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B. Flüssige Brennstoffe.
Es wurde schon auf Seite 8 erwähnt, daß bei den Augsburger Versuchen die Anwendung der flüssigen Brennstoffe als das erste und wichtigste Ziel angesehen wurde, und daß der erste Motor nur hierfür entworfen war; und zwar waren als Betriebsstoffe die Rohöle (6) in Aussicht genommen und für die allerersten Versuche im Juni 1893 war Pechelbronner Rohöl angeschafft worden. Da aber dieses Öl eine schwer entzündliche, dicke, braune Masse war, die selbst bei gewöhnlichen Temperaturen sich nicht durch Rohre fördern ließ, so wurden, um die großen Schwierigkeiten der Behandlung dieses Stoffes aus den Versuchen auszuschalten, zunächst Versuche mit Benzin, dann mit russischem und amerikanischem Lampenpetroleum gemacht, wie es im Laufe dieser Schrift geschildert wurde. Das gesonderte Studium der verschiedenen Rohöle und Abfallöle wurde auf die Zeit nach der Herstellung einer betriebssicheren Maschine vorbehalten (s. S. 8).
Diese Zeit war Ende 1897 gekommen. Die Versuche mit den verschiedenen flüssigen Brennstoffen fanden derart statt, daß jeder derselben im Dauerbetrieb im Versuchsmotor erprobt wurde, unter Entnahme von Diagrammen, Messung des [108] Verbrauchs und Beobachtung seines Verhaltens im Motor bei der Zündung und Verbrennung, im Zerstäuber und im Düsenmundstück, ferner in bezug auf Aussehen und Geruch der Auspuffgase, Verunreinigung der Maschine usw. Gleichzeitig wurden Versuche außerhalb des Motors angestellt in bezug auf Heizwert und physikalische Eigenschaften, Verunreinigung durch Wasser und mechanische Beimengungen, Verhalten beim Zerstäuben und Brennen an offener Luft in Brennern und Lampen usw. Über jeden einzelnen Brennstoffversuch wurden Journale geführt, sowie Ursprung, Lieferant und Preise notiert.
Zwischen die verschiedenen Brennstoffversuche wurden von Zeit zu Zeit Normalversuche mit Lampenpetroleum eingeschaltet, um immer wieder direkte Vergleichswerte zu haben. [109]
Für die Zerstäubungs- und Brennversuche an offener Luft wurde ein Hilfsapparat zur Zerstäubung von flüssigen Brennstoffen nach Fig. 60 hergestellt.
Dieser bestand aus dem früheren Nadelventilgehäuse der Fig. 15, an dem seitlich ein Spitzventil für Brennstoff und eines für Druckluft angebracht waren; in das Innere der Düse wurden die verschiedenen Zerstäuber und an deren Ausmündung verschieden gestaltete Mundstücke angebracht, um die Nebel- und Flammenbildung an offener Luft zu beobachten.
Die systematische Durchführung der Versuche mit den verschiedenen flüssigen Brennstoffen war ungemein erschwert infolge der fortwährenden Unterbrechungen durch Vorführungen, offizielle Versuche, Demontagen und innere Besichtigungen der Maschine usw. Ruhe und System konnte in diese Versuche erst gebracht werden, als der früher von der Maschinenfabrik Augsburg dem Kruppschen Grusonwerk als Fabrikationsmuster gelieferte Motor (s. S. 63) gleicher Konstruktion zurückkam und im März 1898 für die Versuche mit flüssigen Brennstoffen ganz zur Verfügung gestellt wurde; diese Maschine, der sog. B-Motor, wurde zu diesem Zweck in einem Nebenlokal aufgestellt, das von den Störungen durch Besuche usw. weniger berührt wurde (s. S. 93).
In den folgenden Versuchsberichten ist nicht besonders erwähnt, welche Versuche noch mit dem alten, sog. A-Motor, und welche mit dem B-Motor gemacht wurden. Es sind auch die charakteristischen Diagramme oder die Verbrauchsziffern der einzelnen Brennstoffe nicht mitgeteilt, weil das alles heute kein Interesse mehr hat.
Die wichtigsten Versuche am B-Motor mit flüssigen Brennstoffen, auch mit Teerölen, wurden von Herrn Lietzenmayer durchgeführt, der auch die Journale führte.
Es hat heute auch keinen Wert mehr, über die Einzelheiten der Versuche zu berichten oder auseinanderzusetzen, mit welchen Zerstäubern, Düsenmundstücken und Steuerungen sie durchgeführt wurden. Heute brennt ungefähr jeder flüssige Brennstoff im Motor, damals aber war jeder neue Brennstoff mit neuen Erscheinungen verbunden, die nicht ohne weiteres zu deuten waren, und stellte neue Aufgaben, die manchmal Wochen, auch Monate zu ihrer Lösung bedurften. Diese Arbeiten führten zu fortwährenden Abänderungen an den Zerstäubern und ihren Dimensionen an den Düsenmundstücken und Einblaseöffnungen, die aber nach und nach zu endgültigen typischen Formen führten. Während anfangs jedes Öl individuell behandelt werden mußte, und auch anfangs die Meinung bestand, daß für verschiedene Ölsorten verschiedene Konstruktionen der Einspritzorgane erforderlich werden würden, zeigte sich später, daß nach Beseitigung der feinen Zerstäubersiebe [110] und Ersatz derselben durch Lochplatten und nach endgültigem Ersatz der Streumundstücke durch kalibrierte Düsenöffnungen jedes Öl mit den gleichen Organen eingeführt werden konnte. Als diese Erkenntnis erreicht war, unterschieden sich die verschiedenen Ölsorten im allgemeinen nur noch in der mehr oder weniger schwierigen Zündfähigkeit. Anfangs suchte man der Schwierigkeiten der Zündung durch höhere Kompressionen Herr zu werden, bis man erkannte, daß durch geeignete Mischungen schwer und leicht entzündlicher Brennstoffe oder besser noch durch das 1894 zuerst angewendete Mittel des in die Düse eingelagerten Zündbrennstoffes eigentlich alle Schwierigkeiten behoben werden konnten.
Nach diesen Vorbemerkungen wird es genügen, nur noch eine Liste der Brennstoffe zu geben, welche in den Jahren 1898 und 1899 noch ausprobiert wurden. Zunächst wurden nach den offiziellen Versuchen des Sommers 1897 eine Reihe von amerikanischen, russischen, galizischen und rumänischen Lampenölen, sowie Benzine und Ligroine erprobt, welche jedoch nichts neues ergaben. Die flüchtigen, benzinartigen Brennstoffe waren im Motor wohl brauchbar, wurden aber doch ihrer Preise halber von vornherein für praktischen Betrieb nicht in Aussicht genommen. Dann wurde ein Schritt weiter gegangen, zu schwereren ölen, als Lampenöle, und zwar wegen des damals noch sehr hohen Zolles auf ausländische Öle (15 M per % kg netto), zu inländischen Produkten, nämlich den Abfallprodukten der Paraffinfabrikation in den Braunkohlenschwelereien, den Braunkohlenteerölen, auch Paraffinöle genannt, sämtlich von der Sächsisch-Thüringischen Aktiengesellschaft für Braunkohlenverwertung in Halle a. S. Die ersten Versuche wurden im Herbst 1897 mit Rotöl und Gelböl und dann mit sog. dunklem Paraffinöl und Solaröl gemacht. Diese Brennstoffe ergaben anfangs sehr große Schwierigkeiten. Das Anlassen der Maschine gelang zunächst sehr schwer; es mußte mit gewöhnlichem Petroleum angelassen und dann auf Paraffinöl umgeschaltet werden, wenn die Maschine betriebswarm geworden war. Erste praktische Anwendung eines besonderen Anlaßbrennstoffes bei schwer entzündlichen Ölen. Diese Öle hatten immer einen starken Hang zur Rußbildung und verstopften die feinlochigen Streubrenner sehr rasch.
Die früher schon immer und immer wiederholten Versuche mit kalibrierten Düsenplatten wurden daher mit Rücksicht auf diese schweren Öle von neuem aufgenommen und endgültig gelöst (S. 96). Diese schweren Öle zwangen uns auch, die Kühlung der Einblaseluft sorgfältiger vorzunehmen, da die heiße Einblaseluft zu Kohlebildungen im Zerstäuber Anlaß gab. Bei guter Kühlung der Einblaseluft hörten aber diese Nachteile auf, und der Drahtgewebezerstäuber [111] bewährte sich auch für diese schweren Öle so gut, daß prinzipiell kein Anlaß bestand, ihn zu ersetzen. Nur die leichte Zerstörbarkeit der Drahtgewebe durch Oxydieren und durch Zerreißen infolge der heftigen Luftströmungen waren noch ein Nachteil dieses wichtigen Organs, so daß durch Versuche ein dauerhafterer Zerstäuber gefunden werden mußte (s. S. 97).
Als aber all diese Fragen in langer Arbeit endgültig gelöst waren, ging der Betrieb mit diesen Ölen anstandslos, womit die Gruppe der Paraffinöle in den Kreis der Anwendung gezogen war. Als normaler Verbrauch wurden im Dezember 1907 (schon vor Lösung all dieser Probleme) 240–250 g pro PSe.-Stunde erzielt, was mit Berücksichtigung des Unterschiedes im Heizwerte einem Verbrauch von 230 bis 240 g Lampenpetroleum entsprach (bei dem 18 PS-Motor).
Von inländischen Produkten wurden dann noch verschiedene Sorten sog. Messelöle aus der Gewerkschaft Messel b. Darmstadt durchprobiert; diese verbrannten gut, waren für den Betrieb sehr geeignet, zeigten aber immer Neigung zu Krustenansatz am Düsenloch.
Hierauf wurden ausländische Schweröle in Angriff genommen, und zwar zuerst im Dezember 1897, Dauerbetrieb mit Gasöl und Fuel-Oil, die von den amerikanischen Lizenznehmern geschickt worden waren. Diese Versuche gelangen sofort, der Betrieb war besser als mit Lampenpetroleum. Zu dieser Gattung der sog. Zwischenöle gehörten dann auch verschiedene russische Solaröle, ferner das galizische Blauöl, das Pechelbronner Solaröl. Alle diese Zwischenöle verhielten sich im Motor ausgezeichnet und bilden eigentlich heute noch, solange deren Erzeugung ausreicht, weitaus den größten Beitrag zu den im Dieselmotor verwendbaren Ölen.
Hierauf wurden die eigentlichen Rohöle durchprobiert, und zwar Rohnaphtha aus Baku, rohe Quellöle aus Rumänien und Galizien, ferner von deutschen Produkten Rohöle aus Tegernsee und Oelheim (Hannover). Auch diese Gruppe von Ölen leistete der Verwendung im Dieselmotor nicht den geringsten Widerstand; ihr Gehalt an flüchtigen Bestandteilen erleichterte sogar das Zünden und Anlassen und infolge der explosiblen Wirkung auch das Zerstäuben.
Größere Schwierigkeiten machte die nunmehr folgende Gruppe der Naphtharückstände, d. h. derjenigen Produkte, welche nach den Zwischenölen übergehen. Es wurde von Gebrüder Nobel aus Baku russisches Masut verschiedener Qualitäten bezogen, wie sie in Rußland damals zu Kesselfeuerungen vielfach verwendet wurden. Die Zündung und Verbrennung dieser Produkte machten keinerlei Schwierigkeiten, wohl aber deren Förderung [112] durch die Ventile und engen Leitungen der Brennstoffpumpen. Diese letzteren Schwierigkeiten wurden aber durch Mischungen dieser Produkte mit dünnflüssigeren Zwischenölen überwunden. Es wurden deshalb auch zahlreiche Versuche mit allerlei Mischungen von Rückständen und Zwischenölen mit Erfolg durchgeführt.
Endlich wurden auch noch Versuche mit Spiritus durchgeführt, und zwar zuerst schon im Juni 1897, unmittelbar nach den offiziellen Versuchen Professor Schröters. Der Spiritus des Handels zeigte je nach der Bezugsquelle ein ganz verschiedenes Verhalten. Nach und nach wurde festgestellt, daß der starke Wassergehalt des verdampfenden Spiritus den Wärmegehalt der verdichteten Luft so sehr herabsetzte, daß eine Zündung und Verbrennung unsicher wurde. Außerdem erforderte der geringe Heizwert des Spiritus (5–6000 Kalorien) die Einspritzung einer viel größeren Flüssigkeitsmenge, so daß die verdichtete Luft zu stark gekühlt wurde. Manchmal ging der Motor ohne weiteres an, manchmal war er überhaupt nicht in Gang zu bringen. Es kam oft vor, daß der Motor mitten im besten Betrieb bockig wurde, mit Aussetzern arbeitete und nach und nach still stand. Die Brauchbarkeit des Spiritus war demnach hauptsächlich von seinem Wassergehalt abhängig. Ein ziemlich sicherer Betrieb wurde erzielt bei nur 5 % Wassergehalt und etwas erhöhter Kompression (35 sogar 38 at.). Wahrscheinlich wäre ein besserer Betrieb mit jeder Art Spiritus durchführbar gewesen, wenn ein Zündbrennstoff, wie früher bei den Gasversuchen (S. 34), angewendet worden wäre.
Diese Versuche wurden aber nicht weiter verfolgt, da die Spirituspreise eine Konkurrenz mit den schweren Ölen vollständig ausschlossen, eine Ansicht, die sich später als richtig herausstellte 1). Ein sicheres Anlassen gelang mit Spiritus nie, selbst wenn er ganz wenig Wasser enthielt; man mußte immer erst mit Petroleum anlassen und dann bei warmer Maschine auf Spiritus umschalten. Infolge der erforderlichen größeren Flüssigkeitsmenge beim Einspritzen mußten bei Spiritusbetrieb größere Zerstäuber und größere Düsenlöcher angewendet werden, ebenso mehr Einblaseluft, Isolierung der Einblaseleitung und höhere Verdichtung im Verbrennungsraum. Unter Anwendung all dieser Vorsichtsmaßregeln gelang es, mit 39 at. Kompression und 90-prozentigem Spiritus einen brauchbaren Betrieb zu erzielen. Als bester Verbrauch wurde dabei pro PSi/Stunde erzielt 288 g (90-prozentiger Spiritus) von 5660 Cal., entsprechend einem thermischen Wirkungsgrad von 39,0 %. Die Wärmeausnutzung des Spiritus war also identisch mit derjenigen des Petroleums. [113]
Auch die Steinkohlenteeröle, Creosotöle und Benzole, wurden damals schon ausprobiert. Es kamen nach und nach an die Reihe Benzol von der Gesellschaft für Teer- und Erdölindustrie in Pasing, dann Gemische von Benzol und Teeröl in verschiedenen Mischungsverhältnissen von derselben Firma, ferner Gemische von Creosotölen und verschiedenen russischen Petroleumsorten.
Ferner wurden uns damals unter den verschiedensten geheimnisvollen Namen allerhand Mischungen von Teerölen, Creosotölen und Benzolen mit Produkten aus der Erdölindustrie zum Ausprobieren zugesandt.
Zu wirklichem Dauerbetrieb mit all diesen Produkten ist es damals nicht gekommen, wohl aber zu tadellosen kurzen Betrieben, die prinzipiell die Brauchbarkeit solcher Öle zweifellos erwiesen. Mit Einspritzung von Zündbrennstoffen wurde damals nicht gearbeitet, da der Motor keine Einrichtung dafür hatte, trotzdem das Verfahren für Gasbetrieb schon laufend angewendet worden war (siehe S. 34).
Die Journale über Teeröle aus jener Zeit zeigen, welch große Schwierigkeiten diese Öle machten und wie wir durch Umschalten von einem Brennstoff auf einen anderen, durch Abänderung der Düsenkonstruktionen, trotzdem damals mit gewissen Teerölmischungen tagelangen Betrieb aufrecht erhalten konnten, wenn für häufige Reinigung der Düse gesorgt wurde. Bei frisch gereinigter Düse waren die Diagramme normal und der Auspuff unsichtbar.
Die Schwierigkeiten bestanden zunächst in der fortwährenden Veränderung der Beschaffenheit und Zusammensetzung der gelieferten rohen und verarbeiteten Teeröle und der verschiedenen geheimnisvollen Mischungen. Bei jedem Fasse, auch dann, wenn seitens der Fabrik gleiche Ursprungskohle und gleiches Herstellungsverfahren garantiert waren, traten neue Erscheinungen auf, so daß es unmöglich war, wissenschaftliche Beobachtungen, klare Schlußfolgerungen und folgerichtige Versuchsanordnungen zu treffen. Die zweite große Schwierigkeit bestand in den schlammigen Niederschlägen von festen Kohlewasserstoffen, hauptsächlich Naphthalinen, welche den Betrieb der Brennstoffpumpe erschwerten, die Rohre und Düsen verstopften und sich in Form von Krusten an den Düsenmündungen ansetzten. Diese Beimengungen von festen Kohlewasserstoffen erforderten auch höhere Zündtemperatur.
Es entstanden oft längere Zeit hindurch normal entwickelte Diagramme bei völlig rußfreier Verbrennung, die dann aber scheinbar aus unerklärlichen Gründen wieder verschwanden. Grundsätzlich [114] stand also damals schon fest, daß die Teeröle im Dieselmotor ebenso verwendbar waren wie die Erdöle, wenn es gelang, diejenigen Qualitäten, welche die guten Diagramme und Verbrennung aufwiesen, dauernd und unveränderlich von den Lieferanten zu erhalten. Die rohen Teeröle waren damals auch den Produzenten in ihren Eigenschaften noch nicht näher bekannt. Man ahnte beispielsweise noch nicht, daß die Verschiedenheit der Temperatur, die Form und Lage der Retorten usw. selbst bei ganz gleichen Kohlen völlig verschiedene Teerprodukte ergaben 2).
Da durch anderweitige Versuche so viele Brennstoffe als brauchbar nachgewiesen worden waren und da der Gesamtbedarf an Dieselmotorölen ohnehin noch gering war, so bot eine weitere Durchführung der Teerölversuche damals kein genügend wirtschaftliches Interesse.
Anders lag aber die Sache in Frankreich, wo die außerordentlich hohen staatlichen und städtischen Abgaben auf die ausländischen Brennstoffe uns in die Zwangslage versetzten, inländische Produkte zu verwenden. Es wurden deshalb in der französischen Dieselmotorfabrik in Bar-le-Duc unter Leitung des Herrn Frédéric Dyckhoff die Teerölversuche, welche in Augsburg aufgegeben worden waren, weitergeführt mit dem Ergebnis, daß diese Fabrik jahrelang ihren eigenen Betrieb mit Teerölen aus den Kokereien von Lens aufrecht erhielt, wobei die Hilfsmittel des Anwärmens des Teeröls mit Abgasen und des fortwährenden Umrührens mittels mechanischer Rührwerke angewendet wurden.
Allerdings war auch dort eine häufige Reinigung der Maschine und sachverständige Aufsicht erforderlich, aber die Versuche führten so weit, daß die französische Diesel-Gesellschaft in ihrem Geschäftsbericht von 1905 öffentlich ankündigte, daß nunmehr die Verwendung der Teeröle den Gebrauch des Dieselmotors in Frankreich in günstigere Bahnen führen werde (10).
Schieferöle wurden in Augsburg nicht ausprobiert, weil in Deutschland dafür kein Interesse bestand, aber schon der erste Dieselmotor in England (vgl. Fig. 40) wurde im Jahre 1898 mit schottischem Shale-Oil betrieben, und die stationären Motoren in Frankreich wurden fast ausschließlich mit Schieferölen (huile de schiste) betrieben, da dort alle anderen Ölsorten ihrer Preise halber überhaupt nicht in Betracht kommen konnten. [115]
Der Vollständigkeit halber ist auch noch zu erwähnen, daß schon im Jahre 1900 auch Pflanzenöle im Dieselmotor mit Erfolg verwendet wurden. Auf der Pariser Ausstellung 1900 wurde von der französischen Otto-Gesellschaft ein kleiner Dieselmotor mit Arachiden- (Erdnuß-) Öl betrieben. Er arbeitete dabei so gut, daß nur wenig Eingeweihte von diesem unscheinbaren Umstande Kenntnis hatten. Der Motor war für Erdöl gebaut und war ohne jede Veränderung für das Pflanzenöl verwendet worden. Auch hier ergaben die Konsumversuche eine mit Erdölbetrieb vollständig identische Wärmeausnutzung.
Durch die jahrelange Erprobung im Dauerbetriebe nahezu aller Arten von flüssigen Brennstoffen kam das Augsburger Laboratorium mit den Produzenten aller Länder in Verbindung und gab nach überallhin Anregung 3). Es ist außer Zweifel, daß von dort aus die Frage der flüssigen Brennstoffe gleich in vollem Umfang aufgerollt und größtenteils auch schon geklärt wurde. Sie hat seither nicht mehr geruht, hat einen immer größeren Umfang angenommen und steht heute im Vordergründe des Interesses.
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1) S. Z. d. V. D. I. 1899, S. 130. R. Diesel, Mitteilungen über den Diesel'schen Wärmemotor.
2) S. Z. d. V. D. I. 1911, S. 1345. R. Diesel, Überblick über den heutigen Stand des Dieselmotorbaues und die Versorgung mit flüssigen Brennstoffen.
3) Z. d. V. D. I. 1903, Nr. 27. P. v. Lossow, Die geschichtliche Entwicklung der Technik im südlichen Bayern.
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