Titel: Ueber Köppelin's Hydrostat.
Autor: Silbermann,
Fundstelle: 1859, Band 154, Nr. LXXVIII. (S. 359–364)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj154/ar154078

LXXVIII. Ueber den Hydrostat des Hrn. Köppelin, Professor der Physik in Colmar; Bericht von Hrn. Silbermann.

Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement, Mai 1859, S. 270.

Mit einer Abbildung auf Tab. V.

Hr. Köppelin, Professor der Physik zu Colmar (Ober-Rhein), hat sich die Aufgabe gestellt, die Wasserwaage in der Art abzuändern, daß ihr Gebrauch in der Industrie möglich wird.

Damit man den ihm zukommenden Theil der Erfindung besser zu würdigen im Stande ist, lassen wir eine flüchtige Skizze der Geschichte derartiger Apparate hier folgen.

Bekanntlich fand Archimedes das Gesetz des Gleichgewichts der in eine Flüssigkeit getauchten Körper; diese Entdeckung reicht ungefähr 250 Jahre über die gewöhnliche Zeitrechnung hinauf. 660 Jahre später, nämlich gegen das Jahr 410 unserer Zeitrechnung, wandte Hypatia aus Alexandrien das Princip des Archimedes auf schwimmende Körper an; sie tauchte in das Wasser Cylinder aus verschiedenen Stoffen, welche leichter als diese Flüssigkeit waren, um deren Dichtigkeit durch das Verhältniß der eingesunkenen Länge zur Totallänge des Cylinders zu bestimmen.

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In der letzten Hälfte des verflossenen Jahrhunderts nahm Bergmann eine lange, hohle, gläserne Röhre, um durch ein, dem vorhergehenden analoges Verfahren die Dichtigkeit der Flüssigkeiten zu bestimmen. Schon vor ihm hatte man sich eines Instrumentes gleicher Art bedient, indem man einen großen Theil der Röhre durch ein hohles Gefäß ersetzte. Dieß ist, wie man sieht, die Form, welche man den Flüssigkeitswaagen oder Aräometern mit veränderlichem Volum und constantem Gewicht gibt, in deren Geschichte wir hier nicht einzugehen haben.

Die andere Classe derartiger Apparate ist die der Aräometer mit constantem Volum und veränderlichem Gewicht; in diese Kategorie gehört die eigentliche Wasserwaage.

Fahrenheit scheint zuerst ein derartiges Aräometer construirt zu haben. Er gab ihm die Form des Aräometers mit veränderlichem Volum mit einer einzigen festen Marke am Halse; damit das Instrument bis zur Marke einsinkt, belastet man das obere Ende der Röhre mit einem entsprechenden Gewichte. Die Anwendung dieses Gewichts-Aräometers, sowohl als Dichtigkeitsmesser, als auch als Waage, ist bekannt. Der Physiker Charles fügte dem Instrument von Fahrenheit eine untere Schale bei, welche dazu dient, die Dichtigkeit der festen Körper zu bestimmen, und gab dem so abgeänderten Apparate den Namen Wasserwaage oder Hydrostat.

Bis hieher waren die Instrumente von Glas, als Nicholson auf den Gedanken kam, sie, um ihrer Zerbrechlichkeit abzuhelfen, von lackirtem Weißblech, mit Gefäß aus demselben Metall, auszuführen. Ein solches Aräometer ist bei einer Belastung mit 50 Grm. noch für 2–3 Milligramme empfindlich.

Die Anwendung derartiger Waagen für größere Belastungen machte Abänderungen nothwendig, und in diesem Sinne treffen wir als Erfinder die HHrn. Hasseler in Amerika, Berzelius in Schweden und zuletzt Köppelin in Frankreich.

Als der Physiker Hasseler im Jahre 1835 mit der Anfertigung der Normalgewichte und Normalmaaße für die Vereinigten Staaten betraut war und die Unmöglichkeit einsah, zur bestimmten Zeit die empfindlichen großen Waagen, deren Ausführung er zu überwachen hatte, zu erhalten, kam ihm der Gedanke, sie durch Wasserwaagen zu ersehen, welche für dieselben Wägungen groß genug sind. Die Einrichtung der letzteren, welche er erdachte, ist folgende. Er ließ mehrere hohle Ellipsoide aus Glas blasen, deren Volum mit den auszuführenden Wägungen von 5 bis 100 Pfund in Verhältniß stand, und die in gläserne, die Flüssigkeit enthaltende Gefäße getaucht werden sollten. Jedes Ellipsoid ist an seinem obern |361| Theil durch einen kupfernen Deckel geschlossen, auf welchem vertical 1 bis 3 cylindrische Stäbchen aus vergoldetem Stahl befestigt sind, die in ihrer Mitte einen horizontalen Strich haben, der als Marke für das Einsinken auf das Niveau der Flüssigkeit dient. Diese Stäbchen sind an ihrem obern Theile durch ein Beschläge oder ein Querstück aus Messing verbunden, welches mit zwei oder drei gleichen Armen versehen ist, die sich horizontal über die Ränder des auf einem Stativ angebrachten Glasgefäßes hinaus erstrecken. Jeder dieser Arme trägt an seinem Ende einen Stab, der auf eine gewisse Entfernung unterhalb des Gefäßes hinabreicht, und die unteren Enden dieser Stäbe sind durch ein dem vorhergehenden ähnliches Beschläge verbunden, unter welchem im Mittelpunkt ein Haken angebracht ist, an den die Gewichtsschale gehängt wird. Um den Apparat bequemer zu machen und leichter transportiren zu können, wird endlich die Tafel, welche das Glasgefäß trägt, an ein Bretchen festgemacht; ist das Instrument für stärkere Wägungen bestimmt, so wird diese Platte auf zwei Stützen oder Trägern gehalten, die hoch genug sind, um der Gewichtsschale gehörigen Spielraum zu lassen und auf einer mit Stellschrauben versehenen Basis befestigt werden. Die Flüssigkeit, deren sich Hr. Hasseler bediente, war, je nach der Natur seiner Experimente, Wasser oder eine Auflösung von Kupfervitriol, und zuweilen Quecksilber.

Berzelius scheint den vorhergehenden analoge Hydrostate gebraucht zu haben, ihre Einrichtung ist mir aber nicht bekannt.

Ich habe nun noch den Apparat des Hrn. Köppelin zu beschreiben. Der Hydrostat gibt bekanntlich die verlässigsten Angaben, aber er muß auch mit Genauigkeit und Sorgfalt gehandhabt werden und ich gestehe, als ich ihn in die Praxis der Industrie einführen sah, befürchtete ich, daß seine Anwendung auf unüberwindliche Schwierigkeiten stoßen würde. Verläßliche Berichte, die mir aus dem Elsaß zukamen, haben jedoch meine Zweifel beseitigt. In Colmar, Mülhausen und an mehreren anderen Orten wird Köppelin's Hydrostat seit mehreren Jahren täglich benützt und leistet wichtige Dienste. Er ist den Händen von Arbeiterinnen anvertraut, welche das Instrument mit einer Geschicklichkeit und Sicherheit handhaben, die wirklich erstaunenswerth sind.

Hr. Köppelin hat mit dem Hydrostat von Hasseler dieselbe Umwandlung vorgenommen, wie Nicholson mit dem Apparat von Charles. Er construirte nämlich das Instrument ganz aus Metall; seine Anordnungen bezüglich der Aufhängung der Gewichtsschale unterhalb des Gefäßes, der Ablesung des dem Niveau der Flüssigkeit entsprechenden Einsenkungspunktes, und der Stabilität des schwimmenden Apparates weichen aber ganz von jenen ab, welche der amerikanische Physiker angenommen |362| hat. So verbindet nur ein einziger Stab den eingetauchten Körper mit der Schale, und dieser befindet sich in der Achse des eingetauchten Körpers und des das Wasser enthaltenden cylindrischen Gefäßes. Hierzu ist der Boden des Gefäßes in der Mitte mit einer kreisrunden Oeffnung versehen, auf welche senkrecht eine an beiden Seiten offene Röhre angelöthet ist, deren oberes Ende auf eine gewisse Höhe das Niveau der Flüssigkeit überragt. Der zum Eintauchen bestimmte Apparat besteht aus zwei concentrischen Kupfercylindern, deren luftdicht adjustirte parallele Basen ihnen gemeinschaftlich und mit Oeffnungen von hinreichender Weite versehen sind, um die in der Achse des Gefäßes befestigte Röhre während ihres Niedergehens leicht durchzulassen. Die obere Basis dieses Tauchapparates ist mit drei, gleich weit vom Mittelpunkt abstehenden Oehren versehen, von denen jede ein Markirungsstäbchen aus vergoldetem Stahl aufnimmt, ähnlich jenen an Hasseler's Apparat. Diese Stäbchen sind durch ein horizontales dreiarmiges Beschläg verbunden, in dessen Mitte der hängende Stab eingeschraubt ist, welcher durch den Tauchapparat und das Gefäß geht und 1 Decimeter unter dem Boden des letzteren in einen Ring endigt, der den Aufhänghaken der Gewichtsschale aufzunehmen hat. Bei dem beschriebenen Apparat kann man aber wegen der. Undurchsichtigkeit des Gefäßes nicht direct sehen wann die Einsenkung auf das Niveau der Flüssigkeit stattfindet, wie bei den gläsernen Hydrostaten; Hr. Köppelin ersann daher folgende Vorrichtung, um zu demselben Resultate zu gelangen. Unter dem Gefäße geht der Aufhängstab zwischen zwei senkrechten Scalen hinab und trägt ein horizontales Lineal, das allen seinen Bewegungen folgt und folglich an den Scalen den Betrag der Einsenkung der Tauchcylinder anzeigt; die Mitte der Scalen entspricht dem Berührungspunkte mit dem Niveau der Flüssigkeit. Dieser Theil des Apparates, so wie die Gewichtsschale sind in einem Gehäuse von Glas eingeschlossen, auf welches der Flüssigkeitsbehälter gesetzt ist und dessen oberer Boden mit einem Loche versehen seyn muß, um den Aufhängstab durchzulassen. Um nun diesen Stab immer in der Achse des Gefäßes zu erhalten und damit nicht im ganzen System eine drehende Bewegung entstehen kann, endigt das horizontale Lineal auf jeder Seite in eine kleine Gabel, welche über die Scalen hinausreicht und je eine gläserne Röhre umfaßt, die oben aufgehängt ist und deren unteres Ende in eine kupferne Kugel ausläuft, welche sie stets senkrecht zu erhalten hat. Diese beiden Röhren erhalten also den aufgehängten Apparat in unveränderlicher Stellung, ohne jedoch die senkrechten Bewegungen, welche das Spiel der Tauchcylinder veranlaßt, zu stören.

Damit endlich das Gefäß nicht zu viel Wasser durch Verdunstung |363| verlieren kann, wird ein Deckel mit aufgebogenem Rande eingesenkt, welcher auf passend vertheilten Stiften aufliegt und die Oberfläche der Flüssigkeit fast berührt. Dieser Deckel ist mit Tubulaturen versehen, welche die Markirungsstäbchen durchlassen und durch die man Wasser einführt, wenn sich aus irgend einem Grunde das normale Niveau gesenkt hat. – Außerdem ist das Gefäß, um den Wirkungen des schnellen Temperaturwechsels vorzubeugen, mit einem dichten Ueberzug aus Wolle versehen, und das Ganze unter eine cylindrische Glocke von Messing gesetzt, deren Rand auf dem gläsernen Gehäuse ruht, welches das Gefäß trägt. Dieses Gehäuse ist mit einem Thürchen versehen, welches man bei einer vorzunehmenden Wägung öffnet, aber so viel als möglich geschlossen hält, um die Waagschale vor jeder durch die Luft hervorgebrachten Bewegung zu bewahren. Nach Hrn. Köppelin soll für einen empfindlichen Hydrostat das Wasser im Gefäß 1/50 Alkohol enthalten; aber diese Vorsicht ist unnöthig, wenn das Instrument für Wägungen von 4–10 Kilogrammen bestimmt ist.

Beschreibung der Abbildung.

Fig. 28 ist ein senkrechter Schnitt durch die Achse des Köppelin'schen Hydrostats.

A ringförmiger Tauchapparat aus Kupfer, der aus zwei concentrischen Cylindern, welche durch parallele Basen verbunden sind, besteht.

B cylindrisches, mit Wasser gefülltes Gefäß, in welches der Tauchapparat eingesenkt ist.

a Stäbchen aus vergoldetem Stahl, welche das Flüssigkeitsniveau markiren; es sind deren drei und sie tragen den Tauchapparat, woran sie in Oehren mittelst Schrauben befestigt sind.

b horizontales Beschläge, aus drei Armen bestehend, an welche die Stäbchen a geschraubt sind.

c senkrechte Stange, welche in der Mitte des Beschläges b befestigt ist und bis unterhalb des Gefäßes B in einer Röhre hinabreicht, die ihr als Scheide dient und sie vor der Berührung des Wassers schützt; diese Röhre ist daher an beiden Seiten offen und ihr oberes Ende überragt das Niveau der Flüssigkeit, während das untere auf eine im Mittelpunkte des Gefäßbodens angebrachte Oeffnung von gleichem Durchmesser aufgelöthet ist.

D Gewichtsschale; vermittelst eines Hakens an der Stange c aufgehängt, folgt sie den Bewegungen, welche diese von dem Tauchapparat mitgetheilt erhält.

E Schale von kleinerem Durchmesser, welche von der Gewichtsschale getragen wird und die zu wägenden Gegenstände aufzunehmen hat.

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F gläsernes Gehäuse, mit einer Thüre versehen, in welchem die Schale D eingeschlossen ist; der obere Boden dieses Gehäuses trägt das Gefäß B und hat eine Oeffnung für den Durchgang der Stange c.

d, d parallele Scalen, zu beiden Seiten der Stange c angebracht und in derselben senkrechten Ebene unter dem obern Boden des Gehäuses F befestigt; der Nullpunkt dieser Scalen befindet sich in der Mitte und entspricht dem das Flüssigkeitsniveau markirenden Punkte der Stäbchen a.

e horizontales Lineal; es ist mit der Stange c verbunden, deren Bewegungen es folgt, und dazu bestimmt auf den Scalen d die oscillirenden Bewegungen des Tauchapparates A anzuzeigen; rechts und links ist es durch Arme f, f verlängert, die in Gabeln endigen, welche die Stäbe g, g umfassen.

g, g gläserne Stäbe, welche mittelst Haken und Ringen am Gehäuse aufgehängt sind und an ihrem unteren Ende in kupferne Kugeln auslaufen, durch die sie in verticaler Lage erhalten werden; in derselben Ebene, wie die Scalen D angebracht, haben diese Glasstäbe den Zweck, eine drehende Bewegung des aufgehängten Apparats zu verhindern, während derselbe unbehindert steigen und sich senken kann.

G Deckel mit aufgebogenem Rande, welcher beinahe in Berührung mit der Oberfläche der Flüssigkeit auf Stiften ruht, die innerhalb des Gefäßes B angebracht sind; dieser Deckel, welcher den Zweck hat, den Wasserverlust durch Verdunstung zu vermindern, ist für den Durchgang der Markirungsstäbchen a mit drei kleinen Tubulaturen versehen, durch welche man Wasser in den Apparat gießt, wenn das Niveau der Flüssigkeit auf seinen normalen Stand zurückgebracht werden soll.

i sind Aufhalter, auf dem Boden des Gefäßes B und unter dem Deckel G angebracht, um zu verhindern daß der Tauchapparat A bei seinen Schwingungen zu tief sinkt oder zu hoch steigt.

H endlich ist eine cylindrische Glocke aus Messing, welche das Gefäß B bedeckt und an die Oberfläche desselben einen wollenen Ueberzug andrückt, der die Flüssigkeit vor schnellem Temperaturwechsel zu schützen hat.

Behandlung des Apparats. – Man beginnt damit die Schale D hinlänglich zu belasten, um das Lineal e auf den Nullpunkt der Scalen zu bringen, welcher dem Markirungspunkt der Stäbchen a entspricht; hierauf legt man in die Schale E den zu wägenden Gegenstand; durch diese Auflage wird der Tauchapparat A und folglich auch das Lineal e augenblicklich sinken, und man nimmt nun Gewichte aus der Schale D, bis die Einspielung auf das Flüssigkeitsniveau wieder hergestellt ist; die Summe dieser Gewichte gibt das gesuchte Gewicht des Gegenstandes.

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