Kesselauslegung - trockenlaufsicher?

Hallo,
bei unserer Wittmann-24er habe ich den Kessel sozusagen "geerbt", denn die meisten Teile waren schon vorgefertigt als ich mit dem Zusammenschweißen angefangen habe. Wenn man die Druckbehälterrichtlinie zugrundelegt, dann fällt der Kessel mit 4,5 Litern und 8 bar Betriebsdruck noch unter Kategorie I wo man das selbst darf - bei Kategorie II kommt man meiner Auslegung des Technobürokratensprechs nach nicht an einem geprüften Druckbehälterschweißer vorbei. Wenn was passiert ist es aber herzlich egal, ob der Kessel vorschriftsgemäß war oder nicht, irgendwie ist man dann doch immer schuld, dann eben wegen Fehlbedienung.
Deshalb mal hier meine Frage: Sind eure Kessel trockenlaufsicher ausgelegt - d.h. verkraften sie auch den worst case der Fehlbedienung, nämlich so lange zu fahren bis kein Wasser mehr drin ist? Oder verwendet ihr Schmelzpropfen - und wenn, aus welchem Material - und blasen die das Feuer auch wirklich aus?
Den Wittmann-Kessel müsste es ja schon einige Male geben, ich habe aus eigenem Interesse das ganze mal durch ein Finite-Elemente-Programm laufen lassen um zu sehen, was er denn aushält. Für die Druckprobe habe ich mit 20 bar abgedrückt, was er real ausgehalten hat - und sich auch mit der Modellrechnung deckt. Die meistbelasteten Stellen sind demnach die Stehbolzen an Stiefelknechtplatte und Rückseite und der innere Deckenanker der Feuerbüchse. Mit etwa 200N/mm² ist noch etwas Luft zur Dehngrenze des Stahls (235N/mm²). Von diesen Details abgesehen ziemlich solide, wenn man bedenkt das zum Konstruktionszeitpunkt eine solche 3D-Rechnung noch nicht möglich war.
Unter Betriebsbedingungen ist die Spannung an der Feuerbüchsdecke dann so etwa 50N/mm². Die Frage ist jetzt: Was passiert wenn die Feuerbüchsdecke nicht mehr mit Wasser bedeckt ist? Gerade am Anfang auf dem Prüfstand ist uns der Wasserstand ein paar Mal abgesunken, wie weit genau kann ich jetzt nicht sagen - wenn die Sicherheitsventile abblasen und ein ziemlich mächtiges Feuer drin ist, dann geht das Wasser schneller weg als man mit der Handpumpe nachspeisen kann - und beim Fahren wird ja noch mehr Zug erzeugt. Mit etwas Übung ist das aber jetzt besser im Griff.
Jedenfalls habe ich mal einige Berechnungen angestellt. Zum einen die Heizleistung bei Vollast: nach den Kohleschaufeln pro Minute liegt die bei etwa 20kW. Die Verdampfungsleistung nach der Pumpenleistung nur etwas niedriger - 18kW. Also ist ersterer Wert wohl noch etwas höher und der Abgas- und Abstrahlverlust erstaunlich niedrig. Rechnet man das nach der Faustformel, dass die Strahlungsheizfläche 6x effektiver ist als die Rohrbündel, dann kommt man auf eine Leistung auf der Decke von etwa 3,5 kW. Dann wird es etwas tricky, denn für den Wärmeübergang wirkt sowohl die Wärmestrahlung (nach oben und unten) als auch die Konvektion (nach oben) - die Wärmeleitung durch den Stahl kann das Thermomodul von dem Programm. Die Konvektion ist noch dazu stark abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit. Mit konservativen Ansätzen kam Bild 3 dabei heraus, die Temperaturen sind auf das umgebende Medium normalisiert (160° Wasser bei 8 bar). Da sich das ganze rückkoppelt - je heißer die Decke, desto größer die Wärmeabgabe und umso geringer die Aufnahme - kann man nur per Hand annähern, jedenfalls komme ich auf einen Spitzenwert von 550-600°C. In Büchern zur Brandphysik findet man auch die Korrekturfaktoren für die Kennwerte bei erhöhten Temperaturen (sogar EN-genormt), bei 600°C ist die Dehngrenze auf 30% gesunken und die Zugfestigkeit auf 50% - also ist noch etwas Reserve vorhanden - bei noch höheren Temperaturen geht es aber sehr, sehr schnell nach 0. Wenn also die Seitenwände auch nicht mehr gekühlt werden, dann macht es sehr wahrscheinlich "bumm". In der Praxis stellt sich dann die Frage, ob man die Eingangsleistung mit soviel weniger Heizfläche überhaupt erreichen kann, respektive fällt der Bumms auch recht schwach aus wenn nix mehr drin ist. Experimentell testen will ich es aber verständlicherweise nicht. Hat das vielleicht jemand unfreiwillig schonmal getestet? Und würde dann ein Schmelzpropfen nicht tatsächlich Sinn machen, auch wenn er von den Normen nicht gefordert ist? Leider kann ich keinen nachträglich einbauen, denn zweiseitig schweißen kann ich nicht mehr und einseitig schwächt es mehr als das es nützt.
Beim nächsten Kessel würde ich die Decke und die Anker aus 5mm-Material machen (statt 3) und zusätzliche Stehbolzen an den belasteten Stellen einplanen.

Spielkind .. ist wohl etwas scharf formuliert. Natürlich wurden die ersten Probeläufe mit Gas durchgeführt. Natürlich waren wir zu zweit. Natürlich sind mit zwei Fahrpumpen, einem Injektor und einer Handpumpe ausreichend Speisevorrichtungen vorhanden. Und natürlich kennt der geprüfte Kesselwärter das Verhalten jeden möglichen Kessels unter allen Bedingungen ohne praktische Erfahrungen auf diesem Modell. In der vielzitierten Richtlinie steht zwar drin, dass Maßnahmen gegen eine mögliche Überhitzung vorzunehmen sind, bei den Details schweigt sich die Vorschrift aber aus. (Ein) Wasserstand mit Mann davor scheint mir nur in den Zeiten, wo alles vorgeschrieben und doppelt abgesichert ist nur etwas dünn und alles andere als redundant ... außerdem habe ich bisher an keinem Modell zwei unabhängige Wasserstände gesehen und wie oft blast ihr den Wasserstand ab um sicher zu sein, dass er auch richtig anzeigt? Das ist nämlich passiert, dass ein Stück vom Glasröhrchen abgebrochen ist und die Anzeige deshalb nicht mehr gestimmt hat. Und da erscheint es mir nur sinn- und verantwortungsbewusst darüber nachzudenken was in etwa passieren kann und ob es konstruktive Sicherheitsmaßnahmen gibt, die man ergreifen könnte. Oder ob das System bis zu einem gewissen Punkt fehlertolerant ist. Ich weiß zwar nicht mehr wo genau, aber ich habe von Leuten gelesen, die ihre Loks trockengefahren haben. Die Spur I-Fahrer machen das wohl häufiger, aber auf 5'' hat das auch schon jemand zugegeben. Denn was passieren kann, passiert auch. Die Schmelzpropfen sind im Original ja wohl mittlerweile vorgeschrieben - die 01 in Bitterfeld hatte wohl keine.

Gut, das Material ist nämlich damals bei Wittmann gekauft worden - also kein ST37.

Das ganze soll auch keine Diskussion über umherfliegende Kessel sein, sondern ist genau das Gegenteil: Wenn ihr euch die Berechnungen aufmerksam durchgelesen habt, dann ist das der Nachweis, dass zumindest dieser Kessel so einfach nicht kaputtzukriegen ist. Meine Berechnungen gehen von verschiedenen Faktoren aus:

1) das über 20kW Heizleistung vorhanden sind, die dem momentan grottenschlechten Wirkungsgrad geschuldet sind. Wenn mein Umbau der Zylinder erfolgreich ist, habe ich bei gleicher Leistung wesentlich mehr Schieberkastendruck und damit mehr Auspuffvolumen, und damit brauche ich weniger Hilfsbläser, der der Verlustfaktor #1 ist - und damit dann auch weniger Heizleistung.

2) das die Feuerbüchsdecke knochentrocken ist. Wenn man sich Erik-Jans Video anschaut, dann brodelt das gewaltig und damit landet jede Menge Wasser auf der Decke.

3) das nur freie Konvektion vorliegt. Da die Rippen auf der Decke als prima Kühlkörper funktionieren und praktisch der ganze Dampf um die Feuerbüchse herum an diesen Rippen vorbeimuss, liegt wohl eher gezwungene Konvektion vor und damit ist die Wärmeableitung noch wesentlich höher.

Jeder von uns dürfte einen ziemlich großen Kessel im Keller haben, wo Wasser unter Druck erhitzt wird. (Wer nicht neu gebaut hat und eine Wärmepumpenheizung hat). Und nicht in jeder Anlage ist eine Wassermangelsicherung eingebaut. Dann steht aber in den Spezifikationen, dass der Kessel überhitzungssicher ist. Ich denke nämlich gerade daran, weil mein Vermieter durch irgendwelche Umbauaktionen aus der Anlage ein Sieb gemacht hat und ich zweimal am Tag nachfüllen muss damit nicht alles trockenfällt. Gemerkt habe ich das nämlich erst, als die Pumpe so komische Geräusche gemacht hat ...