Titel: Ueber einige Verbesserungen an der Barker'schen Mühle.
Autor: Whitelaw, James
Fundstelle: 1833, Band 50, Nr. LXXV. (S. 339–344)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj050/ar050075

LXXV. Ueber einige Verbesserungen an der Barker'schen Mühle. Von Hrn. James Whitelaw.

Aus dem Franklin Journal im Repertory of Patent-Inventions. Mai 1833. S. 290.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Die Mühle ist in der Zeichnung Fig. 42 so vorgestellt, als arbeitete sie etwas von der Mauer eines Gebäudes entfernt. Oben an dem Scheitel der Zeichnung und hinter den Winkelrädern sieht man eine gußeiserne Manerplatte, an der das Lager oder Kissen befestigt |340| wird, auf welchem sich die horizontale Welle, die zur Bewegung der innerhalb des Gebäudes befindlichen Maschinerie dient, dreht. An der unteren Seite dieser Platte ist ein gußeiserner Trog oder Behälter, durch welchen das Wasser in die Mühle geleitet wird, festgemacht. Dieser Trog endigt sich in einen Cylinder, dessen äußerer Durchmesser so klein ist, daß sich der Cylinder genau in den aufrechten Cylindern der Mühle bewegen kann. Dieser Cylinder ist so lang, und die Löcher an dessen Boden sind so geformt, daß das Wasser mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung, wie in den aufrechten Cylinder der Mühle eintreten kann. In dem Trogcylinder befindet sich ein kleinerer Cylinder, durch welchen sich die aufrechte Welle bewegt, und an dem oberen Theile ist ein erweitertes Stük, welches mehrere Bänder trägt, durch die die Welle stätig erhalten wird. Unter dem Trogcylinder befindet sich der Cylinder der Mühle, welcher aus Holz besteht, und, wie die Zeichnung zeigt, mit Reifen versehen ist. Am Grunde dieses Cylinders sind die Arme der Mühle, die eine gebogene Form haben, befestigt. Hinter der Mühle befindet sich eine Nische, in der sich die Arme bewegen, und am Grunde dieser Nische ist ein kreisförmiger Trog angebracht, der zur Aufnahme des aus der Mühle austretenden Wassers dient, und den man in der Zeichnung aus den beiden am Grunde derselben angedeuteten Ellipsen ersieht. Unter der Mühle sieht man ein vierekiges Loch, welches zur Aufnahme des Blokes dient, in welchem sich das untere Ende der aufrechten Welle dreht. Die übrigen Theile der Zeichnung sind schon an und für sich so deutlich, daß keine weitere Beschreibung derselben nöthig ist.

Die Krümmung der Arme ist der wesentliche Unterschied zwischen dieser und der Barker'schen Mühle. Diese Krümmung ist eine solche, daß das Wasser, wenn die Maschine arbeitet, in einer geraden Linie von dem Mittelpunkte gegen das Ende der Arme läuft. In Folge dieser Einrichtung wird dem Wasser keine Centrifugalkraft mitgetheilt, und es erhält ferner auch keine kreisende Bewegung durch die Arme, wie sie diese erhalten würde, wenn die Arme gerade wären.

Die Natur der Krümmung der Arme f, g, h, i, a wird aus Fig. 43 erhellen. Es sey nämlich a der Mittelpunkt und a b die Entfernung bis zum Mittelpunkte der Mündung, aus welcher das Wasser abfließt. Man nehme ferner an, daß die concentrischen Kreise 1, 2, 3 diese Entfernung in gleiche Theile theile, und daß b f der Entfernung gleich sey, durch welche das Ende der Arme geht, während ein Theilchen Wasser von dem Mittelpunkte a bis zu b, dem Ende der Arme fließt. Man theile ferner bf in dieselbe Anzahl |341| von gleichen Theilen, in welche ab getheilt ist, und ziehe dann von diesen Eintheilungspunkten aus die Linien ca, da, ea, gegen den Mittelpunkt. Da nun die Bewegung des Wassers eine gleichförmige ist, und da eben so auch die Arme eine gleichförmige Bewegung haben, so wird, während sich die Arme von f bis e bewegen, ein Theilchen Wasser, welches den Mittelpunkt in dem Augenblike verläßt, in welchem sich' der Arm in f befindet, während dieser Zeit von a bis 1 gelangt seyn, wo dann die Punkte i und 1 zusammenfallen werden. Wenn sich die Arme ferner von f bis d bewegen, so wird das Wasser von a bis 2 gelangt seyn, wo dann die Punkte h und 2 zusammenfallen werden u.s.f. Wenn das Wasser endlich bei 3 anlangt, so wird der Punkt g in den Armen mit 3 zusammenfallen, und wenn sich das Theilchen Wasser bis zu dem Punkte b bewegt, so werden auch die Arme bis zu demselben Punkte gelangt seyn, so daß f und b zusammenfallen.

Da nun bei dieser Einrichtung die Bewegung des Wassers weder durch die Centrifugalkraft, noch durch irgend eine andere Kraft vermehrt wird, bis die Geschwindigkeit des Endes der Arme größer wird, als die Geschwindigkeit des Wassers, so hat man bei der Schäzung der Kraft, welche diese Maschine ausübt, wenn sie sich mit irgend einer Geschwindigkeit, die geringer ist als jene des Wassers, bewegt, nichts weiter in Betracht zu ziehen, als die Wirkung, die eine Quantität Wasser, welches jene Geschwindigkeit hat, die ein Körper beim Herabfallen von dem Scheitel der Mühle bis zur Höhe der Mündungen des Wasserstrahles erreicht haben würde, hervorbrachte, wenn sie sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen würde.

Das Gewicht, welches die Mühle stellen oder zum Stillstehen bringen würde, muß dem Gewichte einer Wassersäule gleich seyn, deren Höhe zwei Mal so hoch ist, als jene des Wassers in der Mühle auf einer Basis, welche die Summe der Flächenräume der Brunnenmündungen ausmacht. Denn es ist offenbar, daß, wenn die Mündungen verschlossen würden, auf alle Seiten ein Druk entstehen müßte, der dem Gewichte der Wassersäule in der Mühle gleich wäre. Werden nun aber die Mündungen geöffnet, so wird der Druk auf die gegenüberliegende Seite so bleiben, wie er früher war, und da nun das Wasser durch einen gleichen Druk in Bewegung gesezt wird, so wird die Gegenwirkung oder Reaction (indem Wirkung und Gegenwirkung gleich und einander entgegengesezt sind) einen anderen, dem früheren gleichen Druk auf die den Mündungen gegenüber liegenden Seiten ausüben. Hinaus folgt also, daß diese beiden Kräfte |342| einen Druk geben werden, der dem Gewichte einer Wassersäule gleich ist, welche zwei Mal so hoch ist, als die Höhe des Wassers in der Mühle, die Summe des Flächenraumes der Brunnen- oder Grubenlöcher als Basis angenommen.

Wenn sich die Mühle mit der Geschwindigkeit des Wassers bewegt, so wird sie ein Gewicht heben, welches dem Gewichte einer Wassersäule gleich ist, die an Höhe der Höhe des Wassers in der Mühle, die Summe der Flächenräume der Brunnenlöcher als Basis angenommen, gleich kommt, und die Wirkung wird also ein Maximum und der ganzen Kraft des Wassers gleich seyn. Es ist nämlich offenbar, daß, indem das Wasser mit derselben Geschwindigkeit, wie vorher, fließt, die Kraft der Gegenwirkung oder Reaction so groß bleiben wird, als vorher, und eben dem obigen Gewichte oder der Hälfte des Gewichtes, welches die Mühle stellt, das Gleichgewicht halten wird. Die andere Kraft, welche durch den Druk des Wassers auf die den Mündungen gegenüber liegenden Flächenraum erzeugt wird, muß aufhören, wenn sie die Geschwindigkeit der Mühle bis zur Geschwindigkeit des Wassers emporgebracht hat. Mit zwei Kräften also, von denen die eine einem Gewichte das Gleichgewicht hält, welches dem Druke auf die den Mündungen gegenüber liegenden Flächenräume gleich ist, während die andere dieses Gewicht mit der Geschwindigkeit des Wassers in Bewegung erhält, muß nochwendig eine Wirkung erzielt werden, die der ganzen Kraft des Wassers gleichkommt. Denn in der Zeit, während welcher das Wasser mit der Geschwindigkeit, mit welcher es aus der Mühle trat, eine Streke zurüklegt, welche der Höhe des Wassers in der Mühle gleich ist, kann diese Menge Wasser oder ein äquivalentes Gewicht bis zum Scheitel der Mühle emporgehoben werden.

Die Wirkung der Mühle bei anderen Geschwindigkeiten kann auf dieselbe Weise bestimmt werden. Wenn die Geschwindigkeit der Mühle größer wird, als die Geschwindigkeit des Wassers, wenn keine Centrifugalkraft Statt findet, so muß das Gewicht, mit welchem die Mühle arbeiten wird, der Kraft der Gegenwirkung weniger der Kraft, welche erforderlich ist, um das Wasser mit der Mühle rund herum zu führen, gleich seyn.

Wenn diese Theorie richtig ist, so brauche ich nichts weiter über die Vortheile, die diese Maschine über alle anderen ähnlichen Maschinen und über alle übrigen Wassermühlen voraus hat, zu bemerken. Wenn man ermittelt, wie viel Kraft in dem Wasser zurükbleibt, wenn dasselbe aus der Mühle ausgetreten und wenn es |343| sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt hat, so wird man zu denselben Resultaten gelangen, so daß dieß also einen Beweis mehr für die Richtigkeit obiger Theorie gibt. Wenn die Mühle also still steht, so entweicht das Wasser mit seiner ganzen Kraft, und es findet gar keine Wirkung Statt. Wenn sie mit der Geschwindigkeit des Wassers arbeitet, so bewegt sich die Mühle eben so geschwind, als das Wasser, und das Wasser hat bei seinem Austritte nach keiner Richtung eine Bewegung, sondern fällt gerade herab. Da nun also keine Kraft in dem Wasser zurükbleibt, so muß dessen ganze Kraft auf die Erzielung einer Wirkung verwendet werden, welche der Kraft, mit der die Mühle und der Widerstand in Bewegung erhalten wird, gleich ist. Die Kraft, welche ausgeübt wird, wenn die Mühle mit der halben oder irgend einer anderen Geschwindigkeit arbeitet, kann auf eben dieselbe Weise bestimmt werden. Da die Bewegung der Mühle genau eben so schnell ist, als jene des Wassers, so muß der Theil des Umfanges bf als der Länge des Radius oder der Arme gleich angenommen werden, wenn der Flächeninhalt der Löcher oder Mündungen und der Arme gleich ist. Sind die Löcher oder Mündungen hingegen kleiner, als die Arme, so muß der Theil bf in demselben Verhältnisse länger seyn, in welchem sich das Wasser langsamer längs des Radius bewegt.

Man kann auf dieselbe Weise auch eine Dampfmaschine mit kreisender Bewegung verfertigen, wenn man den Dampf durch eine Mühle, die sich innerhalb eines Verdichters befindet, leitet. Die Dampfröhre kann durch eine metallische Liederung mit dem Dampfrade verbunden werden. Hätte das Rad einen großen Durchmesser, so würde sehr wenig Reibung Statt finden, indem dasselbe im Verhältnisse zu der Kraft der Maschine eine sehr kleine Röhre erfordern würde. Die Kraft könnte von dem Dampfrade genommen, und die Bewegung reducirt werden, wenn man die Welle des Rades auf Reibungsrollen ruhen ließe; von der Welle der Walzen könnte die Kraft mittelst Zahnräder oder anderer Walzen abgeleitet werden. Eine andere Methode wäre endlich die, das Wasser oder irgend eine sonstige Flüssigkeit mittelst Dampf durch eine Maschine dieser Art zu treiben.

Anmerkung.

Hr. Scholefield hat in einer späteren Nummer des Franklin Journal einen Aufsaz über die oben beschriebene, sogenannte Verbesserung der Barker'schen Mühle bekannt gemacht, in welchem er darzuthun sucht, daß Hr. Whitelaw sowohl in Hinsicht auf die Vortheile, die er von seiner Verbesserung erwartet, als in Hinsicht |344| auf die Schlüsse, die er in Bezug auf die Kraft der Maschine daraus zieht, theoretisch und praktisch in Irrthümer verfallen sey. Da Hr. Whitelaw jedoch im Mechanics' Magazine No. 515 nachweist, daß Hr. Scholefield ihn mißverstanden habe, so verweisen wir diejenigen, die dieser Streit interessirt, auf das Mechanics' Magazine No. 512 und 515, und beschränken uns darauf, hier nur noch folgende von Hrn. Scholefield vorgeschlagene Verbesserung an der Barker'schen Mühle mitzutheilen.

„Es ist bekannt, daß ein beträchtlicher Theil der Kraft in dem Wasser zurükbleibt, nachdem dasselbe aus der Mühle ausgetreten, im dem die Geschwindigkeit der Mühle nothwendig eine weit geringere ist, als jene des Wassers durch die Mündungen des Wasserstrahles. Ich befolgte daher vor einigen Monaten bei einem Versuche im Kleinen folgenden Plan. Ich brachte unmittelbar unter der Mühle und an einer und derselben Welle mit ihr ein gewöhnliches Eimerrad an, so daß das Wasser, welches aus der Mühle austrat, auf das Rad fiel, und daß sich dieses Rad also nach der einen Richtung bewegte, während sich die Mühle, die sich an ihrer Welle drehte, nach der bewegte. Ich benuzte daher dasselbe Wasser zwei Mal, d.h. durch Gegenwirkung und directe Einwirkung. Anstatt eines einzigen aufrechten Rohres um die Welle bediente ich mich zweier, die ich in geringer Entfernung von der Welle und einander gegenüber anbrachte, und die ich mit einander verband. An dem Scheitel befand sich ein Wasserstrom, und über diesem eine Trommel, welche sich an der Welle bewegen konnte, ohne daß sich die Welle zugleich mit ihr bewegte. Das Eimerrad war mit der Welle verbunden, und bewegte sich mit derselben; und unmittelbar über diesem Rade stand an derselben Welle auch eine Trommel mit der Mühle in Verbindung. In Folge dieser Einrichtung konnte sich ein Theil des Rades mit seiner Trommel nach der einen Richtung bewegen, während sich der andere Theil mit der Trommel, mit der er in Verbindung stand, nach der anderen Richtung bewegte. Wenn man nun von diesen beiden Trommeln aus ein Laufband an eine horizontale Trommel führte, und das Laufband auf eine eigene Weise kreuzte, so bewegte sich die horizontale Welle und die Trommel in Folge der vereinten Kraft dieser beiden entgegengesezten Bewegungen nach einer einzigen Richtung. Da die Bewegung dieses Rades bei der Zunahme seiner Belastung abnehmen mußte, so wurde deren Kraft durch eine stärkere Gegenwirkung oder Reaction auf die Mühle und durch eine stärkere Einwirkung auf das Rad erhöht.“

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