Das nunmehr folgende Dampfmaschinenpatent enthält ebenfalls eine Anzahl
wichtiger Neuerungen. Trotzdem ist dasselbe in den ~Abridgements
of Specifications, relating to the Steam Engine~ nicht enthalten.
Dieses Patent ist unter Nr. 762 am 20. Mai 1761 an _Michael
Mainzies_ verliehen. In demselben wird u. a. der Vorschlag gemacht,
maschinell angetriebene Vorrichtungen zum Loslösen der Kohle vor Ort
zu benutzen. Weit wichtiger sind jedoch die auf die Dampfmaschine
bezüglichen Vorschläge. Der erste derselben geht dahin, die Abnutzung
und Zerstörung der Roststäbe der Dampfkesselfeuerungen dadurch zu
vermeiden, daß die Roststäbe hohl gestaltet und in ihrem Innern durch
Wasser gekühlt werden, das in den Dampfkessel übertritt. Auf diese
Weise werden nicht nur die Roststäbe geschont, sondern auch die
Verdampfung wesentlich gefördert. Ein zweiter nicht minder wichtiger
Vorschlag geht dahin, die Beschickung der Feuerung mit Brennmaterial
nicht durch den Heizer, sondern _durch mechanische Vorrichtungen_ zu
bewirken.
Das folgende Jahr, 1762, ist um deswillen bemerkenswert, weil in dessen
Verlauf das dem Marquis of Worcester erteilte Patent ablief.
In demselben Jahre verließ Hindley die bisher übliche Anordnung,
bei welcher ein Balancier benutzt wurde, um die von dem Dampfkolben
ausgehende Bewegung zu übertragen. Er stellte die zu betreibende Pumpe
unterhalb des Zylinders auf und verband die Kolbenstange des Zylinders
mit der der Pumpe durch einen Rahmen, der durch den Dampfkolben wie ein
Schiebefenster auf und ab bewegt wurde. Nach Hindleys Tode vollendete
Smeaton eine solche Maschine für die Wasserwerke zu Kingston ~upon~
Hull.
Zu derselben Zeit wurde in der Nähe von Glasgow eine Dampfmaschine zum
Betrieb einer Kohlengrube in Betrieb gesetzt.
Am 10. Oktober des Jahres 1763 erhielt _Joseph Oxley_ das Patent
Nr. 795 auf eine Vorrichtung zum Fördern von Kohlen aus Gruben und zu
anderen Zwecken mit Hilfe einer Feuermaschine. Die Konstruktion der
letzteren war hierbei gleichgültig. Es handelte sich vielmehr lediglich
um die Vorrichtung, zu deren Antrieb die hin und her gehende Bewegung
des Balanciers durch eine Anzahl von Zwischenvorrichtungen, so z. B.
ein Wendegetriebe, in eine stetige Drehbewegung umgesetzt wurde. Nach
Angabe der ~Abridgements~ soll diese Einrichtung während einiger Jahre
in Seaton Delaval in Betrieb gewesen sein. Allerdings wird hier als
Erfinder nicht Joseph, sondern John Oxley genannt.
Über den damaligen Stand des Dampfmaschinenbaues machten die ~Annales
of Newcastle~ vom 26. Februar 1763 eine interessante Mitteilung. Sie
berichten über die Ankunft eines riesigen Dampfzylinders, der 10½ Fuß
lang war, in der Bohrung 74 Zoll maß und mit Boden und Kolben gegen 11
Tonnen wog. Die Maschine (nach Newcomen) hebe bei jedem Hub 15⅓ Tonnen
Wasser. Ohne Kolben und Boden wog der Zylinder 6½ Tonnen. Die Bohrung
war völlig rund ausgeführt, schön poliert und machte dem ausführenden
Werke Colebrook Dale in Shropshire alle Ehre.
Im folgenden Jahre, 1764, begegnen wir in der Geschichte der
Dampfmaschine zum ersten Male dem Namen _James Watts_.
Dieser, seines Zeichens Mechaniker[53], erhielt zu jener Zeit
den Auftrag, das Modell einer Newcomen-Dampfmaschine, das an
der Universität Glasgow zu Vorlesungszwecken benutzt wurde, zu
reparieren. Hierbei erhielt Watt die Anregung zu einer Reihe von
Verbesserungen, die ihm später den Ruhm eintrugen, der Schöpfer der
modernen Dampfmaschine zu sein. Bis zu dem Zeitpunkt aber, wo er zum
Abschluß seiner bahnbrechenden Arbeiten gelangte, wurden noch anderen
Verbesserern der Dampfmaschine und des Dampfkessels englische Patente
erteilt.
Unter dem 9. Mai 1766 erhielt _Robert Fall_ das Patent Nr. 844 auf ein
billiges Verfahren, alle Sorten von Flüssigkeiten zu erhitzen, und
auf eine neue mechanische Einrichtung, durch welche Feuer in einer
bisher nicht benutzten Weise angewendet wird. Fall legte in das Innere
des Dampfkessels eine Rohrschlange ein, durch welche die Feuergase
hindurchgeführt und auf diese Weise nach Möglichkeit ausgenutzt wurden.
Fall ging jedoch noch weiter, indem er die Wärme der Feuergase mehrfach
ausnutzte. Zu diesem Zweck ordnete er mehrere Kessel nebeneinander
in der Weise an, daß die Feuergase, nachdem sie den einen Kessel
durchstrichen und beheizt hatten, in schlangenförmige Feuerzüge des
anderen Kessels hinübertraten. Auffallenderweise findet sich dieses
wichtige Patent in den ~Abridgements~ nicht verzeichnet.
Am 9. Oktober 1766 erhielt _William Blakey_ das Patent Nr. 848 auf
Verbesserungen der Saverymaschine. Diese Verbesserungen bestanden im
wesentlichen darin, daß er in dem oberen Teile des Zwischengefäßes
(Receiver) eine durchbrochene Platte einlegte und, um die Kondensation
des auf das zu hebende Wasser einwirkenden Dampfes zu verhüten,
zwischen beiden eine Ölschicht einfügte.
Am 3. Januar 1767 erhielt _John Stewart_ das Patent Nr. 859 auf eine
außerordentlich umständliche Einrichtung, um die hin und her gehende
Bewegung des Balanciers in eine drehende Bewegung umzusetzen. Im Jahre
1767 wurde bei Grosetto, in der Nähe von Castiglione in Toskana, auf
einer Saline eine Saverymaschine zum Heben von Wasser errichtet.
In demselben Jahre (am 25. März 1767) wurde an _John Barber_ das
Patent Nr. 865 auf ein neues Verfahren erteilt, um Wasser aus Gruben
und Schiffen zu fördern, sowie Städte und andere Orte mit Wasser
zu versorgen und Lasten aller Art, insbesondere Kohle, mit Hilfe
von Feuer, von Wasser oder durch beides zu heben. Leider lassen
Beschreibung und Zeichnung die Wirkungsweise der in Vorschlag
gebrachten Einrichtungen nicht klar erkennen.
Daß die damaligen im Betriebe befindlichen Dampfmaschinen sehr
kostspielig waren, geht u. a. auch aus dem Patent Nr. 875 (_Duncombe_
und _Polile_) hervor. In diesem Patent tritt der allgemein beobachtete
Mißstand der damaligen Dampfmaschine, im Betriebe unwirtschaftlich zu
sein, in die Erscheinung. Die Erfinder geben als Zweck ihrer Maschine
den Antrieb von Bratspießen und das Fördern von Wasser aus Bergwerken
an. Zugleich aber weisen sie darauf hin, daß durch ihre Maschine den
Grubenbesitzern _die hohen Kosten der Feuermaschinen_ und anderen
Maschinen erspart werden sollen.
Am 5. Juli 1768 erhielt _Joseph Hateley_ unter Nr. 895 ein Patent auf
„eine neue Feuermaschine mit Kessel, beide von besonderer Art“. Das
Wesentliche der Maschine bestand darin, daß der Zylinder mit einem
Mantel versehen war, in welchem zur Beschleunigung der Kondensation
des Dampfes Kühlwasser zirkulierte. Auch der Kolben besaß einen zur
Aufnahme von Kühlwasser dienenden Hohlraum. Bei dem Dampfkessel
hatte Hateley sich es angelegen sein lassen, die Feuergase tunlichst
auszunutzen. Zu diesem Zwecke wurden diese nicht allein um den Kessel
herumgeleitet, sondern auch mittels eines in den Kessel eingenieteten
Rohres durch das Innere des Kessels hindurchgeführt. Die Maschine
sollte zum Betriebe von Getreidemühlen, Walzwerken und Bohrmaschinen
zum Ausbohren von Zylindern, Geschützrohren und sonstigen Rohren dienen.
Ein am 14. März 1768 unter Nr. 897 an _Samuel Wise_ erteiltes Patent
betrifft eine Vorrichtung, um die hin und her gehende Bewegung des
Balanciers in eine drehende umzuwandeln. Von dem Balancier aus wurde
mittels einer Kette eine wagerechte Welle in eine hin und her gehende
Bewegung versetzt. Auf dieser Welle waren zwei Zahnräder befestigt, die
nur auf der Hälfte ihres Umfanges Zähne besaßen und abwechselnd in ein
an einer stehenden Welle angebrachtes, ebenfalls nur auf der Hälfte
seines Umfanges mit Zähnen versehenes Rad eingriffen und die Welle in
stetige Drehung versetzten.
In demselben Jahre schlug R. _Lovel Edgeworth_ vor, Wagen mit Hilfe des
Dampfes zu treiben.
Um diese Zeit beschäftigte sich auch _Nicolaus Cugnot_ in Paris mit
der Konstruktion eines Dampfwagens, den er dann auch unter Beihilfe
des Kriegsministers im Jahre 1770 vollendete. Dieser Dampfwagen
konnte 12-15 Minuten lang mit einer Stundengeschwindigkeit von 4 ~km~
laufen, mußte aber dann anhalten, um von neuem Dampf zu schaffen.
Auf dem Vorderteile des Wagens stand der sehr einfach eingerichtete
Dampfkessel, dahinter die Dampfmaschine, die mittels eines Sperrwerkes
das Vorderrad in Drehung versetzte. Der Wagen hatte nur drei Räder,
eins vorn, zwei hinten. Die Dampfmaschine besaß zwei Zylinder von je
330 ~mm~ Durchmesser. Die Steuerung der Maschine bestand in einem mit
entsprechenden Bohrungen versehenen Hahn, der von dem Kolben aus mit
Hilfe einer Kette bewegt wurde.
Inzwischen hatte nun bereits die Tätigkeit desjenigen Mannes begonnen,
dem es beschieden sein sollte, auf Grund der vervollkommneten Kenntnis
des Wesens des Wasserdampfes und auf Grund eigener Versuche, in hohem
Geistesfluge seinen Zeitgenossen weit vorauseilend, die Dampfmaschine
zu dem gewaltigen Rüstzeug des Fortschritts zu machen, das sie hinfort
bilden sollte. Schon im Jahre 1759 hatte _James Watt_ auf Anregung
Robisons sich mit dem Plan, die Dampfkraft zum Antrieb von Fahrzeugen
zu verwenden, befaßt, ohne sich jedoch hierfür erwärmen zu können. So
ließ er sich noch im Jahre 1769 in einem an ~Dr.~ Small gerichteten
Briefe über einen derartigen Plan des Londoner Leinenhändlers Moore wie
folgt aus: „Wenn der Leinenhändler Moore nicht meine Maschine anwendet,
um seine Wagen zu treiben, so kann er überhaupt zu keinem Ergebnis
kommen, und wenn er es tut, werde ich ihn daran hindern.“
Wir sind in unseren bisherigen Mitteilungen mehrfach Versuchen
begegnet, in die Erkenntnis des Wesens des Wasserdampfes einzudringen.
Wenngleich das Altertum einen Unterschied zwischen Dampf und Luft nicht
kannte, so mußte sich dennoch schon bei den von Heron von Alexandrien
beschriebenen Vorrichtungen dieser Unterschied unwillkürlich geltend
machen. Jedoch auch Salomon de Caus huldigte, wie wir gesehen haben,
noch den Anschauungen des Altertums, insbesondere denen des Aristoteles.
Papins unsterbliches Verdienst war es, durch Benutzung des Kolbens
als Kraftaufnehmer der späteren Entwicklung der Dampfmaschine, wie
sie sich zuerst durch Newcomen und Cawley vollzog, die Wege gewiesen
zu haben. Leider gelang es Papin nicht, des größten Fehlers seiner
Maschine, des hohen Dampfverbrauchs, Herr zu werden. Der von ihm in
Vorschlag gebrachte, durch einen eisernen Bolzen erwärmte Kolben
(Abb. 25) konnte für einen sparsameren Dampfverbrauch bei weitem
nicht genügen. Auch mußte die Maschine stets zum Stillstand gebracht
werden, wenn ein erwärmter Bolzen von neuem in den Kolben eingebracht
werden mußte. Allerdings bot die Dampfmaschine von Newcomen und Cawley
gegenüber derjenigen Papins erhebliche Vorzüge, die im wesentlichen
rein baulicher Natur waren, sich aber bezüglich der Ausnutzung der
Dampfkraft sehr vorteilhaft bemerkbar machten. Hier ist die gute
Abdichtung des Kolbens im Dampfzylinder besonders hervorzuheben, die
ein Hinübertreten des Kühlwassers über den Kolben hinaus und hiermit
eine Abkühlung des Zylinders bis zu einem gewissen Grade verhütete.
Jedoch auch diese Maschine nutzte den Dampfdruck nur mangelhaft aus;
sie erforderte daher Zylinder von großem Durchmesser.
Vom Beginn des 17. Jahrhunderts ab, also zu einer Zeit, die ohnehin
schon der Dampfmaschine eine kräftige Förderung brachte, vollzog
sich auch ein großer Fortschritt auf dem Gebiete der Kenntnis der
luftförmigen Körper: Johann Baptist van Helmont (geb. 1577, gest.
1644) unterschied zwei Arten von Luft, nämlich eine solche, die ihre
luftförmige Beschaffenheit auch dann beibehält, wenn sie abgekühlt
wird, und eine solche, welche, um luftförmig zu bleiben, der Zufuhr von
Wärme bedarf, anderenfalls aber sich verdichtet, kondensiert. Die erste
Art von Luft bezeichnet van Helmont als _Gas_.
_Halley_ (geb. 1656, gest. 1742) erklärte das Wesen des Wasserdampfes
dahin, daß dieser aus kleinen hohlen Wasserbläschen bestehe, die mit
verdünnter Luft gefüllt seien. Infolgedessen steige der Dampf, da
er leichter als die atmosphärische Luft sei, in dieser in die Höhe.
_Derhem_ wollte diese Wasserbläschen unter dem Vergrößerungsglase
erkannt haben. Der Kanzler der Universität Halle, _Chr. Wolf_ (geb.
1679, gest. 1754), versuchte den Grad der Verdünnung der Luft in den
Wasserbläschen festzustellen. _Christian Gottlieb Kratzenstein_ (geb.
1723, gest. 1795) befaßte sich ebenfalls mit der Erforschung der
Wasserbläschen und gab ihren Durchmesser zu 1/50000 Zoll an.
Das Streben der Physiker, sich mit dem Wesen des Wasserdampfes zu
befassen, erfuhr eine erfreuliche Anregung durch ein Preisausschreiben,
das die Akademie der Wissenschaften zu Bordeaux im Jahre 1743
ausschrieb für die Erklärung des Umstandes, daß der Wasserdampf nach
aufwärts steigt. Aus der Zahl der eingegangenen Preisbewerbungen wurden
zwei mit einem Preise bedacht. Den einen Preis erhielt _Kratzenstein_,
der bereits den Durchmesser der Wasserbläschen berechnet hatte und sich
auf den Boden der Bläschentheorie Halleys stellte.
Einen hiervon völlig abweichenden Standpunkt nahm die andere
Preisarbeit ein, deren Verfasser _Georg E. Hamberger_ war. Nach
Hambergers Auffassung löst sich das Wasser in der Luft in derselben
Weise wie das Salz im Wasser. Auf dieser Lösungstheorie weiter bauend,
wies dann _Charles le Roy_ (geb. 1726, gest. 1779) darauf hin, daß in
derselben Weise, wie man in Wasser nur eine beschränkte Menge Salz
zu lösen vermöge, auch die Luft nur eine beschränkte Menge Wasser
aufnehmen könne. Er erkannte also bereits das Wesen der _Sättigung_
und bezeichnete Luft, die Wasser nicht mehr aufzunehmen vermag, als
gesättigt, wie man eine Salzlösung, die weiteres Salz nicht mehr
aufnehmen kann, als gesättigt benennt.
Das einer gesättigten Lösung zugeführte Salz löst sich nicht auf,
sondern setzt sich auf dem Grunde der Lösung ab. Die gleichartige
Erscheinung tritt ein, wenn man in den gesättigten Wasserdampf weitere
Dampfmengen einführt; alsdann schlägt sich dieser Dampf zu Tropfen
nieder. Entsprechend der Tatsache, daß warmes Wasser mehr Salz auflöst
als kaltes Wasser, kam le Roy zu der Erkenntnis, daß warme Luft mehr
Wasser löst als kalte Luft, also mehr Dampf enthält als diese. Sinkt
die Temperatur der Luft, so scheidet sich der in dieser enthaltene
Wasserdampf als Tau ab.
Wird gesättigter Dampf weiter erhitzt, so entsteht der sogenannte
überhitzte Dampf. In der neuesten Zeit hat dieser Dampf insbesondere
zum Antrieb von Lokomotiven eine große Bedeutung erlangt. Die ihm
innewohnenden Vorzüge, die sich in einer großen Ersparnis an Brennstoff
geltend machen, haben ihm, nebenbei gesagt, den Namen „Edeldampf“
eingetragen. Dieser überhitzte Wasserdampf kann abgekühlt werden, ohne
daß er sofort zu Wasser kondensiert.
Die Theorie Hambergers gab eine gute Erklärung der Tatsache, daß das
Wasser schneller verdampft, wenn es von einem Luftstrom überfahren
wird, als wenn die auf dem Wasser lastende Luft in Ruhe ist. Diese
Erklärung läuft darauf hinaus, daß die auf dem Wasser lastende Luft
sich alsbald mit Wasserdampf sättigt, infolgedessen hier eine weitere
Verdunstung des Wassers nicht mehr möglich ist. Wird dagegen die über
dem Wasser befindliche Luft in Bewegung versetzt, so kommt mit der
Oberfläche des Wassers immer von neuem frische ungesättigte Luft in
Berührung, die imstande ist, Wasserdampf in sich aufzunehmen.
Eine für die Verwendung des Wasserdampfes, insbesondere für Kochzwecke,
überaus wichtige Beobachtung, der bereits Papin, als er zur Erfindung
des nach ihm benannten Kochtopfes gelangte, sehr nahe gekommen war,
machte der Professor der Chemie zu Upsala, _Wallerius Ericson_ (geb.
1709, gest. 1785). Dieser stellte fest, daß Flüssigkeiten schneller im
luftleeren Raume als unter dem Druck der Atmosphäre verdampften. Da
nun bei dem Verdampfen unter Luftleere von einem Lösen des Wassers in
Luft nicht mehr die Rede sein konnte, versagte jetzt die Hambergersche
Lösungstheorie.
Hier nun setzte die Tätigkeit des mit James Watt befreundeten
_Joseph Black_ ein, der sich mit der Erforschung jener Erscheinungen
beschäftigte und Watt veranlaßte, ebenfalls Versuche anzustellen.
Bei dem Erwärmen von Wasser in einem Gefäß ist die erste Folge, daß die
in dem Wasser enthaltene Luft in Form von Luftbläschen nach oben hin
entweicht. Nunmehr bildet sich Dampf auf dem der Wärmequelle zunächst
liegenden Boden des Gefäßes. Dampfblasen steigen in dem Wasser empor,
können aber nicht die Oberfläche des Wassers erreichen, da die oberen
Wasserschichten noch nicht genügend erwärmt sind. Die Folge hiervon
ist das sogenannte Singen des Wassers, das aus der zitternden Bewegung
sich ergibt, in welche das Wasser und das Gefäß durch die bei ihrem
Aufwärtssteigen auf Widerstand stoßenden Dampfbläschen versetzt werden.
Hört das „Singen“ auf, so ist dies ein Zeichen dafür, daß nunmehr
die sämtlichen Wasserschichten zum Sieden gebracht sind, und die
Dampfbläschen ungehindert nach oben steigen können. Das „Singen“ geht
also dem Beginn des Kochens unmittelbar vorher. Während des Kochens
oder Siedens tritt eine Zunahme der Temperatur trotz fortgesetzter
Wärmezufuhr nicht ein.
Um diese überraschende Erscheinung zu erklären, nahm man an, daß die
Verwandlung des Wassers in Dampf sich nur auf dem Boden des Gefäßes
vollziehe, und daß die Wasserschichten die zu ihrer Verdampfung nötige
Temperatur erst dann erreichen, nachdem sie den Gefäßboden berührten.
Würde die ganze Wassersäule zugleich auf die Siedetemperatur gebracht,
so genügte die geringste Wärmezufuhr, um augenblicklich die gesamte
Wassermenge in Dampf zu verwandeln.
Black, dem diese Erklärung nicht genügte, stellte zunächst fest, daß,
wenn Wasser zum Sieden gebracht und auf gleichmäßiges Feuer gebracht
wird, in gleichen Zeitabschnitten gleiche Mengen Dampf erzeugt werden.
Des weiteren stellte er fest, wieviel Zeit vergeht, bis eine gewisse
Wassermenge von einer gleichförmigen Flamme zum Sieden gebracht und
vollkommen verdampft wird.
James Watt, der, wie wir bereits berichteten, mit Black befreundet
war, machte in derselben Richtung folgende Versuche: Er brachte in
einem offenen Papinschen Topf Wasser zum Sieden, und zwar so, daß in
einer halben Stunde die Oberfläche des Wassers um einen Zoll sank.
Hierauf unterbrach er das Sieden, fügte so viel Wasser hinzu, wie
verdampft war, und brachte den Topf wiederum auf die in gleicher Stärke
unterhaltene Flamme. Als das Sieden begann, schloß er den Dampfhahn und
ließ nun eine halbe Stunde vergehen. Als er dann den Dampfhahn öffnete,
strömte der Dampf innerhalb zwei Minuten aus und die Oberfläche des
Wassers sank wieder um einen Zoll. Hieraus ergab sich, daß die Wärme,
die von dem Wasser innerhalb einer halben Stunde aufgenommen wurde,
entweder langsam innerhalb einer halben Stunde oder schnell innerhalb
zwei Minuten dieselbe Wassermenge verdampfen konnte. Black zeigte auch,
daß der Dampf bei seiner Bildung Wärme „bindet“ und bei der Verdichtung
wieder dieselbe Wärmemenge frei gibt.
James Watts Verdienste bestehen darin, daß er den Wärmeverbrauch
bei der Verdampfung und die Abhängigkeit des Dampfdruckes von der
Temperatur untersuchte und die Gesetze, die für die Verdichtung
des Dampfes maßgeblich sind, ermittelte. Er erkannte hierbei als
hauptsächlichsten Grund des hohen Dampfverbrauchs der Newcomenmaschine,
daß bei jedem Kolbenhub kaltes Wasser in den Dampfzylinder gespritzt
wurde. Dieses hatte zur Folge, daß der von neuem in den Zylinder
eingeführte Dampf zur Erwärmung des Zylinders notwendig war. Aus dieser
Erkenntnis leitete Watt die Forderung ab, daß die Kondensation des
Dampfes tunlichst schnell bewirkt werden müsse, ohne daß der Zylinder
sich abkühlte. Zu diesem Zweck führte er zunächst den Zylinder aus
Holz aus. Da aber in einem hölzernen Zylinder eine dampfdichte Führung
des Kolbens infolge Verwerfens der Holzwandungen nicht zu erreichen
war, wandte er sich alsbald wiederum dem eisernen Zylinder zu, den er
durch ein Rohr mit einem besonderen Behälter in Verbindung brachte, der
kaltes Wasser enthielt. Diesen Behälter nannte Watt „Kondensator“. Die
bahnbrechende Folge dieser Neuerung des von dem Zylinder getrennten
selbständigen Kondensiergefäßes bestand darin, daß der Dampf
niedergeschlagen wurde, ohne daß der Dampfzylinder abgekühlt wurde.
Den Kondensator erhielt Watt dadurch andauernd auf der erforderlichen
niedrigen Temperatur, daß er durch eine von der Maschine angetriebene
Pumpe in denselben stets kaltes Wasser einspritzte, während eine zweite
Pumpe, die sogenannte Warmwasserpumpe oder Luftpumpe, das kondensierte
Wasser aus dem Kondensator hinaussaugte. Die Bezeichnung Luftpumpe
trifft um deswillen zu, weil diese Pumpe neben dem Wasser auch die in
dem kalten Wasser und in dem Dampf enthaltene Luft abführt. Das aus dem
Kondensator ausgepumpte warme Wasser führte Watt dem Dampfkessel zu,
wodurch eine weitgehende Ersparnis an Brennstoffen erzielt wurde.
Die mit diesen Wattschen Verbesserungen ausgestattete Dampfmaschine hat
folgenden Arbeitsgang: Wenn der Kolben sich in seiner tiefsten Stellung
befindet, wird unterhalb desselben Dampf eingeführt, infolgedessen
sich der Kolben aufwärts bewegt; währenddessen ist die Verbindung
zwischen Zylinder und Kondensator abgeschlossen. Hat der Kolben die
höchste Stellung erreicht, so wird die Dampfzufuhr geschlossen,
zugleich aber die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Kondensator
geöffnet. Infolgedessen wird der unterhalb des Kolbens befindliche
Dampf kondensiert und der Kolben geht unter Einwirkung des Druckes der
Atmosphäre abwärts.
Auf diese die Dampfmaschine erst lebensfähig machende Neuerungen
erhielt James Watt, nachdem er am 5. Januar 1769 den vorläufigen
Schutz eines Königlichen Privilegs bekommen hatte, das Patent Nr. 913.
Dasselbe hat folgenden Wortlaut:
~A. D.~ 1769 Nr. 913.
Dampfmaschinen etc.
_Watts Patentbeschreibung_.
$Allen denjenigen, welchen dieses Schriftstück zu Gesicht gelangt$,
sende ich, James Watt, aus Glasgow in Schottland, Kaufmann, meinen Gruß.
$Sintemal$ Seine Allerhöchste Majestät, König Georg der Dritte, durch
seinen Patentbrief unter beigedrucktem Großsiegel von Großbritannien
vom 5. Januar des neunten Regierungsjahres Seiner Majestät mir, dem
genannten James Watt, seine besondere Erlaubnis, Vollmacht, Privilegium
und Befugnis gab, daß ich, der genannte James Watt, meine Vollstrecker,
Verwalter und Bevollmächtigten während einer bestimmten Reihe von
Jahren meine „$Neu erfundene Methode der Verminderung des Verbrauchs
von Dampf und Brennstoff in Feuermaschinen$“ zu benutzen, auszuüben
und zu verkaufen befugt bin, und zwar überall in demjenigen Teile des
Königreiches Groß-Britannien, welcher England genannt wird, in der
Herrschaft Wales, in der Stadt Berwick am Tweed und ferner in Seiner
Majestät Kolonien und Ansiedlungen, und ich, der erwähnte James Watt,
in dem erwähnten Patentbriefe verpflichtet werde, unter Unterschrift
und Siegel eine eingehende Beschreibung des Wesens meiner Erfindung zu
geben, welche in Seiner Majestät Hoher Hofkanzlei eingetragen werden
soll, innerhalb vier Monate nach dem Datum des erwähnten Patentbriefes:
$So wisset nun$, daß in Erfüllung der genannten Verpflichtung und
Festsetzung ich, der erwähnte James Watt, erkläre, daß das Folgende
eine eingehende Beschreibung meiner in Rede stehenden Erfindung und der
Art und Weise, in welcher dieselbe zur Ausführung gelangt, ist,
(das will sagen): --
Mein Verfahren der Verminderung des Verbrauches an Dampf und, hierdurch
bedingt, des Brennstoffes in Feuermaschinen setzt sich aus folgenden
Prinzipien zusammen:
Erstens, das Gefäß, in welchem die Kräfte des Dampfes zum Antrieb
der Maschine Anwendung finden sollen, welches bei gewöhnlichen
Feuermaschinen Dampfcylinder genannt wird und welches ich Dampfgefäß
nenne, muß während der ganzen Zeit, wo die Maschine arbeitet, so heiß
erhalten werden, als der Dampf bei seinem Eintritte ist, und zwar
erstens dadurch, daß man das Gefäß mit einem Mantel aus Holz oder einem
anderen die Wärme schlecht leitenden Material umgibt, daß man dasselbe
zweitens mit Dampf oder anderweitigen erhitzten Körpern umgibt, und daß
man drittens darauf achtet, daß weder Wasser noch ein anderer Körper
von niedrigerer Wärme als der Dampf in das Gefäß eintritt oder dasselbe
berührt.
Zweitens muß der Dampf bei solchen Maschinen, welche ganz oder
teilweise mit Kondensation arbeiten, in Gefäßen zur Kondensation
gebracht werden, welche von den Dampfgefäßen oder -Cylindern getrennt
sind und nur von Zeit zu Zeit mit diesen in Verbindung stehen. Diese
Gefäße nenne ich Kondensatoren und sollen dieselben, während die
Maschinen arbeiten, durch Anwendung von Wasser oder anderer kalter
Körper mindestens so kühl erhalten werden als die die Maschine
umgebende Luft.
Drittens, sobald Luft oder andere durch die Kälte des Kondensators
nicht kondensierte elastische Dämpfe den Gang der Maschine stören,
so sind dieselben mittels Pumpen, welche durch die Maschine selbst
betrieben werden, oder auf andere Weise aus den Dampfgefäßen oder
Kondensatoren zu entfernen.
Viertens beabsichtige ich in vielen Fällen die Expansionskraft des
Dampfes zum Antrieb der Kolben oder was an deren Stelle angewendet
wird, zu gebrauchen, in derselben Weise, wie der Druck der Atmosphäre
jetzt bei gewöhnlichen Feuermaschinen benutzt wird. In Fällen, wo
kaltes Wasser nicht in Fülle vorhanden ist, können die Maschinen durch
diese Dampfkraft allein betrieben werden, indem man den Dampf, nachdem
er seine Arbeit getan hat (~after it has done its office~) in die freie
Luft austreten läßt.
Fünftens, wo Bewegungen um eine Achse verlangt werden, stelle ich
die Dampfgefäße in Form von hohlen Ringen oder kreisförmigen Kanälen
her, mit besonderen Ein- und Auslässen für den Dampf, und montiere
dieselben auf horizontalen Achsen wie die Räder der Wassermühlen.
In denselben ist eine Anzahl von Ventilen angebracht, welche einem
Körper nur in einer Richtung durch den Kanal umzulaufen gestatten. In
diesen Dampfgefäßen sind Gewichte angebracht, welche die Kanäle zum
Teil ausfüllen und durch die noch anzugebenden Mittel in denselben
bewegt werden. Wenn der Dampf in diese Maschinen zwischen jene
Gewichte und die Ventile eingelassen wird, so drückt er gegen beide
gleichmäßig, so zwar, daß er das Gewicht nach der einen Seite des
Rades hebt und infolge der gegen die Ventile wirkenden Reaktion das
Rad in Drehung versetzt, wobei die Ventile sich in derjenigen Richtung
öffnen, in welcher die Gewichte Druck empfangen, aber nicht in der
entgegengesetzten. Währenddem, daß das Dampfgefäß sich dreht, wird es
mit Dampf vom Kessel aus gespeist, und derjenige Dampf, welcher seine
Arbeit geleistet hat, kann entweder durch Kondensation niedergeschlagen
oder in die freie Luft entlassen werden.
Sechstens will ich in einigen Fällen einen gewissen Grad von Kälte
anwenden, welcher den Dampf allerdings nicht in Wasser zu verwandeln,
wohl aber beträchtlich zu verdichten vermag, so daß die Maschinen
abwechselnd mit Expansion und Kontraktion des Dampfes arbeiten.
Endlich wende ich zur dampf- und luftdichten Dichtung des Kolbens oder
anderer Maschinenteile an Stelle von Wasser Oele, harzige Körper,
Tierfett, Quecksilber und andere Metalle in flüssigem Zustande an.
Zur Bezeugung dessen habe ich am heutigen Tage, am fünfundzwanzigsten
April im Jahre unseres Herrn Ein Tausend Sieben Hundert und
neunundsechzig meinen Namenszug und mein Siegel hierunter gesetzt.
$James Watt.$ (~L. S.~)