Zur Ergänzung des Artikels "Die Wiege der Heißdampflokomotive - der Harz?"
Jean-Jacques Werling Mit Interesse habe ich in der "Harzbahnpost" 1/2003 den Artikel über den "Erfinder" des Heißdampfes, Wilhelm Schmidt, gelesen.Da kaum auf die theoretischen Grundlagen des Heißdampfes bzw. der Heißdampf-Dampfmaschine eingegangen wurde, hier einige Ergänzungen.
Wilhelm Schmidt studierte in Dresden unter der Leitung von Gustav Leuner (1828 - 1907), der seit 1854 am Polytechnikum Zürich dozierte und später auch Direktor dieser Schule wurde. Von 1873 bis 1897 war er Professor und Direktor des Polytechnikums Dresden, welches er in die Technische Hochschule umwandelte. Gustav Leuner war Spezialist in Hydraulik und Wärmelehre (Technische Thermodynamik und Theorie der Turbinen).
Leuner hat Wilhelm Schmidt das Grundlagenwissen über die Umwandlung von Wärme in Arbeit beigebracht. Das Prinzip beruht auf dem von Nicolas Léonard Sadi Carnot (französischer Physiker, Mitglied der Académie des Scienes) in seinem Buch "Überlegungen über die treibende Kraft des Feuers und der Maschinen" 1824 veröffentlichten Lehrsatz, der lautet:
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Eine Wärmemaschine kann nur zwischen zwei Wärmequellen, einer heißen und einer kalten, funktionieren.
Sei T1 die Temperatur der heißen Wärmequelle, T2 jene der kalten.
Unter den besten Bedingungen, also ohne Wärmeverlust, ohne Verschleiß, ohne Reibung, kann die Leistung P = 1 - T2/T1 nicht überschreiten.
Wilhelm Schmidt hat festgestellt, dass, um eine gute Leistung bzw. einen möglichst kleinen Verbrauch an Brennstoffen zu erzielen, eine möglichst hohe T1 erforderlich ist.
Er erkannte auch, dass Heißdampf ganz andere Eigenschaften als Naßdampf besitzt. Heißdampf ist energiereicher und auch ein schlechterer Wärmeleiter. Er verliert weniger Wärme an die Umgebung - z.B. metallische Kesselteile und Rohre auf dem "Weg" vom Kessel zum Dampfzylinder. Wasser leitet bekanntlich Wärme sehr gut, deshalb ist der Naßdampf, der noch einen bestimmten Volumenanteil an feinverteilten Wassertröpfchen enthält (deshalb ist der Dampf ja auch "naß" ...) ein wesentlich besserer Wärmeleiter.
Heißdampf ist ein ideales Gas, was die Berechnungen von Wilhelm Schmidt erleichterte.
Er wusste auch, dass der Dampf, der direkt aus dem Kessel entnommen wird, eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten kann. Dies resultiert daraus, dass der Dampf im Kessel ja noch ständigen Kontakt mit der Wasseroberfläche hat, weiterhin werden dadurch und durch das ständige "Sprudeln" des kochenden Wassers feinste Wassertröpfchen in den Dampf eingetragen. Der so entstehende "Naßdampf" kann somit nicht heißer sein als der Siedepunkt des Wassers bei einem bestimmten Druck, bei etwa 11 bar absolutem Druck (vorhandener Umgebungsdruck 1 bar + Überdruck 10 bar im Kessel) beträgt diese Temperatur z.B. 180 °C.
In der Technik rechnet man übrigens mit °K (Grad Kelvin), da die "landläufig" bekannte Temperaturskala mit °C (Grad Celsius) bekanntlich mit +/- 0° beim Gefrierpunkt beginnt und z.B. im englischen Sprachraum eine andere Temperaturskala (Fahrenheit) verwendet wird. Der Nullpunkt bei der Kelvin-Skala liegt beim absoluten Nullpunkt (eine tiefere Temperatur ist physikalisch nicht möglich) bei - 273 °C, die Umrechnung ist also relativ einfach, z.B: 180 °C = 453 °K.
Eine kleine Rechnung nach der obigen Formel ergibt folgendes:
| Naßdampf | Heißdampf | |
| Dampftemperatur | 180 °C = 453 °K | 350 °C = 623 °K |
| Umgebungstemperatur | 17 °C = 290 °K | 17 °C = 290 °K |
| Leistung | 36 % | 53 % |
Im besten Falle kann man also die Leistung auf fast das 1 ½ fache steigern. Die Überhitzung des Dampfes geschieht im Regelfall übrigens ohne zusätzlichen Brennstoffaufwand durch die bessere Ausnutzung der Verbrennungsgase.
Soviel zur Theorie. Die Frage war nun - wie wirkt sich die Überhitzung des Dampfes in der Praxis aus?
Natürlich wusste Schmidt, dass man eine Idealmaschine nicht bauen kann - es wird immer irgendwo Wärmeverluste, Strömungsverluste in den Rohren, Reibung usw. geben.
Auch musste eine Lösung gefunden werden, wie der Dampf vom Kesselwasser "entfernt" und auf eine wesentlich höhere Temperatur gebracht werden konnte.
Die Differenz zwischen den Mehrkosten für die zusätzlichen Einrichtungen (Überhitzer) und der erzielten Brennstoffersparnis musste in einem überschaubaren Zeitraum einen Gewinn ausweisen, denn sonst würde kein Mensch diese neuen Dampfmaschinen kaufen ...
Letztendlich musste das Ganze in der Praxis problemlos funktionieren - ein Lokführer oder Heizer ist kein studierter Physiker! Genau diesen Aufgaben stellte sich Wilhelm Schmidt bei seinen Versuchen, dabei wurde er von Gustav Leuner unterstützt. Dieser half ihm auch, sich 1883 zunächst in Kassel-Wilhelmshöhe als Zivilingenieur niederzulassen.
Bei den Versuchen stellte Wilhelm Schmidt auch fest, dass der bis dahin gebräuchliche Flachschieber in den Dampfmaschinen sich bei den wesentlich höheren Dampftemperaturen verzog. Mit Hilfe von Robert Garbe, Dezernent für Bau und Beschaffung von Lokomotiven bei der Königlich-Preußischen Eisenbahn-Verwaltung (K.P.E.V.) hat er deshalb den später allgemein gebräuchlichen Kolbenschieber entwickelt.
1897 wurden von der K.P.E.V. die ersten beiden Heißdampflokomotiven bestellt - der Erfolg war durchschlagend und ist in den einschlägigen Werken zur Geschichte und Technik der Dampflok hinreichend beschrieben.
Die Heißdampfmaschine hat Wilhelm Schmidt dann noch zur Hochdruck-dampfmaschine weiterent-wickelt, welche aber im Dampflokbau - bis auf einige Versuchslokomotiven - keine Verbreitung gefunden hat.
Foto (Matthias Bethke):
In Wernigerode betrieben Wilhelm Schmidt bzw. dessen Nachfolger etwa vier Jahrzehnte lang eine Versuchsanstalt, auf diesem Gelände befindet sich heute das BMW-Autohaus "Rosner & Salier".
Im Mai 2002 wurde dort zu Ehren des "Erfinders" des Heißdampfes eine Gedenktafel angebracht.
