Kondensationsstoß

Als Wasserschlag werden verschiedene physikalische Erscheinungen bezeichnet, bei denen durch Wasser ein starker mechanischer Stoß verursacht wird.

Makroskopischer Wasserschlag

Wasserschlag in Kolbenmaschinen

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 eines Zylinderkopfdichtungsfehlers 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.

Gase sind kompressibel, Flüssigkeiten sind dies praktisch nicht. Der Wasserschlag ist daher immer dann eine Gefahr, wenn in diskontinuierlichen Verdichtungsprozessen (bei Kolbenmaschinen) Flüssigkeiten statt Gase in abgeschlossene Kompressionsräume gelangen können. Ist in einem Hub zu viel Flüssigkeit für den kleinsten Verdichtungsraum enthalten, so folgt aus der Massendynamik (den Schwungmassen und -kräften) eine starke Überbeanspruchung der Bauteile des Verdichtungsraums (Kolben, Zylinderdeckel oder -kopf) sowie auch der Antriebsteile (Kolbenstange, Pleuel) und in der Regel ein Schaden aus dem abrupten Stopp, mangels Kompressibilität der Flüssigkeit.

Wasserschlag in Wasserleitungen

→ Hauptartikel: Druckstoß

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

Es gibt auch nutzbringende Anwendungen für den Druckstoß in der Rohrleitung. Er wird beim hydraulischen Widder angewandt, bei dem eine größere Menge Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt wird, um eine geringe Menge Wasser auf eine größere Höhe zu bringen (siehe Energieerhaltungssatz).

Wasserschlag in Dampfsystemen

Schaufelräder einer Turbine

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

→ Hauptartikel: Dampfschlag

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

Mikroskopischer Wasserschlag

Tropfenschlag

→ Hauptartikel: Tropfenerosion

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

Kavitation

→ Hauptartikel: Kavitation

Kavitation ist eine mikroskopische Form von Dampfschlägen.