Chapter 5

Abbildung 25.Papins zweite Dampfmaschine.Aus: Leupold,Theatrum Machinarum Generale.Tab. 53, Fig. 1.

Am 29. November 1706 übersandte Papin ein Exemplar dieser Druckschrift an Leibniz mit der Bitte, dieser möge sich über deren Inhalt äußern.

Leupold gibt in seinem im Jahre 1724 erschienenenTheatrum Machinarum generale§ 389 folgende Beschreibung dieser zweiten Papinschen Maschine:

„A(Abb.25) ist die küpfferne Blase oder Kugel, im Diametro 20 Zoll, hoch 26 Zoll. Diese wird in einen Ofen von gebrannten Ziegeln eingemauert, daß die Hitze die gantze Kugel wohl treffen kan. Gemeldte Kugel soll 2 Zoll obenher von der Wand abstehen. Aus dieser Kugel gehet oben eine krumme RöhreBB, die in der Mitte ein Epistomium oder HahnEhat. Die RöhreBsoll noch etwas zugleich im Feuer mit stehen. Oben auf inCist ein perpendikulairer TubusCC, durch welchen man das Wasser eingießen kann, der so lang ist, daß er durch das Gewölbe des Ofens durchlanget. Damit aber die Gewalt der Lufft nicht herausdringet, ist solches mit einem Deckel wohl zu verwahren; allein daß auch nicht etwa die Gewalt und Stärke der expandierten Lufft das GefäßAgar zersprengen möchte (wie es dem Papino selbst begegnet seyn soll) so lieget auf dem Deckel des Loches ein Hebelab, an welchen ein GewichtChanget, wenn anders die Gewalt so groß wird, sie ehr den Deckel mit dem Gewicht hebet als daß sie die Kugel zersprenget. Das RohrBBgehet in ein ander Cylindrisches GefäßDD, dahin die expandirte Lufft ausAdurch das EpistomiumEgelassen wird. Das kupfferne GefäßDD, so statt der Antlia oder des Stiefels, ist weit im Diametro 20 Zoll, und der Embolus oder Kolben 15 Zoll hoch, und muß das Gefäß so weit seyn, daß noch 200 Pfund Wasser Raum haben.

Ferner ist ein TubusGG, durch welchen das Wasser in den CylinderDgelassen wird, der Diameter soll 7 Zoll weit seyn und 6 Zoll höher stehen, als das Epistomiumn, durch welches das überflüssige Wasser inDwieder ablaufen kan. Der TubusGaber gehet in die krumme RöhreHH, und diese in den CylinderDD. Der Embolus oder KolbenFFist ein hohler Cylinder von Metall, und wohl verwahret, daß kein Wasser hineinkan, und so leicht, daß er auf dem Wasser schwimmt. In diesem Kolben ist ein hohler Cylinderii, der oben inioffen, unten aber zugemacht ist. Durch die Achse dieses Cylinders gehet dieser Tubus hindurch bis auf den Boden, und ist so verwahret, daß kein Wasser durch kan.

Dieser Tubus dienet hierzu: Durch die ÖffnungLwird ein heißes oder glüendes Eisen gelassen, welches im oberen Theil der Antlia bleibet, welches nützet, daß die nassen Vaporesaus der KugelA, wenn sie darauf stossen, sich mehr erhitzen, und ausbreiten. Die ÖffnungLwird gleichfalls wieCmit einem wohl eingepasseten metallenen Deckel verwahret, und durch den Hebel und Gewichtaaufgepresset, welches Gewichte man nach Verlangen hin und her schieben kan, nachdem die Schwehre nöthig. An dem engen Theil des TubiHstehet ein anderer TubusMM, welcher in einen größeren und weitern CylinderNN, der allenthalben geschlossen ist, und nur inXeine Öffnung hat, gehet. Der CylinderMist 3 Fuß hoch und 23 Zoll weit, 1 Fuß Höhe hält 200, das gantze Gefäß aber 600 Pfund Wasser, also, daß wenn die 200 Pfund Wasser aus dem CylinderDDhinangetrieben werden, die Lufft inNNum ⅛ zusammengepresset wird, gleich wie das Wasser von 64 Fuß hoch thut. Damit nun das Wasser nicht wieder durch die RöhreGGzurück kan, ist inSein Ventil, desgleichen auch beyT. BeiXist ein Rohr angemachet, aus dem CylinderN2 Zoll breit, durch welches das WasserNin die Höhe steigen soll. Es ist darum so enge, daß das Wasser erstlich in 2 Secunden auslauffen kan, weil in jeden 2 Secunden eine neue Operation oder neues Wasser folgen soll.

Hierauf, saget der Autor, würde man sehen, daß eine solche Machine mit schlechten Kosten zu machen sey, und dennoch dadurch ein Mensch, so viel als sonst fünffzig verrichten; weil nemlich alle 2 Secunden 200 Pfund Wasser 40 Fuß hoch könnten gebracht werden. Ja, er vermeynete, er wolle es auch dahin bringen, wenn alles grösser und stärker gemachet würde, daß einer so viel als sonst hundert ausüben würden.“

Der Arbeitsgang dieser zweiten Papinschen Maschine vollzog sich folgendermaßen: Durch den TrichterGwird Wasser in den ZylinderDDeingelassen; infolgedessen hebt sich der Kolben nach aufwärts. Hat dieser seine Höchstlage erreicht, wird der Lufthahnngeschlossen und durch Öffnen des DampfhahnsEDampf oberhalb des Kolbens in den ZylinderDDeingeführt. Der Dampf drückt den Kolben abwärts, infolgedessen das unterhalb des letzteren befindliche Wasser in dem mit Ventil ausgestatteten SteigrohrMaufwärts gefördert wird. Alsdann wird der Dampf abgesperrt, der Lufthahnnwiederum geöffnet und von neuem Wasserin den TrichterGgeschüttet, worauf sich der Vorgang wiederholt. Von der Saveryschen Maschine unterscheidet sich Papins Maschine wesentlich dadurch, daß sie die großen bei der Berührung des Dampfes mit dem Wasser auftretenden Dampfverluste durch Zwischenschaltung des Kolbens zwischen Dampf und Wasser vermeidet. Zur weiteren Verhütung von Wärmeverlusten wurde der hohle Kolben durch einen erwärmten eisernen Bolzen geführt, und der verbrauchte Dampf wurde nicht niedergeschlagen, sondern durch den Lufthahnnabgeführt und zur Vorwärmung des in den TrichterGeingebrachten Wassers verwertet.

Papin blieb nun aber nicht dabei stehen, diese Maschine nur zum Heben von Wasser zu benutzen, er hatte vielmehr schon deren Verwendung fürmotorischeZwecke im Auge. Zu diesem Zwecke umgab er das SteigrohrMmit einem WindkesselNN, in welchem das gehobene Wasser ein Kissen stark gepreßter Luft erzeugte, die durch das RohrXfortgeleitet und zum Antrieb eines Schaufelrades benutzt werden konnte. Des weiteren wollte er die Maschine zum Antrieb von Schiffen benutzen.

Diese Verbesserungen beruhten auf einer eingehenden Kritik, die Papin in der Schrift „Ars nova“ der Saveryschen Maschine angedeihen ließ.

Von großem Interesse sind die Verbesserungsvorschläge, dieLeibnizmachte und die so erheblich sind, daß sie als selbständige Erfindungen gelten müssen. Er vermißte eine Vorrichtung, um den Dampfkessel wieder mit Wasser füllen zu können. Zu diesem Zweck schlug er einen mit einer Aussparung versehenen Hahn vor. Den aus dem Hahnnabziehenden Dampf wollte er mittels eines Rohres unter eine Kappe leiten, welche den WindkesselNNso weit umgab, als dieser für gewöhnlich mit Luft gefüllt war. Hierdurch sollte der Windkessel abwechselnd erwärmt werden und jeweilig, wenn er Wasser in das Steigrohr zu pressen hatte, eine größere Spannkraft erhalten. Die überflüssige Wärme und der Rauch der Feuerung sollte zur Vorwärmung des Wassers im TrichterGund im RohrHbenutzt werden. Schließlich meinte er, daß sich ein Mechanismus erfinden lasse, um die HähneEundndurch die Maschine richtig zu bewegen, zu steuern. Hier begegnen wir also bereits einer Anregung,die Steuerung der Maschine durch diese selbst zu bewirken.

Als Papin mit seiner Druckschrift über seine neue Maschine vor die Öffentlichkeit trat, hatte er jene bereits Versuchen unterzogen. Dieselben wurden im Treppenhause des im Jahre 1695 erbauten Kunsthauses zu Kassel vorgenommen und ihre Ergebnisse von Papin am 19. August 1706 Leibniz mitgeteilt. Diese Versuche mißlangen zunächst teilweise, weil der für den Aufbau des Steigrohres verwendete Kitt, wie Papin vorausgesehen hatte, dem Druck des Wassers nicht widerstehen konnte, infolgedessen große Wasserverluste eintraten. Trotzdem aber konnte Papin mit Genugtuung feststellen, daß das gepumpte Wasser bis zu einer Höhe von 70 Fuß emporstieg. Als man versuchte, das Steigrohr neu zu verkitten, fiel einiger Kitt in das Bodenventil des Steigrohres, so daß die Versuche abgebrochen werden mußten. Nunmehr wurde ein anderes Steigrohr, und zwar aus Kupferplatten, hergestellt. Als dieses fertig war, verließ aber leider der Landgraf Kassel und besichtigte nach einmonatlicher Abwesenheit die Maschine nur abends, wo Versuche nicht vorgenommen werden konnten. Auch nahmen ihn andere Dinge vollständig in Anspruch, so daß Papin seine geplanten Verbesserungen immer und immer wieder hinausschieben mußte. In den ersten Monaten des Jahres 1707 wurde sogar das neue Steigrohr entfernt und zu anderen Zwecken benutzt. Dies erregte Papins Unzufriedenheit in so hohem Maße, daß er, um sich wieder nach England begeben zu können, den Landgrafen um seine Entlassung bat, die ihm denn auch gewährt wurde.

Mit welchem Eifer und mit welchem Maße innerer Überzeugung Papin an den Bau dieser seiner zweiten Maschine herangegangen ist, geht aus einem Brief hervor, den er am 23. März 1705 an Leibniz richtete. Nachdem er berichtet hat, daß der Landgraf durch die von Leibniz seinerzeit übersandte Zeichnung der Saverymaschine zur Fortsetzung der auf die Dampfmaschine bezüglichen Versuche sich bewogen gefühlt habe, fährt er fort: „Ich kann Sie versichern, daß ich, je mehr ich vorwärtskomme, immer mehr diese Erfindung zu schätzen lerne, die, vom theoretischen Standpunkte aus betrachtet,die Kräfte der Menschen bis ins Unendliche vermehren muß; aber vom praktischen Standpunkte ausglaube ich ohne Übertreibung sagen zu können, daß mittels derselben ein Mensch ebensoviel wird leisten können, als hundert Menschen ohne dieselbe. Ich gebe zu, daß es noch Zeit erfordern wird, um zu diesem Grade der Vollkommenheit zu gelangen. Das einzige, was man bisher getan hat, ist die Aufdeckung der Eigenheiten der Maschine und der Erscheinungen, denen sie unterworfen ist. Aber Seine Hoheit werden sie hinfort zu einem nützlichen Zweck verwenden und hat mir den ehrenvollen Auftrag gegeben, diese Maschine zum Antrieb einer Getreidemühle anzuwenden. Sie können mir glauben, mein Herr, daß ich alles, was in meinen Kräften steht, aufbieten werde, daß die Sache zu einem guten und erfolgreichen Ende geführt wird, jedoch hat man hier mit der Schwierigkeit, tüchtige Arbeiter zu finden, zu kämpfen. Ich hoffe jedoch, daß die Geduld mit Gottes Hilfe alles glücklich überwinden wird. Und wenn man dann nach der Getreidemühle jene Erfindung auf die Wasserfahrzeuge ausdehnen könnte, so würde ich diese Erfindung für ungleich nützlicher halten als die Auffindung der Längen auf dem Meere, nach der man schon so lange Zeit sucht.“

Als Papin seinen erbetenen Abschied vom Landgrafen erhalten hatte, ging er alsbald an die Vorbereitungen seines Umzuges nach London. Sein schönstes Besitztum bestand in einem Schiffe, an welchem er nach eigenen Angaben gebaute Schaufelräder angebracht und erprobt hatte. Auf diese Erfindung setzte er große Hoffnungen, die er in England erfüllen wollte. Dieses Schiff hat zu der weitverbreiteten irrtümlichen Auffassung Veranlassung gegeben, Papin habe bereits ein Dampfschiff besessen. Es wurde in den Jahren 1703 und 1704 erbaut, und am 13. März 1704 schrieb er ausdrücklich in einem an Leibniz gerichteten Briefe, er habe dieses Schiff nicht derart eingerichtet, daß es durch die Kraft des Feuers angetrieben werden könne, um nicht zu viele Dinge auf einmal zu unternehmen.

Trotzdem daß Papin alle nur mögliche Vorsicht angewendet hatte, um sich die Durchfahrt dieses Schiffes von Kassel zum Meere zu sichern, wurde dasselbe dennoch von Schiffern zerstört. Dieser Verlust hat Papin seiner schönsten Hoffnungen beraubt und ihm einen niemals wieder gut zu machenden Schlag versetzt.

In London angelangt, bat er dieRoyal Society, sie möge ihm die Möglichkeit geben, die Leistungsfähigkeit seiner Maschine mit derjenigen der Saveryschen Maschine zu vergleichen, wurde aber abschlägig beschieden. Auch weitere Kränkungen blieben dem erfolgreichen Bahnbrecher der Dampfmaschine nicht erspart. Wahrscheinlich ist Papin in der ersten Hälfte des Jahres 1712 zu London gestorben.

Kehren wir nunmehr zur Saveryschen Maschine zurück. Im Jahre 1706 wurde die erste praktische Ausführung zu Broadwaters aufgestellt, explodierte jedoch, wie wir bereits erwähnten. In demselben Jahre soll Savery ein für Kassel bestimmtes Modell verbessert haben.

Die Zahl der nach und nach in Betrieb genommenen Saverymaschinen nahm allmählich zu. Es erklärt sich dies leicht aus dem Umstande, daß die stetig wachsende Bedeutung des englischen Kohlenbergbaues gebieterisch nach einer Vervollkommnung der gebräuchlichen, höchst mangelhaften Wasserhebevorrichtungen verlangte. Bisher hatte man sich mit durch Menschen- oder Pferdekraft betriebenen Pumpen beholfen und war hierbei schon hier und dort zu sehr umfangreichen Anlagen gediehen. So befand sich in Cornwall die sogenannte „Turmmaschine“, die aus zehn übereinander angeordneten oberschlächtigen Wasserrädern von je 20 Fuß Durchmesser bestand. Auch Windmühlen benutzte man zum Entwässern der Bergwerke. Letztere versagten bei Windstille den Dienst, während die Wasserräder erhebliche Mengen von Aufschlagwasser erforderten, die bei Trockenheit nicht zur Verfügung standen. Die mit Tier- und Menschenkraft angetriebenen Pumpen mußten durch Tag- und Nachtschichten im Betriebe erhalten werden. Schließlich benutzte man auch Becherwerke zum Heben des Wassers. Bei beträchtlicheren Förderhöhen war aber deren Standfestigkeit so gering, daß infolge der Schwankungen des Gestelles die Becher kaum zur Hälfte gefüllt oben anlangten und ein immerwährender Regen in die Tiefe hinabrieselte.

Die erste größere Saverymaschine war die derYork Building Waterworks. Hier gelangten sehr hohe Dampfdrucke, „8- bis 10mal so groß als der Luftdruck“, zur Anwendung. Die entwickelte Hitze war so groß, daß das gewöhnlicheWeichlot schmolz und die Verbindungen mittels Hartlot verlötet werden mußten.

Als Grund für die Verwendung dieser hohen Dampfdrucke gab Savery an, daß er auf diese Weise die von dem Dampf getroffene Oberfläche des zu hebenden Wassers schnell auf eine hohe Temperatur bringe und hierdurch die Kondensation des Dampfes verhindere.

Gleichzeitig mit Savery und Papin hatte sich auchThomas Newcomenmit der Verbesserung der Dampfmaschine beschäftigt, und zwar in Gemeinschaft mitJohn Cawley. Beide lebten in Dartmouth.

Die von beiden erfundene Maschine ist in Abb.26dargestellt. Oberhalb des eingemauerten DampfkesselsAliegt der DampfzylinderPQ. Beide sind durch ein senkrechtes RohrDEmiteinander verbunden. Der KolbenRist mittels einer Kette an dem einen ArmeZdes BalanciersZaYaufgehängt, an dessen anderem Ende das Pumpengestängekund die Kolbennmlangebracht sind. Das oben an der Säule des Balanciers angebrachte GefäßMenthält Kühlwasser, das durch das RohrNNund den HahnKunterhalb des KolbensRin den Zylinder eingeführt werden kann und die Kondensation des Dampfes bewirkt.

Der Arbeitsgang der Maschine vollzieht sich in folgender Weise: Befindet sich der Kolben in seiner tiefsten Stellung, so wird Dampf von unten in den Zylinder eingelassen, und dieser Dampf hebt mit Hilfe des Gegengewichteslmnden Kolben. Hat dieser seine Höchstlage erreicht, wird der Dampfzutritt gesperrt und der KaltwasserhahnKgeöffnet. Infolge der Kondensation des Dampfes drückt der Luftdruck den Kolben nach unten und das Gegengewichtlmnnebst dem Pumpengestängekwird gehoben. Nunmehr wird, nachdem für rechtzeitige Ableitung des im Zylinder befindlichen Kondenswassers gesorgt ist, frischer Dampf in den Zylinder eingeführt, und das Spiel wiederholt sich.

DieAbridgementsgeben an, daß die Newcomenmaschine eher erfunden sei, als die Saverymaschine, jedoch erst im Jahre 1710 an die Öffentlichkeit gelangt sei. Savery soll gegen das von Newcomen und Cawley nachgesuchte Patent Einspruch erhoben haben. Newcomen habe aber, da er Wiedertäufer war, von einem Streite um das Patent Abstand genommen,und es sei dann, nachdem eine Einigung der drei Erfinder erzielt war, diesen im Jahre 1705 ein gemeinsames Patent erteilt worden. — Die veröffentlichten Patente lassen aber ein solches vermissen.

Zweifellos steht die Newcomenmaschine derjenigen Papins erheblich näher als der Saverymaschine. Da Papin das Wesentliche seiner Erfindung im Jahre 1690 bereits in den „Actis Eruditorum“ veröffentlicht hatte, und da ferner Newcomen als ein Mann geschildert wird, der in Dartmouth neben seiner Beschäftigung als Schmied und Eisenwarenhändler sich schon seit Jahren für die Ausnutzung der Dampfkraft interessierte und einschlägige Studien trieb, liegt die Annahme sehr nahe, daß er Papins Arbeiten kannte und auf dem von diesem gewiesenen Wege vorwärts strebte. Außerdem liegt die Annahme sehr nahe, daß er auch Saverys Arbeiten kannte.

Den Anteil Cawleys an der Erfindung der Newcomenmaschine festzustellen, ist sehr schwierig. Der Hauptanteil dürfte auf Newcomen entfallen, denn dieser hatte bezüglich der Maschine mit dem bekannten Physiker Hooke im Briefwechsel gestanden. Hooke riet ihm von der Anwendung der Papinschen Anordnung ab, wies aber darauf hin, daß der Erfolg in erster Linie von der schnellen Erzielung des Vakuums abhänge. Offenbar unter dem Einfluß der Arbeiten Saverys gingen dann Newcomen und Cawley an die Lösung der von Hooke als wesentlich hingestellten Aufgabe und führten diese in der von uns beschriebenen Weise zu einem glücklichen Ende. Der Erfolg war, daß sie alsbald Saverys Maschine stark in den Schatten stellten.

Der Versuch Newcomens und Cawleys, ihre Maschine zu Griff in Warwickshire im Jahre 1711 in Betrieb zu setzen, scheiterte. Im Jahre 1712 aber erhielten sie den Bau einer Wasserförderungsanlage in Bromsgrave für einen gewissen Back in Wolverhampton.

Die zu überwindenden Schwierigkeiten waren sehr groß. Das Öffnen und Schließen der Hähne für den Zutritt des Dampfes und des Kühlwassers erfolgte von Hand. Wir müssen hier zu unserer vorstehend gegebenen Beschreibung noch ergänzend hinzufügen, daß unsere Abb.24bereits die im Jahre 1713 angebrachte Einspritzkondensation aufweist.Zunächst hatten Newcomen und Cawley die Kondensation des Dampfes durch Außenkühlung des Dampfzylinders bewirkt. Auch das von Papin erfundene Sicherheitsventil wurde bei späteren Ausführungen angebracht.

Abbildung 26. Dampfmaschine von Newcomen, Cawley und Potter.Aus: Leupold,Theatrum Machinarum hydraulicarum. BandII.Tab. 44

Eine wesentliche Verbesserung der Newcomenmaschine wird einem mit der Bedienung der Hähne beauftragten Knaben,Humphrey Potter, zugeschrieben. Dieser soll im Jahre 1712 die rechtzeitige Verstellung der Hähne durch in geeigneter Weise angebrachte Schnüre selbsttätig bewirkt haben, so daß deren Bedienung von Hand nicht mehr erforderlich war. Diese Steuerung sowie die Einspritzkondensation sind nicht Gegenstand des Patentschutzes gewesen.

Im Jahre 1712 wurde durch einen Zufall die dampf- und wasserdichte Kolbenliderung erfunden. Man hatte auf dem Kolben ein Stück Leder befestigt, das den Kolben überragte und sich in einer Höhe von 2 bis 3 Zoll an die Zylinderwandung legte. Allmählich verschliß dieses Lederstück und lag schließlich nur noch mit seinem Querschnitt an der Zylinderwandung an. Hierbei machte man die Beobachtung, daß die Dichtung eine weit vollkommenere war als bisher, und man begnügte sich hinfort mit einer in den Kolbenumfang gelegten Lederscheibe.

Auch die Einspritzkondensation soll ihr Dasein einem Zufall verdanken, indem sie sich einst unbeabsichtigterweise durch ein im Kolben entstandenes Loch vollzog und sich durch schnelleres Niederschlagen des Dampfes vorteilhaft bemerkbar machte.

Im Jahre 1713 wurden zwei Newcomenmaschinen zu Newcastle in Betrieb gesetzt, eine dritte wurde zu Austhorpe in Yorkshire erbaut.

Im Jahre 1718 ersetzteBeightondie von Humphrey Potter angegebenen, die Hähne betätigenden Schnüre durch Hebel.

Schon im Jahre 1721 wurde die erste Newcomen-Maschine nach dem Kontinent, und zwar nach Königsberg in Ungarn, geliefert.

Diese Maschine ist in Abb.26dargestellt und wird von Leupold[51]wie folgt beschrieben:

„Von der Feuer-Machine des Herrn Potters, welche er zu Königsberg in Ungarn gebauet, und allda mit gutem Succeß und Vergnügung der Compagnie das ihrige praestiren soll.

Die Figur zeiget sich meist im Profil, daAder große Kessel, dessen Diameter 7 Fuß seyn soll, und 200 Eymer Wasser halten, muß allezeit ¾ voll Wasser, und das übrige voll Dampf seyn. Dieser Kessel ist gleichsam mit einem Ofen eingefasset, und mit Rost und Windfang versehen, wie es die Kunst erfordert.BCeine metallene Platte, so mit Schrauben an dem KesselAbefestiget, und in solcher eine dergleichen RöhreDE,so inDundEoffen ist, beyEgekrümmt und erhoben, daß das kalte Wasser nicht hineinfallen kann, beiDaber mit einer Klappe versehen, die, vermöge des GewichtsF, die ÖffnungDzuschliesset. Von dem Hintertheil dieser Klappe gehet ein starker Draht, der in der PlatteBCwohl eingeschmergelt und außenher an den HebelCHbefestiget ist, damit wenn der Balcken oder Arm sich in die Höhe hebet, solcher mit dem Ansatz an diesen HebelGqanstösset und die KlappeFzuschliesset, auch zugleich den HahnKeröffnet, durch den ArmL, daß das kalte Wasser aus dem KastenMdurch die RöhreNNund ÖffnungOdurch viel subtile kleine Löcherlein als ein Regen herausspringet, den ganzen ZylinderPerkältet und den Dampf niederschläget und ein Vacuum machet.PQist der Zylinder, so in die 32 oder gar 36 Zoll in Diametro seyn soll, 8 Fuß hoch, und in die 30 Zentner wägen,Rein metallener Kolben, so auf denen Seiten mit Schrauben versehen, daß man Leder oder Holz dazwischen schrauben kan, damit der Kolben wohl anschliesset und kein Wasser durchlässet, die Bewegung dieses Kolbens soll 7 Fuß seyn; oben auf diesem Cylinder stehet noch ein Gefässe feste, in welchem allezeit kaltes Wasser aus dem KastenMdurch die RöhreRlauffet, und den Kolben mit dem Leder bedecket, und wenn der Kolben in die Höhe kommet, das Wasser in die RöhreSlauffet, aus welcher es, vermittelst eines Hahnes, so starck es nöthig ist, in die RöhreTbeyVin den Kessel lauffet, und den Abgang des Wassers, so durch den Brodem hinwegziehet, ersetzet. Das Wasser, so durch die RöhreNOin den CylinderPQspritzet, und dasjenige, so sich durch den Brodem sammlet, lauffet durch dieRöhreWWwieder ab, welches in die 5 Zoll in den Cylinder beträget; derohalben oben ein sehr starker Zugang, nämlich eine dreyzollige RöhreXvoll Wasser von einer Höhe zufließen soll, wo es aber die Natur nicht zuführet, muß Anstalt gemachet werden, daß die Kunst selbst so viel Wasser hinauf hebet. Die Application zum Rohr oder Pumpen-Werk geschiehet vermittelst eines sehr starken in die 21 Fuß langen und 18 Zoll dicken Waag-BalckenYZ, an beyden Enden sind zwey Cirkel-StückenYZ, deren Centrum die Achseaist, über den BogenZgehet eine sehr starke Kettebcd, davon ein jedes Glied 10 Pfund wägen soll, an eine drey Zoll dicke eiserne Kolben-Stangedef, und auf dem BogenYist eine dergleichen starke Kettegban die Stangeikbefestigt, an diese aber drey Kolben-Stangenlmnangehangen, also daß, wenn der Kolben in der großen RöhrePQniedergehet, er die Stangeiknebst denen drey Kolben-Stangen nach sich ziehet und die Wasser hebet. Damit aber die Schwehre der Kolben und Gestänge ins aequilibrium gebracht werde, ist noch ein andrer kleiner Waag-Balckenopqangeordnet, dessen Achseqüber die beyden Bogen-Stücken aber gleichfalls zwey Kettenrsundtugehn, davon die erste an das Kolben-Gestänge, die andere aber an das Gewichtwvon 30 Centnern befestiget ist. Alles übrige Holtz- und Mauer-Werk oder Stellage ist weggelassen, damit man die Haupt-Stücke desto deutlicher fassen und sehen kan, die dann wohl ein jeder, wann es anders im Haupt-Werk richtig, noch eher anordnen kan.WundXsind zwey Hähne, dadurch den Zufluß des Wassers zu moderiren. Aus der Röhressfließet das Wasser in einen TrichteryTund von da in den Kessel. Was die Öffnung und Wiederzuschließung der Röhren betrifft, sowohl den Dampf aus dem Kessel beiDzu lassen, als frisches Wasser durch die RöhreOin Cylinder zu spritzen, kömmet solches mit des Herrn Potters Invention nicht überein, denn weil ich mir aus der Zeichnung kein rechtes Concept formiren können, so habe lieber eine andere Art anweisen wollen, nicht daß ich solche besser achte, sondern vielmehr dem Leser ein Concept hiervon zu machen, beydes muß sich zugleich öffnen und schließen; denn so bald sichFDschliesset, muß sichKOöffnen, und also auch im Gegentheil.

Es geschiehet aber hier also:Fist der Deckel oder Klappeso in 1 ein Charnier hat und darhinder einen Lappen, auf welchem eyn nach dem Cirkel gebohrtes und in die Platte wohl eingeschmergeltes Eisen aufruhet, solches Eisen ist mit einem Charnier an dem Waag-Balcken 2, 3 befestigt, der Waag-Balcken oder Hebel hat bei 4 seine Achse und bey 5 ist er wieder an einen Arm 5, 6 mit zwey Charnieren befestiget, so bey 6 einen Hebel 6, 7 fasset, der bey 7 an dem Würbel des Hahnes befestiget, und die RöhrenNOauf- und zuschliesset, auf dem Hebel 2, 3 ruhet eyn Gewicht 8, so den Hebel bey 3 niederdrücket, und bey 2 erhebet, daß sich die KlappeFöffnen kan, das Gewicht 8 aber hanget an einer kleinen Kette, die am Balcken 7 befestiget ist, und wenn solche hoch genug erhoben, das Gewicht erhebet, daß es nicht mehr den Hebel niederdrücket, sondern das Gewicht 9 die Oberhand behält, und den Hebel in 2 und also auch die Klappe durchs Eisen 1 niederdrücket, und die RöhreDEzuschliesset, hingegen vermittelst des Armes 5, 6 den HahnKeröffnet, daß das kalte Wasser in den Cylinder spritzet, und sobald das große Gewicht bey eher abfallender StangeIwieder auf dem Hebel ruhet, wieder die KlappeFöffnet und den HahnKschliesset. Welches, wie es accurat anzuordnen, einen jedern die Praxis selber lehret; genug wenn so viel gewiesen habe, wie es geschehen soll oder muß. Solche Machine soll in 24 Stunden 24000 Eymer heben.

Wie und auf was Arth die Operation bey dieser Machine geschehe.

Selbige geschiehet nun nicht durch die Expansion, sondern durchs Vacuum, und die Pressung der äußerlichen Luft, welche auf den Embolum (Kolben) drücket, denn wenn die KlappeFeröffnet ist, so steiget der heiße Brodem aus den KesselAim CylinderPQund treibet den Kolbenfder mit dem Gestängehklmmeist in Aequilibrio ist, in die Höhe, und wenn er hoch genug ist, so machet die StangeJvermittelst des Hebels und Gewichtes, wie zuvorhero ist erklähret worden, die KlappeFzu, und den HahnKauf, daß kaltes Wasser in den mit heißem Dampf gefüllten Cylinder spritzet, im Augenblick condensiret sich der Dampf im Wasser, fället zu Boden, und machet ein Vacuum, welches so gleich die äußere Luft wieder ersetzen will, und den Kolben mit solcher Gewalthernieder treibet, daß es vermittelst des Waag-Balckens auf der anderen Seite durch die Kette h eine grausame Last Wasser auf einmahl hebet, welches viele Pferde zu thun nicht vermögend seyn. Ist aber der Kolben hernieder, so öffnet sich in dem Moment die Klappe wieder aufs neue, und treibet den Kolben wieder fort, nachdem sich auch der HahnKzugleich mit zugeschlossen.

Und auf solche Weise gehet die Machine Tag und Nacht, ohne Anlegung einiges Menschen Hand, nur daß beständig ein Mann die Feuerung unterhalten muß, und bin berichtet worden, daß man anfangs in 24 Stunden drey Klaffter Holtz nöthig gehabt, ob es sich aber auch jetzo noch so befindet, oder ob mehr oder weniger gebrauchet wird, kan ich mit Gewißheit nicht sagen, woran uns zwar eben auch nichts gelegen, genug, daß man gezeiget: wie derselben Construktion und Fundament beschaffen, und daß mit solcher Krafft und Schnelligkeit selbige so viel arbeitet, daß hundert Pferde solches nicht praestiren können.“

Um die Ausbildung der Einzelteile der Newcomen-Cawleyschen atmosphärischen Maschine machte sichSmeatonbesonders verdient.

Nicht ohne Interesse ist die Frage der Kosten für eine Newcomenmaschine. Dieselben stellten sich für eine im Jahre 1725 für Andrew Wauchope bei Edminstone, Midlothian, errichtete Maschine auf 1007 £ 11 sh 4 d.

In dem bereits zitierten zweiten Bande seines im Jahre 1725 erschienenenTheatrum Machinarum hydraulicarumgibt Leupold in § 200 nachstehende Beschreibung einer Dampfmaschine, bei welcher zwei Kolben auf Balanciers einwirkten und eine ständige Arbeitsleistung herbeiführten (Abb.27):

„Eine Feuer-Machine mit zwey Stiefeln und Kolben, durch die Expansion die Krafft auszuüben.

Aist der Kessel, darüber ein Hahn, vermittelst dessen einmahl der Dunst ausAin CylinderC, und die Lufft ausDdurch die ÖffnungEFkan gelassen werden. Also auch, wenn die Öffnung ausAnachEgewendet wird. Jeder Kolben hat an seiner Kolben-Stange einen Waag-BalckenGH, der auf der anderen Seite wieder eine Stange zum Kolbeneines Druck-Werkes hat, und das Wasser durch die SteigröhrenIKin die Höhe treibet.

Abbildung 27.Leupolds Zweikolben-Dampfmaschine.Aus: Leupold,Theatrum machinarum hydraulicarum, Band II, Tab. 43, Fig. 2.

Wasser aus einem Brunnen oder Fluß etliche 20 bis 30 Ellen, oder auf ein Rad als Aufschlag-Wasser zu bringen, dürfte diese Machine ihre Dienste noch thun. Es kann auch alles gar leichte also angeordnet werden, daß sich die Epistomia (Hähne) selbst auf- und zuschließen, welches ich aber alles, wie auch auf was Art das Wasser in Kessel wieder zu ersetzen, mit Fleiß übergangen, weil es nur eine Anleitung seyn soll, auch reifferer Überlegung und Experimenta nöthig hat. Wie ich mir denn vorgenommen, künfftig eine etwas starke Probe zu machen, und einen Versuch zu thun:

Ob man eine Schneide-Mühle in einem Wald, da genug Holtz und stehende Pfützen sind, auf solche Weise könte compendieus anlegen?

Weil mir aber Zeit und Gelegenheit zu dieser Machine, oder auch andere curieuse Proben und Versuche zu machen, itzo sogleich nicht vergönnet, so habe Hoffnung, es werde vielleicht ein andrer Curiosus daher Gelegenheit nehmen, ein und die andere Probe deßwegen anzustellen.“

Das letzte von uns bisher genannte auf Dampfmaschinen oder Verwandtes erteilte englische Patent stammte aus dem Jahre 1698 und betraf die Saverymaschine. Bis zum Jahre 1712 begegnen wir überhaupt keiner auf Wasserförderungsvorrichtungen bezüglichen Patente. Vielleicht hat man hierin eine Folge des großen Einflusses zu erkennen, dessen sich Savery bei dem englischen Hofe erfreute.

Erst am 27. Juni 1712 wurde wiederum ein Patent auf „eine neue und überraschende Maschine zum Heben von Wasser“ erteilt. Inhaber sindLewis MandellundJohn Grey. Sodann folgen weitere auf derartige Vorrichtungen erteilte Patente, von denen allerdings nicht feststeht, welcher Art sie waren: Nr. 397 vom 27. Mai 1714 (J. u. J. Coster), Nr. 410 vom 28. November 1716 (Holland), Nr. 414 vom 22. Juli 1717 (Shuttleworth), Nr. 437 vom 26. September 1721 (Oriebar).

Die Verwendung des Dampfes zumBeheizenverschiedener Vorrichtungen bildet den Gegenstand des Patentes Nr. 430 vom 25. Juni 1720, erteilt anDesaguliers,NiblettundVreem.TriewaldsPatent Nr. 449 vom 29. Juni 1722 ist bemerkenswert, weil der Gegenstand desselben ausdrücklich als eine Maschine bezeichnet ist, die durch die Kraft der Atmosphäre Wasser aus Bergwerken emporhebt. Das Patent Nr. 463 vom 26. Februar 1724 (John Dickins) bezieht sich auf das Heben von Wasser sowie auf den Antrieb von Maschinen und Schiffen. Einen ausdrücklichen Verzicht auf die Benutzung des Feuers bei der Wasserförderung enthält die Urkunde des Patents Nr. 469 (Valentine Flower) vom 20. Mai 1724. Das Patent Nr. 472 vom 4. November 1724 (Robert Bumpstead) betrifft den Antrieb einer Mühle, wo fließendes Wasser oder Wind nicht zur Verfügung steht.

Das im Jahre 1725 anNuttallundSkyrinerteilte Patent Nr. 476 ist um deswillen von Interesse, weil hier angegeben wird, daß die Dampfmaschinen sehr teuer in derAnschaffung und Unterhaltung seien, „denn die Gewalt des Feuers zerbricht und zerstört sie oft ganz und gar“.

Um die Verbreitung der Dampfmaschine zu fördern, bildete sich eine „Vereinigung der Besitzer der Erfindung, Wasser durch Feuer zu heben“. Die Namen der Mitglieder dieses „Dampfmaschinen-Ringes“ waren:John Meres, London;Thomas Beake, Westminster;Henry Robinson, London;William Perkins, Westminster;Edwin Wallin, London.

Bei dem Vergleich der Liste der englischen Patente mit den Namen der die Dampfmaschine zu immer gedeihlicherer Entwicklung führenden Männer begegnen wir der auffallenden Tatsache, daß gerade die wichtigsten Verbesserungen des Patentschutzes entbehrten. Vielleicht läßt sich dieses dadurch erklären, daß die obengenannte Vereinigung der Patentinhaber auch die von Potter, Beighton usw. gemachten Erfindungen auf gütlichem Wege erwarb und von einer Patentierung derselben absehen zu können glaubte, weil sie durch den Besitz der grundlegenden Arbeiten Saverys und Newcomens hinreichend gesichert war. Daß jene Gesellschaft sich sehr gut auf ihr Geschäft verstand, beweist das mit dem obengenannten Andrew Wauchope getroffene Abkommen. Hiernach waren für die Lizenz zur Errichtung der Maschine jährlich 80 £ zu entrichten, und zwar in Vierteljahrsbeträgen während der Dauer von acht Jahren, zu welchem Zeitpunkt das Patent ablief. Ließ Wauchope, sei es nach erfolgter Mahnung, sei es ohne eine solche, 40 Tage nach dem Zahlungstage ohne Zahlung verstreichen, so stand der Gesellschaft das Recht zu, die Maschine wieder an sich zu nehmen und zu ihrer Schadloshaltung zu verkaufen; ein etwaiger Überschuß sollte dem Lizenznehmer ausgezahlt werden.

Das unter dem 13. Juni 1726 anJakob Roweerteilte Patent Nr. 486 betrifft eine Maschine, um Wasser sowohl nach Menge als nach Förderhöhe erfolgreich zu heben, unter Anwendung entweder expandierter oder gepreßter Luft, sowie ein Verfahren, um mit großer Brennstoffersparnis alle Arten von Gefäßen, enthaltend Wasser oder andere Flüssigkeiten, zu beheizen.

Das unter Nr. 496 am 6. Mai 1728 anCase Billingsleyerteilte Patent betrifft eine zweckmäßige und starke Maschine zum Heben von Wasser.

Bemerkenswert ist auch das am 19. Dezember 1728 anJohn Payneerteilte Patent Nr. 505, das darauf abzielt, in Fabriken erzeugte und zur Verfügung stehende Wärme zum Antrieb eines nach Art eines Wasserrades eingerichteten Rades zu verwenden.

Thomas BewleyundThomas Holthamerhielten unter dem 10. März 1729 das Patent Nr. 507 auf eine Maschine, die unter abwechselndem Aussaugen von Luft und Anwendung des Druckes der Atmosphäre Wasser zur Entwässerung von Bergwerken und zur Wasserversorgung von Städten hebt.

Am 1. September 1729 erhieltJohn Allen, „Doktor der Physik“, das Patent Nr. 513.Dasselbe betrifft die Konstruktion von Dampfkesseln; einen Apparat zum Trocknen von Malz; eine Maschine zum Antrieb von Schiffen, die Verwendung von Schießpulver zur Erzielung motorischer Kraft. Dieses Patent ist bemerkenswert, weil es eine oberflächliche Beschreibung der betreffenden Einrichtungen bietet. Der Kessel soll dazu dienen, Dampf zu erzeugen, der Wasser fördern soll. Um die Leistungsfähigkeit des Kessels tunlichst zu erhöhen, verlegte Allen die Feuerung in den Wasserraum des Kessels hinein und fügte auch eine Rohrschlange ein. Zum Anfachen des Feuers benutzte er Gebläse.

Den Antrieb der Schiffe bewirkte er mit Hilfe der Reaktionskraft von Wasser, das er am Heck austreten ließ. Als Betriebskraft benutzte er eine Pulverexplosionsmaschine. Diese schlug er auch für die Entwässerung von Bergwerken vor. In dem Kessel soll Allen stündlich zehn und einen halben Kubikfuß Wasser verdampft haben. Das unter dem 13. Januar 1736 anJohn Payneerteilte Patent Nr. 555 betrifft einenDampfkesselmit erhöhter Verdampfung. Diese wurde dadurch erzielt, daß in den Wasserraum des Kessels ein Schaufelrad eingebaut war, das in Drehung versetzt wurde und das Wasser gegen die beheizten Kesselwandungen schleuderte.

Nunmehr folgt ein Patent, das um deswillen unser besonderes Interesse in Anspruch nimmt, weil es einen bestimmt ausgesprochenen Vorschlag zur Benutzung der Dampfkraftfür den Antrieb von Dampfschiffen enthält. Es ist unter Nr. 556 am 21. Dezember 1736 anJonathan Hullerteilt. Dasselbe ist betitelt: „Eine Maschine, um Schiffe und Boote in oder aus Häfen oder Flüssen zu befördern gegen Wind und Strömung sowie bei Windstille“. Als Antriebsmaschine benutzte Hull eine atmosphärische Dampfmaschine. In tiefen Gewässern trieb dieselbe zwei seitwärts am Schiff angebrachte Schaufelräder. In seichten Gewässern benutzte Hull Stangen, die bis auf den Grund des Gewässers reichten und durch Kurbeln in der Weise bewegt wurden, daß sie sich gegen den Erdboden stemmten und das Schiff vorwärts bewegten.Eine Darstellung des Hullschen Dampfschiffes, das übrigens niemals tatsächlich ausgeführt sein soll, gibt unsere Abb.28nach FinchamsA History of naval Architecture, London 1851.

Abbildung 28.Jonathan Hulls Dampfschiff. (Nach Fincham:A History of naval Architecture.)

Pist das vom Dampfkessel zum DampfzylinderQführende Dampfrohr.Rist der Dampfzuleitungshahn.Sist der Hahn für die Zuführung des Kühlwassers.Uist ein Seil, an welchem der im ZylinderQauf und ab bewegliche Kolben aufgehängt ist.Da,DundDbsind drei Seilscheiben, die auf einer quer zum Schiff liegenden wagerechten Welle befestigt sind.HaundHbsind zwei Seilscheiben, die auf der Welle des SchaufelradesIII... mittels Sperräder und Klinken derart lose angebracht sind, daß sie die Welle nur in einer Richtung, im Sinne des Uhrzeigers, also im Sinne der Vorwärtsbewegung des Schiffes, in Drehung versetzen.

Das SeilFbführt vonHbnachDbderart, daß, wenn die RäderDa,DundDbsich nach vorwärts drehen, auch die Schaufelradwelle sich nach vorwärts dreht. An dem RadeDist das den Kolben tragende SeilUaufgehängt. Das SeilFaführt von dem RadeHazu dem RadeDaderart, daß, wenn die RäderDa,DundDbsich nach vorwärts drehen, das RadHaund das SeilFein an letzteres angehängtes Gewicht heben, während die SeilscheibeHbdie Schaufelwelle vorwärts dreht. Ist nunmehr das Gewicht gehoben, und drehen sich alsdann die RäderDa,DundDbrückwärts, so wird das SeilFafreigegeben und das anFbefestigte Gewicht dreht die SeilscheibeHavorwärts. Auf diese Weise wird bewirkt, daß die Schaufelradwelle sich stets nach vorwärts bewegt, mag der an der RolleDangreifende Kolben sich auf- oder abwärts bewegen, oder mögen sich die ScheibenDa,DundDbnach vorwärts oder rückwärts bewegen.

In seinem im Jahre 1738 erschienenen WerkeHydrodynamicaschlugDaniel Bernouillivor, für den Antrieb von Schiffen die Reaktionskraft des am Heck unterhalb der Wasseroberfläche ausgetriebenen Wassers zu benutzen.

John Wiseerhielt am 7. August 1740 das Patent Nr. 571 auf eine besondere Verwendung der Feuermaschine. Diese letztere ist als solche bekannter Art vorausgesetzt, aber, anstatt daß sie Wasser schöpft, ist sie an dem Ende ihres Balanciersmit einer Kette, einem Seile oder einer Stange versehen, welche senkrecht zu derjenigen Vorrichtung führt, die die eigentliche Erfindung Wises bildet und unter einem besonderen Dach steht. Diese Maschine besteht aus einer horizontalen Welle, auf der sich ein Sprossenrad befindet, das durch ein von dem Balancier der Dampfmaschine durch eine Kette oder dergl. betätigtes Zahnrad in eine halbe Umdrehung versetzt wird. Nach Vollendung dieser halben Umdrehung kommen das Sprossenrad und das Zahnrad außer Eingriff, und die Umdrehung der das Sprossenrad tragenden Welle wird durch ein auf dessen Welle angebrachtes Schwungrad vollendet. Ist der Eingriff des Zahnrades und des Sprossenrades aufgehoben, so wird ersteres durch ein Gewicht in seine Anfangslage gebracht und erhält nunmehr wiederum durch die Kette des Balanciers eine halbe Umdrehung, welche es dann wiederum auf das Sprossenrad überträgt. Die das Sprossenrad tragende Welle erhält somit durch Beihilfe des Schwungrades eine stetige Drehbewegung. — Leider ist die Beschreibung dieser Maschine nicht durch eine Zeichnung erläutert.

Unwillkürlich drängt sich uns hier die Frage auf, aus welchem Grunde Wise nicht die bereits damals bekannte und gebräuchliche Kurbel benutzt hat. Daß diese insbesondere auch bei Wasserhebemaschinen in Benutzung war, geht aus einer in denAbridgementsgemachten Mitteilung hervor, derzufolge im Jahre 1740, also in dem Jahre der Erteilung des Wiseschen Patents, auf denLondon Bridge Water Worksgußeiserne Kurbeln benutzt wurden.

Nebenbei möge hier bemerkt werden, daß die Zylinder der damaligen Dampfmaschinen meist aus Rotguß hergestellt wurden. Allerdings versuchte man auch, das billigere Gußeisen zu benutzen. Dieses erforderte aber durchschnittlich eine Wandstärke von 1 Zoll, während die Rotgußzylinder nur einer solchen von1/4Zoll bedurften. Diese geringere Wandstärke hatte den großen Vorzug, daß der Wärmeaustausch, insbesondere bei der die Kondensation des Dampfes bewirkenden Abkühlung, ein erheblich beschleunigter war, die Leistung der mit gußeisernen Zylindern arbeitenden Dampfmaschinen stand infolgedessen um1/8bis1/10hinter den mit Rotgußzylinder arbeitenden zurück.

DieDampfkesselhatte man bis zum Jahre 1740 meist aus Kupfer und aus Blei hergestellt. In diesem Jahre erfandParroteine bessere Vernietung der Eisenplatten, infolgedessen das Eisen das teure Kupfer und Blei verdrängte.

Im Jahre 1743 berichtete Gensanne, daß auf dem Kontinent drei Dampfmaschinen aufgestellt wurden: eine zu Fresne bei Condé, die zweite zu Sars bei Charleroy, die dritte bei Namur. Die beiden ersteren dienten zum Entwässern von Kohlenminen, die letztere zur Wasserhaltung einer Bleigrube. Von der zu Fresne aufgestellten Maschine gibt Belidor in seinerArchitecture Hydraulique, Bd. 2, Zeichnungen.

Bei Newcastle benutzte man damals Feuermaschinen zum Antrieb von Wasserrädern in der Weise, daß jene das Wasser diesen von oben zuführten. Diese Räder waren mit Schaufelungen entgegengesetzter Richtung versehen. Je nachdem man das Wasser der einen oder der anderen Hälfte zuführte, drehte sich das Rad in der einen oder in der anderen Richtung. Auf diese Weise wurden die Räder zur Auf- und Abwärtsbewegung der Fördergefäße benutzt. Nach der Angabe anderer Schriftsteller stammen derartig umgesteuerte Wasserräder bereits aus älterer Zeit.

Eine wesentliche Verbesserung des Dampfkessels ließen sich am 12. Juli 1748Thomas StevensundMoses Hadleyunter Nr. 634 patentieren. Dieselbe ging zielbewußt auf eine erhöhte Ausnutzung des Brennstoffes aus. Der Kessel hatte eine halbkugelförmige Gestalt, besaß aber Wassertaschen, die von dem wagerechten Boden nach unten hin in die Feuerzüge hineinragten. Die Feuerung lag unter dem Mittelpunkte des Kessels, und von ihr führten die Feuerzüge die Heizgase in Spiralwegen zum Schornstein, hierbei die Wassertaschen in ausgiebigstem Maße bespülend. Dieses Patent enthält eine Zeichnung des Dampfkessels.

Wie Smeaton im Jahre 1754 berichtet, brachteDe Mouraan dem Dampfgefäß der Saveryschen Maschine einen Schwimmer an, der die Kondensation und den Dampfaustritt selbsttätig regelte.

Erst nach einer Pause von sieben Jahren begegnen wir dann wiederum einem auf die Dampfmaschine bezüglichenPatent. Dasselbe ist unter Nr. 703 am 8. August 1753 dem „Ingenieur“Georg Johnerteilt und betrifft ein Verfahren, durch welches vermieden wird, daß beim Tieferbringen von Schächten die gesamte Pumpenanlage abgebrochen und tiefer gelegt werden muß.

Ein für die weitere Ausbildung des Dampfkessels wichtiges Patent wurde unter dem 27. Mai 1756 dem PuddlerJohn Wrightunter Nr. 709 erteilt. Dieses Patent bezweckte gleich dem vorgenannten Patent Nr. 634 (Stevens und Hadley) eine tunlichst weitgehende Ausnutzung der Heizkraft der Feuerungsstoffe und steht in einem wohltuenden Gegensatz zu der damals allgemein üblichen Kohlenvergeudung. John Wright beabsichtigte, eine tunlichst große Berührungsfläche zwischen den Feuergasen und den Kesselwandungen herbeizuführen. Da der damalige Stand des Dampfkesselbaues den Einbau eines Innenrohres nicht ermöglichte, führte Wright die Feuergase an die Außenseite des Kessels zurück. Das Speisewasser wurde an derjenigen Stelle des Kessels eingeführt, wo die Feuerung die größte Wärmewirkung hervorbrachte. Schließlich schlug Wright auch noch vor, die von dem Kessel ausstrahlende Wärme zum Rösten von Zinn-, Blei- und Eisenerzen u. a. m. zu verwenden, indem er diese Stoffe in einen unterhalb des Kessels angeordneten Hohlraum einbrachte. Im Jahre 1756 brachte dann noch Sampson Swain einen nicht unter Patentschutz gestellten Dampfkessel in Vorschlag, bei welchem eine Schlange die Feuergase durch den Wasserraum leitete.

In demselben Jahre wurden zwei aus England bezogene atmosphärische Maschinen auf einer Kupfermine am Passaic in Nordamerika in Betrieb gesetzt.

Unter dem 12. März 1757 erhieltIsaac Wilkinsondas Patent 713 auf eine mittels einer Feuermaschine angetriebeneGebläsemaschine. Diese letztere hatte folgende Einrichtung: viereckige, runde, längliche, achteckige oder irgendwie anders gestaltete Gefäße aus Eisen, Holz, Messing, Kupfer, Blei oder einem anderen Material oder aus einem zusammengesetzten Material werden einzeln, zu zweien, dreien, vieren, sechsen oder mehreren entweder nebeneinander oder übereinander angeordnet, und zwar sind dieselben derartig eingerichtet, daß wenn sie mit Luft gefüllt sind, dieseLuft durch eine entsprechend hohe Wassersäule gepreßt wird, die in die Gefäße eintritt und den von der Luft bisher eingenommenen Raum einnimmt. Mit Hilfe von Ventilen, Regelungseinrichtungen, Hähnen oder Hebern, die sich abwechselnd öffnen oder schließen, wird das Wasser ein- und die Luft ausgelassen und letztere durch ein Rohr auf eine beliebige Entfernung fortgeführt, so daß ein Schmelzofen oder eine Schmiede oder ein anderes Werk von einem Wasserfall oder von einer Feuermaschine aus mit Gebläseluft versorgt werden kann.

Im Jahre 1757 suchteKeane Fitzgeralddie Verdampfung dadurch zu beschleunigen, daß er in das im Dampfkessel enthaltene Wasser Luft durch Gebläse einführte.

Im Juni 1757 veröffentlichte ProfessorJohn Robisonim „Universal Magazine“ eine Dampfmaschine mit umgekehrt angeordnetem Zylinder.

Im Jahre 1758 versuchteFitzgeralddie schwingende Bewegung des Balanciers durch Zahnräder und Sperrwerke auf eine umlaufende Welle zu übertragen.

Das nun zu nennende PatentJames BrindleysNr. 730 vom 27. September 1758 ist unter den Fachleuten bekannter als die Mehrzahl der vorgenannten Patente. Unter anderem erwähnt dasselbe auch Severin in seiner Geschichte der Dampfmaschine[52].

Der Titel des Brindleyschen Patents lautet allgemein: „Eine Fördermaschine zum Entwässern von Bergwerken und Ländereien, oder zur Wasserversorgung von Städten und Gärten“. Brindley schlägt vor, den Kessel aus Ziegelstein oder natürlichem Stein, zum Teil sogar aus Holz herzustellen; die Stirnwand, wo die Feuerung angebracht wird, besteht aus Gußeisen. Um der durch die Wärme bewirkten Ausdehnung sich anschließen zu können, werden Dilatationsplatten angebracht. Der die Feuerung umgebende Raum ist ganz aus Gußeisen hergestellt und liegt vollständig im Wasser. Brindley glaubte, durch diese Anordnung eine größere Sparsamkeit und Sicherheit zu erzielen, als dies bei den bisher üblichen eisernen, leicht explodierenden Kesseln möglich war.

Des weiteren schlug Brindley vor, die großen an dem Balancier angreifenden Triebketten nicht aus Eisen, sondern aus Holz mit eisernen Gelenkzapfen herzustellen.

Die wichtigste der von Brindley angegebenen Neuerungen besteht aber in der selbsttätigen, vom Kesselwärter durchaus unabhängig sich vollziehenden Speisung des Kessels mit Wasser. Zu diesem Zweck schließt er das Speiserohr nach dem Innenraum des Kessels hin mittels Schwimmer, welche Ventile tragen, ab. Sinkt der Wasserstand, so öffnen sich diese Ventile und lassen frisches Speisewasser in den Kessel treten.

Von besonderem Interesse ist auch das unter dem 25. Mai 1759 anHenry Wooderteilte Patent Nr. 739. Dasselbe ist bezeichnet als das Betreiben einer Feuermaschine nach einem neuen Grundsatz, der völlig abweicht von den bisher üblichen und weniger als die Hälfte der bisher für Kohlen aufgewendeten Kosten verursacht. Das gegenüber den bekannten Verfahren Neue bestand darin, daß die Feuermaschine nicht mit Dampf, sondern mit erhitzter Luft betrieben wurde. Die Erhitzung der Luft geschah in der Weise, daß Wood die Luft durch Feuer oder durch auf Rotglut erhitzte Röhren oder durch kochendes Wasser streichen ließ, oder daß sie auf irgendeine andere Weise erhitzt oder verdünnt wurde. Die heiße Luft kann in den Zylinder der Maschine auf verschiedene Art eingeführt werden, entweder mittels Blasebälgen oder kleiner Luftpumpen mit besonderen Kolben und Ventilen, oder es kann der Überdruck der Atmosphäre durch Heizkörper hindurch die Luft in den Zylinder während des Emporsteigens des Maschinenkolbens hineindrücken und auf diese Weise den Zylinder mit heißer Luft anfüllen, die dann zur Erzielung eines Vakuums kondensiert werden und nach der Kondensation aus dem Zylinder hinausbefördert werden muß. Diese Entfernung der Luft aus dem Zylinder kann auf verschiedene Weise bewirkt werden; wird die heiße Luft in den Zylinder durch eine den Atmosphärendruck übersteigende Kraft hinausgetrieben, so wird diese Kraft die Luft durch das sogenannte Blubberventil (snifting pipe) hinaustreiben; ist der angewendete Druck dem der Atmosphäre gleich, so muß die kondensierte Luft durch eine Pumpe hinausgepumpt werden, die entweder von der Maschine odersonstwie angetrieben wird. „Meine Erfindung besteht“, so führt Wood aus, „also in dem Betrieb einer Feuermaschine durch eine der genannten Methoden oder auf eine bisher nicht bekannte Weise, die auf der Benutzung erhitzter oder verdünnter Luft beruht, oder auf der Benutzung von heißer Luft in Verbindung mit Dampf, welch letzterer dann unvermeidlich ist, wenn die Erhitzung der Luft in Röhren mittels kochenden Wassers erfolgt.“ Trotzdem die Sprache der Patentschrift erkennen läßt, daß es sich hier um eine zielbewußte Ausnutzung tiefer physikalischer Kenntnisse handelt, ist über eine praktische Ausführung der sachgemäß durchgeführten Maschine nichts festzustellen.

Nunmehr folgt das anJonathan Greenallunter dem 6. Februar 1761 erteilte Patent Nr. 761. Dasselbe weist allerdings eine schwerverständliche Beschreibung und unklare Zeichnung auf, läßt jedoch zweifellos folgende vier wesentliche Neuerungen erkennen:

1. Aufstellung der Dampfmaschine getrennt vom Dampfkessel;

2. Einschaltung eines als „Receiver“ bezeichneten Dampfgefäßes zwischen Kessel und Maschine;

3. die Anordnung einer Pumpe für das Einspritzwasser;

4. die Zuführung bereits erhitzten Wassers zum Kessel.

Das nunmehr folgende Dampfmaschinenpatent enthält ebenfalls eine Anzahl wichtiger Neuerungen. Trotzdem ist dasselbe in denAbridgements of Specifications, relating to the Steam Enginenicht enthalten. Dieses Patent ist unter Nr. 762 am 20. Mai 1761 anMichael Mainziesverliehen. 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 derFeuerung mit Brennmaterial nicht durch den Heizer, sonderndurch mechanische Vorrichtungenzu 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 KingstonuponHull.

Zu derselben Zeit wurde in der Nähe von Glasgow eine Dampfmaschine zum Betrieb einer Kohlengrube in Betrieb gesetzt.

Am 10. Oktober des Jahres 1763 erhieltJoseph Oxleydas 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 derAbridgementssoll 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 dieAnnales of Newcastlevom 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 Geschichteder Dampfmaschine zum ersten Male dem NamenJames 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 erhieltRobert Falldas 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 denAbridgementsnicht verzeichnet.

Am 9. Oktober 1766 erhieltWilliam Blakeydas 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 erhieltJohn Stewartdas Patent Nr. 859 auf eine außerordentlich umständliche Einrichtung, um die hin und her gehende Bewegung des Balanciersin 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 anJohn Barberdas 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 (DuncombeundPolile) 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 Grubenbesitzerndie hohen Kosten der Feuermaschinenund anderen Maschinen erspart werden sollen.

Am 5. Juli 1768 erhieltJoseph Hateleyunter 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 anSamuel Wiseerteiltes Patent betrifft eine Vorrichtung, um die hinund 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 Edgeworthvor, Wagen mit Hilfe des Dampfes zu treiben.

Um diese Zeit beschäftigte sich auchNicolaus Cugnotin 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 4kmlaufen, 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 330mmDurchmesser. 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 hatteJames Wattauf 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 anDr.Small gerichteten Briefe über einen derartigen Plan des Londoner Leinenhändlers Moore wie folgt aus: „Wenn der Leinenhändler Moore nicht meine Maschine anwendet, um seine Wagenzu 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.

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