Titel: Ueber einige Verbesserungen an den Treträdern.
Autor: Bramah, Timothy
Fundstelle: 1834, Band 52, Nr. LXXVII. (S. 421–426)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj052/ar052077

LXXVII. Ueber einige Verbesserungen an den Treträdern. Von Hrn. Timothy Bramah.

Aus den Transactions of the Society of Arts im Mechanics' Magazine, No. 547. S. 290.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Da die Anwendung von Menschenkräften zur Erzielung einer mechanischen Wirkung zu jeder Zeit ein Gegenstand von großer Wichtigkeit war, so dürfte vielleicht eine neue kurze Notiz über das Tretrad manchen nicht unwillkommen seyn. Die Documente, welche ich hier mittheilen will, enthalten eine genaue und authentische Angabe der mechanischen Wirkung, die man nach Versuchen, welche im Jahre 1824 in dem Schlosse zu Norwich mit einer sehr gut eingerichteten Mahlmühle angestellt wurden, durch verschiedene gegebene Kräfte erhielt; sie enthalten ferner auch eine Beschreibung eines Mechanismus, der im Jahre 1827 von Joseph Bramah und dessen Söhnen in dem Grafschaftsgefängnisse zu Huntingdon angebracht wurde, um die Gleichförmigkeit der Bewegung der Treträder zu bewirken.

Aus dem Documente, welches sich auf die Wirkung bezieht, die man mit einer gegebenen Menge menschlicher Arbeit in der Mahlmühle zu Norwich erzielte, wird man ersehen, daß diese Wirkung das Verhältniß, welches man der Theorie nach zwischen der menschlichen Kraft und der sogenannten Pferdekraft aufstellte, bedeutend übertrifft. Man erreichte dieses günstige Verhältniß nicht durch eine neue Methode die menschliche Kraft zu mechanischen Zweken anzuwenden; und wir lassen dem Andenken des sel. David Hardie nur Gerechtigkeit wiederfahren, wenn wir bemerken, daß er der erste war, der das äußere Tretrad einführte, und der die Vortheile desselben auf eine höchst einfache und wirksame Weise durch dessen Anwendung bei dem Baue einiger Krahne, die er im Jahre 1806 für die ostindische Compagnie errichtete, erwies.

Ich muß bemerken, daß an der Mühle zu Huntingdon die Arbeit der Gefangenen nur zum Pumpen des Wassers für das Gefängniß verwendet werden konnte. Da auf diese Weise unter den bestehenden Localverhältnissen aber nicht ein Mal ein einziger Mensch beständige Beschäftigung erhalten konnte, so mußte ein größerer und ununterbrochener Widerstand, welcher bei allem Wechsel in der Zahl |422| gleichmäßig auf jeden einzelnen Gefangenen vertheilt war, ausgedacht werden. Man erreichte dieß in einigen Fällen bereits durch das bekannte Venetianische Flugrad, gegen welches ich jedoch, abgesehen von dem großen Durchmesser und seinem unangenehmen Einflusse auf das Aeußere des Gebäudes einige Einwendungen zu machen habe. Ich erreichte in dem fraglichen Falle den vorgestekten Zwek durch einen Luftregulator, den ich der Verwaltungsbehörde zum Behufe des Ventilirens des Gefängnisses vorschlug, und der gewiß auch in dieser Hinsicht vollkommen entsprochen haben würde, wenn man an den einzelnen Fächern des Regulators Klappen angebracht hätte.

Ueber die Tretmühle zu Norwich.

Folgende Versuche wurden in dem Grafschaftsgefängnisse zu Norwich, in welchem sich zwei für die Mahlmühle bestimmte Treträder von 20 Fuß 6 Zoll Länge, 4 Fuß 7 Zoll im Durchmesser und 24 Stufen befinden, und auf denen die Gefangenen in jeder Minute 50 Tritte machen, angestellt.

Textabbildung Bd. 52, S. 422

Hiebei regulirte ein Müller die Steine, wie es zur Erzielung von gutem Mehle nöthig war, Während der Mühlenbauer für die Gleichförmigkeit der Bewegung der Treträder sorgte.

Die verschiedenen Gradationen in der Zahl der Menschenkräfte wurden angewendet, um zu sehen, bei welcher Anzahl von Gefangenen die Maschine benuzt werden kann.

Um nun das Maximum der mechanischen Wirkung der Mühle beim Mahlen zu bestimmen, muß man das Resultat der vollen Menschenzahl, welche 24 beträgt, als Basis nehmen.

Nach Boulton und Watt mahlen 33,000 Pfd., welche in der Minute um einen Fuß fallen, oder eine Pferdekraft, in einer Stunde einen Bushel Weizen.

Nach den oben angegebenen Versuchen mahlen aber 24 Männer |423| in 1,166 Stunden 4 Bushels. und 24/1,166 = 3,43 Bushels per Stunde; und da 24/3,43 = 7, so sind 7 Männer hinreichend, um stündlich einen Bushel zu mahlen. Nimmt man das Moment, welches jeder Mann erreicht, zu 4500 an, so erhält man als die Kraft, die stündlich für einen Bushel nöthig ist, 4500 × 7 = 31,500 Pfd., welche in einer Minute einen Fuß hoch fallen.

Der Unterschied, der sich hienach zu Gunsten der Tretmühle ergibt, und welcher 33,000 – 31,500 = 1500 Pfd. beträgt, kann dem einfachen Baue der Maschine in Hinsicht auf die Mittheilung der angewendeten Kraft, so wie auch dem Umstände zugeschrieben werden, daß hier die ganze Kraft in Wirksamkeit kommt, Während an der Dampfmaschine sowohl, als an der Wassermühle einiger Verlust unvermeidlich ist.

Von der Tretmühle zu Huntingdon.

Fig. 61 ist ein Längendurchschnitt des zur Mühle eingerichteten Gebäudes. Man sieht hier einen der vier Treträder A, dergleichen an jeder Seite, an einer und derselben Welle BB einer angebracht ist, sammt den damit in Verbindung stehenden Mechanismen.

Fig. 62 ist ein Grundriß, der über dem Boden genommen ist.

Fig. 63 ist ein Querdurchschnitt durch das Maschinenhaus, der zugleich auch einen Seitenaufriß des Luftregulators gibt.

A, A sind zwei der vier Treträder. Jedes derselben ist 12 Fuß lang und faßt 7 Mann, so daß mithin alle 4 Räder zusammengenommen die Kraft von 28 Mann geben. B ist eine achtekige Welle, welche der Länge nach durch die Mühle läuft, und in abgedrehten Zapfenlagern ruht. Die Maschinerie, zu deren Betrieb die Kraft der Treträder Verwender wird, befindet sich in der mittleren Abtheilung des Gebäudes, und besteht aus einer Maschine mit drei Pumpenstiefeln C und aus einem zusammengesezten Luftregulator. Lezterer besteht aus drei Schmiedeblasbälgen DDD ohne Klappen, welche die Luft durch dieselben Mündungen einsaugen und ausstoßen. Jede dieser Maschinen wird durch einen dreifachen Winkelhebel E und F, der durch die Welle B in Bewegung gesezt wird, und deren Geschwindigkeit durch die gewöhnlichen Räder und Getriebe erzielt wird, betrieben. Man kann die ganze Kraft auf den Luftregulator D einwirken lassen, wenn man die Wasserhebmaschine, die mit einer Aushebklauenbüchse G ausgestattet ist, ledig macht, sobald sie nicht länger mehr zu arbeiten braucht. Am Ende der Welle ist ein Geometer angebracht, der die Umdrehungen der Treträder registrirt. H |424| ist ein an der Welle B aufgezogenes Rad von 93 Zahnen, welches in ein Getrieb I von 24 Zähnen eingreift. Dieses leztere ist an dem Ende des Winkelhebels angebracht und dreht sich frei zwischen zwei Halsringen, bis die verschiebbare Klauenbüchse G an das Getriebe geschlossen wird, was durch die gewöhnliche Bewegung des Hebels G bewirkt wird. J, J, J sind Verbindungsstangen mit ihren Führern, wodurch die Kolbenstangen mit dem Winkelhebel E in Verbindung stehen. C ist die Wasserhebmaschine, welche aus 3 vierzölligen Stiefeln mit Kolben, die einen Hub von 10 Zollen haben, besteht. Das Saugrohr K leitet das Wasser aus einem 600 Fuß weit entfernten Brunnen herbei. L ist die Haupt- oder Entleerungsröhre, die das Wasser in den Hauptwasserbehälter des Gefängnisses entleert. M ist ein Rad mit 85 Zahnen, welches sich an der Welle B befindet, und in den 28zähnigen, an der Welle O aufgezogenen Triebstok N eingreift. P ist ein Rad mit 93 Zähnen, welches gleichfalls an dieser Welle O angebracht ist, und in ein 24zähniges, am Ende des Winkelhebels F aufgezogenes Getrieb eingreift. RRR sind die drei Verbindungsstangen, die von dem Winkelhebel F an die Blasbälge D, D, D führen. 8 ist ein Gestell, in welchem die Mundstüke der drei Blasbälge mit einander vereinigt sind, und in welchem sich zu diesem Behufs drei vierekige Löcher befinden. Vorne in diesem Gestelle oder Rahmen befindet sich eine Schieberplatte mit entsprechenden Oeffnungen, so daß die einzelnen Mündungen, je nachdem es nöthig ist, in allen Gradationen größer oder kleiner gemacht werden können. T ist ein Hebel, der sich an einer Welle bewegt, und welcher an dem einen Ende mit dem Schieber, an dem anderen hingegen mit einem Hebel V, der durch die Verbindungsstange UU an dem Steuerer (governor) befestigt ist, in Verbindung steht. Die relative Stellung der beiden Hebel wird durch einen Drehung und durch die Stellschrauben W bestimmt, und zu diesem Behufe ist auch das Ende der Stange U ausgeschraubt. X ist der Steuerer; er erhält seine Bewegung von dem Winkelhebel F durch zwei Winkelräder mitgetheilt, von denen jenes an dem Winkelhebel 18, jenes an der Spindel des Steuerers hingegen 14 Zähne hat. Die beiden Winkelhebel, der Steuerer und die dazu gehörigen Theile werden von zwei gußeisernen, in die Wände des Mittelgebäudes eingelassenen Bindebalken, in denen sich für die verschiedenen Zapfenlager 5 Querbalken befinden, getragen. Z ist ein Luftcanal.

Von den Treträdern hat jedes 4 Fuß 9 Zoll im Durchmesser auf 12 Fuß Länge; ihr Umfang ist in 24 Stufen eingetheilt, und ihre mittlere Geschwindigkeit beträgt 30 Fuß oder beinahe 2 Umdrehungen in der Minute. Nimmt man nun das Gewicht eines Mannes |425| im Durchschnitte zu 150 Pfd. an, so wird das Moment seiner Kraft folglich 150 × 30 = 4500 Pfd. per Minute, auf einen Fuß hoch gehoben, betragen. Die Geschwindigkeit der Räder wechselt unter allen Graden von Kraft, die man auf dieselben wirken läßt, um 1/10 der mittleren Geschwindigkeit.

Der Winkelhebel oder die Kurbel der Wasserhebmaschine macht 5,25 Umdrehungen in der Minute, und mit dieser Geschwindigkeit beträgt die Quantität Wasser, welche in einen Wasserbehälter, der sich 50 Fuß über der Wasserfläche im Brunnen befindet, gehoben wird, 68,4 Kubikfuß in der Stunde oder 1,14 Fuß in der Minute. Die Kraft, welche zur Erreichung dieser Wirkung erforderlich ist, beträgt also (62 – 5 × 1,14 × 45)/4,500 = 0,714 der Kraft eines Mannes, welche auf das Rad wirkt, oder sie läßt sich mit Einschluß der Reibung auf die Kraft eines Mannes schäzen.

Die Oberfläche des Gebläsebrettes hat einen Flächenraum von 4,58 Fuß. Die Zahl der Umdrehungen, die der Winkelhebel bei der gegebenen Geschwindigkeit der Treträder macht, wird sich = 23,5 finden, so daß sich also als mittlere Geschwindigkeit des Blasbalgbrettes 58,75 Fuß in der Minute oder 58,75/60 = 0,979 Fuß in der Secunde ergeben.

Um den Flächenraum der Mündung der Gebläse, welcher auf einen Mann kommt, zu bestimmen, ergibt sich, indem sich der Druk auf das Gebläsbrett, im Vergleiche mit der Triebkraft umgekehrt wie deren Geschwindigkeiten verhält, die Gleichung: 58,75 Fuß : 30 Fuß = 150 Pfd. : 76,6 Pfd. 76,6/4,58 = 16,7 Pfd., welche den Druk auf den Quadratfuß ausmachen, Während die Höhe, welche diesem Druke entspricht, 222,66 Fuß beträgt. Mithin beträgt die Geschwindigkeit wegen der Verengerung der Mündung 5 √222,66 = 74,65 per Secunde und die Quantität der ausgetriebenen Luft 4,58 Fuß × 0,979 = 4,4846 Kubikfuß in der Secunde. Folglich ergeben sich (144 × 4,4846)/(3 × 74,65) = 2,88 Zoll als Flächenraum der Mündung, und √2,88 = 1,7 Zoll für die ganze Bewegung des Schiebers, indem die Oeffnung vierekig ist.

Da der Winkelhebel des Regulators 23,5 Umdrehungen macht, so macht die Welle des Steuerers 23,5 × 18/14 = 30,215 Umdrehungen in der Minute.

Da ferner der Wechsel in der Geschwindigkeit der Treträder 1/10 |426| beträgt, so wird das Maximum der Geschwindigkeit des Steuerers 31,72, das Minimum hingegen 28,72 Umdrehungen in der Minute betragen.

Die Höhe der Kugeln ergeben sich aus den bekannten Gesezen für die Pendel, wie folgt: (30² × 39,14)/28,72² = 42,76 Zoll, als Länge für das Minimum der Geschwindigkeit, und (30² × 39,14)/31,72² = 35,01 Zoll, als Länge für das Maximum derselben. Der Totalunterschied in der Länge der Pendel beträgt mithin 42,7 – 35,01 = 7,75 Zoll; und da die Seiten der vierekigen Mündungen des Regulators 1,7 Zoll haben, so müssen sich die Hebel folglich wie 4,56 zu 1 verhalten, um den erforderlichen Widerstand zu erzielen.

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