Titel: Ueber Westgarth's hydraulische Druk-Maschine.
Autor: Smeaton,
Fundstelle: 1823, Band 11, Nr. X. (S. 62–70)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj011/ar011010

X. Ueber Westgarth's hydraulische Maschine oder Druk-Maschine, beschrieben von dem seel. Hrn. Smeaton, F. R. S.

Im V. B. der Transactions of the Society for the Encouragement of Arts, Manufactures et Agriculture, und in Gill's technical Repository. N. 13. S. 24.

Mit Abbildungen auf Tab. III.

Im J. 1760 erhielt Hr. Westgarth für diese der Gesellschaft mitgetheilte, und von dem berühmten Physiker und Mechaniker Smeaton beschriebene und empfohlene, Maschine 50 Guineen, und Hr. Smeaton die silberne Medaille, Hr. Westgarth, der edel genug war, kein Patent auf diese seine sinnreiche Erfindung zu nehmen, die er nicht ehe bekannt machte, als bis er sich durch vieljährige Erfahrung im Großen von der Brauchbarkeit derselben überzeugte, starb bald nach der von der Gesellschaft erhaltenen Belohnung. Seit seinem Tode vermehrten sich nach und nach diese Maschinen immer mehr und mehr, vorzüglich an den Bergwerken von Cornwallis, und erst vor Kurzem ward wieder eine solche Maschine von Hrn. Mainwarin, in Lambeth für ein Alaun-Werk im nördlichen England verfertigt mit der einzigen Verbesserung, daß die Oeffnung für das Wasser in den Klappen weiter gemacht, die Pumpe aus Gußeisen verfertigt, und die Schieber-Klappe eine andere Richtung bekam. Hr. Smeaton nahm keinen Anstand, diese Maschine „für das größte Meisterwerk hydraulischer Kunst seit Erfindung der Dampfmaschine“ zu erklären16) und beschreibt sie, wie folgt, als eine der beßten Wasserhebungs-Maschinen, wo man einen Wasserfall über 30-40 Fuß benüzen kann, wenn |63| auch die Menge Wassers so gering wäre, daß sie nur eine Pinte für jeden Stoß betrüge.17)

Taf. III. Fig. 10 stellt Hrn. Westgarth's Zeichnung nach dem Modelle verjüngt dar, ist also keinesweges eine Zeichnung von einer wirklich im Gange stehenden Maschine; da aber das Modell schon für sich groß genug war, um arbeiten zu können, so werden Kunstverständige von dieser Zeichnung eben so viel Vortheil zu ziehen wissen, als wenn sie nach einer großen Maschine verfertigt worden wäre.

AB ist ein in Arbeit stehendes Faß, welches wir, der Deutlichkeit wegen, den Werk-Cylinder oder das Werkfaß nennen wollen.

C, ist ein Eimer oder Stämpel, ohne alle Durchbohrung18) oben mit Leder versehen, so daß das Wasser der darauf ruhenden Wassersäule gehindert wird, hinabzusinken, ohne den Stämpel mit ihr hinabzudrüken.

CD stellt eine Wassersäule vor, die auf dem Stämpel ruht, und irgend eine erfoderliche oder von Lage und Umständen abhängige Höhe haben kann. Sie wird von den nöthigen Brunnen-Röhren in gehöriger Höhe über den Werk-Cylinder erhalten. An ihrem oberen Ende ist:

EF, eine Cisterne, oder ein Wasserbehälter zur Aufnahme des Wassers von der Quelle oder dem Zugusse.

Man nehme für einen Augenblik an, daß der Werk-Cylinder |64| unten offen war, und daß der an seiner Stange befestigte Stämpel an einer eigenen Kette auf dem Bogen-Haupte G hängt, welches an

GH, dem Werkbaume, angebracht ist, von dessen anderem Ende H an einer ähnlichen Kette die Stämpelstange HI bis I hinabsteigt, welches den Eimer einer Kunstpumpe mit Klappen, die sich, wie gewöhnlich, nach Aufwärts öffnen, bezeichnet.

KL zeigt das Werkfaß einer gewöhnlichen Kunst: Pumpe innerhalb des Drukes der Atmosphäre über der Sohle eines Schachtes mit so viel Brunnen-Röhren als nöthig ist, um bis zur Höhe des Troges hinaufzureichen, durch welchen das Wasser des Schachtes entleert werden soll. Der Trog MN entleert das Wasser aus der Pumpe in die Cisterne O, die sich auf der Höhe desselben befindet. Bei dieser Einrichtung der Maschine ist es offenbar, daß, wenn die Wassersäule CD ein größeres hydrostatisches Gewicht besizt, als die Wassersäule in der Pumpe, die schwerere Säule die leichtere überwältigen wird, und daß die Säule CD durch ihr Hinabsteigen die Säule in der Pumpe heben und in der Cisterne O entleeren wird. Der Stämpel C wird solang hinabsteigen, bis das Bogen-Haupt g, damit es nicht unter den Werk-Cylinder kommt, durch seinen Stift a aufgehalten wird. In dieser Lage müßte die Maschine bleiben, wenn die Kunst nicht zu Hülfe käme.

Wenn nun, statt daß der Cylinder, wie wir zuerst angenommen haben, offen ist, derselbe mit den Röhren b, d, e, f in Verbindung steht, welche, für diesen Fall, alle offen gesezt werden; wenn man ferner alle die verschiedenen Höhlungen unter dem Stämpel mit Wasser gefüllt denkt; so wird dieses Wasser, das bei f freien Durchgang hat, das Niedersteigen des Stämpels nicht hindern, sondern bei f entleeren, und in der Cisterne O aufsteigen, bis es bei dem Ausgusse, g, aus derselben ausstießt. Der Stämpel bleibt indessen in derselben Lage, in welcher wir ihn ehevor verließen.

Es sey V eine cylindrische Klappe, welche aussen auf einem anderen hohlen Cylinder sich auf- und niederschieben läßt, und das Wasser soll, mittelst vierekiger Löcher, deren eines unter der Klappe V gezeichnet ist, frei mit der Röhre, d, und mit der Röhre, e, in Verbindung stehen: dann wird nichts |65| der so eben bemerkten Wirkung im Wege stehen. Wenn wir aber sezen, daß die Klappe V niedergeschoben ist, so daß sie diese Löcher bedekt, und dadurch zugleich andere Löcher über der sich schiebenden Klappe geöffnet werden, die den vorigen vollkommen ähnlich sind, und daß eine Scheidewand in der inneren Höhlung des inneren Cylinders sich findet zwischen diesen Reihen von Löchern, so daß kein Wasser von Oben nach Abwärts in dem Cylinder gelangen kann; wenn dann auf diese Weise eine Verbindung zwischen der Röhre, d, und der Röhre, h, durch die obere Reihe von Löchern hergestellt wird, und zugleich auch eine Verbindung zwischen der Röhre, h, durch die Röhre, i, mit der Brunnenröhre, k; so wird, wenn die Schwere der Stempelstange HI, größer ist als jene von GC, so zwar, daß sie die Reibung des Stämpels, Eimers etc. überwinden kann, nichts das Aufsteigen des Eimers hindern, indem das Gewicht der ganzen Säule, DCb, gestüzt, und dieselbe gehindert ist, durch die untere Reihe von Löchern in der Klappe, V, die diese lezteren jezt bedekt, auszufließen; und da ferner nichts dem Wasser, welches durch das Aufsteigen des Stämpels aus seiner Lage kommt, im Wege sieht, um dasselbe frei aus den Pumpröhren, k, in seiner fortschreitenden Bewegung durch, i, h, d, b ausfließen zu lassen und so den von dem Stämpel leer gelassenen Raum auszufüllen, so wird es beständig aufsteigen, bis das Bogen-Haupt, H, damit der Stämpel nicht oben bei dem Werk-Cylinder hinausfährt, durch seinen Zapfen, x, auf dem Feder-Gestelle festgehalten wird. Und hier muß es bleiben, bis eine neue Veränderung der Lage der Theile der Maschine Statt hat. Es ist offenbar, daß, wenn die Klappe, V, wieder in die in der Figur gezeichnete Lage hinaufgeschoben wird, die Säule, DCb, die wieder Uebergewicht erhält, wieder einen neuen Stoß erzeugen wird, und so wird es, so oft dieß der Fall ist, ununterbrochen fortgehen.

Wir müssen nun die walzenförmige Klappe genauer beschreiben, und da Hr. Westgarth keine größere Zeichnung von derselben gegeben hat, so habe ich versucht, dieselbe in Fig. 11 im Durchschnitte, in Fig. 12 im Grundrisse darzustellen: in beiden Figuren bezeichnen dieselben Buchstaben dieselben Gegenstände.

|66|

AB, BA, ist der Durchschnitt der auf Tafel III mit V bezeichneten Klappe; sie ist ein hohler Cylinder, innenwendig vollkommen genau ausgebohrt und an beiden Enden offen.

CD, EF, ist gleichfalls ein hohler Cylinder, dessen äußere Oberfläche genau abgedreht und geschliffen ist, so daß die Klappe sich auf demselben, vollkommen passend, auf und niederschieben läßt, ohne irgendwo steken zu bleiben.

CG, DG und EG, FG, sind zwei Flügel oder Ränfte, welche an jedem Ende des inneren Cylinders dicht aufgegossen sind, der in der That aus zwei Stüken besteht, damit der äussere Cylinder darauf aufgesezt werden kann, denn jedes Stük hat seinen eigenen Boden; beide Stüke werden dann mittelst Schrauben und einem Stüke dünnen Leders oder geölten und dazwischen gelegten Pergamentes unter einander verbunden.

HI, ist das Bodenstük des Cylinders FHIE, und KLMN das Bodenstük des Theiles des Cylinders CKLMND, mit einer um den Cylinder laufenden Furche, deren Durchschnitt OP ist. Diese beiden Bodenstüke bilden die Scheidewand, durch welche dem Wasser aller Durchgang aus dem oberen Theile des Cylinders in den unteren verwehrt ist.

QQQ, zeigt die Lage dreier von jenen vier vierekigen Oeffnungen, welche durch die Wand der oberen Höhlung des inneren Cylinders durchgehen, und welche, bei dieser Stellung der cylindrischen Klappe, von dieser verschlossen werden.

RRR, zeigt die Lage dreier von jenen vier vierekigen Oeffnungen, welche durch die Wand der unteren Höhlung des Cylinders durchgehen, und welche, bei dieser Stellung der Klappe, offen dargestellt sind.

ST, zeigt einen eisernen Balken, der an der Klappe befestigt ist, und durch zwei Spalten greift, welche in dem unteren Theile des inneren Cylinders durchgeschnitten sind, wie VW, VW; da dieser Balken an dem Loche, X, mittelst einer aufrechten damit verbundenen Stange festgehalten wird, und das untere Ende mit dem Hebel, l m, in Fig. 10 in Verbindung steht, so ist es offenbar, wie die Bewegung der Klappe, V, durch die Stange, die an dem Hebel, l m, angebracht ist, unterhalten werden kann, indem das Ende dieses Hebels, m, in das Wasser der offenen Cisterne reicht, und dort von der aufrechten Stange |67| gefaßt wird; folglich diese Klappe durch die bei Dampf-Maschinen gewöhnliche Vorrichtung auf und nieder geschoben werden kann. Die Klappe ist so eingerichtet, daß sie abwechselnd eine Reihe von Löchern um die andere bei jedem Ende des Stoffes öffnet und schließt, und zwar mittelst des Schließgestelles PQ, welches von dem kleinen Bogen, K, an dem Werkbaume, wie an den Dampfmaschinen und wie die Figur zeigt, abhängt.

Wenn man den Bau der Klappe in Fig. 11 und 12 betrachtet, so sieht man, daß die Verbindung zwischen der walzenförmigen Klappe und dem inneren Cylinder, auf welchem sie sich auf und nieder schiebt, selbst bei dem Schieben derselben als wasserdicht angenommen wird. Denn, wenn diese Verbindung nicht wasserdicht angenommen wird, und das Wasser durch die Löcher, QQQ, und den Raum zwischen den beiden Cylindern durchschlägt, so wird es eine theilweise Verbindung zwischen der oberen und unteren Höhlung bilden, und folglich wird, so gering auch diese Wassermenge seyn mag, immer ein anhaltender Verlust an Wasser zwischen der Quelle und der Cisterne, O, Statt haben. Wenn auch sehr geschikte Künstler diese Klappe vielleicht wasserdicht verfertigen könnten, so ist dieß doch nicht von jener Classe von Arbeitern zu erwarten, die gewöhnlich zur Verfertigung hydraulischer Maschinen in Bergwerken verwendet werden; und wenn ferner die Klappe Anfangs noch so genau um den Cylinder schließt, so muß doch nothwendig durch das beständige Abreiben die Höhlung der Klappe weiter, und der innerhalb derselben gelegene Cylinder dünner werden, so daß, wenn die Maschine auch wasserdicht aus den Händen des Künstlers kommt, ohne irgend eine andere nach der Rigidität der Theile berechnete Vorrichtung sie nimmermehr, wenn sie gebraucht wird, eine längere Zeit über in diesem Zustande wird bleiben können. Der scharfsinnige und geistreiche Hr. Westgarth erfand eine solche Vorrichtung, und wendete sie auf folgende Weise an.

Die Furche OP enthält, wie man sieht, einen Streifen Leder, ab: Leder, dessen man sich zu Zäumen bedient, ist hiezu am beßten. Der Streifen wird so breit geschnitten, als die Furche hoch ist, und ungefähr einen Zoll lang, oder, was noch besser ist, länger als der Umfang des Cylinders. Die beiden |68| Enden desselben werden kreisförmig verdünnt, so daß, wenn sie aneinander gebracht oder über einander gelegt werden, sie die gewöhnliche Dike des Leders bilden. Man nimmt ferner ein dünnes Kupferplättchen von solcher Breite, daß es leicht in die Furche paßt: die Länge kann etwas weniger als der Umfang des Cylinders betragen, so daß, wenn der Streifen Leder in die walzenförmige Klappe eingelegt wird, und der Kupferstreifen (kreisförmig gebogen) innerhalb zu liegen kommt, die beiden Enden des Kupfers sich nicht ganz berühren. Da dieses stark gehämmerte Kupferblech durch das Hämmern elastisch, und auf einem größeren Cylinder, als jener der Klappe, geschlagen wurde, so wird, wenn der Lederstreifen in der walzenförmigen Klappe eingesezt, und der Kupferstreifen innerhalb des Leder-Streifens auf diesen lezteren aufgelegt wird, der Kupferstreifen stets diesen lezteren in seinem Umfange zu erweitern streben, und da er ihn dadurch fest an der inneren Fläche der walzenförmigen Klappe anliegen macht, wird er dadurch die Verbindung der inneren Fläche der Klappe mit der äußeren des Cylinders desto inniger schließen, und das Wasser hindern, aus der oberen Höhle in die untere zu gelangen; ja dieser Lederstreifen wird in dem Verhältnisse diker werden, als die Metalltheile, an welchen er anliegt, abgerieben werden.

Ferner wird, obschon auf diese Weise alle unmittelbare Verbindung zwischen der oberen und unteren Höhlung durchaus beseitigt ist, wenn das Wasser durch die Löcher, QQQ, und durch die Räume, QE und QF, durchschlagen kann, und nicht durch eine wasserdichte Verbindung zwischen dem oberen Ende der Klappe, BB, und dem Ranfte, FG, EG, daran gehindert wird, das Wasser, welches auf diese Weise seinen Weg hiedurch in die Höhle findet, die die Klappe umgibt, frei durch die unteren Löcher, RRR, und von da in die Cisterne, O, fließen, wie die Zeichnung Fig. IV. ausweiset. Eben so wird, wenn die Klappe unten, und keine wasserdichte Verbindung zwischen dem unteren Ende derselben, AA, und ihrem Size auf dem unteren Ranfte, CG und DG, angebracht ist, das Wasser aus der sie umgebenden Höhle durch den Raum zwischen den beiden Cylindern und durch die Löcher, RRR, in die besagte Cisterne, O, entweichen. Um dieß zu hindern, hat Hr. Westgarth Ringe von flachem |69| Leder auf beiden Flügeln oder Ränften angebracht, um der Klappe sowohl oben als unten ein wasserdichtes Lager zu geben. Diese Ringe von Leder können durch kupferne Ringe niedergehalten werden. Dieses Leder dient auch noch zu einem anderen Zweke. Da es ungefähr einen halben Zoll breiter als der Umfang des Ranftes ist, so kann es am Rande aufgeschlagen werden, und eine wasserdichte Verbindung zwischen der Klappe und der Höhlung bilden, in welcher die Klappe sich befindet, nq in Fig. 10; wenn man dann die Bolzen auszieht und die Seitenröhre, ST, wegnimmt, so gelangt man zur Klappe, kann sie heraus nehmen, und nach Belieben untersuchen.

Bei VV ist ein runder Holzblok dargestellt, der mittelst einer Schraube nach Belieben niedergelassen werden kann, und der einiger Erläuterung bedarf. Ich halte ihn für eine besondere Vorrichtung an dem Modelle (nach welchem, wie ich bereits bemerkte, diese Zeichnung gemacht ist), um das Aufsteigen des Stämpels zu reguliren, der nicht schneller aufsteigen kann, als das Wasser von Oben nach Unten um denselben gelangt: wird nun dieses Holz niedergelassen, so kann der Durchgang i so verschmälert werden, daß der Stämpel nimmermehr so schnell aufsteigen kann, daß der Gang der Maschine dadurch in Unordnung geriethe. Diese Vorrichtung ist bei der Maschine im Großen kaum nothwendig, indem an dieser durch das Gewicht der Theile selbst hinlänglich dafür gesorgt werden kann, während in einem Modelle die Reibung in einem so mächtigen Verhältnisse zu der Kraft steht, daß ein kleiner Unterschied in dem Widerstande die Maschine in's Steken bringt, oder sie zu schnell gehen läßt, wenn nicht irgend ein Gegengewicht angebracht ist, das im Verhältnisse der Geschwindigkeit zunimmt.

Um dem Leser eine Idee von dem wahren Verhältnisse der Theile zu geben, muß ich bemerken, daß, soviel ich mich erinnere, an der zu Colecleugh erbauten Maschine der Werk-Cylinder zehn Zoll im Durchmeßer hatte, und die niedersteigenden Pumpen 20-30 (engl.) Klafter (Fathoms) betrugen. Wenn die Wassersäule der Pumpe ungefähr die Hälfte des hydrostatischen Gewichtes der niedersteigenden Säule hatte, schlug die Maschine während einer Minute 10 bis 12 Stösse, jeden zu 7 Fuß. Der Wertbaum war ungefähr 12 Fuß lang.

|70|

Das Wasser in der Cisterne YXY im Modelle, zeigt das in der Grube angesammelte Bergwasser, aus welcher es in den Fuß der Pumpe, Z, fließt, an welchem man, nach Umständen, eine Saugröhre von gehöriger Länge anbringen kann.19)

Man muß noch bemerken, daß der Maßstab, nach welchem die Klappe Fig. 11 und 12 gezeichnet ist, 16 mal größer ist, als jener Fig. 10, und daß eine Klappe von 4 Zoll im Durchmesser auf ein Werkfuß von 9 Zoll in der Weite hinreicht.

|62|

Demnach scheint man in England die berühmte, vom R. v. Reichenbach erbaute große Soolenhebungs-Maschine zu Illsang bei Berchtesgaden, welche in diesem Journal Bd. IX. S. 145 beschrieben und abgebildet ist, nicht zu kennen? D.

|63|

Hr. Smeaton errichtete eine solche Maschine zu Temple Newsam für den Hausbedarf des Lord Viscount Irwin, der Wasser aus einer Lieblings-Quelle in seinem Hause haben wollte. Der Fall des Wassers, das hier als Triebkraft gebraucht wurde, betrug 67 Fuß; man konnte aber nicht mehr davon für jeden Stoß erhalten, als eine Pinte, und mit dieser Kleinigkeit hob man bei jedem Stoffe wieder eine Pinte Wassers in dem Hause, das 250 Yards von der Quelle entfernt war, 33 Fuß hoch. Nun schlägt die Maschine 16 mal in einer Minute; folglich erhält man ebensoviel Pinten während dieser Zeit, oder 8 Barrels Biermaß, oder 55 Wogsheads, in 24 Stunden. (Eine Pinte Biermaß = 0,4078 Wiener-Maß). A. d. O.

|63|

Ein kleines Loch in demselben, und ein Streifen Leder auf diesem als Klappe gibt gelegentlich der Luft von Unten nach Oben Durchgang. A. d. O.

|70|

Als Hr. Smeaton im J. 1765 diese Maschine sah, bemerkte er Hrn. Westgarth, daß, wenn diese Maschine, statt mittelst des großen Hebels, von einem Rade getrieben würde, und statt der langen Pumpenstange, die durch die absteigenden Röhren niedersteigt, der Stämpel mit der Hauptkette mittelst eines ledernen Halsringes oder eines ausgestopften Ringes, wie an den Leder-Eimer-Pumpen (jack-head-pump) in Verbindung stünde, die ganze Maschine dann gerade über dem Niveau oder dem Grubenwasser stehen, und so weniger Raum einnehmen könnte, so daß sie fast immer in dem Schachte Plaz hätte; daß auch die absteigenden Pumpen weniger weit und in irgend einem Winkel des Schachtes angebracht seyn könnten, und daß hiedurch diese Maschine für Bergwerke brauchbarer wurde. Auf diese Art wurden auch die späteren neueren Maschinen des Hrn. Westgarth mit dem beßten Erfolge erbaut.

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