Wasserschlag

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Zum architektonischen Wasserschlag siehe Wasserschlag (Architektur).

Als Wasserschlag werden verschiedene physikalische Erscheinungen bezeichnet, bei denen durch Wasser ein starker mechanischer Stoß erzeugt wird. Ursache ist die sehr geringe Komprimierbarkeit von Wasser, die etwa ein 20000stel des Kompressionsmoduls von Luft beträgt.

Wasserschlag in Kolbenmaschinen[Bearbeiten]

Verbogener Pleuel aus einem Automotor nach Wasserschlag
Ansicht 90° gedreht

In den Zylindern von Kolbenmaschinen werden Gase mit dem Anfangsvolumen VHub + VRest in ein erheblich kleineres Restvolumen VRest komprimiert. Das Verdichtungsverhältnis liegt im Normalbetrieb oft bei 10:1. Befindet sich Wasser im Kolbenraum, wird das Restvolumen, das dem Gas am Schluss des Arbeitstaktes (oberer Totpunkt) zur Verfügung steht, verringert und kann sogar Null werden. Dadurch nimmt das Verdichtungsverhältnis am Ende des Kolbenhubes erheblich höhere Werte an und die wirkenden Kräfte vervielfachen sich. Das bedeutet immer eine starke Überbeanspruchung der Bauteile des Verdichtungsraums (Kolben, Zylinderdeckel oder -kopf) sowie auch der Antriebsteile (Kolbenstange, Pleuel).

Bei der Eisenbahn bezeichnet man mit Wasserschlag die Beschädigung des Zylinders durch Kondenswasser. Beim Halt der Dampflokomotive kondensiert der im Zylinder befindliche Dampf zu Wasser. Beim Wiederanfahren kann unter bestimmten Umständen das Kondenswasser auf der Seite des Auspufftaktes nicht herausgedrückt werden und reißt mangels seiner Kompressibilität meistens den Zylinderdeckel von den Bolzen ab. Zur Vermeidung von Wasserschlägen werden beim Anfahren grundsätzlich kurz die Zylinderhähne geöffnet, um Kondenswasser abzulassen.

Als Wasserschlag wird auch ein (recht seltenes) Versagen bei Verbrennungsmotoren bezeichnet, wenn infolge einer Undichtigkeit der Zylinderkopfdichtung Kühlwasser in den Kompressionsraum übertritt (der für die Verdichtung von Gasen ausgelegt ist) und dann im Verdichtungstakt den Kolben abrupt stoppt - mit der Gefahr eines verbogenen Pleuels, des Kolbenbruchs und letztlich eines Motorschadens. Wasserschläge können bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen auch bei Wasserdurchfahrten auftreten, wenn die Wattiefe des Fahrzeugs überschritten wird und Wasser über den Ansaugtrakt in die Kompressionsräume gelangt.

Wasserschlag in Wasserleitungen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Druckstoß

Als Wasserschlag bezeichnet man auch einen Druckstoß in einer flüssigkeitsführenden Rohrleitung, der durch das plötzliche Schließen eines Ventils am Ende des Rohres hervorgerufen wird. Die Massenträgheit des strömenden Wassers in der Rohrleitung führt hierbei zu einer enormen Druckerhöhung, weil der Kompressionsmodul sehr groß ist. Man kann sich die fließende zylinderförmige Wassersäule modellhaft als bewegten Metallzylinder vorstellen, der an einer Wand schlagartig gestoppt wird.

Eine nutzbringende Anwendungen des Druckstoßes ist der hydraulische Widder, bei dem eine große Menge Wasser mit geringer Fallhöhe schlagartig gestoppt wird, um eine geringe Menge Wasser auf eine größere Höhe zu pumpen (siehe Energieerhaltungssatz).

Wasserschlag kann durch den Druckstoß in den Wasserleitungen eine Schadwirkung entfalten, die sich als Leckage im Rohrsystem bzw daran angeschlossenen Geräten innerhalb eines Gebäudes zeigt. Der Druckstoß kann durch Wasserschlagdämpfer gemindert werden. Es handelt sich dabei um kleine Membranausdehnungsgefäße (MAG), die in den Wasserleitungsstrang zwischen dem Druckstoß auslösenden Ventil und dem speisenden Druckminderer eingebaut werden. Je näher der Wasserschlagdämpfer am Ventil, umso stärker die Dämpfung des Druckstoßes. Bei mehreren Druckstoßauslösern in verschiedenen Wasserleitungssträngen setzt man ihn zwischen die Aufteilung in die Stränge und den speisenden Druckminderer. Alternativ können Druckstöße durch verringern der durchströmenden Menge Wasser und damit der Strömungsgeschwindigkeit in begrenztem Rahmen gemindert werden. Diese Lösung gilt als Übergangslösung, da dadurch der Wasserdurchfluss an alle Zapfstellen reduziert ist.

Wasserschlag in Dampfsystemen[Bearbeiten]

Dieser Kondensationsstoß ist eine physikalische Erscheinung, die bei Druckerhöhungen in Dampfsystemen zu beobachten ist. Innerhalb einer Dampfmenge befinden sich stets Kondensationskeime, die bei einer Erhöhung des Druckes ohne gleichzeitige Temperaturerhöhung kleinste Tropfen aus Wasser entstehen lassen. Dieser Vorgang läuft nicht kontinuierlich, sondern beim Phasenübergang recht plötzlich ab und stellt eine große Gefahr beispielsweise für die Rohrleitungen und Maschinen innerhalb eines Dampfkraftwerkes dar.

Dampfschlag[Bearbeiten]

Hauptartikel: Dampfschlag

Dieses manchmal auch als Wasserschlag bezeichnete Phänomen tritt auf, wenn Dampfblasen in Wasser implodieren.

Tropfenschlag[Bearbeiten]

Hauptartikel: Tropfenerosion

Dieser als Tropfenschlag oder Tropfenerosion bekannte Verschleißeffekt tritt auf, wenn Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche treffen.

Kavitation[Bearbeiten]

Hauptartikel: Kavitation

Kavitation ist eine mikroskopische Form von Dampfschlägen.

Weblinks[Bearbeiten]