Um die hierbei maßgeblichen Verbesserungen und Grundsätze zu erläutern,
habe ich in der beigefügten Zeichnung (Abb. 31) einen Hohlzylinder im
Schnitt dargestellt.
Dieser erwähnte Zylinder ist an seinem unteren Ende durch seinen Boden
~_CD_~ vollständig abgeschlossen und auch an seinem oberen Ende durch
seinen Deckel ~_AB_~ verschlossen. Der kräftige Kolben ~_EF_~ ist dem
Zylinder genau angepaßt, so daß er mit Leichtigkeit auf und ab gleiten
kann, ohne irgendwelchen Dampf neben sich hindurchgehen zu lassen. Der
Kolben hängt an einer oder an mehreren Stangen ~_GH_~, welche in einer
im Deckel ~_AB_~ angebrachten Öffnung hin- und hergleiten können, wobei
ihre Umfläche luft- und dampfdicht durch einen Strang von Werg oder
anderem geeigneten Stoff abgedichtet ist, der in der Büchse ~O~ liegt.
Und nahe dem oberen Ende des Zylinders ist eine Öffnung ~J~ vorgesehen,
um Dampf vom Dampfkessel eintreten zu lassen.
Der ganze Dampfzylinder ist soweit als möglich mit einem Hohlraum
~_MM_~ umgeben, der Dampf enthält, oder dem auf irgendeine andere Weise
dieselbe Hitze bewahrt bleibt, wie sie das Wasser im Dampfkessel oder
der aus dem Kessel kommende Dampf besitzt.
Wir wollen nun annehmen, der Kolben sei so nahe als möglich an den
oberen Rand des Zylinders emporgehoben, und der Raum unterhalb
desselben sei von Luft, Dampf und anderen Flüssigkeiten entleert. Wir
wollen des weiteren annehmen, daß der vom Dampfkessel her oberhalb
des Kolbens eintretende Dampf die selbige Dichtigkeit oder Federkraft
besitze wie der Luftdruck der Atmosphäre, oder die Fähigkeit besitze,
eine Quecksilbersäule von 30 Zoll Höhe im Barometer zu tragen. Dann, so
behaupte ich, wird der Druck oder die Federkraft auf jedem Quadratzoll
der oberen Fläche des Kolbens ungefähr 14 Pfund betragen, und diese
Kraft wird, wenn sie während eines ganzen Maschinenhubes auf den Kolben
zur Einwirkung gelangt und zum Antrieb einer oder mehrerer Pumpen, sei
es mittelbar oder unmittelbar, benutzt wird, während des ganzen Hubes
eine Wassersäule fördern, deren Gewicht zehn Pfund auf den Quadratzoll
des Kolbens beträgt, außer der Reibung und der dem Wasser und den
Maschinenteilen innewohnenden Trägheit. Unter der Annahme aber, daß
die gesamte Entfernung von der Unterseite des Kolbens bis zum Grunde
des Zylinders acht Fuß beträgt, und daß die Dampfzufuhr vom Kessel
vollständig abgeschnitten ist, wenn der Kolben bis zum Punkt ~K~ zwei
Fuß oder ein Viertel des Hubes des Kolbens abwärts gegangen ist,
behaupte ich, daß, wenn der Kolben die Hälfte seines Hubes zurückgelegt
hat, die Federkraft des Dampfes die Hälfte der ursprünglichen Kraft
betragen wird. Des weiteren wird, wenn der Kolben bei ~P~ angelangt
ist, die Kraft des Dampfes ein Drittel der ursprünglichen Kraft
betragen oder 4⅔ Pfund auf jeden Quadratzoll der Kolbenfläche.
Ferner wird, wenn der Kolben am Ende seines Hubes angelangt ist, die
Federkraft des Dampfes ein Viertel seiner ursprünglichen Kraft betragen
oder 3½ Pfund auf den Quadratzoll der Kolbenfläche.
Des weiteren behaupte ich, daß die Federkräfte des Dampfes in den
übrigen Abschnitten der Zylinderlänge, die durch die Horizontallinien
oder Ordinaten der Kurve ~_KL_~ dargestellt und in dem Zylinder
aufgetragen sind, durch die in Dezimalbrüchen der ursprünglichen Kraft
ausgedrückten Zahlen dargestellt werden.
Und des weiteren behaupte ich, daß die Summe aller dieser Kräfte größer
ist als 57 Hundertstel der ursprünglichen Kraft, multipliziert mit der
Länge des Zylinders.
Demnach leuchtet ein, daß nur ein Viertel des zur Füllung des ganzen
Zylinders erforderlichen Dampfes zur Anwendung gelangt, und daß der
erzielte Effekt mehr als die Hälfte des Effekts beträgt, der durch
einen ganz mit Dampf gefüllten Zylinder erreicht wird, wenn der Dampf
während des ganzen Niederganges des Kolbens frei über dem Kolben zum
Eintritt gelangt wäre.
_Hieraus folgt, daß die sogenannte neue oder Expansionsmaschine
imstande ist, Wassersäulen zu heben, deren Gewichte entsprechen einem
Gewicht von fünf Pfund auf jeden Quadratzoll der Kolbenfläche, und zwar
mit Dampf von einem Viertel Inhalt des Zylinders._
Obgleich ich nun die _Viertelfüllung_ hier anführe, so muß ich dennoch
bemerken, daß ein anderes Füllungsverhältnis oder andere Abmessungen
des Zylinders ähnliche Erfolge herbeiführen können, und daß ich in der
Praxis diese Verhältnisse je nach der Eigenart des vorliegenden Falles
ändere.“
Diese Ausnutzung der Expansion des Dampfes führte Watt dann später auf
die Erfindung des Indikators, eines Instrumentes, das selbsttätig die
Expansionskurven des Dampfes aufzeichnet.
Der weitere Inhalt der Patenturkunde beschäftigt sich sodann mit
den Mitteln zur Erzielung eines gleichmäßigen Ganges der Maschine.
Dieser wird stark durch den Umstand beeinträchtigt, daß die vom Dampf
ausgeübte Kraft ungleichmäßig ausfällt, während das Gewicht des zu
hebenden Wassers und die sonst von der Maschine zu leistende Arbeit
als gleichmäßig anzunehmen ist.
Alsdann wendet sich Watt der _zweiten_ von ihm erfundenen Verbesserung
der Dampfmaschine zu, nämlich deren _doppelt wirkender Anordnung_.
„Meine zweite Verbesserung der Dampf- oder Feuermaschine besteht darin,
daß ich die Federkraft des Dampfes dazu benutze, den Kolben aufwärts
und auch abwärts zu bewegen, indem ich eine Luftleere ober- oder
unterhalb des Kolbens herbeiführe und den Dampf zu derselben Zeit zur
Einwirkung auf den Kolben in demjenigen Teile des Zylinders bringe,
der nicht ausgepumpt (~exhausted~) ist. Demnach kann eine derartig
eingerichtete Maschine in derselben Zeit das Zweifache derjenigen
Arbeit verrichten, die bisher von einer einfach wirkenden Maschine
geleistet ist.“
Die dritte Verbesserung, die Watt vorschlug, bestand darin, daß er
die Dampfzylinder und -Gefäße von zwei oder mehreren Dampfmaschinen
miteinander vereinigte.
Die vierte Verbesserung bezog sich auf gewisse mechanische
Einrichtungen, um die Gestänge und Kolben der Pumpen mit dem
Triebbalken, dem Balancier, zu verbinden.
Die fünfte Verbesserung bezog sich auf die Ausgestaltung der
Dampfgefäße, indem diese entweder als hohle Zylinder oder als andere
regelmäßig runde Hohlkörper oder in Gestalt größerer oder kleinerer
Segmente oder Sektoren derartiger Körper ausgebildet wurden.
Am 28. April 1784 erhielt Watt das Patent Nr. 1432 auf „_gewisse neue
Verbesserungen der Feuer- oder Dampfmaschine und auf Maschinen, die
durch dieselbe betätigt und bewegt werden_.“
Dieses Patent betrifft neben anderen Einrichtungen das sogenannte
_Wattsche Parallelogramm_, d. i. diejenige Vorrichtung, die Watt
in mehreren Ausführungsformen erfand, um die geradlinige auf und
ab gehende Kolbenstange mit der nach einem Kreisbogen schwingenden
Bewegung des Balanciers in Einklang zu bringen, ohne hierzu der bis
dahin gebräuchlichen Ketten zu bedürfen.
Der auf diese bahnbrechende Erfindung, für welche Watt mehrere
Ausführungsformen vorschlug, bezügliche Teil der Patenturkunde hat
folgenden Wortlaut:
„~_AA_~ (Abb. 32) ist der Triebbalken oder Balancier der Maschine;
~B D~ ist die Kolben- oder Pumpenstange. ~_CDE_~ sind zwei hölzerne
oder eiserne Stangen, die bei ~E~ und ~D~ mit dem Balancier bzw. mit
dem oberen Ende der Kolbenstange verbunden sind und bei ~C~ an den
Schwingarm ~_CF_~ angelenkt sind, dessen anderes Ende ~F~ an der Wand
des Maschinenhauses oder an einem sonstigen festen Punkte liegt. Wenn
der Balancier in Drehung um seine Achse ~G~ versetzt ist, so beschreibt
der Punkt E den Bogen ~_HEI_~ und der Punkt ~C~ beschreibt den Bogen
~_KCL_~ um den Punkt ~F~ als Mittelpunkt, und die Konvexitäten dieser
Bogen, die nach verschiedenen Richtungen hin liegen, heben gegenseitig
ihre von der geraden Linie sich vollziehenden Abweichungen auf. Die
Längen der Radien ~_GE_~ und ~_CF_~ und ihre Verhältnisse zueinander
können verändert werden, aber wenn der Radius ~_CF_~ im Verhältnis mehr
verlängert wird als ~_GE_~, so muß der Punkt ~D~ dementsprechend weiter
von ~E~ und näher an ~C~ gebracht werden, und umgekehrt, wie es sich
nach den Regeln der Geometrie ergibt. Der regulierende Radius oder Stab
~_CF_~ kann auch oberhalb des Balanciers angeordnet werden, und der
letztere kann bezüglich seiner Achse eine andere Anordnung erhalten, wo
sich dieses empfiehlt.“
[Illustration: Abbildung 32.
Wattsches Parallelogramm.
Aus: Muirhead, James Watts ~Mechanical Inventions. Plate 22.~
Fig. 9-11.]
Namen- und Sachverzeichnis.
Äolipile, 18. 25.
Agathias Scholastikos, 20.
Alberti 22.
Aldersey, 61.
Aleotti, 29.
Allen, 100.
Amontons, 69.
Anthemius, 20.
Archimedes, 9.
Architonitro, 10.
Aristoteles, 9. 113.
Automatentheater Herons von Alexandrien, 13.
Barber, 111.
Barbon, 67.
„Barons, The last of the“, 53.
Beake, 99.
Becher, 60.
Beighton, 92.
Bernouilli, 102.
Bewley, 100.
Billingsley, 99.
Black, 116.
Blakey, 110.
Blasco de Garay, 25.
Bourgeois, 32.
Boyle, 57.
Brachvogel, 39.
Branca, 44.
Bresson, 29.
Brindley, 106.
Bulwer, 53.
Bumpstead, 98.
Burton, 58.
Bushnell, 67.
„Der Bustard“, 22.
Buttall, 68.
Cardanus, 28.
Salomon de Caus, 33. 113.
Cawley, 89. 113.
Cesariano, 25.
Cinq Mars, 39.
Commandino, 29.
Coster, 98.
Cugnot, 112.
Dallow, 60.
Dampf, gesättigter, 114.
Dampfgeschütz, 10. 32. 65.
Dampfhammer, 47.
Dampfkessel, 100. 104.
Dampfkesselfeuerung, 104. 108. 110.
Dampfkesselspeisung, 107.
Dampforgel, 22.
Dampfrad, 44.
Dampfschiff,, 24. 25. 65. 69. 87. 101.
Dampfmantel 119.
Dampfturbine, 44.
Dampfwagen, 69. 112.
Deighton, 58.
Delorme, 29.
Derhem, 114.
Desaguliers, 53. 98.
Dickins, 98.
Digester, 59.
Dobrzenski, 48.
Doppelt wirkende Dampfmaschine, 129.
Drebbel, 43.
Druckwerke Herons von Alexandrien, 13.
Duncombe, 111.
Edgeworth, 112.
Einfach wirkende Dampfmaschine, 63. 118.
Ericson, 115.
Erzspanner, 10.
Expansion des Dampfes, 126.
Fall, 110.
Feuergewehr, 33.
Feuerrad, 69.
Feuerspritze, 14.
Feuerungen der Dampfkessel, 104. 108. 110.
Fitzgerald, 106.
Flower, 98.
Förderung von Kohlen, 109.
Galilei, 47.
Gebläse, 30.
Gebläsemaschine, 105.
Gerbert von Rheims, 22.
Geschütz, Dampf-, 10. 32. 65.
Gewehr, Feuer-, 33.
Gladwyn, 67.
Greenall, 108.
Grey, 98.
Grimaldi, 69.
v. Guericke, 47.
Hadley, 104.
Halley, 114.
Hamberger, 114.
Harris, 61.
Hateley, 111.
Hautefeuille, 57. 61.
Heber, 13.
v. Helmont, 113.
Heron v. Alexandrien, 12.
Heronsball, 16.
Hohlrost, 108.
Holland, 98.
Holtham, 100.
Hooke, 90.
Hudgeson, 67.
Hull, 101.
Huygens, 57. 60.
Jacke, 42.
„Jack of Hilton“, 30.
Indikator, 128.
John, 105.
Jones, 67.
Kircher, 47.
Klappenventil, 13.
Kolbenliderung, 92.
Kondensation, 35. 117.
Kratzenstein, 114.
Ktesibios, 10.
Kurbel, 103. 122.
Leibniz, 81. 85.
Leonardo da Vinci, 10. 23.
Leupold, 69. 92.
Leurechon, 42. 46.
Losvelt, 67.
Luftpumpe, 118.
v. Malmesbury, 22.
Mandell, 98.
Mathesius, 28.
Mechanischer Rost, 109.
Mehrfache Ausnutzung der Feuergase, 110.
Menzies, 108.
Meres, 99.
„Miner's Friend“, 74.
„Mon de Caus“, 39.
Moore, 112.
Morland, 57. 61.
de Moura, 104.
Newcomen, 89. 113.
Niblett, 98.
Nietung, 104.
Nuttall, 98.
Opfertanz, 16.
Orgel, Dampf-, 22.
Oriebar, 98.
Oxley, 109.
Papin, 59. 63. 73. 81.
Parallelogramm, Wattsches, 129.
Parrot, 104.
Pascal, 47.
Patentschriften, englische, 40.
Pawley, 60.
Payne, 100.
Periera, 69.
Perkins, 99.
Philon v. Byzanz, 12.
Planetenrad, 122.
Plat, Sir Hugh, 29.
Plott, 58.
Polile, 111.
della Porta, 30.
Porter, 92. 93.
Poyntz, 67.
„Der Püsterich“, 20. 22.
Pulvermaschine, 60. 100.
Ramseye, 42. 46.
Reaktionsschiff, 100. 102.
Receiver, 76. 108.
Rivault, 32.
Robinson, 99.
Robison, 106. 112.
Roebuck, 121.
Rollock, 54.
Rost, mechanischer, 109.
Roststab, Hohl-, 108.
Rotsipen, 47.
Rotierende Maschine, 69. 120.
Rowe, 99.
le Roy, 114.
Saugpumpe, 12.
Savery, 68. 73. 88.
Scappi, 29.
Schaufelrad, 28. 46.
Schiff, Dampf-, 24. 25. 65. 69. 87. 101.
Schiff, Reaktions-, 100. 102.
Selbsttätige Kesselspeisung, 107.
Seneca, 9.
Serle, 60.
Shuttleworth, 98.
Sicherheitsventil, 60.
Skyrin, 98.
Smeaton, 96.
Somerset, Marquis of Worcester, 47. 49. 109.
Sonnenkraftmaschine, 37.
Sonnenrad, 122.
Springender Ball, 17.
Spritze, 14.
Steuerung, 85. 92.
Stevens, 104.
Stewart, 110.
Straton v. Lampsakos, 13.
Sylvester II., 22.
Theoreme Salomons de Caus, 34.
Thermoskop, 12.
Threwren, 61.
Togood, 49.
Torricelli, 47.
Tredenham, 61.
Triewald, 98.
Ventil, 13.
Ventil, Sicherheits-, 60.
Verdampfung, 31.
Vereinigung der Besitzer der Erfindung, Wasser durch Feuer
zu heben, 99.
Vincent, 60.
Vitruvius, 19.
Vivian, 61.
Vorwärmung des Kesselspeisewassers, 108.
Vreem, 98.
Waine, 49.
Wallin, 99.
Warmluft, 13. 24.
Wasserdampf, 13. 59. 113.
Wasserhebung, 30. 36. 46. 50 u. ff.
Watt, 110. 112. 117.
Wauchope, 96. 99.
Weale, 60.
Wildgosse, 42.
Wilkinson, 105.
Wilkins, 47.
Wise, 102. 111.
Wolf, 114.
Wood, 107.
Worcester, Marquis, 47. 49. 109.
Wright, 105.
Yarnald, 68.
Zeno, 20.