m,140 bis 0m,44, entsprechend einer Ventilerhebung hmax = 0m,0041 bis 0,0153 durchgeführt und für die 13 Versuchsreihen die Kolben- und Ventildiagramme von gewöhnlicher und verschobener Form genommen. Die nunmehr entwickelte Analyse der den 13 Versuchsreihen entsprechenden zweifachen Diagramme ist lehrreich und läſst insbesondere den Werth der „verschobenen“ Diagramme voll erkennen; es werden aus den verschobenen Ventildiagrammen die Kennzeichen für den allmählichen stoſsfreien Schluſs, sowie für das Aufsetzen des Ventiles mit „Schlag“, ferner des verspäteten Ventilschlusses in sehr anregender und überzeugender Weise abgeleitet und klargestellt; ferner die verschobenen Kolbendiagramme zum Nachweise jener Pressungsgröſse ausgenutzt, welche im Augenblicke der Erhebung des Druckventiles (Ventilüberdruck) thatsächlich besteht. Der Verfasser spricht sich endlich in überzeugender Weise dahin aus, daſs der gewöhnliche Indicator rasch sich ändernde Pressungen im Inneren der Pumpe verspätet anzeigt, so zu sagen nacheilt und daſs durch dessen gewöhnliches Kolbendiagramm die Frage des sogen. „Ventilüberdruckes“ nicht gelöst werden kann. Ein besonderes, für die Construction der Pumpenventile wesentliches Studium ist nunmehr dem Einflüsse der Verminderung des Ventilhubes „durch Tieferlegung der Hubbegrenzung“ gewidmet. Die von den Ventilen zahlreich genommenen gewöhnlichen und verschobenen Diagramme, deren freier Hub nun gewaltsam begrenzt wurde, lassen den Einfluſs der Tieferlegung der Hubbegrenzung in unzweifelhafter Weise erkennen; dieser Einfluſs auf die Ruhe und den Zeitpunkt des Ventilschlusses ist ein durchaus ungünstiger. Der Verfasser stellte aus 19 Versuchsreihen, für welche verschiedene Ventilhube bei wechselnder Umgangszahl der Pumpenwelle bezieh. Hubgröſse des Pumpenkolbens maſsgebend waren, fest, daſs die Verminderung des Ventilhubes eine Verspätung des Ventilschlusses, sowie demgemäſs einen unruhigen Schluſs der Ventile verursacht, also zu vermeiden ist. Die Verminderung des Ventilhubes ist nur durch Vergröſserung des Ventilgewichtes oder durch Anwendung von Federn zu erreichen. Der Verfasser geht nunmehr zur Feststellung der Abhängigkeit zwischen dem Kolbenhub und der höchstzulässigen Umgangszahl über und erörtert hiermit eine der für die Betriebsverhältnisse von Pumpen mit selbstthätigen Ventilen wichtigsten Fragen, welche sich auf die Bestimmung der minutlichen Spielzahl n2 des Ventiles bei noch rechtzeitigem und stoſsfreiem Schlusse desselben für den Kolbenhub s2 bezieht, wenn dasselbe Ventil für n1 Spiele per Minute bei s1 Kolbenhub ebenso rechtzeitig und stoſsfrei zum Schlusse kommt. Als Bedingungen des noch stoſsfreien Ventilschlusses wurden auf Grund der früher angedeuteten verschobenen Ventildiagramme folgende Kennzeichen derselben erkannt: a) „Tangentialer Anschluſs des abfallenden Curvenastes an die Wagerechte.“ b) „Nichtvorhandensein von Schwingungen in beiden Arten der Ventildiagramme und zwar da, wo der niedergehende Schreibstift die Wagerechte trifft.“ Zum Nachweise dieser Kennzeichen, sowie des Einflusses der gewaltsamen Hubbegrenzung eines Ventiles sei auf die folgenden als Einzelbeispiele dienenden Ventildiagramme hingewiesen, zu welch jedem das Ergebniſs seiner Analyse besonders hinzugefügt ist. Es handelt sich im Wesentlichen um die versuchsweise Bestimmung jener Grenze, bis zu welcher das Auftreffen des Ventiles auf dessen Sitz noch stoſsfrei erfolgt; diese wurde für das Versuchsventil (ebensitzig mit Oberführung) thatsächlich festgestellt, wobei noch auf zwei Formen des Ventilgehäuses besondere Rücksicht genommen wurde. Auf Grund der Ergebnisse der erledigten Versuchsreihen wurde erkannt, daſs der Zusammenhang zwischen Umgangszahl (n) und Kolbenhub (s) bezieh. mittlere Kolbengeschwindigkeit (u) an der Grenze des stoſsfreien Ventilspieles ganz dem Gesetze der Pendelbewegung entspricht. Es ergeben sich folgende überraschend einfache Ausdrücke für die genannten Beziehungen: 1) {n_1}^2.s_1={n_2}^2.s_2=\mbox{Const}=A, 2) {n_1}^2\,:\,{n_2}^2\,:\,\frac{1}{s_1}\,:\,\frac{1}{s_2}, 3) n_1\,:\,n_2 = (1\,:\,\sqrt{s_1})\,:\,(1\,:\,\sqrt{s_2}), 4) n_1.u_1=n_2.u_2=\mbox{Const}=a^2, 5) n_1\,:\,n_2=(1\,:\,u_1)\,:\,(1\,:\,u_2). Hieraus ist ersichtlich, daſs in erster Linie die Umgangszahl (n) der Pumpe auf den stoſsfreien Ventilschluſs Einfluſs nimmt, indem sie nach Gleichung 1 und 2 im quadratischen Verhältnisse zur Wirkung kommt gegenüber dem Kolbenhub (s); daſs ferner die Kolbengeschwindigkeit (u) gleichwerthig ist in Hinsicht ihres Einflusses auf den stoſsfreien Ventilschluſs mit der Umgangszahl (n) (Gleichung 4) und zwar innerhalb der durch das vorliegende Versuchsgebiet gezogenen Grenzen, die aber selbstredend selbst nicht erreicht werden sollen, wenn es sich um die Lösung einer praktischen Aufgabe mit der nothwendigen Sicherheit handelt. Erfahrungsgemäſs wird die gröſsere Umgangszahl bezieh. die gröſsere Kolbengeschwindigkeit der Pumpen durch Vermehrung des Ventilgewichtes (P) erreicht. Die vom Verfasser auch in Hinsicht der Aufklärung des Zusammenhanges zwischen n, u und P durchgeführten Sonderbeobachtungen an der Grenze des stoſsfreien Ventilschlusses ergeben folgende Schluſsresultate: „An der Grenze des gerade noch stoſsfreien Ventilschlusses ist die wirksame Ventilbelastung P proportional dem Producte: (u.n) oder auch proportional dem Producte: (n2 .s) und zwar sind diese Beziehungen nur gültig innerhalb der Grenzen des vom Verfasser beherrschten Versuchsgebietes. Der Einfluſs des Kolbenquerschnittes der Pumpe auf (n) und (u) an der Grenze des stoſsfreien Ventilschlusses wurde gleichfalls durch Sonderversuche festgestellt, deren Ergebnisse lauten: n1 : n2 = V1 : V2, wenn V1 = s1 F1, V2 = s2 . F2 die Hubvolumina der Pumpen bezeichnen. Die Kenntniſs dieser Beziehungen gestattet die sachgemäſse Lösung der Frage betreffend den erforderlichen Pumpenkolbenquerschnitt und Kolbenhub bei Verwendung derselben Ventile, wenn bei verschiedenen Umgangszahlen dasselbe Wasservolumen gefördert werden soll. Die heute herrschenden Constructionsregeln für Pumpen mit selbstthätigen Ventilen fordern die möglichste Verminderung des Ventilhubes behufs raschen und sicheren Spieles derselben, besonders bei Pumpen mit hoher Umgangszahl der Welle oder Zahl der Kolbenspiele per Minute. Wird noch der wohlbegründete Grundsatz durchzuführen gesucht, daſs die Geschwindigkeit des zu fördernden Wassers vom Saugsumpfe bis zur Ausguſsstelle eine unveränderte bleibe, so findet sich sofort, daſs schon bei näherungsweiser Erfüllung der gestellten Bedingung und bei Einführung des Verhältnisses h : d und zwar bei einsitzigen Hubventilen mit 0,1 bis 0,07, bei doppelsitzigen Hubventilen mit 0,05 bis 0,035 wesentliche constructive Schwierigkeiten entstehen und daſs unvermeidlich eine auſserordentliche Entwickelung der Ventilkästen eintritt, die zur Anordnung von mehrsitzigen Ventilen drängt, in welchem Falle dasselbe Miſsverhältniſs zwischen den Dimensionen und Inhalten der Ventilkästen und des Pumpenkörpers aus anderen Gründen auch selten vermieden werden kann. Es ist daher das Ergebniſs der vom Verfasser erledigten Studie betreffend den Einfluſs des „Ventilhubes“ (ein- und ebensitziges Hubventil vorausgesetzt) auf den stoſsfreien Schluſs der Ventile von Wesenheit, daſs weit gröſsere Ventilerhebungen, als sie heute üblich sind, nicht nur zulässig, sondern sogar geboten sind. Dieses für die constructive Durchführung der Pumpen wichtige Ergebniſs wurde aus „Ventildiagrammen“ abgeleitet, welche von der Versuchspumpe für die Grenzumlaufzahlen 30 und 90, für die mittleren Kolbengeschwindigkeiten zwischen 0m,84 bis 0m,10 und für Ventilbelastungen zwischen 1k,656 und 0k,427 genommen und für welche die Ventilerhebungen zwischen 17mm,3 bis 17mm,7 und 2mm,0 liegend gefunden wurden; der Verfasser spricht sich schlieſslich noch dahin aus, daſs sicher noch gröſsere Ventilerhebungen bei stoſsfreiem Schlusse möglich gewesen wären, und die Anzeige derselben nur durch die bezüglichen Einrichtungen des Ventilindicators verhindert wurde. (Fortsetzung folgt.)