In der Geſchichte eines jeden Volkes hat es goldene Zeitalter gegeben, wo ſich der menſchliche Geiſt von dem rohen kriegeriſchen Handwerk, welches meiſt die Triebfeder des ganzen Staatenlebens aus - machte, abwandte und ſein ganzes Denken und Können faſt nur den Künſten und Wiſſenſchaften zulenkte. Dann feierten dieſe ihre höchſten Triumphe, es ſchien, als habe es nur eines leiſen Anſtoßes bedurft, um die gährenden Kräfte zu entfalten, und dem edelſten Wettſtreit verdanken wir die unerreichten Kunſtwerke der Griechen, die wunderbaren Bauten der Römer, die mannigfachen impoſanten Reſte einer früheren Zeit.
Und doch iſt aus den Reſultaten glanzvoller Epochen für die Induſtrie wenig Erſprießliches zu melden. Es fehlten zu allen Zeiten die Chroniſten, die nicht nur der Thaten eines Alexander und Cäſar gedachten, ſondern auch den Mann würdigten, der grübelnd und ſinnend der Natur ihre Geheimniſſe und Kräfte ablauſchte, um ſie in den Dienſt der Menſchheit zu ſtellen, oder der mit bedeutender Geiſtes - kraft Erfindungen machte, die der moderne Menſch ſo ſelbſtverſtändlich und nichtachtend anſieht.
Wichtige, einſchneidende Erfindungen ſind ſchon früher und zu allen Zeiten gemacht worden.
Welcher hochbedeutſame Schritt war es beiſpielsweiſe, als man zum erſtenmale den Wind zum Treiben der Schiffe ausnutzte, als man dem Schlitten ein drehendes Rad unterſetzte und ihn zum Wagen machte.
Niemand kennt heute den Erfinder des Segels oder des Wagens, niemand brachte das Genie, welches dieſe wunderbaren Entdeckungen machte, auf die Nachwelt.
Es hat eine unendliche Zeit gedauert, bis die Geſchichtsforſcher anfingen, der Induſtrie einen Platz in ihren Werken einzuräumen, vor allem erſt ſeit jener Zeit, wo die Verwertung der Dampfkräfte die koloſſalſten Umwälzungen auf allen Gebieten hervorbrachte.
Seit dieſer Zeit entwickelte ſich in allen Zweigen ein raſtloſer Eifer, neue Induſtrieen entſtanden, Phyſik und Chemie, die Bahnbrecher der Induſtrie überhaſteten ſich faſt in epochemachenden Entdeckungen.
Auch der unbedeutendſte Erwerbszweig iſt heute auf die Benutzung von Erfindungen angewieſen, das ganze Getriebe iſt von Grund aus umgeſtaltet worden.
IVDer glänzende Aufſchwung, namentlich der letzten zwanzig Jahre, der alle Induſtriezweige zu einer unvergleichlichen Höhe brachte, läßt noch auf eine überraſchende, überreiche Zukunft ſchließen.
Wo jetzt der größte Teil der menſchlichen Handarbeit infolge des erfinderiſchen Geiſtes des Menſchen in maſchinellen Betrieb umgeſetzt iſt, iſt es ſelbſt für den Fachmann ſchwer, ſich in der Fülle der Re - ſultate zurecht zu finden.
Tag für Tag erſinnt der grübelnde Menſchengeiſt neues oder formt altes zu praktiſcherer Verwendung und höherer Brauchbarkeit um.
Jeder, auch der unbedeutendſte Gegenſtand hat ſeine Geſchichte und ehe er zu der Vollendung gebracht wurde, in der er jetzt vor uns erſcheint, hat das Denken unzähliger Köpfe, die Kenntnis und Exiſtenz zahlloſer früherer Erfindungen dazu gehört.
Mit wie anderen Augen ſieht man ein Produkt an, deſſen Werden und Entſtehen man kennt, von dem man weiß, wie viel tauſend fleißige Hände, wie viel komplizierte Maſchinen an ihm gearbeitet haben.
Aber nicht bloß dies — das Jahrhundert ſtellt an die Bildung des Menſchen ganz andere Anſprüche als die Vorzeit, es genügt nicht mehr oberflächliche Kenntniſſe zu beſitzen — das Wiſſen iſt an die erſte Stelle getreten, das Wiſſen vor allem wird geſchätzt, das Wiſſen macht den Menſchen.
So lag das allgewaltige, faſt unabſehbare Gebiet der Induſtrieen und Erfindungen vor, und es galt nur, Plan und Methode in das reiche Feld zu bringen, um aus beſchaulicher Höhe ein Bild gewinnen zu laſſen, auf welcher Stufe ſich heute der induſtrielle Betrieb befindet, wie die zahlloſen Luxus - und Beiriebsgegenſtände entſtehen, wie die Entwickelungsgeſchichte der Erfindungen iſt, welche Vorbedingungen zu allen Fortſchritten erforderlich waren.
Bei der Fülle des Materials war dieſe Aufgabe keine leichte, zumal unſer Werk ſich nicht an den Fachmann, ſondern an die große Maſſe des Volkes — des denkenden Volkes — wendet.
Wir hoffen, unſer Programm zufriedenſtellend gelöſt zu haben; bildend und belehrend in ſeiner Form, feſſelnd im Inhalt, den Bedürf - niſſen jedes Gebildeten ſowie der reiferen Jugend, die nicht früh genug mit der Kunde der Erfindungen vertraut gemacht werden kann, angepaßt, wird dies Werk für jeden unentbehrlich ſein, der der ihn umgebenden Welt und dem gewaltigen Ringen der Induſtrie ſein Intereſſe ent - gegenbringt.
Die Verlagsanſtalt.
Meſſungen und Maße ſind uralt, faſt ſo alt wie das Menſchen - geſchlecht ſelbſt; in jenen Tagen des grauen Altertums, als der Menſchen noch wenige waren, ſo wenige, daß die allgütige Mutter Natur alle Bedürfniſſe des Lebens in überreichem Maße befriedigte, als der Nomade auf ſeinen Wanderzügen überall wo auch immer er ſeine Zelte aufſchlagen mochte, für Menſch und Vieh den Tiſch gedeckt fand, als der Begriff des Mein und Dein noch nicht vorhanden war, da machte ſich auch ein Bedürfnis nach Maßvergleichungen noch nicht geltend. Bald aber begann die Bevölkerung ſich zu vermehren und auszubreiten, ſie ſah ſich gezwungen, in harter Arbeit dem Boden ſeine Früchte ab - zuringen, Handel und Wandel blühten empor, und wie mit wachſender Kultur das Eigentum an Wert gewann, erhielten auch die Hilfsmittel, letzteren zu beſtimmen, eine erhöhte Bedeutung, das Verlangen nach Maßen und Gewichten machte ſich geltend. Wo die Wiege derſelben geſtanden, welchem Volke ihre Einführung zu verdanken ſei, das wird ſich wohl niemals mit Sicherheit feſtſtellen laſſen, doch ſcheinen die alten Babylonier um die ſyſtematiſche Ausarbeitung der Maße ſich ein beſonderes Verdienſt erworben zu haben. In fortwährendem Verkehr mit der Natur ſtehend, entnahmen die Urvölker auch ihre Maße der Natur — was war wohl auch einfacher, als die Länge eines Acker - ſtückes nach der Anzahl der Schritte zu bemeſſen, die nötig waren, um daſſelbe abzugehen? Viele der Bezeichnungen, wie Arm, Elle, Fuß, Hand, Daumen, Schritt, Spanne, Klafter deuten auf dieſen Urſprung hin. Hatte die Menſchheit der Vorzeit gleichſam inſtinktiv zu Natur - maßen gegriffen, ſo wurden die Gelehrten ſpäterer Jahrhunderte durch wiſſenſchaftliche Gründe zu dem gleichen Vorgehen geführt. Ein Naturmaß hat den Vorzug, daß es ſich jederzeit leicht und ſicher wiederDas Buch der Erfindungen. 12Die Erfindung der Maße und Gewichte.herſtellen läßt, wenn auch ſeine ſämtlichen Verkörperungen an einem Tage durch eine Kataſtrophe vernichtet werden ſollten. Mit den alten Naturmaßen freilich ſah es böſe aus. Was z. B. hat man ſich unter einem Fuß zu denken? Der Menſchen Füße ſind gar verſchieden, und wie verſchieden die Größe derſelben aufgefaßt wurde, erſieht man daraus, daß faſt jeder Staat ſein beſonderes Fußmaß hatte, ja mancher Staat auch deren zwei und mehr. Das ging auch, ſo lange die Verkehrsmittel ſo beſchwerliche waren, daß ein Handel nur von Ort zu Ort ſich er - möglichen ließ; als aber Fahrzeuge aller Art Länder und Ozeane durchquerten, da wurde dieſer Zuſtand für den internationalen Welten - markt ein unerträglicher, und von Jahr zu Jahr machte ſich immer lauter die Forderung nach einem einheitlichen Maßſyſtem für alle Völker geltend. Die Abmeſſungen am menſchlichen Körper gaben, wie die Erfahrung gezeigt hatte, zu wenig beſtimmte Einheiten, als daß man auf dieſelben hätte zurückgreifen können; daher ſchlug der holländiſche Aſtronom und Phyſiker Huyghens 1664 vor, die Länge desjenigen Pendels als Maß zu wählen, welches genau eine Sekunde ſchlägt, während der franzöſiſche Aſtronom Mouton 1670 die Länge einer Bogen - minute auf dem Meridian gemeſſen hierfür angenommen wiſſen wollte. Nachher iſt dieſes letztere Projekt noch vielfach umgeändert worden, bis es mit gewiſſen Abänderungen und Feſtſetzungen in dem metriſchen Syſtem verwirklicht wurde.
Es verging faſt ein Jahrhundert, ehe man einen dieſer Vorſchläge ernſtlich in Angriff nahm. Erſt den Machthabern der franzöſiſchen Revolution, die ja auf ſo vielen Gebieten die gewaltigſten Umwälzungen hervorgerufen hat, blieb es vorbehalten, auch auf dem Gebiete des Meßweſens Wandel zu ſchaffen. Es wurde eine Kommiſſion, beſtehend aus Borda, Lagrange, Laplace, Monge und Condorcet, gewählt, die mit dem Vorſchlag hervortrat, als Einheit den zehnmillionſten Teil des Viertels eines Meridiankreiſes zu wählen, dieſe Länge ſpäter noch mit der Länge des Sekundenpendels unter 45° Breite zu vergleichen und die Einheit der Maſſe dadurch darzuſtellen, daß man ein durch Teile der neuen Längeneinheiten gemeſſene Menge deſtillierten Waſſers von der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes im luftleeren Raum wägt. Wie man ſieht, ging man hier auf die Dimenſionen des Erdballes ſelbſt zurück, die nach menſchlichem Ermeſſen wenigſtens als ewig un - veränderliche angeſehen werden können. Die Erde iſt nahezu eine Kugel, ein Meridiankreis derjenige Bogen, welcher durch die beiden Erdpole geht. Die Länge eines ſolches Bogens war durch Meſſungen von Bouguer und Lacondamine in Peru, von Clairaut und Maupertuis in Lappland und Méchain und Delambre in Frankreich ſehr genau beſtimmt. Auf Grund der letzteren Meſſungen wurde die neue Längen - einheit konſtruiert, und im Jahre 1799 dem Staatsarchiv zu Paris als Repräſentant derſelben ein Platinſtab übergeben, deſſen Länge ein Meter heißen ſollte. Da alle Körper ſich in der Wärme ausdehnen,3Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.alſo der Platinſtab bei verſchiedenen Wärmegraden verſchiedene Länge hatte, ſo war feſtgeſetzt, daß er bei der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes die richtige Länge darſtellte. Während die alten Maße meiſt in 12 Teile geteilt wurden — der Fuß hatte z. B. 12 Zoll — wurde bei der neuen Einheit die Zehnerteilung durchgeführt. 1 Meter hat 10 Dezi - meter = 100 Zentimeter = 1000 Millimeter; 1000 Meter = ein Kilometer. Als Einheit der Flächenmaße gilt ein Quadrat, deſſen Seiten ein Meter lang ſind, das Quadratmeter; als Einheit der Raummaße der Würfel, deſſen Seiten ein Meter lang ſind, das Kubikmeter. Die Gewichts - einheit, das Kilogramm, wiegt ſoviel wie ein Kubikdezimeter deſtillierten Waſſers im Zuſtande ſeiner größten Dichte (bei 4° Wärme) im luftleeren Raume. So war denn endlich ein unveränderliches Naturmaß geſchaffen. Wenn auch alle Meterſtäbe plötzlich und alle Kilogramme verloren gehen, aus den Meſſungen eines Meridianbogens ließe ſich jederzeit die Längeneinheit und aus dieſer die Gewichtseinheit wieder herſtellen.
Die Vorzüge des metriſchen Syſtems waren ſo offenkundige, daß Frankreich dasſelbe noch im Jahre 1799 einführte, und jetzt benutzen es faſt alle Staaten der Erde. Im ſtrengſten Sinne des Wortes iſt freilich auch das Meter kein Naturmaß. Als Méchain und Delambre ihren Meridianbogen maßen, thaten ſie es natürlich mit den Hilfs - mitteln, die ihnen damals zu Gebote ſtanden; ſpätere Meſſungen mit verfeinerten Einrichtungen ergaben einen genaueren Werth, und nach hundert Jahren wird man abermals beſſere Reſultate erreichen können; die Länge des 10000000. Teiles des Meridianquadranten wird alſo auch mit immer größerer Sicherheit feſtgeſtellt werden. Mit einem ſolchen Maß aber, das jede neue Unterſuchung wieder verändert, weiß die Praxis nichts anzufangen, alle Maßſtäbe müßten ja immer wieder von neuem verändert werden; es iſt daher feſtgeſetzt, daß das im Pariſer Staatsarchiv aufbewahrte Platinmeter (mêtre des archives) als alleinige Verkörperung der Längeneinheit gelten ſoll.
Es lag nun die Aufgabe vor, nach dieſem Urmeter für den all - gemeinen Verkehr Maßſtäbe herzuſtellen. Man unterſcheidet zwei Arten von Maßſtäben, Endmaße und Strichmaße; bei den Endmaßen hat der Abſtand zwiſchen den beiden Endflächen die verlangte Länge, während dieſe bei den Strichmaßen durch den Abſtand zweier auf dem Stabe gezogener Striche dargeſtellt wird. Die Vergleichung zweier Strich - maße — auf dieſe ſoll zunächſt eingegangen werden — erſcheint äußerſt einfach, man legt dieſelbe ſo auf - oder aneinander, daß die Anfangs - ſtriche beider genau zuſammenfallen, dann iſt — unter der Vorausſetzung, daß der eine von beiden richtig iſt — der Betrag um den die beiden Endſtriche von einander abſtehen, der Fehler des zweiten Maßſtabes. Beim Aneinanderlegen der Nullſtriche wird der Einſtellungsfehler 0,1 mm1*4Die Erfindung der Maße und Gewichte.ſelten überſchreiten, rechnet man dieſelbe Ungenauigkeit bei der Abſchätzung oder Abmeſſung der Lage der Endſtriche, ſo iſt der geprüfte Stab bis auf 2 Zehntel Millimeter bekannt, eine Genauigkeit, die für den gewöhnlichen Markt - und Ladenverkehr vollkommen ausreicht, man hat für metallene Stäbe 0,5 mm, für hölzerne Stäbe 1 mm als Fehlergrenze feſtgeſetzt. Der für die Fehlerbeſtimmung der Verkehrsmaße benutzte Stab, das Gebrauchsnormal, darf ſelbſtverſtändlich nur ſehr viel geringere Abweichungen von der wahren Länge zeigen, man verlangt von ihm, daß er bis auf 0,1 mm, oder wenn er zur Beſtimmung feinerer, ſo - genannter Präziſionsmaßſtäbe benutzt wird, daß er bis auf 0,04 mm richtig iſt. Da die Gebrauchsnormale in fortwährender Verwendung ſind, ſo ſind ſie einer ziemlich ſtarken Abnutzung unterworfen und be - dürfen daher einer häufigeren Neubeſtimmung und Nachprüfung. Dieſem Zwecke dienen die Kontrolnormale, von denen verlangt wird, daß ihre Länge bis auf 0,025 mm beſtimmt ſei. Die Kontrolnormale wieder werden mit den Hauptnormalen verglichen, deren Fehler bis auf wenige Tauſendteile des Millimeter bekannt ſein müſſen, dieſe endlich mit dem in jedem Staate nur in einem Exemplare vorhandenen nationalen Prototyp, das eine genaue Kopie des zu Paris aufbewahrten internationalen Prototyps iſt.
Man kommt leicht zu der Frage: wozu dieſe großen Genauigkeiten? Vorſtehende Darlegungen werden bereits gezeigt haben, daß ſchon ſehr weit gehende Genauigkeiten erforderlich ſind, damit nur die Sicher - heit geboten wird, daß die Maßſtäbe, wie ſie der Kaufmann oder der Handwerker benutzt, den zu ſtellenden Anforderungen entſprechen, die Wiſſenſchaft aber iſt ſo hoch entwickelt, daß das Beſte, was ihr die Technik zu liefern im Stande iſt, für ihre Zwecke gerade gut genug erſcheint.
Maßvergleichungen der einfachſten Art, wie ſie oben angegeben ſind, werden mit bloßem Auge angeſtellt, bei feineren Unterſuchungen bedarf es komplizierter Inſtrumente. Wenn man an eine einfache Holz - platte eine feine Metallſpitze rechtwinklig zur Längsrichtung der Latte befeſtigt, in gleicher Weiſe eine zweite Spitze, doch ſo, daß dieſelbe ſich verſchieben läßt, ſo erhält man den einfachſten Maßvergleichungsapparat, den Stangenzirkel. Setzt man die feſte Spitze auf den Nullſtrich eines Stabes und ſtellt die bewegliche auf den Endſtrich ein, ſo kann man die jetzt durch den Abſtand der beiden Spitzen gegebene Normallänge leicht und bequem auf eine beliebige Anzahl anderer Stäbe übertragen und ſomit deren Fehler beſtimmen.
Zum Abmeſſen und Übertragen kleinerer Längen benutzt man ſchon ſeit ſehr alten Zeiten den gewöhnlichen Gelenkzirkel; derſelbe beſteht aus zwei zugeſpitzten Schenkeln, welche ein Gelenk verbindet, ſodaß die Spitzen einander beliebig genähert oder von einander entfernt werden können. Damit die gemeſſene Länge beim Übergang von einem Stabe zum andern ſich nicht verändert, wird beim Stangenzirkel der bewegliche5Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.Schenkel mitteltſt einer Schraube an der Führungsſchiene feſtgeklemmt. Beim Gelenkzirkel dient demſelben Zwecke ein Gradbogen, der an dem einen Schenkel feſtſitzt, während der andere Schenkel durchbrochen iſt und auf dieſem Bogen gleitet, an dem er ebenfalls mit einer Schraube geklemmt werden kann.
Die Zirkelmeſſungen ſind nun allerdings ſchon genauer wie die Meſſungen mit bloßem Auge, aber ſie haben alle einen großen Nachteil. Selbſt wenn man dieſelbe Länge nicht einmal, ſondern oft wiederholt überträgt, iſt doch eine größere Sicherheit als 3 bis 5 Hundertteile des Millimeters kaum zu erreichen, für feinere Meſſungen reicht alſo der Zirkel nicht aus, ganz abgeſehen davon, daß bei mehrmaligem Ein - ſetzen der Spitzen die Maßſtäbe ſtark zerſchrammt und verdorben werden. Wenngleich daher der Benutzung des Zirkels ſelbſt, für dieſe Zwecke ziemlich enge Grenzen gezogen ſind, ſo findet ſich doch das Prinzip des Stangenzirkels bei allen Apparaten wieder, die zu Längenver - gleichungen dienen, nur daß an Stelle der Spitzen Mikroſkope an - gewendet werden. Man erhält ſo einen optiſchen Stangenzirkel oder Comparator. Bevor jedoch auf dieſe etwas komplizierteren Inſtrumente ſelbſt eingegangen wird, mögen noch einige Worte über Maßſtäbe und einfache Längenmeſſungen Platz greifen.
Will man im gewöhnlichen Leben die Entfernung zweier Punkte beſtimmen, die Länge eines Werkſtückes feſtlegen oder ſonſtige Länge - meſſungen, welche die Praxis mit ſich bringt, vornehmen, ſo legt man den Nullſtrich des Maßſtabes auf den einen Punkt, an das eine Ende des Werkſtückes und ſieht dann nach, mit welchem anderen Striche des Maßes der zweite Punkt, das andere Ende des Werkſtückes zuſammenfällt. Die Anzahl der Teilſtriche des Maßſtabes giebt ſofort die gemeſſene Länge. Die Ausführung der Meſſung ſelbſt bleibt immer die nämliche, und dennoch ſind die Anforderungen an die Genauigkeit derſelben ſehr verſchiedene. Wenn die Länge eines Ackerſtückes in Betracht kommt, ſo ſpielen einige Dezimeter gar keine Rolle, dem Zimmermann iſt es ganz gleichgültig, ob ſeine Balken einige Zentimeter länger oder kürzer gerathen ſind, aber ſchon dem Tiſchler würde die Thür ſchlecht in den Schrank paſſen, wenn er ſich um ganze Zentimeter verſieht, noch viel genauer müſſen die Achſen bei Dampfmaſchinen in ihre Lager eingepaßt ſein, und der Techniker, der Phyſiker iſt oft mit Bruchteilen des Milli - meters nicht zufrieden geſtellt. Wenn das Meſſen dasſelbe bleibt, ſo müſſen alſo die Maßſtäbe dementſprechend eingerichtet ſein.
Die gewöhnlichen Maßſtäbe ſind meiſt aus Holz hergeſtellt und von rechteckigem Querſchnitt. In der That iſt Holz, da es durch die Wärme wenig verändert wird, ein vorzügliches Material für dieſe Zwecke. Langwarenmaßſtäbe, wie ſie in Tuch - und Leinengeſchäften Verwendung finden, die Meßlatten der Feldmeſſer und die zuſammen - klappbaren längeren Maße der Tiſchler und ähnlicher Handwerker ſind aus Holz. Für feinere Meſſungen ſind dieſe Stäbe nicht zu gebrauchen. 6Die Erfindung der Maße und Gewichte.Die erſte Bedingung für ein genaueres Meſſen iſt natürlich die mög - lichſte Feinheit der Teilſtriche ſelbſt. Bei den weichen Holzarten ſind die Teillinien bis zu 1 Millimeter dick und ihre Ränder ſtark verbogen. Man hat deshalb tannene Stäbe mit Ahorn ausgelegt und erhält auf dieſem Material Striche von 0,1 bis 0,05 mm Dicke. Sehr viel feinere Striche, bis zu 0,001 mm Breite, kann man auf Metall - und Glas - körpern auftragen, alle feinſten Stäbe ſind daher auch aus Metall — Glas empfiehlt ſich ſeiner Zerbrechlichkeit wegen nicht — angefertigt.
Maßſtab mit gerader Kante.
Maßſtab mit abgeſchrägter Kante.
Ferner hat man verſucht, die Meſſungsſicherheit dadurch zu erhöhen, daß man die Theilkanten abſchrägt. Legt man nämlich einen Maßſtab mit rechteckigem Querſchnitt auf die Fläche, in welcher die Punkte a und b Fig. 1 der zu meſſenden Länge ſich befinden, ſo iſt es ſehr ſchwer zu erkennen, welcher Teilſtrich zu dem Punkte a oder b gehört, und noch viel ſchwerer abzuſchätzen, um wie viel der Punkt von dem Strich abſteht. Der Maßſtab, wie ihn Fig. 2 zeigt, hebt dieſe Übelſtände zum Teil.
Die Teilung der Stäbe iſt ſelten weiter als bis auf 1 mm getrieben, Bruchteile dieſer Größe müſſen abgeſchätzt werden. Da dieſe Schätzungen jedoch immer nur ungenaue Reſultate liefern können, ſo ſind verſchiedene Einrichtungen getroffen, um dieſelben zu umgehen. Die einfachſte iſt der Transverſalmaßſtab. Bei dieſem werden die Teilſtriche durch 10 Linien in gleichem Abſtande rechtwinklig geſchnitten, ferner iſt in dem erſten der ſo gebildeten Rechtecke (Fig. 3) eine Diagonale gezogen. Alsdann ſind die auf den Querlinien abgeſchnittenen Strecken Zehntel -
Transverſalmaßſtab.
millimeter. Die erſte Querlinie iſt geteilt in 1 Zehntel und 9 Zehntel, die zweite in 2 Zehntel und 8 Zehntel ꝛc. Die Zehntelmilli - meter ſind auf dieſe Weiſe leicht abzuleſen.
Sehr viel beſſer erfüllt den gleichen Zweck der 1631 von Peter Vernier erfundene und nach ihm benannte Vernier oder Nonius. Bei zwei gleich langen Strecken, deren erſter und letzter Strich zuſammenfallen, die aber in eine ungleiche Anzahl von Teilen geteilt ſind, nimmt der Unterſchied zweier Striche vom erſten bis zum letzten immer um den gleichen Betrag zu. Legt man (Fig. 4) an die 9 erſten Striche eines Stabes AB7Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.einen zweiten kleinen Maßſtab CD, den Nonius, bei dem dieſelbe Strecke 0 bis 9 in 10 Teile geteilt iſt, ſo iſt, wenn die 0-Striche zu - ſammenfallen, die Entfernung 1 bis I gleich 1 / 10, 2 bis II gleich 2 / 10 u. ſ. w., 9 bis IX gleich 9 / 10 eines Teiles von AB, Strich 9 trifft dann wieder mit Strich X zuſammen. Beim direkten Meſſen wird der Nonius weniger verwandt, um ſo mehr beim Über - tragen von Längen. Habe ich beiſpiels - weiſe eine Entfernung in den Zirkel ge - nommen, dann ſetze
Nonius oder Vernier.
ich die eine Spitze auf den Strich 0 des Stabes AB ein und verſchiebe den Nonius ſo lange, bis ſein Strich 0 mit der zweiten Zirkelſpitze zuſammenfällt. Dies möge zutreffen, wenn der Nonius die Stellung hat, daß Strich 6 mit Strich VI zuſammenfällt, die gemeſſene Entfernung 0 bis 0 beträgt dann 6 Zehntel der Entfernung von 0 bis 1. Stände 0 am Nonius zwiſchen 8 und 9 und Strich VII fiele wieder mit einem Strich des Maßſtabes zuſammen, ſo wäre die gemeſſene Länge 8,7. Würde man den Nonius ſo teilen, daß 20 Teile deſſelben gleich 19 Teilen des Maßſtabes ſind, ſo könnte man direkt Zwanzigſtel ableſen. Die häufigſten Verhältniſſe ſind Zehntel und Fünfundzwanzigſtel.
Die größten Genauigkeiten liefert indeſſen der Vernier noch nicht, ſondern viel weiter kommt man mit der Mikrometerſchraube. Im weiteren Sinne des Wortes verſteht man unter Mikrometerſchrauben alle ſehr feingeſchnittenen Schrauben, damit an Inſtrumenten kurze, gleichmäßige Bewegungen ausgeführt werden. Eine Schraube beſteht aus einem feſten Cylinder, der Spindel, in welche das Gewinde ein - geſchnitten iſt. Den Abſtand zweier Windungen nennt man die Gang - höhe. Ein Ende der Schraube endigt in einen Cylinder, deſſen Durchmeſſer mehrmals größer iſt, als der der Spindel, den Schrauben - kopf. Der Mantel dieſes größeren Cylinders trägt meiſt auf der gekrümmten Fläche eine gleichmäßige Teilung, am häufigſten in 100 Teile, in dieſem Falle bezeichnet man den Kopf als Schrauben - trommel. Die Schraube bewegt ſich in einem Hohlcylinder, in welchen innen ein genau gleiches Gewinde eingeſchnitten iſt, ſo daß die Windungen der Schraube genau in die Windungen dieſer Schrauben - mutter eingreifen. Entweder iſt nun die Schraube feſtgelegt, dann bewegt ſich die Mutter bei einer Drehung derſelben, oder wenn die Mutter feſtſitzt, bewegt ſich die Schraube vorwärts und rückwärts. Wenn die Schraube mit einer Ableſungsvorrichtung — Lupe, Mikroſkop - Fernrohr — verbunden iſt, ſo iſt die Mutter beweglich angeordnet und führt einen viereckigen Rahmen, den Schlitten, der ein Faden,8Die Erfindung der Maße und Gewichte.paar oder Fadenkreuz zum Einſtellen trägt. Um noch Trommelteile ſchätzen zu können, befindet ſich neben der Trommel ein Nonius, meiſt aber nur eine einfache Strichmarke. Zeigt jetzt der Nullſtrich des Nonius oder die Strichmarke auf den Nullſtrich der Trommel, und die Schraube wird einmal ganz herumgedreht, ſo verſchiebt ſich die Mutter und mit ihr der Schlitten um eine ganze Ganghöhe, und die beiden Nullmarken ſtehen wieder einander gegenüber. Iſt die Trommel in 100 Teile geteilt, und es wird nur 1 / 10 Umdrehung gemacht, ſo zeigt die Strichmarke auf den Strich 10 der Trommel. Da der Nonius noch Zehntel-Trommelteile abzuleſen geſtattet, ſo würde ein Tauſendſtel Um - drehung, oder eine Verſchiebung des Schlittens um ein Tauſendſtel Ganghöhe noch deutlich zu meſſen ſein. Bei feinen Mikrometerſchrauben beträgt die Ganghöhe meiſt 0,1 mm, mit ihrer Hilfe ſind alſo noch 0,0001 mm genau einzuſtellen.
Nach dieſer Abſchweifung kehren wir zu den Komparatoren zurück. Die Stelle der Latte des Stangenzirkels vertritt hier eine ſtarke guß - eiſerne Schiene, welche mit ihren Enden auf zwei Steinpfeilern ruht. Dieſe gehen durch den Fußboden des Beobachtungsraumes frei hindurch und ſind direkt auf den Fundamenten des Gebäudes ſelbſt aufgemauert, damit weder die unter den Tritten des Beobachters erzitternden Dielen, noch vorüberfahrende Wagen ſie zu erſchüttern im Stande ſeien. Dieſe Schiene — der Führungscylinder — trägt zwei an einem Schlitten befeſtigte und mit dieſem längs des Cylinders bewegliche Mikroſkope*)Näheres hierüber unter optiſche Inſtrumente., die die Stelle der Zirkelſpitzen vertreten. Unter der Schiene befindet ſich ein ebenfalls gußeiſerner Tiſch, auf welchen die zu vergleichenden Stäbe aufgelagert werden. Sollen zwei Längen jetzt mit einander verglichen werden, ſo verſchiebt man die beiden Mikroſkope ſo lange, bis das eine auf den erſten Strich, das andere auf den letzten Strich des Normalſtabes weiſt, die feinere Einſtellung wird mit der Mikro - meterſchraube gemacht. Dieſe iſt ſo mit dem Mikroſkop verbunden, daß bei ihrer Umdrehung in der Bildebene deſſelben, ſich ein Paar von Spinnenfäden über die Stabſtriche hinſchiebt. Man dreht nun ſo lange an der Mikrometerſchraube, bis der Strich genau in der Mitte der Fäden ſteht und lieſt alsdann die Trommel ab. Hierauf verſchiebt man, rechtwinklig zur Richtung der Schiene, den beweglich eingerichteten Tiſch mit den Stäben, bis der zweite, neben dem erſten aufgelegte Stab unter die Mikroſkope zu liegen kommt, und dreht wieder die Mikrometer - ſchraube ſo lange, bis das Fadenpaar den Strich des zweiten Stabes einſchließt. Der Unterſchied der Trommelableſungen giebt dann den Längenunterſchied der Stäbe. Sei z. B. die Ganghöhe der Schraube 0,1 mm, die Trommel in 100 Teile geteilt, ſeien ferner bei der Pointierung auf den Normalſtab die Ableſungen am linken Mikroſkop 32,4, am rechten 47,2, und beim Viſieren auf den zweiten Stab bezüglich 64,79Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.und 93,1, bewegt ſich endlich mit wachſender Ableſung an der Trommel das Fadenpaar gleichmäßig in beiden Mikroſkopen nach rechts, ſo wären vorliegende Ableſungen ſo zu deuten: Der Nullſtrich des zweiten Stabes liegt um 32,3 Trommelteile weiter nach rechts, als der ent - ſprechende Strich des Normales, der Endſtrich dagegen um 45,9, würde alſo der zweite Stab ſo lange nach links gerückt, bis auf beiden Stäben ſich gleiche Ableſungen ergeben, ſo läge der Endſtrich des zweiten Stabes noch um 13,6 Trommelteile weiter rechts, wie der des Normales, der Stab iſt alſo um 13,6 Trommelteile oder 0,0136 mm länger, als der Normalſtab.
Für weniger genaue Meſſungen hat man auch kleinere tragbare Komparatoren mit meiſt nur einem Mikroſkop und feſtem Tiſch. Hier werden dann die Stäbe mit ihren Teilungen an einander gelegt, ſo daß beide gleichzeitig im Mikroſkop erſcheinen. Am beſten liegen die Stäbe ſo, daß die beiden Anfangsſtriche genau eine gerade Linie bilden; verſchiebt man das Mikroſkop auf der Schiene ſo lange, bis die Endſtriche in demſelben erſcheinen, ſo ergiebt die Differenz der Trommelableſungen beim Pointieren auf Stab I und Stab II ſofort den wahren Längen - unterſchied beider Stäbe. Bei den feinſten Maßſtäben iſt freilich ein Aneinanderlegen der Teilkanten nicht möglich, denn dieſe tragen nicht, wie der in Fig. 1 abgebildete Stab die Teilung an der Kante. Solche Stäbe mit rechteckigem Querſchnitt verändern leicht ihre Form und ihre Länge je nach der Unterlage, wie Fig. 5 zeigt. Iſt der Tiſch hohl, ſo ſind nur die Stab - enden unterſtützt, der Stab biegt ſich nach[unten] ein und der Abſtand der Endſtriche verkürzt ſich; iſt der Tiſch dagegen gewölbt, ſo iſt nur die Mitte des Stabes unterſtützt, der Stab wölbt ſich eben - falls, der Abſtand der Endſtriche verlängert ſich.
Geſtaltsänderungen rechteckiger Stäbe.
Wie man aber ſieht, bleibt der geradlinige Abſtand der Enden der punktierten Mittellinie in beiden Fällen derſelbe. Dieſe Mittelebene nennt man daher die unveränderliche Ebene oder die neutrale Schicht und teilt feine Stäbe auf dieſer Ebene. Fig. 6 ſtellt den Querſchnitt der Prototype des Meter dar, wie ſie jeder der allgemeinen Meter - konvention beigetretene Staat in einem Exemplar, hergeſtellt aus einer Legierung von 90 Teilen Platin und 10 Teilen Iridium, beſitzt.
Zum Abmeſſen größerer Längen, insbeſondere auf freiem Felde, benutzt man die Meßlatten, Meßketten, oder man bedient ſich der Meßbänder, welche je nach den Zwecken, denen ſie dienen ſollen, aus feinen Stahlſtreifen oder aus Köper hergeſtellt ſind.
Querſchnitt eines Normal - meters.
Das mêtre des archives iſt kein Strichmaß, ſondern ein Endmaß. Auf die feinſten Vergleichungen von Endmaßen braucht indeſſen hier nicht eingegangen zu werden, da Endmaße für die Praxis ohne größere Bedeutung ſind, wohl aber ſpielen die in dasſelbe Gebiet fallenden Dickenmeſſungen eine ganz hervorragende Rolle. Auch hierbei werden in erſter Linie Zirkel benutzt, die nur entſprechend anders geſtaltet ſind, die ſogenannten Taſterzirkel, Kalibermaßſtäbe und Schublehren. Alle
Taſterzirkel.
dieſe Inſtrumente meſſen die Dicken durch Fühlen. Den gebräuchlichſten Taſter ſtellt Fig. 7 dar, er iſt ein
Dicken - und Weitentaſter.
Gelenkzirkel, aber die Schenkel ſind nicht geradlinig, ſondern ausgebaucht, damit ein größeres Werkſtück zwiſchen ihnen Platz finden kann, die Enden ſind ein wenig aus ihrer Ebene herausgebogen, damit die Fühlflächen einander gegen - über liegen. Man öffnet den Zirkel ſoweit, daß er das Werkſtück eben an den beiden Punkten berührt, deren Abſtand geſucht wird und mißt dann mit
Taſter mit Maßſtab.
einem Maßſtab die Entfernung der beiden Fühlflächen. Will man mit dem - ſelben Inſtrument auch Weiten meſſen z. B. einen Durchmeſſer von Röhren, ſo verlängert man die Zirkelſchenkel über den Dreh - punkt hinaus geradlinig und biegt die Spitzen nach außen um, der Taſter erhält dann die Geſtalt wie Fig. 8. Man kann die Entfernung der Fühlflächen mit einem Maßſtabe natürlich nur ganz roh meſſen, für beſſere Meſſungen iſt daher der Maßſtab gleich mit dem Taſter verbunden, wie bei Fig. 9; bei dieſem Taſter ermöglicht zugleich die angebrachte Mikrometerſchraube ein beſſeres Einſtellen. Würde man die geradlinigen (Ableſungsſchenkel) länger machen als die gekrümmten Schenkel, ſo müßte auch der Bogen, den die Enden der langen Schenkel beſchreiben, größer ſein, als die von den kurzen Schenkeln beſchriebenen, denn je größer der Radius, um ſo größer der Kreis. Der Winkelwert bleibt natürlich immer derſelbe, aber der Linearwert vergrößert ſich entſprechend der Schenkellänge. Man nennt eine ſolche Vorrichtung, durch welche kleine Meſſungen in große Ableſungen verwandelt werden, Fühlhebel. Beim Fühlhebeltaſter (Fig. 10) erſcheinen kleine Bewegungen der Fühlflächen als große Ableſungen auf dem geteilten Kreiſe.
Die Stelle des Stangenzirkels bei Längenmeſſungen vertritt bei Dickenermittelungen die Schublehre. An einem metallenen Lineal iſt11Meſſung der Dicken und Weiten.
Fühlhebeltaſter.
eine ebene Fühlfläche a am Ende befeſtigt, (Fig. 11). Auf dem Lineal, das eine Teilung trägt, läßt ſich eine zweite Fühlfläche mit Hilfe eines Rahmens verſchieben, der einen Nonius trägt. Man legt das zu meſſende Stück zwiſchen die beiden Fühlflächen a und b, drückt die
Kalibermaßſtab oder Schublehre.
Fläche b ſanft an und lieſt dann mit Hilfe des Nonius direkt die Dicke am Maßſtabe ab. Vorausgeſetzt iſt hierbei, daß die beiden Flächen a, b genau gleichlaufend und rechtwinklig zum Lineal ſtehen. Neben dieſen Schublehren finden auch die Schrauben - lehren vielfach Anwendung. Das Princip iſt das gleiche. Bei der Palmerſchen Lehre, Fig. 12, trägt ein Bügel S bei P die feſte Fühlfläche, gegen welche eine zweite Fühlfläche P durch eine Schraube bewegt werden kann. Die Umdrehungen der Schraube laſſen ſich an einem über dem Bügel ſichtbaren Maßſtab ableſen. Die kegelförmige Zuſpitzung der Hülſe K, welche mit der Schraube verbunden über dem inwendig als Mutter dienenden Maß - ſtab ſitzt, iſt in 20 Teile geteilt, ſo daß ſich noch zwanzigſtel Umdrehungen be - ſtimmen laſſen.
Die weitgehendſte Verwendung findet der Meßkeil, möge er nun als Weiten -
Palmerſche Lehre.
12Die Erfindung der Maße und Gewichte.meſſer oder als Dickenmeſſer — in letzterem Fall iſt es ein Hohlkeil — verwertet werden. Die Meßkeile liefern recht genaue Reſultate.
In innigem Zuſammenhange mit den Längen ſtehen die Gewichte, die Gewichtseinheit iſt unmittelbar aus der Längeneinheit hergeleitet. Urſprünglich war von der Kommiſſion, wie ſchon erwähnt, vorgeſchlagen, eine durch Teile der neuen Längeneinheit gemeſſene Menge deſtillierten Waſſers von der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes, im luftleeren Raume gewogen, als Gewichts - oder Maſſeneinheit zu betrachten; ſpäter wurde feſtgeſetzt, daß ein Kilogramm gleich ſein ſolle dem Gewichte eines Kubikdezimeters deſtillierten Waſſers im Zuſtande ſeiner größten Dichte, gewogen im luftleeren Raum. Waſſer erleidet wie jeder Körper durch die Wärme eine Ausdehnung, wenn man alſo ein Kubikdezimeter (Liter) mit Waſſer von 10° Celſius füllt, und dann das Waſſer erwärmt, ſo läuft es über, weil es jetzt einen größeren Raum einnimmt. Bei 15°C. z. B. iſt alſo in demſelben Raum eine geringere Gewichts - menge Waſſer als vorher. Kühlt man andrerſeits das Waſſer ab, ſo zieht es ſich zuſammen, es nimmt weniger Raum ein, man muß demnach Waſſer nachgießen, um das Maß wieder ganz zu füllen, es iſt jetzt eine größere Gewichtsmenge in demſelben Raum. Ein Kubik - dezimeter deſtillirten Waſſers würde alſo kein beſtimmtes Gewicht haben, es muß noch die Temperatur deſſelben angegeben ſein. Waſſer hat die Eigenſchaft, bei 4°C. am dichteſten zu ſein, wird es noch weiter abgekühlt, ſo fängt es wieder an ſich auszudehnen.
Alle Körper in der Natur haben, wie die Erfahrung lehrt, das Beſtreben zu fallen, — ſich nach dem Erdmittelpunkt zu bewegen, wenn ſie an dieſer Bewegung nicht verhindert werden. Man muß daher annehmen, daß dem Erdball eine Kraft innewohnt, die ſich darin äußert, alle Körper nach dem Erdmittelpunkt anzuziehen und nennt dieſe Kraft die Schwerkraft. Die Eigenſchaft der Körper, vermöge deren ſie den Wirkungen der Schwerkraft ausgeſetzt ſind, iſt ihre Schwere. Die Richtung, nach welcher hin die Schwerkraft zieht, heißt die vertikale oder lotrechte, rechtwinklig zu dieſer ſteht die horizontale Richtung. — Ruht der Körper auf einer horizontalen Unterlage, ſo wirkt zwar die Schwerkraft ebenfalls auf ihn, aber ſie wird durch eine gleich große und entgegengeſetzt gerichtete Einwirkung ſeitens der feſten Teile der Unterlage aufgehoben, der Körper verharrt unter dem Einfluſſe der beiden gleich großen aber entgegengeſetzt gerichteten Kräfte in Ruhe, er befindet ſich im Gleichgewicht. Dieſelben Verhältniſſe treten ein, wenn der Körper an einem hinreichend feſten Faden hängt. Die Größe des Druckes, welchen die Unterlage von dem auf ihr ruhenden, oder des Zuges, den der Faden von dem an ihm hängenden Körper erfährt, heißt ſein Gewicht. Dieſes iſt abhängig erſtens natürlich von der Größe der Schwerkraft, dann auch, da jedes einzelne Maſſen -13Von den Wägungen.teilchen der Schwerkraft unterworfen iſt, von der Maſſe des Körpers. Man kann alſo die Maſſen zweier Körper vergleichen, indem man ihre Gewichte vergleicht, hierzu dient die Wage.
Denkt man ſich alle die Wirkungen der Schwerkraft auf die einzelnen Maſſenteilchen zu einer einzigen Kraft vereinigt, ſo wird dieſe eine Kraft in dem Körper auch nur einen Angriffspunkt haben, deſſen Lage zu dem Körper unveränderlich iſt und der der Schwerpunkt des Körpers genannt wird. Man kann ſich daher auch das Gewicht des Körpers im Schwerpunkt vereinigt denken. Bei ſymmetriſch geſtalteten Körpern fällt der Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt zuſammen. Man kann nun einen Körper in dreifacher Weiſe unterſtützen, entweder im Schwerpunkt, dann iſt derſelbe unter dem Einfluſſe der Schwerkraft in jeder Lage im Gleichgewicht, oder in einem Punkte der vertikal über oder unter dem Schwerpunkt liegt. Erſteres iſt der Fall, wenn er an einem vertikalen Faden hängt, letzteres wenn er auf einer horizontalen Unterlage ruht.
Das Gleichgewicht kann ein ſtabiles, labiles oder indifferentes ſein. Man bezeichnet es als ſtabil, wenn der Körper, ein wenig aus ſeiner Gleichgewichtslage gebracht, durch die auf ihn wirkenden Kräfte wieder in die Gleichgewichtslage zurückgeführt wird, — labil, wenn der Körper, einmal in ſeiner Gleichgewichtslage geſtört, nicht in dieſelbe zurückkehrt, als indifferent, wenn der Körper in jeder Lage die man ihm giebt im Gleichgewicht verharrt. Ein um eine feſte Axe drehbarer Körper iſt im ſtabilen Gleichgewicht, wenn der Schwerpunkt unter dem Unterſtützungspunkt liegt, im labilen, wenn der Schwerpunkt über dem Drehpunkt liegt und im indifferenten Gleichgewicht, wenn der Schwer - punkt in der Umdrehungsaxe liegt. Eine Schaukel z. B. iſt im ſtabilen Gleichgewicht, wenn man ſie auch noch ſo hoch ſchwingt, kehrt ſie doch von ſelbſt in die vertikale Lage zurück, ein Stock dagegen, den man auf der Hand balanciert, iſt ſtabil, — der leiſeſte Stoß bringt ihn zum Umfallen, ohne daß er ſich wieder aufrichtet. Eine Kugel, durch deren Mittelpunkt ein Stock hindurchgezogen wird, bleibt in Ruhe, wie man ſie auch dreht.
Unterſtützt man einen Stab in irgend einem Punkte, um den er ſich drehen kann, ſo erhält man einen Hebel. Dieſer wird als ein - armiger bezeichnet, wenn der Drehpunkt mit einem Endpunkte des Stabes zuſammenfällt, im anderen Falle heißt er zweiarmig. Bringt man an einem Hebel eine Laſt an, ſo wird der Punkt des Hebels, an welchem die Laſt hängt, der Angriffspunkt genannt, und die Ent - fernung zwiſchen dem Drehpunkt und dem Angriffspunkt — Hebelarm. Wird der Hebel durch den Drehpunkt in zwei gleich lange Arme geteilt, ſo iſt es ein gleicharmiger, iſt dies nicht der Fall, ſo hat man einen ungleicharmigen Hebel vor ſich. Bringt man an einem Arme eines zweiarmigen Hebels, der ſich im Gleichgewicht befindet, eine Laſt an, ſo wird das Gleichgewicht geſtört, der Hebel neigt ſich nach der be -14Die Erfindung der Maße und Gewichte.laſteten Seite und es bedarf einer zweiten Laſt am andern Arm, um das Gleichgewicht wieder herzuſtellen. Erfahrung und Theorie haben gezeigt, daß bei einem Hebel, der im unbelaſteten Zuſtande im Gleichgewicht war, wenn er belaſtet wird, wieder Gleichgewicht herrſcht, ſobald das Produkt aus der Länge des Hebelarms und der Laſt auf beiden Seiten des Drehpunktes gleich iſt. Hat man z. B. einen gleicharmigen Hebel, deſſen Arme 25 cm lang ſind, auf einer Seite mit 2 kg belaſtet, ſo daß alſo für dieſe Seite das Produkt aus Laſt und Arm — das ſtatiſche Moment — gleich 25 × 2 = 50 iſt, ſo muß auch die andere Seite mit 2 kg belaſtet werden, wenn wieder Gleichgewicht eintreten ſoll, denn dann iſt auch hier das ſtatiſche Moment 25 × 2 = 50. Wäre bei einem ungleicharmigen Hebel der eine Arm 25 cm lang, der andere 5 cm, und der längere Arm iſt mit 2 kg belaſtet, ſo muß der kürzere Arm mit 10 kg belaſtet werden, um Gleichgewicht hervorzurufen, denn in einem Falle iſt das ſtatiſche Moment 25 × 2 = 50, auf der anderen Seite 5 × 10 = 50. Beim gleicharmigen Hebel herrſcht alſo Gleichgewicht, wenn die Laſten auf beiden Seiten gleich ſind, beim ungleicharmigen, wenn die Laſten im umgekehrten Verhältnis zu den Armlängen ſtehen; iſt ein Arm fünf mal ſo lang wie der andere, ſo darf er nur ein Fünftel der Laſt tragen, mit welcher der kürzere Arm beſchwert iſt.
Die Wage iſt eine und vielleicht die am meiſten bekannte und benutzte Anwendungsform des Hebels. In der That beſteht die ein - fachſte Hebelwage nur aus einer metallenen Stange, dem Wagebalken, der an einer Stelle unterſtützt iſt und an beiden Enden Vorrichtungen aufweiſt, an denen Laſten befeſtigt werden können. Als Drehpunkt dient in der Regel eine Schneide, welche die Schärfe eines in den Balken eingeſprengten gehärteten Stahlkeiles bildet; ſie ruht auf einer Horizontal - ebene, gleichfalls aus gehärtetem Stahl, der Mittelpfanne. An den Enden ſind ebenfalls gehärtete Stahlkeile eingefügt, die aber im Gegen - ſatz zu der Mittelſchneide die Schärfen nach oben gerichtet haben, die Endſchneiden. Über dieſe ſind Bügel gelegt, die an einem Haken die Schalen zur Aufnahme der Laſten tragen. Auch die Bügel lagern mit gehärteten ebenen Stahlplättchen, den Endpfannen, auf den Schneiden.
Von einer guten Wage verlangt man 1. daß der Balken für ſich allein ſich horizontal einſtellt, daß er ebenfalls horizontal bleibt, wenn beide Seiten gleich belaſtet werden. — Der Wagebalken darf ſich daher nicht im indifferenten Gleichgewicht befinden, ſondern nur im ſtabilen, der Schwerpunkt muß demnach unter der Mittelſchneide liegen, dies muß auch noch der Fall ſein, wenn in die Schalen Gewichte gelegt ſind. Die beiden Balkenarme, — ſo nennt man entſprechend den Bezeichnungen beim Hebel die Entfernungen zwiſchen Mittel - und Endſchneiden — müſſen alſo gleich gearbeitet und vor allem genau gleich lang ſein, die eine Laſt würde ſonſt an einem längeren Hebel - arm angreifen wie die andere, und die ſtatiſchen Momente wären trotz15Von den Wägungen.der gleichen Belaſtung ungleich. Stellt Fig. 13 einen Wagebalken vor, ſo iſt c die Mittelſchneide, a, b ſind die Endſchneiden, ac und bc die gleich langen Arme, s der genau vertikal unter c liegende Schwerpunkt.
Schematiſche Darſtellung der Wage.
Legt man jetzt in die beiden Schalen zwei gleiche Gewichte P, ſo greifen dieſelben in a und b an, der gemeinſame Schwerpunkt beider fällt demnach in c, und der gemeinſame Schwerpunkt aller in c wirkenden Maſſen, alſo auch des Balkens und der beiden Gewichte mit Schalen und Gehängen, fällt in einen Punkt zwiſchen c und s. Aus der Figur erſieht man ſofort, daß außer der Bedingung der gleichen Länge der Arme auch noch die erfüllt ſein muß, daß alle drei Schneiden genau in einer geraden Horizontallinie liegen müſſen. Läge b tiefer wie a, und wäre c b keine Horizontale, ſo würde die Laſt in b nicht recht - winklig zum Hebelarm angreifen, es würde demnach nur ein Teil der Laſt und nicht die ganze wirken. Daſſelbe würde eintreten, wenn zwar die drei Schneiden in einer Ebene lägen, aber die Schalen nicht einander parallel hingen, ſo daß die Kräfte dann unter verſchiedenem Winkel angreifen würden.
Man macht deshalb die Aufhängung der Schalen ſtets ſo leicht beweg - lich wie möglich, damit ſie ſich immer vertikal einſtellen. Steht dann der Wagebalken ſchief, ſo greifen die Laſten zwar unter einem Winkel an, ſo daß ein Teil der Laſt nicht in Wirkung tritt; aber der Verluſt iſt auf beiden Seiten der gleiche und da es ſich nur um Gewichts - vergleichungen handelt, ſo bleiben die Verhältniſſe die nämlichen. Bringt man jetzt auf der rechten Seite ein kleines Übergewicht an, ſo fällt der Schwerpunkt der beiden Laſten, die in a und b angreifen, nicht mehr mit c zuſammen. ſondern in d, und der gemeinſchaftliche Schwer - punkt nicht mehr in die Linie c s, ſondern in die Linie d s in den Punkt m. Da wir ein ſtabiles Syſtem haben, ſo wird der ganze Wagebalken ſich ſoweit um c drehen, bis m vertikal unter c zu liegen kommt. Der Winkel s c m, um den ſich der Balken dreht, heißt der Ausſchlagswinkel für die Laſt r. Dieſer Ausſchlagswinkel bietet ein16Die Erfindung der Maße und Gewichte.Maß für die Empfindlichkeit der Wage, die um ſo größer iſt, je größer der Ausſchlagswinkel im Verhältnis zu dem Gewicht r iſt.
Als zweite Bedingung für eine gute Wage iſt daher aufzuſtellen: 2. die Empfindlichkeit muß möglichſt groß ſein. Dieſer Bedingung läßt ſich in dreifacher Weiſe genügen.
Liegt der Schwerpunkt s möglichſt nahe unter c, ſo rückt auch der Punkt m vertikal in die Höhe und der Winkel s c m vergrößert ſich infolge deſſen. Bei allen guten Wagen iſt entweder unterhalb des
Präziſionswage.
Balkens wie in Fig. 13 oder oberhalb deſſelben wie in Fig. 14 eine feine Schraube angebracht, an der man ein kleines Gewicht auf - und abſchrauben kann, wodurch man offenbar den Schwerpunkt höher oder tiefer zu rücken im Stande iſt, je nachdem man die Empfindlichkeit zu vergrößern oder zu verkleinern wünſcht.
Andrerſeits nimmt die Empfindlichkeit mit der Länge der Arme zu, denn es iſt klar, daß, wenn man c b verlängert, auch d ſich weiter von c entfernt, alſo auch der Punkt m in einer zu c b parallelen Richtung von c s fort rückt und der Winkel s c m ſich vergrößert.
Endlich erhöht ſich die Empfindlichkeit, wenn man den Wagebalken möglichſt leicht wählt.
Der Ausſchlag des Wagebalkens, der Winkel s c m wird an einer Skala abgeleſen, über welcher ſich ein mit dem Wagebalken feſt ver - bundener Zeiger bewegt.
Die Bedingungen für eine hochempfindliche Wage ſind ſomit gegeben; in der Praxis hatte es aber ſeine Schwierigkeiten, dieſelben17Von den Wägungen.zu erfüllen. Macht man die Balken zu lang, ſo wird die Wage ungeſchickt und nimmt zu viel Raum ein, außerdem ſchwingt ſie zu langſam. Leicht ſucht man die Balken zu machen, indem man dieſelben durchbrochen arbeitet, wie Fig. 14 zeigt, aber es muß immer darauf geachtet werden, daß der Balken auch genügende Feſtigkeit hat, um die Laſten tragen zu können, zu deren Abwägung er verwendet werden ſoll. Biegt ſich der Balken durch, weil er zu ſchwach iſt, ſo liegen die drei Schneiden nicht mehr in einer Ebene und die Wägungen werden fehlerhaft. Bei kleineren Wagen arbeitet man die Balken ganz aus Aluminium.
Rückt man endlich den Schwerpunkt s zu nahe nach c herauf, ſo liegt die Gefahr nahe, daß das Gleichgewicht indifferent wird.
Die Erfindung der Wagen iſt ſicherlich bereits in den älteſten Zeiten gemacht worden, aber wo und von wem, läßt ſich auch hier, wie faſt überall, wo es ſich um die Anfänge der Meßkunde handelt, nicht angeben. Die älteſte Methode des Wägens beſtand wohl darin, daß man auf die eine, gewöhnlich die rechte Schale die Laſt legte und dann auf die andere Schale ſo lange Gewichte that, bis das Gleich - gewicht wieder hergeſtellt war. Auf dieſe Weiſe war die Schwere der Laſt ſofort aus den Gewichten abzuleſen, ausgedrückt in Teilen oder Vielfachen der Gewichtseinheit. Legt man auf die rechte Schale ein Stück Fleiſch und muß die linke Schale mit 2,5 kg belaſtet werden, damit die Zunge wieder in der Mitte der Skala einſpielt, ſo wiegt das Fleiſch 2,5 kg. Für den gewöhnlichen Handel genügt dieſes alte ein - fache Verfahren auch heute noch vollkommen, denn ob der Kaufmann 1 g Butter mehr oder weniger auf 1 kg giebt, iſt ſowohl ihm, wie dem Käufer ziemlich gleichgültig; ſollen aber Edelmetalle abgewogen werden, oder handelt es ſich überhaupt um wertvollere Gegenſtände, ſo ſpielen bereits Milligramme eine Rolle, und da genügt dieſes Verfahren nicht.
Die Wagearme abſolut gleich lang zu machen, iſt ein Problem, welches ſelbſt die moderne Technik noch nicht gelöſt hat, und wenn auch dies gelingen ſollte, ſo werden dennoch die Balkenarme während der Wägung Veränderungen unterworfen ſein. Befindet ſich beiſpiels - weiſe der linke Arm näher dem Fenſter, der rechte näher einer Wärme - quelle, ſo wird der linke Arm kälter ſein, als der rechte, oder, da alle Körper durch die Wärme ausgedehnt werden, ſo wird der linke Arm auch kürzer ſein, als der rechte; die rechts liegende Laſt wirkt alſo an einem längeren Hebelarm, als die links liegenden Gewichte, die ſtatiſchen Momente ſind bereits gleich, wenn die Laſt noch leichter iſt, als die Summe der Gewichte; die Laſt erſcheint ſchwerer, als ſie in der That iſt. Andrerſeits, wenn die Laſt aus einem Stück beſteht, ſo nähert man ſich beim Aufſetzen derſelben nur einmal dem rechten Wagenarm; hat man 7 Gewichte nöthig, um die Zunge zum Einſpielen zu bringen, ſie auszutarieren, ſo nähert man die Hand dem linken Balkenarm ſiebenmal und bei der großen Empfindlichkeit des Metalls gegen Wärme -Das Buch der Erfindungen. 218Die Erfindung der Maße und Gewichte.einflüſſe, wird ſich der linke Arm durch die Handwärme ungleich ſtärker ausdehnen, wie der rechte; man erhält ein zu geringes Gewicht für die Laſt. Gegen Erwärmung von außen, ſowie gegen Luftſtrömungen, wie ſie entſtehen, wenn z. B. die Thür des Wagenzimmers geöffnet wird, hat man ſich zu ſchützen geſucht, indem man die Wagen mit einem Umſchlußkaſten verſieht, gegen die Handwärme, indem man die Gewichte mit Pinzetten anfaßt und aufſetzt, aber erſt die Erfindung der Bordaſchen Wägungsmethode führte zu genaueren Reſultaten.
Borda’s Methode ſucht die niemals zu umgehenden konſtruktiven Unzulänglichkeiten der Wage, ſowie die von außen herantretenden Störungen des Verfahrens durch die Anordnung der Beobachtungen aufzuheben. Auf die rechte Schale wird zuerſt das Normalgewicht geſetzt und durch links aufzulegende gewöhnliche Gewichtsſtücke aus - tariert. Dann wird nach Ableſung der Gleichgewichtslage an der Wagenſkala rechts das Normal durch die Laſt, ein Gewichtsſtück oder was ſonſt beſtimmt werden ſoll, erſetzt und werden rechts oder links ſoviel Zulagegewichte hinzugefügt, bis wieder Gleichgewicht eintritt. Endlich wird rückwärts dieſelbe Anordnung wiederholt. Sei das Normal - gewicht N, das zu beſtimmende P, die Zulage z, ſo hat man auf der rechten Schale nach einander N, P + z, P + z, N. Durch dieſe Methode werden in der That viele Ungenauigkeiten vermieden. Wäre z. B. der rechte Walkebalken länger wie der linke, ſo würde beim Austarieren links allerdings mehr hinaufgelegt werden müſſen, als der Schwere des Stückes entſpricht, aber da ja P auf dieſelbe Schale kommt, ſo würde dieſer Konſtruktionsfehler bei N und P genau gleich wirken, P + z alſo genau ſo ſchwer ſein müſſen, wie N. Oder wenn z. B. der linke Balken während der Wägung ſich durch Wärmeeinflüſſe ſtetig ver - längerte, ſo würde freilich links die Tara ſcheinbar immer ſchwerer werden, aber beim Wiederaufſetzen des Normals würde der Fehler ſich bemerkbar machen, und in der Rechnung würde er verſchwinden. Nämlich ſo: gegeben ſeien 2 Kilogrammſtücke, das fehlerfreie Normal, das zweite um 5 mg zu leicht. Jetzt legt man erſt das Normal auf, tariert aus, bis Gleichgewicht eingetreten iſt, nimmt das Normal herunter, und legt das zweite Kilogramm auf die rechte Schale, dann werden zunächſt rechts noch 5 mg zugelegt werden müſſen, damit wieder Gleichgewicht eintritt. Nun ſoll aber der linke Balkenarm ſich ſoweit verlängert haben, daß rechts noch 1 mg nöthig iſt, um dieſes ſcheinbare Schwererwerden der Tara auszugleichen, es müſſen alſo rechts 6 mg zu gefügt werden. Bei der folgenden Wägung iſt der Arm abermals länger geworden um denſelben Betrag, wenn alſo das zweite Kilogramm der Vorſchrift gemäß abermals aufgeſetzt wird, ſo müſſen 7 mg hinzugefügt werden.
Jetzt kommt das Normal an die Reihe und da der Balken ſich fortgeſetzt verlängert, ſtimmt die Tara nicht mehr, ſondern zu dem Normal müſſen 3 mg hinzugethan werden, bis Gleichgewicht eintritt. Die Wägung iſt alſo fehlerhaft, aber durch die Anordnung geht der19Von den Wägungen.Fehler heraus, denn, wenn beim Anfang der Beobachtung rechts nur N ſtand, beim Ende (N + 3) mg, ſo hätte, wenn in der Mitte der verfloſſenen Zeit das Normal aufgeſetzt worden wäre, 1 kg + 1½ mg aufgelegt werden müſſen, ebenſo wenn beim erſten Hinſetzen des zweiten Kilogramms 6 mg Zulage waren, beim zweiten Auflegen dagegen 7 mg, ſo wären in der Mitte der Zeit 1 kg + 6½ mg zur Erzeugung des Gleich - gewichts nöthig geweſen. Alſo für die Mitte der Wägung beträgt der Unterſchied der beiden Gewichte (1 kg + 6½ mg) — 1 kg + 1½ mg = 5 mg. Trotz der fehlerhaften Wägung iſt alſo das Ergebnis ein richtiges, denn es war vorausgeſetzt, daß das zweite Kilo um 5 mg leichter ſei als das Normal.
Gauß erfand eine noch genauere Methode. Er vermeidet die Tara ganz. Sei das Normal wieder N, das andere Gewicht P, ſo legt er erſt links N, rechts P auf, dann werden die Gewichte vertauſcht, alſo links P, rechts N aufgelegt, dieſelbe Wägung wiederholt, endlich aber - mals links N, rechts P. Auf die Vorzüge dieſer Methode, ſowie auf ganz feine Wägungen im luftleeren Raum einzugehen, würde hier zu weit führen. Um die ſtörenden Wärmewirkungen des Beobachters auszuſchalten, beobachtet man durch ein Fernrohr aus 1 bis 2 m Ent - fernung, aus derſelben Entfernung kann man durch Hebelvorrichtungen die Gewichte aufſetzen und abnehmen, ſie umtauſchen, daß das linke nach rechts und das rechte nach links kommt, ohne daß der Beobachter an die Wage herantritt, endlich können auch die Zulagegewichte auf dieſelbe Weiſe hinzugefügt werden. Für letztere hat man noch eine beſondere Vorrichtung getroffen. Namentlich bei Chemikerwagen findet man oft jeden Balkenarm in 10 gleichmäßige Teile geteilt und mit Kerben verſehen (ſiehe Fig. 14), in welche ſpitzwinklig gebogene Draht - ſtückchen eingeſetzt werden können. Bei dieſer Einrichtung braucht man für die Zulagegewichte immer an Stelle mehrerer nur ein Stück und das Tarieren geht äußerſt ſchnell, denn dasſelbe Stück von beiſpiels - weiſe 10 mg Schwere, wiegt am Ende des Balkens, am ganzen Hebel - arm ſoviel, wie 10 mg auf der Schale; hängt man es aber in die fünfte Kerbe, ſo wirkt es nur an einem halb ſo langen Hebelarm, wird alſo auf der Schale der anderen Seite durch 5 mg im Gleich - gewicht gehalten. Mit demſelben Gewichtsſtück oder Reiter, wie dieſe Drähte genannt werden, kann man alſo je nach der Kerbe, in welche man ſie hineinſetzt 1 mg, 2 mg u. ſ. w. bis 10 mg wiegen. Bei der - ſelben Wage ſind alſo hier gleichzeitig für die auf den Schalen liegenden Gewichte, die Geſetze des gleicharmigen, für die auf dem Balken reitenden, die des ungleicharmigen Hebels benutzt. Für feinere Wägungen ſind nur gleicharmige Wagen in Gebrauch, wo es aber weniger auf Genauigkeit als auf Schnelligkeit ankommt, greift man gern zu ungleicharmigen.
Die ungleicharmigen Wagen, die man auch Schnell - oder Höker - wagen nennt, ſind meiſt ſo eingerichtet, daß die Mittelſchneide, um2*20Die Erfindung der Maße und Gewichte.welche ſich der Balken dreht, ſowie eine Endſchneide, auf welcher die für die Laſt beſtimmte Schale aufſitzt, feſt eingelaſſen ſind; der Hebelarm, an welchem die Laſt hängt, iſt alſo unveränderlich, auf dem eingeteilten zweiten Arme läßt ſich ein Gewicht verſchieben. Iſt der rechte Arm CE, Fig. 15, ein Zehntel des linken, und iſt der zehnmal ſo lange linke Arm in 10 Teile geteilt, ſo kann man durch Anhängen eines 1 kg Stückes
Schnellwage.
an D Laſten von 1 bis 10 Kilogramm Schwere wägen. Iſt die Laſt größer, ſo wählt man G 10 kg ſchwer, und kann dann durch Ver - ſchieben von D mit G Laſten bis 100 kg abwägen. Die einzelnen Zehntel des linken Armes ſind meiſt noch in Unterabſchnitte geteilt, ſo daß man auch kleinere Gewichte noch ableſen kann. Iſt der Abſtand zwiſchen zwei Hauptſtrichen z. B. abermals in 10 Abſchnitte geteilt, und mußte man D bis zum 7. Strich hinter dem 4. Hauptſtrich ſchieben, bis Gleichgewicht vorhanden iſt, ſo würde die Laſt unter der Vorausſetzung, daß G gleich 1 kg, alsdann 4,7 kg wiegen; wäre G = 10 kg, ſo wöge ſie 47 Kilogramm. Bei vielen Wagen, wie auch bei Fig. 15, iſt noch ein zweiter Unterſtützungspunkt C vorhanden. In E iſt eine Doppelſchneide, eine nach oben, die andere nach unten ge - richtet; man kehrt den ganzen Balken um, hängt die Schale wieder an und hängt die Wage an dem zweiten, E näheren Punkt C auf. Dadurch iſt das Hebelverhältnis geändert; war vorher der linke Arm 10 mal ſo lang wie der rechte, ſo wird er jetzt meiſt 20 mal ſo lang ſein. Der Balken trägt auf der anderen Seite ebenfalls noch eine zweite Teilung, und man kann nunmehr mit 1 kg Gewicht 20 kg Laſt wägen. Mit dieſen Einrichtungen iſt die Schnellwage ein außerordentlich bequemes Hilfsmittel zum Abwägen von Laſten innerhalb ſehr weiter Grenzen der Schwere. Schnellwagen aus Elfenbeinſtäbchen hatten übrigens ſchon die alten Chineſen. Jüngeren Datums ſind eine zweite Klaſſe ungleicharmiger Wagen, bei denen im Gegenſatz zu den eben be -21Von den Wägungen.ſchriebenen das Verhältnis der beiden Hebelarme ein konſtantes, ſich gleichbleibendes iſt, die ſogenannten Brückenwagen. Schon im vorigen Jahrhundert gab es mehrere derartige Konſtruktionen, die aber ſo ſchwer - fällig waren, daß ſie ſich keinen Eingang zu verſchaffen ver - mochten. Erſt dem Mechaniker Quintenz in Straßburg gelang es 1823 ſie in einer Form herzuſtellen, die ihnen ſchnell zu großer Verbreitung verhalf. Fig. 16 giebt eine Anſicht dieſer Straßburger Wage, ſchematiſch dargeſtellt. Bei der Brücken - wage ſind hauptſächlich ein - armige Hebel in Anwendung
Brückenwage.
gebracht; auch bei dieſen findet Gleichgewicht ſtatt, wenn die ſtatiſchen Momente gleich ſind, nur müſſen hier, da beide Kräfte auf derſelben Seite des Drehungspunktes angreifen, die Kräfte entgegengeſetzte Rich - tung haben.
Drückt eine Laſt nach unten, ſo kann dieſelbe nur aufgehoben werden durch einen Zug nach oben. Wie man aus der Abbildung erſieht, iſt die horizontale Brücke (der einarmige Laſthebel) mit dem vorderen Ende E aufgehängt an der vertikalen Stange D E. Dieſe iſt in D an dem Wagebalken A B befeſtigt, während das hintere Ende mittelſt einer Schneide F auf einem zweiten einarmigen Hebel H K, dem Trag - hebel aufruht. Auch dieſer hängt an einer ſenkrechten Stange H B, welche frei durch die Brücke hindurchgeht und bei B an einem Ende mit dem Wagebalken verbunden iſt, während das andere ſich um die Schneide K dreht. Legt man auf die Brücke eine Laſt Q, ſo wird ein Teil derſelben ſich bemerkbar machen als Zug p an der Stange E D, ein anderer als Druck q auf die Schneide F wirken, dann iſt Q = p + q. Das Verhältnis der Hebellängen iſt ſo gewählt, daß C D zu C B im gleichen Verhältniſſe ſteht wie K F zu K H. Beiſpielsweiſe ſei C B zehnmal ſo lang als C D, alſo auch K H zehnmal ſo lang als K F. Dann würde ein in B wirkender Zug nach oben in Größe von p / 10 dem Zuge nach unten p, den die Stange D E ausübt, gerade das Gleichgewicht halten, und dieſer Teil der Laſt wäre aufgehoben. Der Teil q drückt durch die Schneide F auf den Traghebel K H und ruft wegen des Verhältniſſes von K F zu H F durch Vermittelung der Stange H B in B einen Zug nach unten hervor gleich q / 10. Ließe man alſo in B einen Zug nach oben wirken gleich q / 10 + p / 10 = Q / 10, ſo wäre die ganze Laſt Q aufgehoben. Dieſen Zug bringt man hervor, indem man die andere Seite des Wagebalkens belaſtet. Wäre C B = C A, alſo wäre A B ein gleicharmiger Hebel, ſo brauchte man in eine bei A hängende Schale nur ein Zehntel der Gewichtsmenge auflegen, welche22Die Erfindung der Maße und Gewichte.die Laſt Q wiegt. Dies findet bei den Dezimalwagen ſtatt, macht man noch A C zehnmal ſo lang wie C B, ſo braucht man in der Gewichts - ſchale nur ein Hundertſtel der Laſt, 1 Zentner wird durch 1 Pfund abgewogen, man nennt dieſe Wage Zenteſimalwage. Bei einer gut gearbeiteten Brückenwage muß im unbelaſteten Zuſtande der Balken A B horizontal liegen, die Brücke muß bei den Schwingungen des Balkens, bei ihrer Hebung und Senkung ſtets horizontal bleiben, endlich muß es gleich ſein, auf welche Stelle der Brücke man die Laſt auflegt.
Als letzte Anwendung der Hebelgeſetze ſei noch die Tafelwage angeführt, die bei Kaufleuten und in der Wirtſchaft vielfach in Gebrauch iſt, ſowie die Zeigerwage, wie ſie namentlich als Briefwage Verwendung findet. Beide bedürfen nach dem Vorangegangenen weiter keiner Erläuterung.
Auf ganz anderen Prinzipien beruhen die Federwagen, ſowie alle Wagen von elaſtiſchen Körpern. Wirklich in die Praxis eingeführt haben ſich nur die Federwagen. Sie haben ſich vielfach deshalb in Familien eingebürgert, weil zu ihrer Benutzung keine Gewichte erforderlich
Federwage.
ſind. Die Feder, mag ſie nun ſpiralig oder kreis - förmig oder ſonſtwie gebogen ſein, ſetzt vermöge ihrer Elaſtizität den Verſuchen, ſie weiter zuſammen zu drücken, oder auseinander zu ziehen, einen ge - wiſſen Widerſtand entgegen. Hängt man z. B. an eine Spiralfeder, die mit ihrem oberen Ende befeſtigt iſt, unten 1 kg an, ſo wird ſich dieſelbe, wenn ſie genügend ſtark iſt, nur um einen kleinen Bruchteil ihrer Länge ausdehnen; ſoll ſie ſich noch mehr ver - längern, ſo muß ein neues Gewicht hinzukommen u. ſ. w. Wenn man einen Zeiger feſt mit der Skala ver - bindet, ſo kann man neben demſelben auf einer Skala Marken anbringen, auf welche er weiſt, wenn die Feder mit ein, zwei u. ſ. w. Kilogramm belaſtet iſt. Fig. 17 zeigt eine ſolche Wage, bei der die Feder zuſammen gedrückt wird. Auch als Zugkraftmeſſer namentlich für Dampfmaſchinen finden dieſe Federn vielfach Verwendung. Alle Federwagen aber haben den Nachteil, daß die Federn, wenn ſie häufig gebraucht werden, allmählich in ihrer Spannung nachlaſſen und ſchlaffer werden.
Ebenfalls zu den Wagen rechnet man ein Inſtrument, welches dazu dient, Dichten zu beſtimmen, das Aräometer oder die Senkwage. Dieſelbe beruht auf hydroſtatiſchen Prinzipien.
Jeder Körper verliert in einer Flüſſigkeit ſoviel an Gewicht, als das Volumen der von ihm verdrängten Flüſſigkeitsmenge wiegt, oder anders ausgedrückt: ein in eine Flüſſigkeit getauchter Körper wird mit einer Kraft emporgehoben, welche dem Gewicht der Flüſſigkeits - menge gleich iſt, welche durch den eingetauchten Teil des Körpers23Von den Wägungen.aus ſeiner Stelle verdrängt iſt. Dieſer Flüſſigkeitsauftrieb iſt abhängig von der Dichte der Flüſſigkeit, je dichter die Flüſſigkeit, um ſo größer der Auftrieb. Als Einheit der Dichte nimmt man die des Waſſers bei 4° C. Wenn man alſo von der Dichte eines Körpers ſpricht, ſo meint man die Zahl, welche angiebt, wieviel mal ſchwerer oder leichter der Körper iſt als Waſſer von 4°. Aräometer laſſen alſo zweierlei beſtimmen, einerſeits Volumina, andrerſeits Dichten. Man benutzt zwei Arten von Aräometern, Gewichtsaräometer und Skalenaräometer. Als Vertreter der erſten Gattung möge die Nicholſon’ſche Senkwage dienen (Fig. 18). Dieſelbe beſteht aus einem meſſingenen Hohlkörper B, der unten ein kleines Sieb trägt, oben ein feines Stäbchen mit einer ringsherum gehenden Marke und einem Schälchen A. Das In - ſtrument iſt ſo eingerichtet, daß es in Waſſer nur bis zum Anfang des Stäbchens eintaucht. Legt man einen Körper oben in die Schale, ſo wird es tiefer einſinken, man legt nun noch ſoviel Gewichte zu, bis die Marke O genau im Flüſſigkeitsſpiegel liegt. Nimmt man den Körper wieder herunter und legt ſo lange Gewichte auf, bis die Marke abermals den Flüſſigkeitsſpiegel trifft, ſo geben die zugelegten Gewichte die Schwere des Körpers. Thut man dann den Körper in das Sieb, ſo wird er leichter und abermals müſſen auf das Schälchen Gewichte gelegt werden, wenn die Senkwage bis zur Marke eintauchen ſoll. Damit hat man den
Nicholſons Aräometer.
Gewichtsverluſt im Waſſer, oder was daſſelbe iſt das Gewicht, welches ein dem Körper gleiche Waſſermenge hat. Wog der Körper im Schälchen 9 g, betrug der Gewichtsverluſt im Waſſer 3 g, ſo iſt das Volumen des Körpers 3 ccm, ſeine Dichte (ſpezifiſches Gewicht) 9 / 3 = 3.
Dieſes Verfahren iſt ein äußerſt umſtändliches und beſchwerliches, und da es noch andere beſſere Methoden zur Volumen - und Dichten - beſtimmung giebt, ſo ſind die Nicholſon’ſchen Wagen wenig in Gebrauch. Das erſte Gewichtsaräometer erfand übrigens Moncong, Arzt in Lyon († 1665), es wurde dann von Fahrenheit in vollkommenerer Geſtalt eingeführt, doch iſt Nicholſons Form die beſte.
Weit bequemer als die Gewichtsaräometer ſind die jetzt mehr in Aufnahme kommenden Skalenaräometer, die darauf beruhen, daß ein Körper, deſſen Gewicht unveränderlich bleibt, in Flüſſigkeiten von ver - ſchiednem ſpezifiſchen Gewicht verſchieden tief einſinkt. An einen cylindriſchen hohlen Glaskörper iſt unten ein Glasgefäß angeblaſen, das mit Queck - ſilber gefüllt iſt, damit der Schwerpunkt des ganzen Inſtrumentes möglichſt tief liege, das Aräometer alſo möglichſt ſenkrecht ſchwimme. Oben läuft der Glaskörper in eine feine cylindriſche Röhre, die Spindel aus, welche im Innern eine Skala trägt. Der Anfang der Skalen -24Die Erfindung der Maße und Gewichte.aräometer iſt bis in das hohe Altertum hinein zu verfolgen; ſicher iſt, daß ſchon Archimedes († 212 v. Chr.) ein gut konſtruirtes Aräometer von Blech mit einer in Grade geteilten Skala entweder erfand oder mindeſtens gebrauchte. In Deutſchland wurden ſie beſonders zur Beſtimmung des Salzgehaltes der Sole benutzt, und als hölzerne Cylinder, unten mit Blei ausgegoſſen, hergeſtellt. Jetzt dienen ſie den allerverſchiedenſten Zwecken. Ein Normalinſtrument ſtellt man in der Weiſe her, daß man von einer Flüſſigkeit ſich auf irgend eine Weiſe das ſpezifiſche Gewicht beſtimmt, dann das Aräometer in dieſelbe Flüſſigkeit hineinſenkt und dem Punkt, bis zu welchem das Aräometer eintaucht, die Bezeichnung des ſpezifiſchen Gewichts der Flüſſigkeit beifügt. In einer leichteren Flüſſigkeit hat das Aräometer geringeren Auftrieb, wird alſo tiefer einſinken, in einer ſchwereren weniger tief. Steckt man z. B. ein Aräometer zuerſt in Waſſer, ſo wird man den Punkt bis zu dem es einſinkt mit 1,00 bezeichnen, in Petroleum ſinkt es tiefer ein bis zu einem Punkte der entſprechend der Dichte der Flüſſigkeit die Bezeichnung 0,82 erhalten würde. Hat man ſich auf dieſe Weiſe ein ſolches Inſtrument hergeſtellt, ſo kann man wieder umgekehrt, wenn man dasſelbe in eine Flüſſigkeit eintaucht, ſofort das ſpezifiſche Gewicht an der Skala ableſen. Dies Verfahren iſt ſo einfach und geht ſo leicht und ſchnell vor ſich, daß die Skalenaräometer die weiteſte Verbreitung gefunden haben. Ebenſo wie für ſpezifiſche Ge - wichte kann man die Aräometer natürlich auch für Prozente einrichten und je nach der Flüſſigkeit für welche ſie beſtimmt ſind, tragen ſie verſchiedene Namen. So zeigt ein Gewichtsalkoholometer, wieviel Gewichtsteile Alkohol in hundert Gewichtsteilen einer Miſchung von Alkohol mit Waſſer enthalten ſind, ein Saccharimeter wieviel Gewichtsteile Zucker in hundert Gewichtsteilen einer Zuckerlöſung ſich befinden u. ſ. w., kurz faſt auf allen Gebieten, wo es ſich um die Wertbeſtimmung von Flüſſigkeiten durch die Dichte derſelben handelt, trifft man auf Skalen - aräometer.
Alle Körper haben die Eigenſchaft, bei der Erwärmung ſich auszu - dehnen, bei der Erkaltung ſich wieder zuſammenzuziehen, wie ſchon mehr - fach erwähnt wurde. Dieſe Thatſache war ſchon im Altertum bekannt, aber erſt im 16. Jahrhundert kam der Holländer Cornelius Drebbel auf den Gedanken, dieſelbe nun auch zu der Meſſung der Wärme anzuwenden. Das Drebbelſche Inſtrument beſtand aus einer dünnen Glasröhre, an welche oben eine Kugel angeblaſen war, das untere offene Ende war in ein Gefäß geſteckt, in welchem ſich eine Löſung von Kupfer in ver - dünntem Scheidewaſſer befand. In Folge des Luftdrucks (ſiehe auch Seite 29) drang die Flüſſigkeit in die Röhre bis zu einer gewiſſen Höhe; wurde aber die Luft in der Kugel erwärmt, ſo dehnte ſie ſich aus und zwang die Flüſſigkeit zu ſinken; bei abnehmender Wärme zog25Die Apparate zur Wärmemeſſungſich die Luft wieder zuſammen und die Flüſſigkeit konnte ſteigen. Die Höhe der Flüſſigkeitsſäule konnte man an einer Skala ableſen und alſo die Wärme in Teilen dieſer Skala angeben.
Das Thermometer in ſeiner heutigen Form iſt eine Erfindung der Florentiner Akademie oder der Academia del Cimento. Es beſtand aus einer Kugel mit einer ſogenannten Thermometerröhre, war mit Weingeiſt gefüllt und auf einer Skala befeſtigt, welche in Folge der Ausdehnung oder Zuſammenziehung dieſer Flüſſigkeit die Vermehrung oder Verminderung der Wärme anzeigte. Hier wurde alſo bereits die Ausdehnung von Flüſſigkeiten benutzt und noch heute ſind im praktiſchen Leben alle, im Laboratorium die meiſten Thermometer mit Queckſilber oder Alkohol gefüllt. Man nimmt hierbei an, daß die genannten Flüſſigkeiten ſich ſehr gleichmäßig mit der Temperatur ausdehnen. Dies iſt nur in beſchränktem, aber für die Praxis im allgemeinen aus - reichendem Maße richtig. Beide Flüſſigkeiten haben ihre Vorzüge und ihre Nachtheile. Queckſilber gefriert bereits bei — 38° C., es wird dann feſt; alſo unterhalb dieſer Temperatur kann nur ein Weingeiſt - thermometer angewendet werden. Andrerſeits ſiedet der reine Weingeiſt bereits bei 78,3°C. ; er verwandelt ſich in Dampf; alſo oberhalb dieſer Grenze kann nur ein Queckſilberthermometer benutzt werden; Queck - ſilber ſiedet erſt bei 360°; darüber hinaus bedient man ſich der Gas - thermometer.
Die Inſtrumente der Akademie bedeuteten allerdings einen Fort - ſchritt, aber ihre Skala war eine ganz willkürliche; ſollten die Thermo - meter einen praktiſchen und wiſſenſchaftlichen Wert erlangen, ſo mußte eine Einheit für dieſe Skala geſchaffen werden und ein Ausgangspunkt, von dem man zählte. Was lag näher, als daß man auch hierbei die Eigenſchaften des Waſſers benutzte, des Körpers, der im täglichen Leben eine ſo hervorragende Rolle ſpielte. Drei Forſcher verſuchten die Löſung der Aufgabe. Als erſter Fahrenheit in Danzig um das Jahr 1714. Dieſer ſteckte ſein Thermometer in eine Miſchung von Schnee und Salz und nannte den Punkt, an welchem die Flüſſigkeit ſich einſtellte, 0, dann ſteckte er dasſelbe Thermo - meter in ſiedendes Waſſer und bezeichnete dieſen Siedepunkt mit 212. Damit war die Willkür noch nicht behoben, denn durch die Einführung der Salzſchneemiſchung war wieder eine Künſtelei hineingebracht. Réaumur und Celſius nahmen beide als erſten feſten Punkt die Temperatur des ſchmelzenden Eiſes, die ſich überaus lange konſtant erhält, ſo lange, wie überhaupt in dem Schmelzwaſſer noch Eis vorhanden iſt; den zweiten Fixpunkt wählten ſie in Ueberein - ſtimmung mit Fahrenheit. Réaumur teilte das Intervall zwiſchen dem Gefrierpunkt und dem
Die drei Thermometerſkalen.
26Die Erfindung der Maße und Gewichte.Siedepunkt in 80, Celſius in 100 Grade. Wir haben alſo heute 3 Thermometerſkalen: die Fahrenheitſche mit 212 Graden zeigt bei der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes + 32°, beim Siedepunkt 212 (Fig. 19), die Réaumurſche zeigt entſprechend 0 und 80°, die Celſiusſche, in ihrer heutigen Form Zenteſimal - oder hundertteilige Skala genannt, entſprechend 0 und 100°. Die Wärmegrade über 0 werden mit +, diejenigen unter 0 mit — bezeichnet. Die Fahrenheitſchen Thermometer haben den Vorzug, daß die in unſeren Breiten üblichen Kältegrade faſt durchweg über 0 liegen, ſind aber ſonſt höchſt unpraktiſch; ſie werden in England und Amerika benutzt. Reaumurſche Thermometer haben ſich beſonders in Deutſchland eingeführt; Celſius hat mit der Hundert - teilung das allein Richtige getroffen und iſt deshalb auch allein von der Wiſſenſchaft angenommen.
Von einem guten Thermometer verlangt man, daß die Fixpunkte gut eingeſtellt ſind, und das Intervall zwiſchen denſelben richtig geteilt iſt, kurz, daß es richtige Angaben mache. Daneben ſoll es aber auch möglichſt empfindlich ſein, d. h., es ſoll die Temperatur der Umgebung möglichſt ſchnell annehmen und einer geringen Temperaturänderung ſoll eine möglichſt große Änderung der Höhe der Flüſſigkeitsſäule, ent - ſprechen. Erſteres erreicht man, wenn die Wandungen des Thermometer - gefäßes, der Thermometerkugel möglichſt dünn gemacht werden, letzteres, wenn man das Gefäß möglichſt groß und die Röhre, die Kapillare, möglichſt eng wählt. Soll das Thermometer richtig zeigen, ſo muß ferner die Kapillare genau kalibriſch d. h. von Anfang bis zum Ende innen gleich weit ſein, und endlich darf keine Luft eingeſchloſſen ſein. Iſt nicht alle Luft entfernt, ſo wird ſie beim Anſteigen der Flüſſig - keitsſäule zuſammengepreßt und übt auf dieſelbe einen Druck aus, die Flüſſigkeit kann alſo nicht ſo hoch ſteigen, wie es dem Wärmegrad der Umgebung entſpricht. In Frankreich pflegt man die Teilung auf der Kapillarröhre ſelbſt anzubringen, (Stabthermometer), während man in Deutſchland die Kapillare noch mit einer weiteren Röhre umhüllt, in welcher hinter der Kapillare eine Milchglasſkala befeſtigt iſt (Umſchluß - thermometer). Bei den gewöhnlichen Thermometern iſt die Kapillare auf einer Holz -, Milchglas - oder Metall-Elfenbein - u. ſ. w. Skala befeſtigt, nur die Badethermometer ſind meiſt Umſchlußthermometer.
Neben den Flüſſigkeitsthermometern haben auch Metallthermometer Eingang gefunden. Am einfachſten wäre es, hinter einem Metallſtab eine Skala anzubringen und die Länge des Stabes bei verſchiedenen Temperaturen abzuleſen, wie man die Höhe der Flüſſigkeitsſäule ablieſt. Die Ausdehnung des Metalles iſt indeſſen zu gering, ſo daß kleinere Wärmeänderungen überhaupt nicht bemerkbar werden würden. Man lötet daher zwei Metallſtreifen von ungleicher Ausdehnung in Form einer Spiralfeder zuſammen, ſo daß das Metall mit ſtärkerer Aus - dehnung ſich außen befindet, das mit geringerer Ausdehnung auf der inneren Seite, dann wird die Krümmung der Spirale vergrößert bei27Die Apparate zur Wärmemeſſung.Temperaturerhöhung, verringert dagegen bei Temperaturerniedrigung. Iſt dann die Spirale an einem Ende befeſtigt, ſo kann nur das andere Ende eine Bewegung ausführen und ein an demſelben befeſtigter Zeiger, der über einer kreisförmigen Skala ſich bewegt, zeigt die Temperaturänderungen. Die Teilung der Skala kann durch Ver - gleichung mit einem Queckſilber - thermometer hergeſtellt werden. Breguet, der berühmte Erfinder der Kompenſationsſpiralen bei Uhren, wendete für thermome - triſche Zwecke eine Spirale an, (Fig. 20), welche aus Silber und Gold oder Platin zuſammengelötet war, ſo zwar, daß Silber außen und Platin innen war. Neben der Breguetſchen Form giebt es noch eine ganze Reihe anderer Konſtruktionen von Metallthermo - metern.
Ebenſo wie man die Aus - dehnung der feſten und flüſſigen
Metallthermometer.
Körper zur Meſſung von Wärmeunterſchieden benutzt, kann man natürlich auch die der luftförmigen verwerthen, und ebenſo wie man Metallthermo - meter und Flüſſigkeitsthermometer in Anwendung bringt, hat man auch Luftthermometer konſtruirt. Dieſe ſind ſogar die einzigen, welche ziemlich für alle Temperaturen gleichmäßig ſich verwerthen laſſen. Die Gaſe dehnen ſich faſt genau gleichmäßig mit der Temperatur aus und zwar alle in gleicher Weiſe für jeden Temperaturgrad um 1 / 273 des von ihnen bei 0° erfüllten Raumes. Daraus folgt, daß bei — 273° das Volumen der Gaſe theoretiſch gleich 0 ſein müßte, ſie wären bis auf ein Nichts zuſammengezogen; man nennt daher die Tempe - ratur — 273° C. den abſoluten Nullpunkt. Die Temperaturmeſſungen ſelbſt mit dem Luftthermometer ſind nicht einfach, ſondern erfordern phyſikaliſche Kenntniſſe und mancherlei Rechnungen, dieſe Inſtrumente finden daher auch nur in Laboratorien und auch da nur für ſpezielle Unterſuchungen Anwendung.
Die Erde iſt rings umhüllt von einem Luftmeere, der Atmoſphäre, das ſich weit in den Weltenraum hinaus erſtreckt und allmählich immer dünner und dünner werdend, eine Höhe von etwa 75 bis 80 Kilometern erreicht. Früher hielt man die Luft für gewichtslos, aber daß die - ſelbe ebenſo dem Geſetz der Schwere unterworfen iſt, wie jeder andere Körper, davon kann man ſich durch einen ſehr einfachen Verſuch28Die Erfindung der Maße und Gewichte.überzeugen. Man wägt ein durch einen Hahn luftdicht abgeſchloſſenes Gefäß zunächſt ſo ab, wie es iſt; dann öffnet man den Hahn und ſaugt die Luft mit einer Luftpumpe oder dem Munde vollkommen aus, ſchließt ſchnell den Hahn, damit keine Luft wieder eindringt, und wägt abermals und man wird ſich ſofort überzeugen, daß für jeden Liter Luft das Gefäß um 1,2 g leichter geworden iſt. Wog es mit Luft 3 kg und hatte es 10 l Inhalt, ſo wiegt es nachher nur noch 2988 g, die ausgepumpte Luft wiegt alſo 12 g.
Als einſt die Brunnenmacher in Florenz in einem Brunnenſaug - rohre das Waſſer über 32 Fuß hoch heben wollten, bemerkten ſie zu ihrem nicht geringen Erſtaunen, daß das Waſſer nicht höher ſteigen wollte, ſie mochten noch ſo viel pumpen. Man erklärte damals das Aufſteigen der Flüſſigkeit in Pumpen in der Weiſe, daß man meinte, wenn über dem Waſſer die Luft weggeſaugt werde, ſo ſteige das Waſſer nach, weil die Natur eine Angſt vor leeren Räumen habe (horror vacui). Dieſer horror vacui ſchien alſo in einer Höhe von 32 Fuß
Kommunizierende Röhren.
ſein Ende gefunden zu haben. Galilei, den man um Rat fragte, glaubte ſchon damals nicht an dieſe Erklärung der Brunnenbauer und glaubte in der Schwere der Luft den richtigen Beweggrund gefunden zu haben; aber erſt ſein Schüler Torricelli, geb. 1643, brachte entſcheidende Beweiſe dafür und erfand auch gleichzeitig ein Inſtrument, den Luftdruck zu beſtimmen, das Barometer. Nach einem phyſi - kaliſchen Geſetz, demjenigen der kommunizierenden Röhren, halten ſich zwei Flüſſigkeitsſäulen das Gleichgewicht, wenn die Höhen der beiden Säulen ſich umgekehrt verhalten, wie die ſpezifiſchen Gewichte. Dies Geſetz läßt ſich leicht durch einen Verſuch beweiſen. Füllt man in eine zweiſchenklige Röhre (Fig. 21) zunächſt Queckſilber, ſo ſtellt die Flüſſigkeit ſich in beiden Schenkeln ſo ein, daß die Höhen der Flüſſigkeits - ſäulen genau dieſelben ſind, denn die Flüſſigkeit iſt in beiden Schenkeln dieſelbe. Füllt man aber jetzt in den längeren Schenkel Waſſer, ſo tritt folgendes ein. Denkt man ſich durch die Berührungsſtelle von Queckſilber und Waſſer eine horizontale Linie gezogen, A B, ſo iſt alles Queckſilber unter A B für ſich im Gleichgewicht, die Höhe der Waſſer - ſäule B F iſt aber 13,6 mal ſo groß als die Höhe der Queckſilberſäule A E im anderen Schenkel, weil das ſpezifiſche Gewicht des Queckſilbers 13,6 mal ſo groß iſt, als das des Waſſers. Die Weite der Schenkel übt dabei auf den Erfolg des Experimentes keinen Einfluß aus. Von dieſen Thatſachen ging Torricelli aus.
Man kann den eben beſchriebenen Verſuch auch in anderer Weiſe anordnen. In ein beliebig großes Gefäß gießt man erſt Queckſilber, darüber Waſſer. Dann füllt man eine offene Röhre mit Queckſilber und indem man die untere Öffnung mit dem Finger ſchließt, ſenkt29Die Apparate zur Meſſung des Luftdrucks.man die Röhre ſo tief in die Flüſſigkeit, daß die untere Öffnung voll - kommen in das Queckſilber eintaucht. Läßt man jetzt den Finger los, ſo ſtellt ſich das Queckſilber in der Röhre wieder ſo ein, daß ſeine Höhe 13,6 mal geringer als die des Waſſers in dem umgebenden Gefäße iſt. Genau ſo liegen die Verhältniſſe mit der Luft. Die Atmoſphäre iſt gleichſam ein mit Luft gefülltes Gefäß. Die Luft hält einer Waſſerſäule von 32 Fuß das Gleichgewicht, würde man alſo in eine Brunnenröhre in der das Waſſer ſo hoch ſteht, noch Waſſer hineingießen, ſo würde dieſes den Flüſſigkeitsſtand doch nicht erhöhen, ſondern es müßte unten ebenſo viel Waſſer abfließen. Torricelli ſagte ſich, wenn die Luftſäule wirklich einer Waſſerſäule von 32 Fuß das Gleichgewicht hält, ſo muß ſie einer Queckſilberſäule von 32 / 13,6 Fuß = 28 Zoll ebenfalls das Gleichgewicht halten, denn Queckſilber iſt 13,6 mal ſchwerer wie Waſſer. Er füllte daher ein Gefäß A (Fig. 22) mit Queckſilber, ebenſo eine oben zugeſchmolzene Röhre, deren offenes Ende er mit dem Finger zuhielt. Drehte er nun die Röhre um und tauchte ſie mit dem offenen Ende in das Queckſilber des Gefäßes, ſo ſtellt ſich, nachdem er den Finger losgelaſſen hatte, das Queck - ſilber in der Röhre ſo ein, daß die Kuppe 28 Zoll, gleich 760 mm, höher ſtand wie das Niveau des Queckſilbers im Gefäß. Über der Kuppe blieb ein luftleerer Raum, die Torricelliſche Leere. Damit war ein Inſtrument erfunden, welches geſtattete, jederzeit den Luftdruck zu meſſen. Natürlich kann auch jede andere Flüſſigkeit benutzt werden, ſo hatte Otto von Guericke, der berühmte Erfinder der Luftpumpe ſich an ſeinem Hauſe ein 35 Fuß langes Waſſerbarometer an - bringen laſſen, die Seewarte in Hamburg beſitzt ein etwa
Torricellis Verſuch.
9 m langes Glycerinbarometer, aber wegen ſeiner verhältnismäßig geringen Länge und ſeiner Handlichkeit bleibt das Queckſilberbarometer doch das am meiſten benutzte.
Ein gutes Barometer muß drei Bedingungen genügen. 1. Muß das Queckſilber ſehr rein ſein, denn unreines Queckſilber hat ein anderes ſpezifiſches Gewicht, würde ſich alſo falſch einſtellen, 2. muß die Röhre genau ſenkrecht ſtehen, weil ſonſt die Höhe der Säule falſch gemeſſen wird, 3. muß der Raum über dem Queckſilber unbedingt luftleer ſein. Die in der Röhre oben eingepreßte Luft würde ſonſt einen Druck auf die Säule ausüben und ſomit den Barometerſtand niedriger machen, als dem Luftdruck entſpricht.
Bei den heutigen Barometern unterſcheidet man zwei Hauptformen, Gefäßbarometer und Heberbarometer. Die einfachſte Form des Gefäß - barometers iſt diejenige, wie ſie eben bei dem Torricelliſchen Verſuch beſchrieben wurde, ein Gefäß mit Queckſilber und eine möglichſt gleichmäßig weite Röhre von etwa 800 mm Länge. Um dieſes einfache Inſtrument transportabel und brauchbar zu machen, iſt nur noch nötig, Gefäß und30Die Erfindung der Maße und Gewichte.Röhre feſt mit einander zu verbinden und hinter der Röhre eine feſte Skala anzubringen, welche die Röhre hält und eine Ableſung der Höhe der Queckſilberſäule ermöglicht. Der Nullpunkt der Skala muß natürlich mit dem Niveau des Queckſilbers im Gefäß zuſammenfallen, denn die
Heberbarometer.
Höhe der Säule über dieſem Niveau iſt es ja, die ge - meſſen wird. Barometer dieſer einfachſten Konſtruktion werden noch jetzt jährlich zu vielen Tauſenden angefertigt und verkauft, ſie haben nur einen Fehler. Wenn — beim Herannahen ſchönen Wetters — der Luftdruck ſich ver - größert, ſo ſteigt Queckſilber aus dem Gefäße in die Röhre, dadurch muß bei ſteigendem Barometer das Niveau im Gefäße fallen, der Nullpunkt der Skala liegt dann über dem Niveau und da ja an der Skala nur Abſtände von dem Nullſtriche gemeſſen werden können, ſo erhält man einen zu geringen Barometerſtand. Das Umgekehrte findet bei fallendem Barometer ſtatt. Nun ſucht man freilich dieſem Übelſtande zu begegnen dadurch, daß man das Gefäß möglichſt groß wählt, denn wenn der horizontale Querſchnitt des Gefäßes 10 mal ſo groß iſt, wie der der Röhre, ſo werden auch die Höhenſchwankungen im Gefäß nur 1 / 10 von denjenigen in der Röhre ſein. Man macht auch die Skale beweglich und verſchiebt ſie vor der Ab - leſung ſo lange bis der Nullpunkt derſelben wieder mit dem Niveau im Gefäß zuſammenfällt; die beſte Konſtruktion iſt indeſſen die von Fortin benutzte, wie ſie Fig. 24 zeigt. Der Boden des Barometergefäßes iſt hier durch einen Lederſack gebildet, gegen welchen von unten her der abge - rundete Kopf der Schraube s drückt. Je nachdem man die Schraube s rechts oder links dreht, wird der Leder - beutel und das Niveau im Gefäß gehoben oder geſenkt. Am Deckel des Gefäßes iſt ein unten zugeſpitzter Elfen - beinſtift r angebracht, deſſen Spitze genau im Nullpunkt der Skala liegt. Vor jeder Einſtellung wird durch Drehen der Schraube die Oberfläche des Queckſilbers ſo lange ge - hoben oder geſenkt, bis die Spitze eben den Queckſilber - ſpiegel berührt. Das Rohr dieſer Fortinſchen Barometer iſt rings von einer vernickelten Meſſinghülſe umgeben, in welche oben, einander gegenüber liegend zwei Schlitze ein - geſchnitten ſind, durch welche man die Kuppe ſehen kann. Die Meſſinghülſe trägt eine Skala, deren Nullpunkt eben mit der Spitze zuſammenfällt. Zum beſſeren Ableſen iſt auf dem geteilten Meſſingrohr noch eine Hülſe aus gleichem Metall aufge - ſchoben, ebenfalls mit zwei Schlitzen, die aber ſo breit ſind, daß neben der Kuppe auch die Teilung noch ſichtbar wird. Beim Beobachten ſchiebt man dieſe Hülſe ſo, daß die beiden oberen genau in gleicher Höhe liegen -31Die Apparate zur Meſſung des Luftdrucks.den Ränder der Schlitze, mit dem oberſten Punkt der gewölbten Queck - ſilberkuppe in gleiche Höhe kommen. Mit Hülfe des an der vorderen Seite des Schlitzes des Schiebers augebrachten Nonius ſind dann ſehr genaue Ableſungen zu machen. Angegeben wurde die Benutzung des beweglichen Bodens zur Einſtellung des Queck - ſilberſpiegels zuerſt von Horner.
Die Heberbarometer beſtehen nur aus einem einzigen Rohr, welches Uförmig umgebogen iſt: der eine längere Schenkel iſt natürlich geſchloſſen, während der kürzere Schenkel offen iſt. Beim Heberbarometer machen ſich die Höhenſchwank - ungen der Queckſilberſäule in den beiden Schenkeln in genau gleicher Weiſe bemerkbar, in jedem Schenkel aber nur mit der Hälfte der Luftdruck - wirkung; beim Gefäßbarometer wurde der ganze Effekt nur im Rohre ſichtbar, während im Gefäß nur geringe Niveaudifferenzen eintraten. Beim Heberbarometer müſſen daher zwei Kuppenhöhen gemeſſen werden, deren Differenz den Barometer - ſtand ergiebt. Es giebt drei verſchiedene Kon - ſtruktionen. 1. Das Rohr und die Skala ſind feſt; bei dieſen Inſtrumenten iſt häufig die Teilung direkt auf die Schenkel ſelbſt aufgeätzt. 2. Die Skala iſt feſt und das Rohr läßt ſich vor der Skala in vertikaler Richtung auf - und abbewegen. Endlich kann 3. das Rohr feſt und die Skala beweglich ſein. Fig. 23 ſtellt ein Barometer der zweiten Konſtruktion vor. Dieſe, ſowie die dritte, haben den Vorteil, daß nur die Höhe einer Kuppe abgeleſen zu werden braucht, da durch Heben oder Senken der Skala bez. des Rohres, die zweite Kuppe im kürzeren Schenkel auf den Nullſtrich eingeſtellt werden kann. Um die Konſtruktion möglichſt bequem transportabler Inſtrumente haben ſich beſonders Gay-Luſſac und in jüngſter Zeit Fueß Ver - dienſte erworben.
Fortinſches Barometer.
Ganz ſo wie man den Druck der Luft mißt, kann man natürlich auch den Druck beliebiger Gaſe in einem Gefäße meſſen, aus dem Barometer wird dann ein Manometer. Von beſonderer Wichtigkeit ſind dieſe Inſtrumente für Dampfmaſchinen, bei denen ſie dazu dienen, den32Die Erfindung der Maße und Gewichte.Druck anzugeben, der im Innern der Dampfkeſſel herrſcht. Man unter - ſcheidet auch hier Gefäßmanometer und Hebermanometer. Die einfachſten Hebermanometer beſtehen aus einer offenen Uförmig gebogenen Glas - röhre. Das eine Ende des Manometers wird luftdicht, ſei es mittelſt eines Korkes oder einer Verſchraubung auf eine entſprechende Öffnung des Gasbehälters aufgeſetzt und dann die gebogene Röhre mit einer Flüſſigkeit gefüllt. So lange der Druck, der aus dem Keſſel heraus auf die Flüſſigkeitsſäule wirkt, nicht größer iſt, als der Druck der Luft, der im anderen Schenkel wirkt, bleiben die Flüſſigkeitsſäulen in beiden Schenkeln gleich hoch, ſobald aber der Druck im Gasgefäß ſich ver - größert, muß die Flüſſigkeit in dem einen Schenkel ſinken, während ſie in dem andern entſprechend ſteigt. Im erſteren Falle ſagt man, der Druck des Gaſes betrage 1 Atmoſphäre. Genauer verſteht man unter 1 Atmoſphärendruck den Druck, den die Luft am Meere ausübt; derſelbe hält, wie ſchon beim Barometer geſagt wurde, einer 760 mm langen Queckſilberſäule das Gleichgewicht. Eine ſolche Säule, deren Grund - fläche 1 qcm beträgt, hat einen Inhalt von 76 ccm, wiegt daher 1,033 kg.
Gefäßmanometer
In einem Dampfkeſſel alſo, in dem ein Druck von 1 Atmoſphäre herrſcht, hat jedes Quadratzenti - meter der Wandung einen Druck von 1,033 kg auszuhalten. Steht die Flüſſigkeit im offenen Schenkel doppelt ſo hoch wie in dem an den Keſſel angeſchloſſenen Schenkel, ſo iſt im Keſſel ein Druck von 2 Atmoſphären u. ſ. w.
Das Gefäßmanometer hat die Form wie Fig. 25. Das Rohr r führt nach dem Keſſel, der Druck des durch r in das Gefäß gelangenden Keſſelgaſes bewirkt ein Anſteigen der Flüſſigkeit in dem luftdicht aufgekitteten Rohre. Wie beim Gefäßbarometer finden im Gefäße ſelbſt nur geringe Niveauſchwankungen ſtatt, während der ganze Druckeffekt durch das Aufſteigen der Flüſſigkeits - ſäule im Rohre zu Tage tritt. Dieſe eben geſchilderten Manometer ſind offene.
Bei ſehr hohen Drucken wird das offene Manometer unbequem lang, man wendet daher ein Manometer an, bei dem die Flüſſigkeit in eine oben geſchloſſene Röhre getrieben wird, das geſchloſſene oder Kompreſſionsmanometer. Hier ſetzt die über der Flüſſigkeit ein - geſchloſſene Luft, dadurch, daß auch ſie zuſammengedrückt wird, dem Anſteigen der Flüſſigkeit einen ſehr erheblichen, mit der Vergrößerung des Druckes immer mehr ſich ſteigernden Widerſtand entgegen. Wird die Luft auf ein Achtel ihres Volumens komprimiert, ſo übt ſie auch ihrerſeits einen Druck von 8 Atmoſphären aus.
Man kann den Überdruck im Dampfkeſſel auch auf eine Feder wirken laſſen, deren Zuſammendrückung oder Durchbiegung an einer geeigneten Skala abgeleſen werden kann.
33Meſſen des Druckes eingeſchloſſener Gaſe.Eine geſchloſſene gekrümmte Metallröhre verringert ihre Krümmung, wenn der Druck in derſelben zunimmt, und umgekehrt. Hierauf beruht das Bourdonſche Metallmanometer, das auf Lokomotiven vielfach benutzt wird.
Nach demſelben Prinzip iſt auch ein Barometer konſtruiert, das eine ſehr große Verbreitung gefunden hat, das Aneroidbarometer. Ein luftleer gemachtes, dünnwandiges Rohr A B C (Fig. 26) iſt in der Mitte bei B auf der Bodenplatte des Ge - häuſes befeſtigt, im übrigen aber frei. Wenn der Luftdruck abnimmt, ſo ent - fernen ſich die beiden Enden A C des Rohres von einander, weil die Krümmung ebenfalls abnimmt, und bewegen dadurch einen gezahnten Hebel hik, deſſen Bewegung wiederum mittels eines Triebes auf den Zeiger übertragen wird. Bei zunehmendem Luftdruck krümmt ſich die Röhre ſtärker, und der Zeiger bewegt ſich in ent - gegengeſetzter Richtung.
Soll die Röhre als Manometer benutzt werden, ſo iſt das Ende A be -
Aneroidbarometer.
feſtigt und mit dem Keſſelraum durch eine Leitung verbunden, das Ende C iſt frei. Strömt dann ſtark geſpannter Dampf aus dem Keſſel in die Bourdonſche Röhre, ſo wird ſie durch den Druck desſelben mehr geſtreckt und das Ende C nach rechts bewegt. Ein geeignetes Hebel - werk überträgt auch hier dieſe Bewegung auf einen Zeiger, der ſich vor einer Kreisſkala bewegt.
Die erſte Idee zu einem Manometer gab Ziegler mit ſeinem ſog. Elaterometer, nach welchem Bétancourt um 1790 ſeinen Dampfmeſſer konſtruierte.
Wie das Bedürfnis, ſich über die Größe der Dinge ein genaues Urteil zu bilden, die Menſchen frühzeitig zur Erfindung der Längen - maße führte, ſo läßt ſich auch die Zeitmeßkunſt in ihren Urſprüngen bis in die älteſten Kulturepochen verfolgen. Den Wunſch, die Länge der verfließenden Zeit zu meſſen, befriedigten vorerſt wohl die natür -Das Buch der Erfindungen. 334Erfindung der Zeitmeßapparate.lichſten Zeitmeſſer, nämlich die Geſtirne. Die Sonne erreichte ſtets nach Verlauf derſelben Zeit[i]hren höchſten Punkt am Himmel und ſo gab die Zeit von einem Mittag zum andern das erſte Zeitmaß, den Sonnen - tag; der Mond wechſelte ſein Licht gleichfalls in regelmäßigen Perioden und wenn er wieder in erneuter Fülle am Himmel ſtrahlte, ſo war die Zeit eines Monats vorbei. Die Sonne änderte von Tag zu Tage die Höhe, welche ſie bei ihrem Wege über den Himmel erreichte. Niemand konnte es entgehen, daß die Jahreszeiten die einfache Folge dieſer Änderungen waren. Wenn in der Entwickelung der Pflanzen - welt dieſelben Erſcheinungen wiederkehrten, ſo war die Sonne daran ſchuld, die jetzt dieſelbe Höhe erlangt hatte, wie vor einem großen Zeit - raum, den man das Jahr nannte. So gaben der Wechſel von Tag und Nacht und derjenige der Jahreszeiten mit ihren vielfachen, ſo unmittelbaren Wirkungen, denen niemand ſich entziehen kann, die natür - lichſten Maße für die Zeit, den Tag und das Jahr. Aber recht bald wird ſich auch das Bedürfnis geltend gemacht haben, innerhalb des einzelnen Tages die Zeitpunkte genau feſtzuſtellen, die den Beginn und das Ende der Arbeit markierten und die für die Nahrungsaufnahme feſtgeſetzten Pauſen inne zu halten. Auch hierfür war die Sonne der beſte Wegweiſer. Wenn der Schatten eines beſtimmten Körpers eine gewiſſe Länge erreichte oder in eine gewiſſe Richtung fiel, ſo war jener feſtgeſetzte Zeitpunkt gekommen. Der erſte Zeitmeßapparat, der Gnomon wurde erfunden. Es war nichts als ein ſenkrechter Stab, der durch die Länge ſeines Schattens die Zeit angab. Ein ſolcher Sonnenzeiger war z. B. jener Obelisk von mehr als 30 m Höhe, den der Kaiſer Auguſtus aus Ägypten nach Rom bringen ließ. In der Kuppel des Domes zu Florenz befindet ſich in einer Höhe von faſt 90 m über dem Fußboden eine Öffnung, durch welche die Sonne ihr Bild auf den Fußboden wirft. Die ſchnelle Bewegung dieſes Bildchens aber erlaubt eine ziemlich ſichere Feſtſtellung der Zeiten.
Keine neue Erfindung, ſondern nur die Vervollkommnungen dieſer Gnomone ſind die Sonnenuhren. Der Schatten eines Stiftes fällt auf eine Ebene und die Richtung, die er dabei einnimmt, läßt die Zeit erkennen. Die Aufſtellung der Sonnenuhren iſt ſehr verſchieden. Der Stift muß freilich immer dieſelbe Richtung haben, nämlich diejenige der Weltachſe, er wird alſo bei uns in Deutſchland einen Winkel von 50 Grad mit der wagerechten Linie, die nach Norden weiſt, bilden müſſen; aber die Ebene, auf die der Schatten fällt, kann die wagerechte oder die ſenkrechte, ja jede ſchräge Richtung haben. Man wird ſich nur nach dieſer Stellung immer eine beſondere Bezifferung herſtellen müſſen. Die Gnomone und die Sonnenuhren haben zwei in die Augen fallende Nachteile. Zuvörderſt iſt ja die Sonne kein recht verläßlicher Geſell - ſchafter des Menſchen. Abgeſehen davon, daß wir ihrer in der Nacht ganz entraten müſſen, verſteckt ſie ſich ſelbſt am Tage oft genug hinter Wolken, und mit ihr verſchwinden die zeitmeſſenden Schatten. Sodann35Die erſten Zeitmeſſungen.aber iſt ihr Weg nicht ſo ganz regelmäßig, daß man danach die Zeit leicht und genau beſtimmen kann. Wenn wir vorhin ſagten, daß von einer größten Höhe der Sonne bis zur andern immer dieſelbe Zeit verfließt, ſo müſſen wir das jetzt doch etwas abändern. Die größte Höhe wird nämlich von der Sonne am 12. Februar um 15 Minuten zu ſpät, am 18. November um 16 Minuten zu früh erreicht, und um ſoviel kann man ſich alſo irren, wenn man glaubt, daß die Sonne ganz gleichmäßig ihre Bahn am Himmel ziehe. Nun kommt noch hinzu, daß man den Ort des Schattens auch nicht ſo genau beſtimmen kann, um nicht noch einen Irrtum von einigen Minuten zu begehen, und wir erkennen, daß man, um einen genauen Zeitmeßapparat zu erhalten, auf die Beihilfe der Sonne verzichten mußte.
Sanduhren ſind die nächſten geweſen, die ſich darboten. Zwei Gefäße ſtehen über einander und ſind durch eine enge Öffnung ver - bunden. Man kann nun in das eine Gefäß gerade ſo viel Sand thun, als in einer beſtimmten Spanne Zeit in das untere Gefäß ablaufen kann. Man benutzt ſolche, die in wenigen Sekunden bereits, und andere, die erſt innerhalb einer Stunde ablaufen. Man kennt ihren Gebrauch in den Küchen, wo ſie die Zeit, welche zum Eierkochen benötigt wird, anzeigen. Aber ſo unvollkommen ſie erſcheinen, haben ſie noch im 17. Jahrhundert bei aſtronomiſchen Beobachtungen ihre Dienſte gethan, und wenn man heute die Fahrgeſchwindigkeit der Schiffe auf offener See feſtſtellen will, ſo geſchieht das auch gewöhnlich mit Benutzung einer Sanduhr, die gerade in 14 reſp. in 28 Sekunden ihren Sand ausſchüttet. Statt des Sandes kann man nun auch eine Flüſſigkeit benutzen, die ſo gemeſſen iſt, daß ſie gerade in einer beſtimmten Zeit ausfließt. Waſſer bot ſich als das einfachſte Mittel dar, aber der bekannte Himmelsforſcher Tycho de Brahe hat ſich eine Queckſilberuhr gebaut, weil dieſes Metall die Glaswände nicht benetzt und alſo genauere Reſultate giebt. Er hat mit dieſer Uhr ſeine in der damaligen Zeit unübertroffenen Beobachtungen angeſtellt. Schon vor zwei und einem halben Jahrtauſend ſind Waſſeruhren bei den Aſſyrern in Gebrauch geweſen, ſie ſind von dieſen auf die Griechen und Römer überkommen. Viele Verbeſſerungen wurden angebracht und mit Hülfe des abfließenden Waſſers ließ man Räderwerke treiben, ſo daß man bis zu ganz ver - wickelten Kunſtuhren aufſtieg, wie der Kalif Harun al Raſchid eine Karl dem Großen zum Geſchenke machte.
Der Wunſch, immer kleinere Zeitteile recht genau feſtzuhalten, der ſich beſonders lebhaft für die Himmelsbeobachtungen kundgab, ließ ſich freilich auch mit Waſſeruhren nicht erfüllen. Sie müſſen außerdem wohl zu teuer geweſen ſein, als daß ſie in den Haushaltungen überall hätten Aufnahme finden können. Wir können uns heutzutage kaum3*36Erfindung der Zeitmeßapparate.mehr einen ſolchen Kulturzuſtand ausmalen. Wir haben Uhren aller - wege, im Zimmer, auf der Straße, in der Taſche und können ſo überall und immer die vorbeſtimmte Zeit inne halten. Wie muß es zu jener Zeit der Waſſeruhren wohl um die Pünktlichkeit beſtellt geweſen ſein! Kaum anders wurde es durch die Erfindung verwickelter Räderwerke, die durch Gewichte getrieben wurden, und wie ſie ſich im Laufe des Mittelalters hier und dort einführten. Der Kaiſer Friedrich II erhielt vom Sultan Saladin eine ſolche zum Geſchenke. Wir finden ſie auch in Klöſtern und die erſten Turmuhren ſind auch fünf Jahrhunderte alt. Es fehlte allen ein Mittel, die kleinſten Zeitteile, etwa von der Länge einer Sekunde genau feſtzuhalten. Dieſes Mittel hat uns erſt Galilei in dem Pendel gegeben. Galileo Galilei, geb. 1564 zu Piſa, geſt. 1642 zu Arcetri bei Florenz, iſt unſtreitig der bedeutendſte Phyſiker aller Zeiten und einer der größten Erfinder, den der Erdball getragen hat. Auf die Geſetze des Pendels ſoll er allerdings durch eine zufällige Beobachtung geführt worden ſein. Als er einmal im Dome zu Piſa weilte, ſoll dort eine Ampel in Schwingungen geraten ſein. Während aber die Weite dieſer Schwingungen fortwährend abnahm, bemerkte Galilei, daß die Zeit, welche die Ampel für eine Hin - und Herbewegung benötigte, ſich nicht merklich änderte. Er ſchloß alſo
1. daß die Schwingungszeit der Ampel, alſo irgend eines auf - gehängten und aus dem Gleichgewichte gebrachten Körpers ganz unabhängig davon iſt, wie weit man denſelben aus ſeiner Ruhelage entfernt.
Ganz richtig iſt nun dieſer Satz freilich nicht, aber doch ſehr nahe an der Wahrheit. Wenn die Schwingungsweite nicht ſehr groß iſt, ſo darf man ſehr genähert annehmen, daß die Schwingungszeit ſich mit noch größerer Abnahme der Weite nicht verändert. Nur wo es auf die allerhöchſte Genauigkeit ankommt, bei aſtronomiſchen Zeitbeſtimmungen, wird auch den Veränderungen der Schwingweite Rechnung getragen werden müſſen. Wie Galilei nun im Studierzimmer die Eigentümlichkeiten eines ſchwingenden Pendels, d. h. einfach einer an einem Faden auf - gehängten Kugel weiter verfolgte, fand er noch die folgenden bemerkens - werten Geſetze:
2. Es iſt ganz gleichgültig, aus welchem Stoffe der pendelnde Körper beſteht und wie ſchwer er iſt; immer braucht er dieſelbe Zeit für eine Schwingung, wenn nur ſeine Entfernung vom Aufhängepunkte oder die Pendellänge unverändert bleibt;
3. Wenn aber zwei Pendel verſchiedene Länge haben, ſo braucht das längere mehr Zeit für eine Schwingung als das kürzere.
Jeder kann ſich durch ſehr einfache Verſuche von der Richtigkeit dieſer Sätze überzeugen. Sie waren ganz neu, niemand hatte vorher daran gedacht, die Schwingungszeiten der Pendel zu ſtudieren. Aber Galilei war auch der Mann, ſeine Entdeckung praktiſch zu verwerten. Er erkannte, daß beſonders die Eigenſchaft (1) das Pendel zum37Die Pendeluhren.Regulieren des Uhrgangs in hervorragender Weiſe geeignet machen mußte, aber er ließ erſt kurz vor ſeinem Tode von Balcetri die erſte Pendeluhr konſtruieren. Das ſcheint wenig bekannt geworden zu ſein, denn man hält gewöhnlich den Holländer Huyghens, gleichfalls einen ſehr hervorragenden naturwiſſenſchaftlichen Forſcher, für den Erfinder der Pendeluhr, obgleich dieſer erſt 15 Jahre nach Galilei die ſeinige konſtruierte. Die Verbindung des Pendels mit der Uhr iſt bis zum heutigen Tage nur wenig verändert worden. Wir können uns alſo darauf beſchränken, eine ſolche Einrichtung zu beſchreiben.
Pendeluhr von vorn geſehen.
Pendeluhr von der Seite geſehen.
Fig. 27 zeigt die Einrichtung einer Pendeluhr von vorn, Fig. 28 von der Seite geſehen. Was das Werk in fortwährendem Gange erhält, iſt das Gewicht A, welches mit einer Schnur um die Walze B gewunden iſt. Da es durch die Schwerkraft zum Fallen gezwungen iſt, ſo würde es in kurzer Zeit ablaufen und die Walze ungleichmäßig umdrehen, wenn ſeine Bewegung nicht in kurzen Pauſen gehemmt würde. Das ge - ſchieht durch die Hemmung N. Dieſelbe vermag mit ihren Anker - zähnen oder Paletten ſich dem Hemmungsrade M in die Zähne zu werfen und ſo den Stillſtand desſelben zu bewirken. Das Hemmungs - rad iſt aber mit der Walze auf die folgende Weiſe verbunden. An dieſer iſt das Walzenrad C ſo befeſtigt, daß es die Drehung der Walze unmittelbar mitmacht. Nun greifen die Zähne des Rades C in den an der Achſe des Rades E angebrachten Trieb D ein. Die Zähne von E wirken wiederum auf den Trieb F des Rades G, dieſes greift38Erfindung der Zeitmeßapparate.in den Trieb H des Minutenrades K ein und die Zähne des Rades K ſchließlich erfaſſen den Trieb L des Hemmungsrades M. Wird alſo die Umdrehung eines einzigen dieſer Teile verhindert, ſo muß zu gleicher Zeit das ganze Werk ſtille ſtehen. Nun müſſen aber die Hemmungen in gleichmäßiger Folge geſchehen, wenn anders der Gang der Uhr ſich regelmäßig vollziehen ſoll. Die Hemmung muß reguliert werden, und das geſchieht durch ihre Verbindung mit dem Pendel U. Wir erkennen, daß der Anker N ſich um eine Achſe O drehen läßt, an welcher außerdem noch die Gabel S T befeſtigt iſt. Dieſelbe iſt bei T ſo in zwei Teile geſpalten, daß das Pendel U ſie bei ſeiner Bewegung mit ſich führen muß und dabei einmal beim Hingang und einmal beim Hergang einen Stoß durch Vermittelung der Gabeläſte bei T erhält. Wohl bemerkt, das Pendel iſt durchaus ſonſt in keiner Verbindung mit den Teilen des Uhrwerks, es würde ungeſtört hin und hergehen, wenn es nicht die Gabel mit ſich nehmen müßte und damit auch den Anker, der ja an derſelben befeſtigt iſt. Das Pendel hängt bei guten Uhren an einem elaſtiſchen Bande aus Stahl, dem Stück einer Uhrfeder, an einer ent - ſprechenden Stelle des Uhrgehäuſes herab oder wie in der Fig. 28 auch an zwei ſolchen Federn. Nun haben wir aber gehört, daß das Pendel für eine Schwingung immer derſelben Zeit bedarf, und daß dieſe auch von der Schwingungsweite in ſehr geringem Grade abhängig iſt. Setzen wir nun z. B. den Fall, wir hätten in der Uhr ein Sekunden - pendel, d. h. eines, deſſen Länge ſo abgepaßt iſt, daß es gerade im Verlauf einer Sekunde einen Hingang oder einen Hergang vollendet, ſo wird am Anfang einer ſolchen Schwingung etwa die Hemmung mit ihrer rechten Palette in das Hemmungsrad eingreifen; da dieſes durch das Ablaufen des Gewichtes eine geringe Bewegung hat, ſo muß jetzt das Peudel einen ſchwachen Stoß erhalten. Es würde freilich auch ſonſt, aus ſeiner Ruhelage gebracht, eine Schwingung vollführen, aber dieſer Stoß am Anfange jeder Schwingung trägt dazu bei, das Pendel in ſeiner Bewegung zu erhalten, die es ſonſt bei dem Hindernis, das ſeine Bewegung im Widerſtande der Luft findet, nicht lange würde beibehalten können. Schwingt aber jetzt das Pendel nach rechts, ſo giebt die rechte Palette den Zahn des Hemmungsrades frei. Dasſelbe hatte aber gerade nur Zeit, ſich um einen Zahn vorwärts zu bewegen, dann fällt ihm die linke Palette wieder in die Zähne und hemmt ſeine weitere Bewegung. Zugleich empfängt ſie aber wieder jenen ſchwachen Antrieb, den ſie durch Vermittelung der Gabel an das Pendel über - trägt. So geht die Sache weiter, ſo lange überhaupt das Hemmungsrad bewegt wird, d. h. ſo lange, bis das Gewicht abgelaufen iſt. Hat dieſes Rad gerade 60 Zähne, ſo wird es ſich gerade im Verlaufe einer Minute einmal um ſeine Achſe drehen und einen mit ſeiner Achſe ver - bundenen Zeiger ebenfalls. Dieſer wird innerhalb der Minute ſechzig mal ſeinen Ort wechſeln, er wird uns alſo Sekunden zeigen. Das Rad K, welches ſich in einer Stunde einmal umdrehen, alſo durch39Die Pendeluhren.einen mit ihm verbundenen Zeiger Minuten weiſen ſoll, muß dann ſo eingerichtet ſein, daß es ſich ſechzig mal langſamer als das Hemmungsrad bewegt. Hat der Trieb L dieſes Rades fünf Zähne, ſo wird das Rad K deren dreihundert haben müſſen. Der Stundenzeiger ſoll ſich noch ſechzig mal langſamer bewegen; er wird alſo an einem Rade angebracht ſein, das ſechzig mal ſoviel Zeit für eine Umdrehung braucht als das Minutenrad. Wenn es bei unſeren Uhren ſo ſcheint, als ob beide Zeiger ſich um dieſelbe Achſe bewegen, ſo liegt das einfach daran, daß hier zwei Radachſen in einander ſtecken, die eben jene beiden Zeiger tragen, während die beiden auf dieſen Achſen ſitzenden Räder keine unmittelbare Verbindung haben.
Iſt das Gewicht ſtark geſunken, ſo muß die Uhr aufgezogen werden, d. h. das Gewicht muß wieder genügend gehoben werden. Aber bei der Verbindung aller Uhrteile ſollten wir erwarten, daß wenn die Walze zu dieſem Zwecke bei α gedreht wird, alle Teile die rückläufige Bewegung machen und ſo die Zeiger ſehr ſchnell rückwärts auf eine ganz falſche Zeit ſich ſtellen müßten. Das muß vermieden werden, und man bedient ſich dazu des Gegen - geſperres, welches noch außerdem be - wirkt, daß auch während des Aufziehens die Uhr regelmäßig weiter geht. Da dasſelbe ganz ähnlich auch in Taſchen - uhren verwendet wird, ſo geben wir durch Fig. 29 eine Vorſtellung davon. In ihr bedeuten G das Walzenrad, B1 die Walze, A und B zwei Räder, die loſe auf der Walze ſitzen, die ſoge - nannten Sperrräder. Die Zähne des einen B ſind durch den Haken r T am Weitergehen verhindert, welcher in T am Uhrgehäuſe feſtſitzt. Die Zähne des andern ſind entgegengeſetzt gerichtet, und der Haken R läßt ſie nicht weiterrücken. Dieſer iſt an B befeſtigt. Das Rad B ſchließlich iſt mit dem Walzenrade durch
Gegengeſperre.
eine elaſtiſche Feder s s'; verbunden. So lange das Gewicht noch ab - laufen kann, wird dieſe Feder immer durch den Zug des Gewichtes ſo weit geſpannt, bis Gleichgewicht eintritt. Während aber das Gewicht aufgewunden wird, ſpannt ſich die Feder in der anderen Richtung und wirkt alſo in demſelben Sinne wie das aufgezogene Gewicht; ſie hält alſo die Uhr während der kurzen Zeit, die das Aufziehen erfordert, regelmäßig genug im Gange.
So oder ganz ähnlich haben wohl bereits die erſten Pendeluhren ausgeſehen, die vor mehr als zwei Jahrhunderten gebaut wurden. Von den Veränderungen, die ſeitdem angebracht worden ſind, wollen40Erfindung der Zeitmeßapparate.wir nur zwei erwähnen. Die eine betrifft das Pendel. Wir erfuhren, daß dieſes immer eine beſtimmte Schwingungszeit beſitze, daß dieſe aber für kürzere Pendel auch kürzer ſei. Will man z. B. eine Uhr haben, welche halbe Sekunden ſchlägt, ſo muß man ein Pendel von ¼ m Länge haben, während das Sekundenpendel etwa 1 m lang iſt. Es iſt nun bei den verſchiedenen Zwecken, denen die Uhr dienen ſoll, bei der Verſchiedenheit des Raumes, den man ihnen anweiſen kann, zwar die Länge des Pendels eine ſehr mannigfaltige und alle ſind an ihrem Platze brauchbar, aber behält denn das Pendel wirklich überall und immer die Länge bei, die man ihm gegeben hat? Wir erfuhren doch bereits im vorigen Kapitel, daß die Wärme die Ausdehnung der Körper ſehr weſentlich verändert, alſo müſſen wir ſchon hieraus ſchließen, daß die Pendellänge bei bedeutender Wärme größer ſein wird, als wenn es kalt iſt. Im Sommer werden ſich die Pendel verlängern, im Winter verkürzen. Freilich, wo es auf keine ſo große Genauigkeit ankommt, wie im gewöhnlichen Berufsleben, wo man nur den Gang der Uhr bis auf eine Minute am Tage ſicher feſthalten möchte, da wird man dieſe Längenänderung nicht zu berückſichtigen nötig haben. Aber wo es auf große Genauigkeit ankommt, wo man — wie bei den aſtronomiſchen Uhren — den Gang bis auf Bruchteile der Sekunde ſichern muß, da wird man auch dieſer Eigentümlichkeit Rechnung tragen müſſen. Das kann auf zweierlei Weiſen geſchehen. Entweder man ſtellt die Uhr an einem Orte auf, an dem die Temperatur nur höchſtens ganz ſchwache Änderungen erfährt. So ſind in der That die Haupt - uhren der Sternwarten in Kellern aufgeſtellt, wo ſich die Temperatur etwa innerhalb eines Grades konſtant erhält. Oder man ſorgt dafür, daß dieſe Längenänderung des Pendels irgendwie wieder aufgehoben wird. Man wird bei der Verfolgung dieſes Gedankens in höchſt glück - licher Weiſe von der Natur unterſtützt. Die verſchiedenen Körper dehnen ſich nämlich bei Erhöhung ihrer Temperatur keineswegs in gleichem Maße aus, ſondern einmal ſind die flüſſigen Körper einer weit be - trächtlicheren Ausdehnung fähig als die ſtarren, und dann ſind ſelbſt die ſtarren Körper unter ſich noch recht verſchieden an Ausdehnbarkeit. Man kann alſo z. B. ſehr leicht die Wirkungen der Wärme aufheben, wenn man etwa die Pendelſtange von Eiſen macht, als pendelnden ſchweren Körper aber ein Glasgefäß mit Queckſilber wählt, und beide gegen einander ſo abpaßt, daß während die Stange ſich ausdehnt, der Queckſilberſpiegel ſich gerade ſo hoch hebt, daß die wirkſame Länge des Pendels ungeändert bleibt. Man erhält ſo die Queckſilberkompen - ſation. Aber dieſe hat Nachteile, und zwar vor allem den, daß der Pendelkörper für dieſen Zweck eine Geſtalt erhält, die ihn im Hinblick auf andere Zwecke ungeeignet erſcheinen läßt. Zur leichteren Über - windung des Luftwiderſtandes iſt es nämlich am vorteilhafteſten, jenem die Geſtalt einer Linſe zu geben. Das kann bei dem Queckſilbergefäß nicht geſchehen. Verfertigt man die Linſe aus einem ſtarren Metall,41Die Pendeluhren.ſo wird es darauf ankommen, ſchon die Pendelſtange ſo einzurichten, daß die Linſe immer in derſelben Entfernung vom Aufhängepunkt bleibt. Das geſchieht nun leicht durch Konſtruktion eines Roſtpendels (vgl. Fig. 30). Es bedeuten f und a a drei Eiſenſtangen, d d zwei ſolche von Zink. Die Eiſenſtange f geht frei durch den Querbalken b b hindurch, trägt aber am unteren Ende die Quer - ſtange e e, die Zinkſtangen ſind an beiden Quer - balken befeſtigt, während a a durch den Balken e e frei hindurchgehen und erſt bei c c eine Querſtange zum Feſthalten der Pendellinſe L tragen. Würden bei der Erwärmung nur die Eiſenſtangen ausge - dehnt, ſo müßte die Linſe ſich ſenken, nähmen nur die Zinkſtangen an der Ausdehnung teil, ſo müßte ſie ſich heben. Da ſich das Zink nun beträchtlicher ausdehnt als das Eiſen, ſo iſt leicht zu erkennen, daß man die Länge der verſchiedenen Stangen ſo abpaſſen kann, daß bei der Erwärmung die Pendel - linſe ſich weder hebt noch ſenkt.
Eine andere Änderung, die man an den Pendeluhren angebracht hat, iſt die vollſtändige Erſetzung des treibenden Gewichtes durch eine ge - ſpannte Feder, d. h. durch ein langes, höchſt elaſtiſches, ſpiralförmig gewundenes Stahlblatt. Wickelt man ein Stahlband zu einer Spirale (vgl. Fig. 31) auf, ſo wird dieſe, wenn ihre natürliche Elaſtizität kein Hindernis findet, ſich allmählich wieder ausbreiten und ſtrecken, da alle Stahl - teilchen, die ſie zuſammenſetzen, dahin ſtreben, die urſprüngliche Lage wieder anzunehmen, genau wie ein Gummiball ſein erſtes Ausſehen beim Auf - hören des Druckes wieder annimmt, der ihn zeit - weiſe umgeſtaltete. Was würde nun wohl ge - ſchehen, wenn die Stahlfeder nicht vollkommen frei wäre? Wickeln wir ſie derart zu einer Spirale, daß wir ihr äußeres Ende feſt machen, indem wir es an einem feſten Punkt annageln und nageln wir auch das innere Ende an einen Metallcylinder an, ſo wird die elaſtiſche Kraft der Feder den Cylinder zur Umdrehung um ſich ſelbſt zwingen, bis die Spirale ſich wieder ſoweit geſtreckt haben wird als es mit ihrer Länge und der Entfernung, die wir ihren beiden Enden anweiſen, verträglich iſt. Wir erkennen ſofort, daß bei dem geringen Raum, den die Feder einnimmt, im Verhältnis zu dem langen
Roſtpende[l]
42Erſindung der Zeitmeßapparate.
Spirale mit Schnecke.
Wege, den die Gewichte zurückzulegen haben, ſehr viel an Platz geſpart wird. Man tauſcht dagegen gewiſſe andere Unannehmlichkeiten ein und wir können in der Einführung der Feder eine Verbeſſerung nicht erblicken. Wir haben ſie erwähnt, weil die Taſchenuhren, welche auf dieſe Raum - erſparnis angewieſen ſind, auch den Gebrauch der Triebfeder verlangen. Wir wenden uns der Erfindung dieſer zu.
Die tragbaren Uhren waren ſicher ſchon in der Mitte des 14. Jahr - hunderts bekannt, wenn ſie auch noch ſelten und ſehr teuer waren. Man weiß nicht, wo und von wem ſie erfunden wurden. Aber es heißt, daß eine in Deutſchland gebaute, welche kaum die Größe einer Walnuß hatte, im Jahre 1380 dem Könige Karl V. von Frankreich zum Geſchenk gemacht wurde. Allgemein wurde der Gebrauch dieſer Uhren erſt im Laufe des 16. Jahrhunderts. Man nannte ſie da - mals häufig Nürnberger Eier, wegen ihrer Form und wegen des Ortes, wo ſie zuerſt allgemeiner verfertigt wurden. Als ihr Erfinder galt — wahrſcheinlich mit Unrecht — der Nürnberger Peter Henlein (Hele), der um 1500 lebte. Bald wußte man ſie ſo ausgezeichnet klein zu machen, daß der Vicentiner Capobianco eine ſolche in den Ring des Großtürken zu faſſen wußte, und eine andere ebenſo kleine dem Herzog von Urbino zum Geſchenke machte. Dieſe letztere zeigte ſogar die zwölf Zeichen des Tierkreiſes und eine Figur, die den Lauf der Zeiten angab.
Die Taſchenuhren müſſen die Zeit anzeigen ſowohl wenn die Uhr ſenkrecht gehalten wird, wie wenn ſie in mehr oder weniger geneigter, ja ſelbſt wenn ſie in wagerechter Stellung ſich befindet. Hieraus folgt ſchon, daß das Gewicht und das Pendel, die beſten Mittel, um feſt aufgeſtellte Uhren in Gang zu halten, für die Taſchenuhren völlig ungeeignet ſind. Sie erhalten ihre Bewegung durch die Elaſtizität der Triebfeder. Dieſe ſetzt, wie oben beſchrieben wurde, einen Cylinder in Umdrehung, und wie ſich dieſe auf die übrigen Teile der Uhren und ſchließlich auch auf die Zeiger überträgt, das erſehen wir nun aus der Figur 32.
43Die Taſchenuhren.Einrichtung einer Taſchenuhr.
In ihr bedeutet A die Triebfeder, deren eines Ende bei u 'am Gehäuſe befeſtigt iſt, während das andere Ende an dem Wellbaum B feſt iſt. Zu der ganzen Abbildung iſt zu bemerken, daß die einzelnen Teile, um einen beſſeren Einblick in das Innere zu geſtatten, zu weit aus einander gerückt ſind. Die Bewegung pflanzt ſich, wie wir erkennen, durch das Räderwerk bis zu dem Hemmungs - oder Steigrade M fort. Damit die Spirale nicht ſofort, nachdem ſie geſpannt wurde, wieder plötzlich ablaufe, muß — ganz wie bei den Pendeluhren — an dieſer Stelle ein fortwährender Stillſtand der Bewegung ſtattfinden. Derſelbe muß auch wieder in durchaus gleichmäßigen Pauſen ge - ſchehen, wenn anders die Uhrzeiger in gleichförmigem Schritte bleiben ſollen. Da der Gebrauch des Pendels hier ausgeſchloſſen iſt, ſo mußte man zum Regulieren des Uhrganges ein anderes Mittel anwenden, und man erſann die Unruhe oder den Balancier N O, welcher genau die Vorteile des Pendels in ſich vereinigt. Er iſt aus zwei Teilen zuſammengeſetzt, nämlich einem Rade N, das ſich um eine Achſe ſehr leicht drehen läßt und einer ſehr feinen Spiralfeder aus Stahl, einer viel zarteren, als diejenige bei A, die man als Triebwerk benutzt. Dieſe Stahlfeder iſt nun an dem einen Ende wieder mit den feſten Teilen der Uhr in Verbindung, mit dem andern aber an der Achſe des Unruherades befeſtigt. Wenn man alſo dieſes dreht und damit die Feder ſpannt, ſo wird ſie vermöge ihrer Elaſtizität die Unruhe in die Gleichgewichtslage zurückführen, aber — wie das Pendel, aus ſeiner Ruhelage gebracht, nicht blos in dieſe zurückkehrt, ſondern durch die erlangte Bewegung noch über dieſelbe hinausgeführt wird, — ſo wird auch der Balancier ſich nach der andern Seite von der Gleichgewichts - lage entfernen und ſo lange hin und herſchwingen, bis der Widerſtand der Luft und die Reibung an den Lagern ſeiner Achſe ihn zur Ruhe bringen. Die Unruhe gleicht ferner dem Pendel auch darin, daß die44Erfindung der Zeitmeßapparate.Zeit, welche eine Schwingung erfordert, dieſelbe bleibt, ob nun die Spirale wenig oder weit aus ihrer Ruhelage entfernt wurde. Freilich iſt dazu erforderlich, daß die Spirale gerade eine ganz beſtimmte Länge habe, eine Länge, die ſich indeſſen durch eine Anzahl von Verſuchen leicht finden läßt. Ferner würde ſich allerdings dieſe Schwingungszeit verändern, wenn die Größe der Unruhe ſich änderte; wenn das Rad der Unruhe ſich z. B. durch Verlängerung ſeiner Speichen weiter von der Achſe entfernte, ſo würde die Zeit der Schwingungen verlangſamt werden. Wir erkennen ſofort, daß alſo auch in den Gang der Taſchen - uhren die Wärme als ſtörendes Element eingreifen wird, und wir werden bald erfahren, wie man ſich von dieſem Übelſtande freimachen kann. Schon jetzt aber dürfen wir die Spirale — wenigſtens innerhalb gewiſſer Grenzen — als durchaus geeignet anſehen, den Uhrgang zu regeln, wenn ſie ſich mit einer Hemmung verbindet. Die fortſchreitende Technik der Taſchenuhren hat ſehr verſchiedene Arten von Hemmungen gezeugt; die am meiſten verwendeten waren und ſind noch heute die Spindel -, Cylinder - und Ankerhemmung, nach denen man auch die Uhren als Spindel -, Cylinder - und Ankeruhren bezeichnet. Wir er - wähnen die erſtere ſchon, weil ſie als die älteſte eine Betrachtung verdient. Freilich iſt ſie immer mehr im Verſchwinden, aber noch im Jahre 1869 wurden allein im Kanton Bern in der Schweiz 300000 Uhren mit Spindelhemmung konſtruiert.
Die Spindelhemmung iſt in Fig. 33 zweimal abgebildet, oben erblicken wir das Steigrad in ſenkrechter, unten in wagerechter Stellung.
Die Spindelhemmung.
C C iſt die Achſe des Balanciers A. Wir erblicken an derſelben zwei Flügel E und F, die nach verſchiedenen Seiten ge - richtet ſind, ſo daß ſie um einen ſtumpfen Winkel gegen einander geneigt ſind. Bei den Hin - und Herſchwingungen der Un - ruhe greifen dieſe Lappen abwechſelnd in die Zähne des Steigrades ein und hemmen ſo ſeine Bewegung. Iſt die Uhr im Gange, ſo läuft das Steigrad in der Richtung, die der Pfeil anzeigt, und der Flügel F wirft ſich dem Zahn a entgegen. Der Stoß, den der Lappen dabei empfängt, trägt dabei[zur] Auf - rechterhaltung der Bewegung der Un - ruhe bei. Aber bei dem weiteren Schwunge dieſer wird bald der Zahn b vom Lappen E getroffen werden, und dadurch wird das ganze Steigrad ein wenig zurück - gedreht werden, ſo weit, als es die ſchwache Kraft der Unruheſpirale eben vermag. Dann wird der Flügel E durch die vorwärts ſchreitende Bewegung des Hemmungsrades wieder fort geſtoßen, bis ſich der45Die Taſchenuhren.Lappen F vor den Zahn m legt. Auch hier wird das Steigrad erſt ein wenig zurückgedrängt, um gleich nachher den Lappen F fortzu - ſtoßen, und ſo wiederholt ſich das Spiel der Flügel und des Steig - rades[ſortgeſetzt], während dieſes immer um einen Zahn vorwärts kommt. Das iſt die Spindelhemmung, die bis zum Jahre 1720 allein im Gebrauche war. Was dieſelbe allmählich verdrängte, das waren folgende Nachteile. Wenn die Zugkraft der Triebfeder ſich nur wenig vermehrt, ſo werden offenbar die Schläge der Steigradzähne gegen die Flügel ſchneller erfolgen und damit wird der Gang der Uhr ein beſchleunigter werden. Nun iſt aber die Spannkraft der Feder keines - wegs immer die gleiche. Nach dem Aufziehen iſt ſie am höchſten, dann nimmt ſie allmählich ab und daher werden alle Bewegungen der Uhr bald nach dem Aufziehen zu ſchnell, kurz vor dem Ablaufen aber zu langſam erfolgen. Um dieſem Übelſtande abzuhelfen bediente man ſich in den Spindeluhren — wie noch heute bei den für die Zwecke einer genauen Zeitmeſſung beſtimmten Uhren, den Chronometern — des in der Fig. 31 dargeſtellten Apparates. Die Triebfeder A ſitzt in einer Trommel, das innere Ende bleibt, wie ſchon geſagt, am Cylinder befeſtigt, während das äußere an der inneren Trommelfläche angelötet iſt. An die äußere Fläche der letzteren aber legt ſich ein langes, ſehr biegſames Stahlkettchen, deſſen eines Ende an die Trommel genagelt iſt, während das andere am Grunde der Schnecke feſt ſitzt. Am Umfange dieſer iſt eine ſpiralige Verkehlung angebracht, die — wie wir nun ſehen werden — zur allmählichen Aufnahme der Kette dienen ſoll. Um die Uhr aufzuziehen dreht man mittels eines Schlüſſels die Schnecke herum, und dabei wickelt ſich die Kette von der Trommel ab und auf die Schnecke. Bei dieſer Bewegung der Kette dreht ſich natürlich auch die Trommel, und infolge deſſen windet ſich die Spirale um den Cylinder in ihrer Mitte. Bald nachdem die Uhr aufgezogen iſt, beginnt aber die Spirale ſich zu ſtrecken und bewirkt damit eine Drehung der Trommel und damit auch der Schnecke in der entgegen - geſetzten Richtung. Die Stahlkette wickelt ſich dabei wieder von der Schnecke auf die Trommel herüber. Zuerſt, d. h. wenn die Spannung der Spirale größer iſt, wirkt dieſelbe durch Vermittelung der Kette auf die oberſten Schneckenwindungen. Dieſe aber hat den geringſten Durch - meſſer und ſetzt daher der Spirale, die ſie umdrehen will, einen größeren Widerſtand entgegen. Derſelbe nimmt allmählich ab in dem Maße, als der Durchmeſſer der Auskehlung größer wird. Kurz vor dem Ablaufen der Kette iſt zugleich die Spannkraft der Spirale und der Widerſtand der Schnecke am geringſten geworden, weil jene ja auf den größten Durchmeſſer der Schnecke wirkt, und da demnach die Kraft mit dem Widerſtande, den ſie findet, gleichmäßig abnimmt, ſo wird ſie durchaus gleichmäßig auf die Uhrteile wirken, indem das Zahnrad an der Schnecke die Bewegung derſelben auf die übrigen Räder überträgt. Durch dieſe höchſt geiſtreiche Verbindung von Schnecke und Trommel46Erfindung der Zeitmeßapparate.hat man alſo den Spindelgang gleichmäßig zu erhalten geſucht. Es wirken freilich auch Änderungen in der Temperatur auf die Zugkraft der Feder ein, und ſo wird die Gleichmäßigkeit der Uhrbewegung ſich doch nicht genau aufrecht erhalten laſſen. Zudem waren Spindeluhren auch oft reparaturbedürftig, weil z. B. durch die Schläge der Flügel gegen das Steigrad der eine Zapfen desſelben das Lager, in dem er läuft, ſehr ſchnell abnutzt.
Dieſe Gedanken mochten den Engländer Graham geleitet haben, als er 1720 die Cylinderhemmung erſann. Wir erblicken in der Fig. 34
Die Cylinderhemmung.
das eigentümlich geſtaltete Steigrad — hier Cylinderrad genannt — und links davon den Cylinder. Dieſer ſtellt nichts als die verlängerte Achſe der Unruhe vor, die indeſſen nicht voll, ſondern in ihrem mittleren Teile ausgehöhlt und noch außerdem auf beſondere Art zugeſchnitten iſt, ſo daß in der Höhe, wo die Zähne des Steig - rads ſtehen, die eine Hälfte der Wand, darunter ſogar ein noch größerer Teil weggenommen iſt. Wenn die Uhr aufgezogen iſt, ſo wird die Kraft der geſpannten Feder ſich durch Vermittelung der übrigen Räder auch dem Cylinderrade mitteilen, ſo daß es ſich in der Richtung des Pfeiles drehen wird. Dieſe Drehung nun iſt es, welche durch den Cylinder fortwährend gehemmt wird. Da dieſer mit der Unruhe verbunden iſt, ſo ſchwingt er bald nach rechts, bald nach links.
Gang der Cylinderuhr.
Dabei bringt er in der Stellung I das Steigrad zur Ruhe, beim Vorwärts - ſchwingen giebt er den ge - fangenen Zahn a in der Stellung II frei, ſo daß er bei III an die innere Wand des Cylinders an - prallen muß, um ſchließlich beim Rückwärtsſchwingen des Balanciers in der Stellung IV aus ſeiner Zwangslage wieder be - freit zu werden (vergl. Fig. 35). Das Aufſchlagen der Zähne auf die beiden Cylinderflächen giebt zugleich dem Balancier jedesmal einen kleinen Stoß, ſo daß derſelbe ſeine Schwingungen fortzuſetzen befähigt wird. Der Nachteil der Cylinderhemmung iſt der, daß in den Ruhe - lagen I und III ſich die Zähne zu ſehr am Cylinder reiben, wodurch auch der Gang des Balanciers ſtark beeinflußt wird. Man muß47Die Taſchenuhren.alſo dieſe Reibung durch Einölen des Cylinders zu verringern ſuchen. Aber das Öl behält leider ſeine Leichtflüſſigkeit nicht lange bei; dann wird aber der Gang der Uhr ſich natürlich verlangſamen. Deshalb bedürfen die Cylinderuhren einer häufigen Reinigung.
Dieſe Übelſtände werden durch die freien Hemmungen vermieden. So nennt man ſie, weil ſie mit der Unruhe nicht in ſo feſter Verbindung ſtehen, wie die Spindel - und die Cylinderhemmung. Sie drehen ſich nicht um die Achſe der Unruhe, ſondern um eine eigene, die zwiſchen dem Hemmungsrade und dem Balancier liegt. Die Hemmung liegt nur auf Momente am Steigrade ſowohl, wie an der Unruhe an, und beide Teile ſind alſo in ihrem Gange ſehr wenig von einander beeinflußt. Wo es auf große Genauigkeit und Be - ſtändigkeit im Uhrgang ankommt, wie bei den Chronometern, iſt man auf eine ſolche Hemmung geradezu angewieſen. So iſt u. a. die Ankerhemmung beſchaffen. In der Fig. 36 bedeuten E, B und A reſp. die Unruhe, den Anker und das Steigrad. Der Anker ſetzt ſich nach oben in eine Gabel o o1 fort, während die Unruhe noch den Hebeſtein h trägt. Die Unruhe macht hier ſehr große Schwingungen um die Gleichgewichtslage, die eben erreicht iſt. Wir ſehen, daß in dieſem Augenblicke der Hebeſtein zwiſchen den beiden Fanghörnern o und o1 liegt. Aber zugleich gleitet der Zahn e des Steig - rades an der Fläche li des Ankers entlang und erteilt ihm einen Stoß, der die Gabel in die Lage B x1 verſetzt. In dieſer bleibt der Anker liegen, ſperrt mit dem Zahn a1 b1
Die Ankerhemmung.
dem Steigrade den Weg ab und läßt zugleich den Balancier frei, nachdem er ihm noch mit dem Horn o einen Antrieb verſetzt hat, der zur Erhaltung ſeiner Bewegung beiträgt. Erſt wenn derſelbe wieder umkehrt und der Hebeſtein gegen das Horn o ſtößt, wird das Steigrad befreit, der Zahn e2 wird an der Fläche b1 c1 des Ankers entlang gleiten und dabei dieſem einen Stoß verſetzen, der die Gabel in die Lage B x verſetzt. Dieſer Stoß teilt ſich auch durch den Hebeſtein der Unruhe mit, und ſo wird dieſe in der ange - deuteten Richtung ein Stück weiter ſchwingen. Inzwiſchen hemmt der rechte Arm des Ankers die Fortbewegung des Steigrades, bis der Balancier wieder umkehrt. Dieſe Hemmung iſt als eine ſehr voll - kommene anzuſehen, weil die Reibung an den Flächen b c und b1 c1 des Ankers nur ſehr kurze Zeit andauert und die Stöße gegen den Balancier auch faſt plötzlich erfolgen. So würde ſich die Einrichtung auch für die Chronometer eignen. Doch zieht man hier gewöhnlich eine andere48Erfindung der Zeitmeßapparate.freie Hemmung vor, die gerade für die Zwecke ſolcher genauer In - ſtrumente ausgedacht iſt.
Dieſe müſſen auch noch durch eine andere Vorſicht in ihrem Gange geſichert ſein. Man braucht ſie vor allem für Reiſezwecke, bei denen man ja der Pendeluhren vollſtändig entraten muß, und beſonders iſt der Seefahrer auf ihre Benützung angewieſen. Sie ſollen ihm helfen, die geographiſche Länge zu beſtimmen, in der er ſich gerade befindet. Die Methode, nach der man dies vermag, iſt im Jahre 1530 kurz nach Erfindung der Taſchenuhren von Gemma Friſius angegeben worden. Wenn zwei Orte auf der Erde eine verſchiedene geographiſche Länge haben, ſo haben ſie bekanntlich auch einen Zeitunterſchied, und zwar für jeden Grad Unterſchied in der Länge 4 Minuten Zeitdifferenz. Wenn man dieſe letztere kennt, ſo iſt alſo auch der Längenunterſchied leicht zu finden. Man kann nun mit Hilfe eines aſtronomiſchen Inſtrumentes ſich leicht durch Beobachtung der Sonne oder eines Sternes die Kenntnis der Zeit verſchaffen an dem Orte, an dem man ſich eben befindet. Das Chronometer aber, mit dem man verſehen iſt, geht ja noch nach der Zeit des Ortes, von dem man fortgefahren iſt; ſo hat man alſo ſofort den Längenunterſchied zwiſchen dieſen beiden Orten. Der Seemann wird es alſo ſeine höchſte Sorge ſein laſſen müſſen, ein recht gleichmäßig gehendes Chronometer zu beſitzen. Aber wir hörten
Chronometerkompenſation.
bereits, daß ſchon der Wechſel der Wärme das Rad der Unruhe vergrößern und ver - kleinern und damit den Uhrgang langſamer oder ſchneller machen kann. Man muß alſo der Wärme wieder entgegenwirken. Das geſchieht durch die ſogenannte Kom - penſation der Unruhe. Wir ſehen das hier verwendete Rad der Unruhe in der Fig. 37 abgebildet. Der Umkreis des Rades iſt an zwei Stellen m und n durchbrochen und die Brücke a a' dient dazu, die beiden Teile des Umkreiſes zuſammenzuhalten. Dieſe Teile ſind nun ihrerſeits jeder aus zwei Streifen von verſchiedenen Metallen, etwa aus Stahl und Meſſing zuſammengeſetzt, wobei das Metall, das ſich ſtärker auszudehnen vermag, alſo hier das Meſſing, außen zu liegen kommt. Da ſich bei dieſer Einrichtung das äußere Metall nicht gehörig auszuſtrecken vermag, ſo wird es mit ſteigender Wärme ſich ſtärker krümmen müſſen, und ſo werden ſich viele Teile des Umkreiſes der Radachſe nähern, ſo daß die Ausdehnung des Rades durch dieſe Nebenwirkung aufgehoben wird. Auf dieſem Prinzipe beruht auch das Metallthermometer, welches auf S. 26 beſchrieben wurde.
Wir haben im Vorhergehenden eine Reihe von Einrichtungen beſprochen, durch die man im Laufe der Jahre die Zeitmeßapparate49Die Taſchenuhren.zu einer hohen Vollkommenheit entwickelt hat. Es iſt ja bekannt, daß man noch allerhand Apparate mit den Uhren in Verbindung ſetzen kann, z. B. die Schlagwerke; dieſe können entweder von ſelbſt wirken, wie es bei unſeren Wanduhren gewöhnlich der Fall iſt, oder ſie ſchlagen auf einen Druck, den man von außen auf das Werk ausübt. Dieſer Fall liegt bei den bereits 1676 von Barlow erfundenen Repetieruhren vor. Die Geſichtspunkte, welche bei der Erfindung der ſogenannten Remontoir - uhren leiteten, d. h. bei denjenigen, die man ohne beſondere Schlüſſel am Bügel aufzieht, waren außer der Bequemlichkeit wohl noch der Umſtand, daß eine Uhr, die man nicht zu öffnen braucht, auch dauer - hafter iſt. Es giebt ſogar ſchon Uhren, die überhaupt nicht aufgezogen zu werden brauchen, wenn man ſie nur unterwegs in der Taſche trägt. Eine ſolche hat Löhr konſtruiert: ein kleiner Hammer ſchwingt, während der Träger ſeinen Weg zurücklegt, in der Uhr hin und her und beſorgt von ſelbſt das Aufziehen. Aber wir können nicht alle Neuerungen und Nebenapparate aufzählen. Werke, die für genaue Meſſungen be - ſtimmt ſind, muß man von ſolchen Nebenſachen möglichſt frei halten, weil jede Verwickelung des Uhrwerkes Störungen in den gleichmäßigen Gang hineinträgt. Auf die elektriſchen und die pneumatiſchen Uhren werden wir ſpäter zu ſprechen kommen.
Die Uhrmacherei wird jetzt in vielen Ländern fabrikmäßig betrieben. Um die einzelnen Teile herzuſtellen, ſind beſondere Maſchinen erſonnen worden. Die Hauptſitze der Uhrmacherei ſind die Schweiz, Deutſch - land, Frankreich und die Vereinigten Staaten von Nord-Amerika.
Das Streben des Menſchen, die in dem Kampfe um das Daſein zu verrichtende Arbeit nach Möglichkeit ſich zu erleichtern und von ſich fern zu halten, iſt faſt ſo alt wie die Geſchichte des menſchlichen Geſchlechtes ſelbſt.
Schon bei den auf der niedrigſten Stufe der Kultur ſtehenden Völkern finden wir die Ausnützung der Tiere und der Sklaven für den Transport, für die Beſtellung des Ackers und für anderweitige notwendige Verrichtungen.
Mit zunehmender Geſittung und Bildung wandte ſich die er - finderiſche Thätigkeit der Ausnützung der in der Natur aufgeſpeicherten Kräfte zu. Es kamen zunächſt für eine lange Reihe von Jahrhunderten nur die Kraft des bewegten Waſſers und des Windes in Betracht. Noch heute finden die zur Ausnützung dieſer Naturkräfte erſonnenen Motoren eine weite Anwendung, und wir werden uns mit der Be - ſprechung derſelben ebenſo eingehend zu befaſſen haben, wie mit der Beſchreibung der nach den neueſten Prinzipien konſtruierten Dampf - maſchinen.
Hatte man in den älteſten Zeiten des menſchlichen Geſchlechtes ſich der teueren Arbeitskräfte der niedrig Geſtellten oder der Tiere bedient, ſo war man hierbei gezwungen, die Kräfte dieſer lebendigen Motoren durch geeignete Pflege zu erhalten, um dieſelben thunlichſt lange ausnützen zu können. Dieſe Rückſicht fiel bei den mit Hilfe des Waſſers oder des Windes bewegten toten Motoren fort. Dafür aber hatten dieſe wiederum verſchiedene ſchwer wiegende Nachteile.
Um zunächſt bei der bewegten Luft, dem Winde, zu verweilen, ſo iſt dieſe Betriebskraft außerordentlich abhängig von Verhältniſſen, welche ſich der Beeinfluſſung und Regelung ſeitens der Menſchen vollſtändig51Allgemeines.entziehen. Die Verwendbarkeit derſelben war daher von Haus aus naturgemäß eine ſehr beſchränkte.
Bei weitem unabhängiger waren die durch die bewegten Waſſer - maſſen der Flüſſe und Ströme angetriebenen Waſſermotoren. Jedoch auch bei Anwendung dieſer war man an ganz beſtimmte örtliche Verhältniſſe gebunden, indem man dieſelben nur an denjenigen Plätzen errichten und betreiben konnte, wo Betriebswaſſer und Gefälle in hin - reichendem Maße vorhanden war.
Mit dieſen Wind - und Waſſermotoren hat ſich trotz ihrer Unzu - verläſſigkeit das menſchliche Geſchlecht Jahrtauſende lang beholfen. Die Folge hiervon war, daß der induſtrielle Betrieb, ſofern derſelbe auf eine größere, ſichere Kraftquelle angewieſen war, ſich an den Fluß - läufen konzentrierte. Das Merkmal der Induſtrie des Zeitalters der Wind - und Waſſermotoren iſt der Kleinbetrieb und die Hausinduſtrie. Hierin ſchaffte die Erfindung der Dampfmaſchine bezw. die Vervoll - kommnung derſelben, wie ſie durch James Watt in der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts mit durchgreifendem Erfolge ausgeführt wurde, einen völligen Wandel herbei. Als dritte Kraftquelle trat nun - mehr neben dem Winde und dem Waſſer die Wärme auf.
Die Wirkung der Erfindung der Dampfmaſchine erſtreckte ſich zunächſt auf den Bergwerksbetrieb. Hier übernahm der geſpannte Waſſerdampf alsbald erfolgreich die bis dahin mühſam durch Tiere und Menſchen bewirkte Förderung der unterirdiſchen Schätze aus der Nacht der Schächte zum Tageslicht. Das Waſſerrad, welches Jahr - hunderte lang mit ſchwerfälliger Behäbigkeit die Entwäſſerung der unterirdiſchen Gänge bewirkt und dieſe vor der Überflutung bewahrt hatte, mußte nun der mächtigen unterirdiſchen Dampfpumpe weichen.
Alsbald eroberte ſich der Dampf auch die übrigen Zweige der menſchlichen Thätigkeit, die Gewerbe wie das Verkehrsweſen in raſchem Siegeslaufe. Der großen Allgemeinheit erſcheint der Einfluß der Ein - führung der Dampfmaſchine am gewaltigſten und überzeugendſten auf dem Gebiete des Verkehrsweſens, wo das Dampfroß in unauf - haltſamem Siegeszuge eine völlige Umwälzung von Handel und Wandel bewirkte. Weniger bekannt dürfte die Wirkung ſein, welche die Ausnützung der Dampfkraft auf dem Gebiete der Gewerbe ge - zeitigt hat; man kann dieſelbe kurz dahin zuſammenfaſſen, daß an Stelle der zahlreichen kleinen Gewerbebetriebe und der Hausinduſtrie alsbald ein Überwiegen der Großinduſtrie eintrat. Ja, eine große Anzahl ehemals blühender Kleininduſtrien mußte angeſichts der die Dampfmaſchine in ihre Dienſte nehmenden Großinduſtrie alsbald faſt völlig vom Schauplatz ihrer Thätigkeit zurücktreten. Dieſer Kampf zwiſchen Groß - und Kleininduſtrie, das Kennzeichen des bisher ver - floſſenen Teiles des Zeitalters der Dampfmaſchine, dauert auch noch heute in alter Heftigkeit fort. Zum Beweiſe deſſen mögen hier einige wenige Zahlenangaben folgen.
4*52Die Motoren.In den Jahren 1875 und 1882 haben im Deutſchen Reiche Gewerbezählungen ſtattgefunden, und wurde hierbei die Anzahl der Gewerbebetriebe überhaupt, ſowie der Kleinbetriebe und der Großbetriebe feſtgeſtellt und zwar wurde als Großbetrieb jeder Gewerbebetrieb an - geſehen, welcher mit mehr als 5 Gehilfen arbeitete. Das Ergebniß dieſer Zählungen war folgendes:
Betrachten wir uns vorſtehende Zahlen etwas näher, ſo fällt uns hier ſofort die außerordentliche Zunahme des Großbetriebes (39,2 %) gegenüber dem Kleinbetriebe (1,4 %) auf. Die gleichen Verhältniſſe liegen natürlicher Weiſe auch bei den betreffenden Klaſſen der Gewerbe - treibenden vor; hier ſtellt ſich die Zunahme der im Großbetriebe beſchäftigten auf 17,5 %, während die Zahl der im Kleinbetriebe be - ſchäftigten nur um 7,6 % wuchs. Im Laufe der Zeit wird ſich dieſer Prozeß der Zurückdrängung der Kleininduſtrie durch die Großinduſtrie immer mehr und mehr mit unwiderſtehlicher Gewalt vollziehen, eine Folge der gewaltigen Umwälzung, welche die Einführung des geſpannten Waſſerdampfes in die Zahl der treibenden oder motoriſchen Kräfte mit ſich brachte.
Angeſichts dieſer Thatſache iſt es nicht ohne Intereſſe, kurz die - jenigen Induſtriegebiete aufzuzählen, auf denen im Jahre 1882 ein meiſt bedeutendes Überwiegen der Großinduſtrie konſtatiert wurde:
Es entfielen im Jahre 1882
Die Ausnutzung der Kraft des Windes und des bewegten Waſſers war an beſtimmte meteorologiſche und lokale Bedingungen geknüpft;53Allgemeines.waren dieſe nicht erfüllt, ſo ſtand eine mechaniſche Leiſtung nicht zur Verfügung. Wohl konnte man das Gefälle der Flüſſe anſtauen und aufſpeichern, wohl konnte man das Windrad auf beſonders dem Wind - ſtrome ausgeſetzten Höhen errichten, ſtets aber war man gezwungen, die natürliche Triebkraft dort zu benutzen, wo man ſie fand, und man war genöthigt, mit ihrer vorhandenen Stärke ſich zu begnügen, da man nicht im Stande war, dieſelbe nach Bedarf oder nach Belieben zu erhöhen. Ganz anders liegen die Verhältniſſe bei der Ausnutzung der Wärme. Dieſe kann man erzeugen, wo und wann man will; ſie war es alſo, die den Menſchen zuerſt unabhängig machte von der Örtlichkeit. Nicht mehr an beſtimmten Plätzen mußten von jetzt ab die Gewerbe - betriebe ſich anſiedeln, ſondern überall da, wo das Vorhandenſein der Rohſtoffe oder ſonſtige Verhältniſſe es wünſchenswerth machten, konnten dieſelben ſich einrichten und ihre Thätigkeit entfalten. Dieſe Eigenſchaft der Wärme, ihre Unabhängigkeit von Ort und Zeit, war es, welche ihrer älteſten Tochter, der Dampfmaſchine, die Wege ebnete und derſelben den ſchnellen Siegeslauf ermöglichte. Im Laufe der Jahrzehnte ge - ſellte ſich zu der Dampfmaſchine dann noch die ebenfalls auf der Aus - nützung der Wärme beruhende Heißluftmaſchine, bei welcher das bekannte Naturgeſetz zur praktiſchen Anwendung gelangt, daß luft - förmige Körper, ſobald ihnen Wärme zugeführt wird, ſich ausdehnen, dagegen bei Wärmeentziehung einen geringeren Raum ausfüllen.
Jedoch der Bedarf an motoriſcher Kraft wuchs von Jahr zu Jahr und regte die erfinderiſche Thätigkeit zur Aufſchließung weiterer motoriſcher Kraftquellen an. So ſtellte ſich alsbald als vierte Kraft die chemiſche Verwandtſchaft verſchiedener Naturkörper ein. Auf ihrer Aus - nützung beruhen die zahlreichen Gas -, Petroleum - und Benzinmotoren.
In der neueſten Zeit trat dann noch als letzte Kraftquelle der elektriſche Strom hinzu, deſſen Ausnutzung durch die Elektromotoren nicht in dieſem Abſchnitte, ſondern unter II. 2. beſchrieben werden wird. Faſſen wir die heute uns zur Verfügung ſtehenden Kraftquellen, ſofern wir von der Muskelkraft des Menſchen und der Tiere abſehen, kurz zuſammen, ſo ſind dies folgende:
a) Die Waſſermotoren zerfallen in drei Abteilungen:
Während bei den unter 1 und 2 genannten Motoren ein Rad, deſſen Drehachſe entweder horizontal (Waſſerräder im engeren Sinne) oder vertikal (Turbinen) liegt, durch das Waſſer in Drehung verſetzt wird, beſteht das Kennzeichen der Waſſerſäulenmaſchinen darin, daß das unter einem gewiſſen Druck ſtehende Waſſer in einem Cylinder einen, auch mehrere Kolben in eine hin - und hergehende Bewegung verſetzt. Bei dieſen Waſſerſäulenmaſchinen, welche durch gepreßtes Waſſer ge - trieben werden, möge hier ſchon bemerkt werden, daß dieſelben in neueſter Zeit für die ſogenannte Kraftübertragung von einer Centrale mehrfach in Benutzung genommen werden. Öfters verwendet man alsdann, ohne weſentliche Änderung der Motoren an Stelle des Preß - waſſers Preßluft, d. h. Luft, welche durch große Luftpumpen in ſtarke Preſſung verſetzt iſt und nun an Stelle des gepreßten Waſſers als Betriebskraft in die Motoren eingeführt wird.
b) Was die durch die bewegte Luft oder den Wind angetriebenen Motoren betrifft, ſo umfaſſen dieſelben nur eine einzige Klaſſe, nämlich: die Windräder.
Der Vollſtändigkeit halber ſei hier aber nochmals kurz darauf hin - gewieſen, daß in der neueſten Zeit auch die gepreßte Luft zum Betriebe von Motoren verwendet wird. Da letztere eine ſehr nahe Verwandtſchaft mit den durch gepreßtes Waſſer betriebenen Motoren beſitzen, ſo werden dieſelben im Anſchluß an letztere zur Beſprechung kommen.
c) Unter den verſchiedenen Kraftquellen iſt die Wärme zur Zeit die am meiſten benutzte. Die mit Hilfe derſelben betriebenen Motoren zerfallen in: 1. Dampfmaſchinen, 2. Heißluftmaſchinen.
Die hervorragendſte Wärmequelle für den Betrieb der Motoren wird gebildet durch die unterirdiſchen Steinkohlenlager, welche allerdings gegenwärtig noch in gewaltiger Fülle zu unſerer Verfügung ſtehen. Mit unfehlbarer Sicherheit muß aber dermaleinſt der Zeitpunkt ein - treten, wo dieſe unterirdiſchen Schätze verbraucht ſind, und wo der Menſch auf neue Mittel und Wege ſinnen muß, die für ſein Daſein unbedingt erforderliche Wärme ſich zu ſchaffen.
Kraft, Licht und Wärme ſind wir[gewohnt,] in einem Maße aus den Steinkohlenlagern zu beziehen, daß das Verſiegen derſelben natur - gemäß eine tiefeingreifende Wandlung der Verhältniſſe des menſchlichen Geſchlechtes mit ſich bringen muß. Unſer großer Landsmann William Siemens ließ ſich bereits im Jahre 1878 in einem in the Glasgow Science Lecture Association gehaltenen Vortrage: „ Über die Nutzbarkeit der Wärme und anderer Naturkräfte “folgendermaßen aus:
„ Der 1871 veröffentlichte Bericht der Kohlenbau-Kommiſſion giebt das damals noch abzubauende Quantum Kohlen in Großbritannien auf ungefähr 150000000000 Tonnen an. Gegenwärtig werden etwa 132000000 Tonnen jährlich verbraucht und zieht man noch die ſtatiſtiſch feſtgeſtellte Konſumvermehrung von 3⅓ Millionen Tonnen pro Jahr in55Allgemeines.Betracht, ſo würden 250 Jahre genügen, um die Kohlenfelder voll - ſtändig zu erſchöpfen. Dabei darf man nicht vergeſſen, daß, lange bevor man die letzte Tonne Kohle zu Tage fördert, die graduelle Abnahme ſich ſehr fühlbar machen wird. Diſtrikte, wo die Induſtrie und dem - gemäß die Bevölkerung am größten iſt, werden den Wechſel am erſten empfinden, und es iſt unſere Pflicht, bei Zeiten zu überlegen, ob und welche Erſatzmittel dann zu unſerer Verfügung ſtehen. “
Die Erkenntnis der Wichtigkeit der thunlichſt ſparſamen Ausnützung der unterirdiſchen Kohlenſchätze beginnt glücklicher Weiſe immer mehr und mehr Allgemeingut zu werden. Die Frucht dieſer Erkenntnis zeigt ſich auf dem Gebiete der Motoren in einer weit gehenden Ausnützung des koſtbaren Brennſtoffes, angeſtrebt durch möglichſte Vervollkommung der Feuerungsanlagen der Dampfkeſſel und der Konſtruktion der Wärme - motoren.
Trotzdem aber nähert ſich unſere hauptſächlichſte Quelle motoriſcher Kraft mit Rieſenſchritten ihrer Erſchöpfung. Mit Recht iſt daher die erfinderiſche Thätigkeit ſeit längerer Zeit der Auffindung eines Erſatzes der Wärme nach dieſer Richtung zugewendet. Es iſt mit Zuverſicht anzunehmen, daß bis zu dem Tage, wo die letzte Tonne Kohle an die Oberfläche der Erde hinaufbefördert werden wird, ein Erſatz der Wärme als motoriſche Kraft in der Ausnützung anderer Naturkräfte vorliegt, ſei es der Ebbe und Flut, der gewaltigen Waſſerfälle unſerer Ströme, ſei es der altbekannten Kraftquelle des Windes.
Es liegt uns zunächſt ob, hier einige kurze Angaben über die hauptſächlichſten Eigenſchaften des Waſſerdampfes folgen zu laſſen.
Der Waſſerdampf entſteht aus dem Waſſer dadurch, daß dieſem Wärme zugeführt wird. Die Wärme wird hierbei zum Teil dazu verbraucht, die Temperatur des Waſſers zu erhöhen, der andere Teil dient dazu, das Waſſer aus dem tropfbar flüſſigen in den gasförmigen oder dampfförmigen Zuſtand überzuführen. Erfolgt das Erhitzen des Waſſers in einem offenen Gefäße, ſo entweicht der Dampf in die Außenluft. Wird jedoch das Verdampfgefäß geſchloſſen, wird alſo der Dampf daran gehindert, in die Außenluft überzutreten, ſo nimmt der - ſelbe allmählich eine immer größere Spannung an, mittelſt welcher er die ihn zurückhaltenden Wandungen des Gefäßes zu beſeitigen ſtrebt. Dieſe Eigenſchaft intereſſiert uns hier in erſter Linie, da dieſelbe dazu ausgenutzt wird, Körper in Bewegung zu ſetzen und zur Verrichtung von Arbeit zu benutzen. Zur Meſſung des von dem Dampfe aus - geübten Druckes dient das Manometer, welches direkt auf dem den Dampf erzeugenden Gefäße, dem Dampfkeſſel, angebracht wird, und an einem Zeiger den Druck ableſen läßt. Die näheren Einrichtungen des Dampfkeſſels und ſeiner Armatur werden zugleich mit denjenigen der Dampfmaſchine ſpäter beſprochen werden.
Bei Angabe des Dampfdruckes hat man zu unterſcheiden den abſoluten und den effektiven Druck oder Überdruck. Bekanntlich übt56Die Motoren.die den Erdball umgebende Atmoſphäre auf jedes Quadratzentimeter der Erdoberfläche einen Druck von 1 Kilogramm aus; dieſen Druck nennt man den Atmoſphärendruck und mittelſt deſſelben mißt man den - jenigen Druck, welchen der Dampf, ſowie andere gepreßte Medien, z. B. Luft oder Waſſer, auf ihre Umgebung ausüben. *)Vgl. S. 28.Drückt der in einem Dampfkeſſel enthaltene Dampf mit einem Druck von 5 Atmoſphären gegen die Innenwandung des Keſſels, ſo will dieſes beſagen, daß der Dampf auf jeden Quadratzentimeter der Innenwand einen Druck von 5 Kilogramm ausübt. Es iſt nun aber zu berückſichtigen, daß auf die äußere Seite der Keſſelwandung die natürliche Atmoſphäre, d. h. die den Erdball umgebende Luftſchicht, einen Druck von einem Kilo - gramm pro Quadratzentimeter ausübt, welcher dem innern Drucke des Keſſels entgegengerichtet wirkt, ſo daß die Wandung des Keſſels einen von innen nach außen gerichteten Überdruck von 4 Kilogramm pro Quadratzentimeter auszuhalten hat. Abſolut gemeſſen beträgt alſo der im Keſſel herrſchende Druck 5 Atmoſphären; effektiv, d. h. unter Abzug des Druckes der äußeren Atmoſphäre ſtellt ſich derſelbe jedoch auf nur 4 Atmoſphären. Bei dem Bau von Dampfkeſſeln und Maſchinen wird ſtets dieſer effektive Druck oder Überdruck angegeben, da er es iſt, welcher die treibende Kraft gegenüber dem äußeren Luftdruck repräſentirt.
Der in dem Dampfkeſſel herrſchenden Dampfſpannung entſpricht ſtets ein beſtimmter Siedepunkt; ſo entſpricht einem abſoluten Druck von 1 Atmoſphäre ein Siedepunkt von 100°C. Wird aus einem Dampf - keſſel ein Quantum Dampf entnommen, ſo ſinkt hierdurch natürlich der Druck, welcher im Innern des Keſſels herrſcht; da nun aber hierbei die Waſſertemperatur eine höhere iſt, als der Siedepunkt, welcher dieſem verminderten Dampfdruck entſpricht, ſo findet mit großer Schnelligkeit nunmehr im Keſſel ſo lange eine ſtarke Dampfentwicklung ſtatt, bis der Druck wiederum diejenige Höhe erreicht hat, welche der herrſchenden Temperatur als Siedepunkt entſpricht. Der dieſer Bedingung ent - ſprechende Dampf, welcher für die in ihm herrſchende Temperatur die größtmögliche Dichte beſitzt, heißt geſättigter Dampf. In der nach - ſtehenden Tabelle iſt der Siedepunkt des Waſſers für verſchiedene Dampfſpannungen angegeben und zwar mit etwas abgerundeten Zahlen.
Es beträgt die Siedetemperatur bei einem Druck von
| 0,1 Atmoſphären 45,5°C., |
| 0,5 〃 81,0° 〃 |
| 1,0 〃 100,0° 〃 |
| 1,5 〃 111,0° 〃 |
| 2,0 〃 119,5° 〃 |
| 2,5 〃 127,0° 〃 |
| 4,0 〃 143,0° 〃 |
| 5,0 〃 151,0° 〃 |
| 10,0 〃 179,0° 〃 |
| 12,0 〃 187,0° 〃 |
| 14,0 〃 194,0° 〃 |
Der Zuſtand der Sättigung dauert bei dem Dampfe ſo lange, als er mit dem Waſſer, aus dem er ſich bildet, in Berührung bleibt. Iſt alles Waſſer in Dampf verwandelt, und wird dieſer alsdann noch in einem geſchloſſenen Gefäß des weiteren erhitzt, ſo nennt man ihn überhitzten Dampf. Dieſer beſitzt ſomit eine Temperatur, welche die ſeiner Spannung entſprechende Siedetemperatur überſteigt.
Außer der Beziehung zwiſchen dem Siedepunkte und der Spannung exiſtiren auch noch ganz beſtimmte Verhältniſſe zwiſchen der Spannung und dem Gewichte des Dampfes. Hierüber möge nachſtehende kleine Tabelle Aufſchluß geben:
Die weſentlichſte Eigenſchaft des Dampfes iſt, wie bereits kurz erwähnt wurde, die, daß er beſtrebt iſt, auf ſeine Umgebung einen Druck auszuüben und die ihn umgebenden Wandungen zu verſchieben. Es iſt dieſes eine Folge des dem Dampfe inne wohnenden Expanſions - beſtrebens, d. h. des Strebens, ein möglichſt großes Volumen ein - zunehmen. Dieſes wird bei der Dampfmaſchine in der Weiſe ausgenützt, daß in einem cylindriſchen Gefäße, dem Dampfcylinder, ein Kolben verſchiebbar angeordnet iſt. Läßt man in dieſen Cylinder Dampf einſtrömen, ſo treibt dieſer den Kolben in der einen Richtung vorwärts und es iſt nur noch eine Einrichtung erforderlich, welche dieſe dem Kolben mitgeteilte Bewegung zu einer regelmäßigen macht und zur Leiſtung einer Arbeit ausnützt. Als man die Expanſionskraft des Dampfes näher erkannte, nutzte man dieſelbe noch des weiteren in der Weiſe aus, daß man den Dampf nicht während des geſamten Kolben - weges in den Cylinder einſtrömen ließ, ſondern nur während eines Teiles des Kolbenweges. Man ſchnitt die Zufuhr des Dampfes als - bald nach dem Eintritt eines gewiſſen Quantums ab, und ließ dieſes dann durch ſeine Expanſion allein weiter wirken. Es iſt dieſes, wie ſpäter noch des näheren ausgeführt werden wird, die jetzt allgemein58Die Motoren.gebräuchliche Art und Weiſe der Ausnutzung des Dampfes in den Dampfmaſchinen.
Zum Schluſſe dieſer allgemeinen Vorbemerkung über das Weſen des Dampfes müſſen wir noch kurz auf den Zuſammenhang zwiſchen Wärme und mechaniſcher Arbeit eingehen.
Die Lehre der modernen Phyſik hinſichtlich des Weſens der mechaniſchen Arbeit und der Wärme faßt letztere als eine Art der Be - wegung auf. Wärme und mechaniſche Arbeit treten abwechſelnd bald als Urſache, bald als Wirkung auf. Man kann daher jede Wärmeerſcheinung als ein Produkt mechaniſcher Arbeit und jede mechaniſche Arbeit als ein Produkt der Wärme auffaſſen.
Es iſt nun durch Verſuche feſtgeſtellt worden, daß bei einem Barometerſtande von 760 mm eine Arbeit von etwa 424 Kilogrammetern erforderlich iſt, um 1 Kalorie hervorzubringen, d. i. diejenige Wärme - menge, welche erforderlich iſt, um 1 Kilogramm Waſſer von 0° auf 1°C. zu erwärmen. Dieſen Arbeitsbetrag von 424 Kilogrammetern nennt man das mechaniſche Wärmeäquivalent.
Vorſtehende, von Joule und Mayer des weiteren ausgeſponnene Beobachtung, auf welcher unſere geſamten modernen Anſchauungen von dem Weſen der Wärme, die heutige mechaniſche Wärmetheorie, beruhen, ſind wohl ſelten von einem Fachmanne ſo treffend zum Ausdruck ge - bracht, wie von George Stephenſon, dem Vater der Lokomotive. Als man ihn frug, worin die letzte Urſache der Bewegung ſeiner Lokomotiven beſtehe, antwortete er: „ bottled sun beams, “„ auf Flaſchen gezogene Sonnenſtrahlen. “ In der That iſt hier in wenigen Worten das Prinzip der Wechſelbeziehung zwiſchen Wärme und Kraft in ſchlagendſter Weiſe zum Ausdruck gebracht. Die uns zur Verfügung ſtehenden Brennſtoffe ſind ſämtlich ein Produkt der Thätigkeit der Sonne und ſo konnte Stephenſon mit Recht die Steinkohlen, die Kraftquellen ſeines Dampf - roſſes, als Sonnenſtrahlen bezeichnen, welche im Erdinnern aufge - ſpeichert liegen, bis ſie an des Tages Licht gebracht werden, um wieder in Arbeit umgeſetzt zu werden.
d) Die letzte der uns zur Verfügung ſtehenden, hier zu behandelnden Kraftquellen iſt die chemiſche Verwandtſchaft einzelner Körper. Dieſe findet ihre Anwendung bei den während der letzten Jahrzehnte in vielen tauſenden von Exemplaren in Betrieb befindlichen Gasmotoren und Petroleum - bezw. Benzinmotoren.
Bei dieſen erfolgt die Bildung der motoriſchen Kraft in der Weiſe, daß Gas, ſei es gewöhnliches Leuchtgas oder Petroleumgas, im Gemiſch mit Luft zur Exploſion gebracht wird.
Nachdem wir ſo im Vorſtehenden einen kurzen Überblick über die verſchiedenen Arten der Kraftquellen und der Motoren gegeben haben, bleibt uns, bevor wir zu einer Beſprechung der einzelnen Konſtruktionen59Allgemeines.übergehen, nur noch übrig, einige für ſämtliche Motoren beſtehende Verhältniſſe kurz zu erläutern.
Handelt es ſich darum, eine Kraftquelle auszunützen, ſo muß man zunächſt die Kraft gleichſam einfangen, feſthalten und derſelben eine ſolche Richtung geben, daß ſie im Stande iſt, eine beſtimmte nützliche Arbeit zu verrichten.
Nehmen wir das Beiſpiel des bewegten Waſſers an. Hier müſſen wir zunächſt dem Waſſer eine ſolche Richtung der Bewegung geben, daß daſſelbe im Stande iſt, einen Motor, beiſpielsweiſe ein Waſſerrad zu betreiben und mittelſt dieſes das Werk einer Mühle zu bewegen. Wollen wir die Spannkraft des Dampfes ausnützen, ſo müſſen wir dieſen zunächſt in einem Gefäße erzeugen und ſammeln und alsdann einer Vorrichtung zuführen, durch welche derſelbe in den Stand geſetzt wird, eine Anzahl von Werkzeugmaſchinen, z. B. zur Bearbeitung von Holz oder Eiſen, oder eine Buchdruckerei, Spinnerei u. ſ. w., in Be - wegung zu ſetzen. Bei der Ausnützung der Kraftquellen müſſen wir daher unterſcheiden: den Motor oder die Kraftmaſchine, wodurch die Kraft aufgefangen und in einer beſtimmten Richtung abgegeben wird, und die Arbeitsmaſchine, welche die durch den Motor ge - äußerte Kraft nutzbar verwertet. Zwiſchen beiden beſteht ein inniger Zuſammenhang, indem letztere nur ſoviel Kraft verbrauchen kann, als der Motor derſelben zuführt.
Dieſer letztere Umſtand iſt für die praktiſche Ausnützung der motoriſchen Kräfte von ganz beſonderer Wichtigkeit, indem die dem Motor zu gebende Größe oder Stärke genau nach dem Kraftverbrauche der zu betreibenden Arbeitsmaſchine zu bemeſſen iſt. Dieſes führt uns auf die Frage, wie man die Stärke eines Motors mißt bez. ausdrückt und wie man dieſelbe je nach den vorliegenden Verhältniſſen zu bemeſſen im Stande iſt.
Nach den Regeln der Mechanik iſt die von einem Motor zu leiſtende Arbeit gleich dem Produkte von Kraft mal Weg. Welcher Art nun auch dieſe Kraft ſein mag, dieſelbe läßt ſich ſtets mit dem Gewichte eines den gleichen Zug und Druck ausübenden Körpers vergleichen; als Einheitsmaß dieſes Zuges oder Druckes gilt gegen - wärtig allgemein das Kilogramm. Da dieſes meiſt zu ſehr großen und unbequemen Zahlen führt, ſo hat man für die Beſtimmung der Stärke von Kraftmaſchinen oder Motoren eine größere Einheit, die Pferdekraft oder Pferdeſtärke, eingeführt, und zwar verſteht man unter dieſer eine Kraft, welche erforderlich iſt, um 1 Kilogramm in einer Sekunde auf eine Höhe von 75 Metern oder 75 Kilogramm in einer Sekunde auf eine Höhe von 1 Meter zu heben. Mit der Kraft des Pferdes geſtattet dieſe Maßeinheit von 75 Kilogrammmetern keinerlei Vergleich. Um einen derartigen, für den Laien ſehr nahe liegenden Irrtum zu vermeiden, hat man vorgeſchlagen, den Ausdruck „ Pferde - kraft “durch „ Dampfpferd “(cheval-vapeur) oder „ Dynamiſches Pferd “60Die Motoren.(cheval dynamique) zu erſetzen; jedoch ohne Erfolg, da erſtere Be - zeichnung ſich durch die lange Reihe der Jahre bereits vollkommen ein - gebürgert hat. In der Abkürzung bezeichnet man die Pferdeſtärke meiſt mit H. P. (Horse Power), ſo daß alſo unter einer Dampfmaſchine von 45 H. P. eine ſolche von 45 Pferdekräften zu verſtehen iſt.
Die dem Motor zugeführte Kraft kann in demſelben in Folge verſchiedener ſtörender Umſtände niemals voll und ganz zur Ausnützung gelangen. Es geht vielmehr ſtets ein Teil der Kraft durch die in dem Motor vorhandenen Reibungswiderſtände, durch Abkühlung, durch Erhitzung u. ſ. w. verloren. Die von dem Motor abgegebene Kraft - leiſtung entſpricht daher niemals völlig der demſelben zugeführten Kraftmenge. Wir wollen dieſes an einem Beiſpiele kurz näher erläutern. Es betrage die von einem oberſchlägigen Waſſerrade nach Maßgabe der in jeder Sekunde zugeführten Waſſermenge ſowie nach Maßgabe des Gefälles zu leiſtende Zahl der Pferdekräfte 32. Thatſächlich vermag jedoch das Rad dieſe 32 ihm theoretiſch zukommenden Pferde - ſtärken nicht zu leiſten, ſondern nur 24 Pferdeſtärken. Die fehlenden 8 Pferdeſtärken werden verbraucht zur Überwindung der Reibung an den Zapfen, durch zu frühes Austreten des Waſſers aus dem Rade u. ſ. w. Man nennt nun die auf rein theoretiſchem Wege feſtgeſtellte, berechnete Leiſtung eines Motors den Abſoluteffekt, dagegen den von demſelben thatſächlich geleiſteten den Nutzeffekt; das Verhältniß zwiſchen beiden, alſo Nutzeffekt dividirt durch Abſoluteffekt, nennt man den Wirkungs - grad des Motors; letzterer iſt ſtets kleiner als 1. Bei obigem Beiſpiele beträgt der Abſoluteffekt 32 Pferdeſtärken, der Nutzeffekt dagegen nur 24 Pferdeſtärken; mithin ergiebt ſich ein Wirkungsgrad von 24 / 32 = 0,75. Der Abſoluteffekt eines Motors kann durch Rechnung aus den Ab - meſſungen deſſelben und der Kraftmenge feſtgeſtellt werden; der Nutz - effekt wird durch beſondere Apparate, Dynamometer, gemeſſen.
Nach dieſen kurzen einleitenden Bemerkungen wenden wir uns nunmehr der Beſprechung der verſchiedenen Arten der Motoren zu.
Der Menſch mit ſeiner Muskelkraft, ſeinem Gewichte und ſeiner die mannigfachſten Bewegungen geſtattenden Gelenkigkeit kennzeichnet ſich als der bequemſte und, berückſichtigt man die Intelligenz desſelben, als der vorzüglichſte Motor. In der That giebt es eine große Anzahl motoriſcher Verrichtungen, welche durch die Muskelkraft des Menſchen ausgeführt werden; wir erinnern nur an die zahlreichen Winden, Spinnvorrichtungen, Nähmaſchinen, Baurammen u. ſ. w. welche ſämmtlich durch die Hand oder die Füße von Menſchen bewegt werden. Über die Leiſtungsfähigkeit des Menſchen als Motor ſind von ver - ſchiedenen Fachleuten höchſt intereſſante Beobachtungen gemacht. So61Der Menſch und das Tier als Motor.ſtellte Dupin feſt, daß er die ſtärkſte Leiſtung bei den Fremdenführern der Alpen gefunden habe, die bei fortwährendem Anſteigen und belaſtet mit mindeſtens 12 Kilogrammen ohne Mühe einen täglichen Marſch von 10 Stunden — nach Abzug der Erholungspauſen — zurücklegen.
Nimmt man an, daß das Gewicht eines ſolchen Führers im Durchſchnitt 70 Kilogramm beträgt, und nimmt man ferner an, daß einer Stunde des zurückgelegten Weges eine ſenkrechte Steigung von 400 Metern entſpricht, ſo ergiebt dieſes eine tägliche Leiſtung von 82 × 400 × 10 = 328000 Kilogrammeter.
Eine andere Beobachtung rührt von Coulomb her. Dieſer ließ Holz in Körben in ſeine 12 Meter über dem Erdboden liegende Wohnung bringen; hierbei wog die zu hebende Laſt (Korb und Holz) 68 Kilogramm und der Träger ſelbſt 70 Kilogramm; das durch die Muskelkraft des letzteren auf 12 Meter Höhe hinaufzuſchaffende Gewicht betrug alſo 138 Kilogramm. Während eines Tages machte der Träger 66 mal den Weg von unten nach oben mit ſeiner Laſt auf der Schulter; hieraus ergab ſich eine Leiſtung von 138 × 12 × 66 = 109296 Kilogrammetern.
Hierzu kommt noch die Arbeitsleiſtung für das Hinabſteigen ohne Laſt; dieſe nahm Coulomb zu 1 / 25 der beim Hinaufſteigen geleiſteten Arbeit an und erhielt ſomit 113668 Kilogrammeter als tägliche Geſamt - leiſtung des Trägers.
Einen ſehr intereſſanten Vergleich ſtellt Rühlmann nach dem Vorgange von Dr. Mayer, dem Vater der modernen mechaniſchen Wärmetheorie, und Redtenbacher an, indem er den menſchlichen Or - ganismus als eine kaloriſche Maſchine, d. h. als einen Motor betrachtet, bei welchem diejenige Wärme als bewegende Kraft auftritt, welche durch das Verbrennen ([Oxydieren]) des in den Nahrungsmitteln ent - haltenen Kohlenſtoffes und Waſſerſtoffes entwickelt wird.
Es läßt ſich annehmen, daß ein geſunder mittelſtarker Mann in mittlerem Alter innerhalb 24 Stunden 0,252 Kilogramm Kohlenſtoff und 0,01558 Kilogramm Waſſerſtoff oxydiert.
Es iſt bekannt, daß durch das Verbrennen von 1 Kilogramm Kohlenſtoff 8080 Wärmeeinheiten oder Kalorien entwickelt werden und durch das Verbrennen von 1 Kilogramm Waſſerſtoff 34462 Wärme - einheiten; man erhält ſomit für die geſamte Ernährungswärme des Menſchen: 0,252 × 8080 + 0,01558 × 34462 = 2473,18 Wärmeeinheiten.
Mayer hat, wie wir bereits mitteilten, nachgewieſen, daß Wärme und mechaniſche Arbeit äquivalent ſind und daß durch eine mechaniſche Arbeit von etwa 425 Kilogrammetern eine Wärme erzeugt wird, durch welche ein Kilogramm Waſſer von 0° auf 1°C. erhitzt wird. Demnach ergiebt ſich, daß die vorſtehend berechnete Ernährungs - wärme eines Menſchen einer mechaniſchen Arbeit oder einer Leiſtung entſpricht von 2473,18 × 425 = 1051000 Kilogrammetern.
62Die Motoren.Dividieren wir die von Dupin bei den Alpenführern feſtgeſtellte Leiſtung mit dieſer Zahl, ſo erhalten wir einen Wirkungsgrad des Menſchen als Motor von 〈…〉 .
Zieht man noch ſolche Beobachtungen in Betracht, welche von anderen Experimentatoren hinſichtlich der Leiſtungen von Menſchen gemacht worden ſind, ſo ergiebt ſich der Wirkungsgrad des Menſchen als Motor zu 0,26, d. h. der Menſch leiſtet 26 % derjenigen Arbeit, welche der Wärme entſpricht, die ſich aus den täglich eingenommenen Nahrungs - mitteln ergiebt. 74 % gehen mithin verloren durch den Stoffwechſel, durch Transpiration u. ſ. w.
Zieht man in Rückſicht, daß bei der Dampfmaſchine der Nutz - effekt im Durchſchnitt nur 0,063 beträgt, ſo kommt man zu dem inter - eſſanten Ergebnis, daß der Menſch als Motor eine 4 mal beſſere kaloriſche Maſchine iſt, als eine gute Dampfmaſchine. Zu beachten iſt jedoch hier noch der ſchwerwiegende Umſtand, daß das Heizmaterial der menſchlichen Maſchine, die Nahrung, faſt um das Dreißigfache theurer iſt als Steinkohle.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Art und Weiſe, in welcher die motoriſche Kraft des Menſchen ausgenutzt wird, eine ſehr verſchiedene ſein. Gegenwärtig geſchieht dieſelbe meiſt durch den Hebel und die Kurbel, an welchen die Hand oder der Fuß des Menſchen angreift und mittelſt deren der Antrieb einer Arbeitsmaſchine erfolgt.
Als eine beſondere Art von Motoren, welche durch das Gewicht des Menſchen bewegt werden, ſind die Treträder zu erwähnen. Es ſind dieſes Räder mit horizontaler Drehachſe, welche an ihrem äußeren Umfange mit Sproſſen verſehen ſind. In dieſen Sproſſen klettert der Menſch aufwärts, in Folge deſſen eine Drehung des Rades und deſſen Achſe erfolgt. Die Verwendung dieſer Maſchine beſchränkt ſich gegen - wärtig nur noch auf die wenig ziviliſierten Völker und beſitzt zur Zeit faſt nur noch ein rein hiſtoriſches Intereſſe.
Wenden wir uns nunmehr der Ausnützung der Muskelkräfte der Tiere zu, ſo kommt hier in erſter Linie das Pferd in Betracht, indem dasſelbe zur Ausübung eines Zuges benutzt wird, welcher alsdann zur Leiſtung einer Arbeit verwendet wird. Die einfachſte Art der Aus - nützung von Tierkraft geſchieht zum Heben von Laſten, indem das die Laſt tragende Seil über eine in der gewünſchten Höhe angebrachte Rolle geleitet wird; an dem freien Ende des Seiles wird ein Pferd angeſpannt, welches bei ſeinem Vorwärtsſchreiten das Seil mit ſich zieht und die Laſt zu der Höhe der Rolle emporhebt. Dieſe Art der Hebung von Laſten auf mitunter recht erhebliche Höhen findet man noch gegenwärtig bei dem Hinaufwinden von Balken auf die Höhen der oberen Etagen von Bauwerken vielfach in Gebrauch.
Sehen wir von den durch das Eigengewicht von Tieren bewegten Tretwerken, welche im Weſentlichen mit den vorſtehend für Menſchen -63Der Menſch und das Tier als Motor.kraft beſchriebenen übereinſtimmen, ab, ſo iſt der bei weitem hervor - ragendſte durch Tierkraft betriebene Motor der Göpel oder das Roßwerk. Man baut die Göpel entweder als feſtſtehende oder als transportable. In erſterem Falle verbleiben dieſelben ein für alle mal an einem beſtimmten Orte, während ſie im anderen Falle leicht je nach Bedarf transportiert und verlegt werden können.
Göpel.
Fig. 38 ſtellt einen transportablen Göpel dar, wie derſelbe von der bekannten Maſchinenfabrik Aktien-Geſellſchaft H. F. Eckert in Berlin gebaut wird. Das große Triebrad, oberhalb deſſen ein Sitz für den die ziehenden Pferde beaufſichtigenden Mann angebracht iſt, trägt die 4 Zugbäume, an welchen die Pferde angeſpannt werden. Wird durch dieſe das große Rad in Drehung verſetzt, ſo wird durch eine mehrfache Räderüberſetzung die nach links abgehende Welle bewegt, welche die zu betreibenden Maſchinen, Dreſchmaſchine, Futterſchneider u. ſ. w., in Gang ſetzt. Die ganze Vorrichtung ruht auf einem kräftigen Rahmen aus Eichenholz und kann leicht von einem Ort zum andern geſchafft werden.
Mit der zunehmenden Kultur und mit dem immer mehr und mehr wachſenden Verlangen nach einer großen und leiſtungsfähigen Triebkraft verſchwand der Menſch und das Tier immer mehr und mehr aus der Zahl der Motoren. Nur das letztere hat nach dieſer Richtung gegen - wärtig noch eine größere Bedeutung und zwar als Antriebskraft für die oben beſchriebenen Göpel, welche im landwirtſchaftlichen Betriebe wegen ihrer Bequemlichkeit und wegen des Mangels der Feuergefähr - lichkeit einer weiten Verbreitung noch jetzt ſich erfreuen.
Der Name des Erfinders dieſer in den früheren Jahrhunderten hochbedeutſamen Motoren iſt geſchichtlich nicht feſtzuſtellen. Das Alter der Waſſerräder iſt ein ſehr hohes und reicht mindeſtens bis zu den64Die Motoren.Ägyptern zurück, welche dieſelben zu ihren Schöpfanlagen, mit denen ſie die Wäſſer des Niles auf die Äcker ſchafften, benutzten. Auch bei den Römern wurde der Bau der Waſſerräder geübt. Rühlmann führt nachfolgende poetiſche Äußerung eines gewiſſen Antipater, eines Zeitgenoſſen des Cicero, an, welche des Waſſerrades bereits als eines gebräuchlichen Motors Erwähnung thut: „ Höret auf, euch zu bemühen, ihr Mädchen, die ihr in den Mühlen arbeitet, jetzt ſchlaft und laßt die Vögel der Morgenröthe entgegenſingen; denn Ceres hat den Najaden befohlen, eure Arbeit zu verrichten; dieſe gehorchen, werfen ſich auf die Räder, treiben mächtig die Wellen und durch dieſe die ſchwere Mühle. “
Bis in die jüngſte Zeit hat ſich der Bau der Waſſerräder fort - geſetzt und auf Grund der neuen Theorien von Redtenbacher und Weisbach iſt man heut zu Tage in den Stand geſetzt, Waſſerräder zu konſtruieren, welche allen Anforderungen an Nutzeffekt und Leiſtung zu genügen vermögen. Trotz der gewaltigen Fortſchritte, welche in den letzten Jahrhunderten auf dem Gebiete des Dampfmaſchinenbaues ſich vollzogen haben, wird das Waſſerrad mit ſeinem poetiſchen Nimbus nach menſchlicher Vorausſicht nimmermehr aus unſeren waſſer - und gefällreichen Gebirgsthälern verſchwinden.
Die Wirkungsweiſe des Waſſerrades beruht darauf, daß man das fließende Waſſer veranlaßt, das Rad um ſeine horizontale Drehachſe zu drehen. Der Angriff des Waſſers kann hierbei entweder unten an der tiefſten Stelle des Rades erfolgen — unterſchlägiges Waſſerrad — oder zwiſchen dem höchſten und dem tiefſten Punkte des Rades — rückenſchlägiges Waſſerrad — oder endlich an dem höchſten Punkte des Rades — oberſchlägiges Waſſerrad.
Schiffmühle (Anſicht).
Fig. 39 und 40 ſtellen ein unterſchlägiges Waſſerrad dar, welches zugleich mit der von ihm betriebenen Mühle, einer ſogenannten Schiff - mühle, auf dem Strome ſchwimmt und hier verankert iſt. Der Erfinder65Die verticalen Waſſerräder.dieſer Schiffmühle ſoll der bekannte Feldherr Juſtinians Beliſar ſein, und zwar ſoll ihm die Rolle des Erfinders durch folgenden Zufall zu Teil geworden ſein. Während der Belagerung Roms durch Vitiges, den König der Oſtgothen, drohte in der Stadt Hungersnoth auszubrechen,
Schiffmühle (Querſchnitt).
da jener die zum Betriebe der Waſſermühlen dienenden Waſſerleitungen ableiten ließ, in Folge deſſen kein Getreide mehr gemahlen werden konnte. Beliſar kam jedoch auf den glücklichen Gedanken, die Mühlen auf Wagen zum Tiber zu bringen und auf dem Fluſſe zu verankern, wo ſie alsdann, auf dieſem ſchwimmend, von der Kraft des ſtrömenden Waſſers getrieben wurden.
Die unterſchlägigen Waſſerräder gelangen dort zur Anwendung, wo ein nur geringes Gefälle zu Verfügung ſteht, denn es iſt ohne Weiteres einleuchtend, daß z. B. zum Betriebe eines oberſchlägigen Waſſerrades ein Gefälle vorhanden ſein muß, welches mindeſtens gleich dem Durchmeſſer des Rades iſt, was, wie aus Fig. 41, S. 66 hervor - geht, bei dem unterſchlägigen Waſſerrade nicht der Fall iſt. Mit dem Fortſchritte der mathematiſchen und mechaniſchen Kenntniſſe brach ſich die Erkenntnis Bahn, daß die Ausnützung der Wirkung des Waſſers, wie ſie in den alten unterſchlägigen Waſſerrädern geſchah, eine höchſt unvollkommene ſei. Schon gegen die Mitte des vorigen Jahrhunderts wurde feſtgeſtellt, daß hieran der Umſtand Schuld ſei, daß man bei den unterſchlägigen Rädern den Stoß des Waſſers, nicht deſſen Gewicht ausnutzte.
Es iſt eines der ſchönſten Probleme des Maſchinenbaues geweſen, das unterſchlägige Waſſerrad in eine ſolche Geſtalt zu bringen, welche in demſelben das Waſſer nicht — oder doch nur in geringem Maße — durch Stoß, ſondern durch Druck wirken läßt. Dieſe Aufgabe wurde in glänzendſter Weiſe durch Poncelet (geb. 1788) gelöſt. Das nach ihm benannte Rad (in Fig. 41 dargeſtellt) kann bei richtiger Anwendung einen Wirkungsgrad von über 0,6 erreichen, während die alten unter - ſchlägigen Räder einen ſolchen von nur 0,3 beſaßen.
Das Buch der Erfindungen. 566Die Motoren.Bei dem Poncelet-Rade wird dieſes dadurch erreicht, daß zunächſt die Schaufeln m nicht grade, ſondern nach einer beſtimmten Kurve gekrümmt ſind.
In Folge deſſen wirkt das Waſſer nicht durch direkten Stoß auf die Schaufeln, ſondern läuft, wie aus Fig. 41 deutlich zu erſehen iſt,
Unterſchlägiges Waſſerrad (Poncelet-Rad).
an dieſen empor, um wieder zurück - zufließen, hierbei durch Druck wirkend. Außerdem aber iſt für das Poncelet-Rad noch die ge - krümmte Form des Waſſerge - rinnes a b c d charakteriſtiſch, ſowie der Austritt des Betriebswaſſers unterhalb des Schützes f, welches das Waſſer bis unmittelbar an das Rad heranführt.
Fig. 42 ſtellt ein oberſchlägiges Waſſerrad dar, wie man dasſelbe bei dem Vorhandenſein eines größeren Gefälles, ſo z. B. im Gebirge, in vielen Exemplaren vorfindet. Das Betriebswaſſer tritt hier an dem oberſten Punkte des Rades in die Radzellen ein, füllt dieſe an
Oberſchlägiges Waſſerrad.
67Die horizontalen Waſſerräder.und verſetzt auf dieſe Weiſe durch ſein Gewicht das Rad in Drehung um die Achſe A. Am tiefſten Punkte, oder doch in der nächſten Nähe desſelben tritt dann das Waſſer wieder aus dem Rade hinaus. An dem Waſſerrade iſt ein Zahnkranz F angebracht, welcher mittels des kleinen Zahnrades M und der Welle N die Bewegung zum Antriebe einer Mühle oder dergleichen weiter fortpflanzt.
Dieſe Waſſermotoren unterſcheiden ſich von den vorſtehend be - ſchriebenen in erſter Linie dadurch, daß das Rad derſelben horizontal angeordnet iſt und ſich um eine vertikale Achſe dreht. Man benennt ſie meiſt mit dem Namen Turbinen oder Kreiſelräder. Die Aus - nützung der Waſſerkraft geſchieht bei denſelben entweder durch den Stoß, den Druck oder die Reaktion des Waſſers und man unter - ſcheidet daher: Stoß -, Druck - und Reaktions-Räder.
Die wichtigſten ſind diejenigen Räder, welche durch den Druck des Waſſers betrieben werden; ſie führen ſpeziell den Namen: Turbinen. Bevor wir uns einer näheren Beſprechung derſelben zuwenden, wollen wir kurz das Weſentliche der Stoß - und der Reaktionsräder hier folgen laſſen.
Die Stoßräder kennzeichnen ſich dadurch, daß bei ihnen ein horizontal liegendes Flügelrad mit ebenen oder ausgehöhlten Schaufeln durch den Stoß des Waſſers in Drehung um ſeine ſenkrechte Achſe verſetzt wird. Dieſe Waſſermotoren ſind ſchon ſehr alt und finden ſich ſeit Jahrhunderten in gebirgigen Gegenden, z. B. in den Pyrenäen, in den Alpen, in Norwegen in zahlreichen Exemplaren im Betriebe und zwar überall da, wo ein hohes Gefälle zur Verfügung ſteht, welches den auf die Schaufeln fallenden Waſſerſtrahlen eine große Geſchwindigkeit zu geben vermag. Bei dem Betriebe von Mühlen kann man die Mahlſteine unmittelbar auf der ſenkrechten Achſe dieſer Stoßräder anbringen, da die Umdrehungszahl derſelben eine ſo hohe iſt, daß dieſelbe durch Einſchaltung von Zwiſchengetrieben nicht erhöht zu werden braucht.
Die Reaktionsräder beruhen auf der ſogenannten Reaktions - wirkung des aus einem Gefäße ausſtrömenden Waſſers. Dieſe äußert ſich bekanntlich in der Weiſe, daß, wenn man das Waſſer aus einem um eine ſenkrechte Achſe drehbaren horizontalen Rohre austreten läßt, letzteres in Umdrehung verſetzt wird. Eine ſehr gebräuchliche Anwendung dieſer Reaktionswirkung des austretenden Waſſers finden wir bei den zum Sprengen von Blumenbeeten und Raſenflächen dienenden rotierenden Brauſen. Danach beſtehen die Reaktionsturbinen aus enem Hohl - körper, welcher ſich um eine ſenkrechte Achſe drehen kann, und in deſſen Inneres Waſſer eingeführt wird, um aus einem oder mehreren am Umfange angebrachten Öffnungen nach außen gelaſſen zu werden. 5*68Die Motoren.Die Drehung der ſenkrechten Achſe wird alsdann in derſelben Weiſe, wie dieſes bei den Stoßrädern beſchrieben wurde, zum Antriebe der Mühle oder dergl. benutzt.
Wenden wir uns nunmehr zu denjenigen Turbinen, in welchen das Waſſer durch Druck zur Wirkung gelangt, ſo iſt hier zunächſt die in
Fourneyron-Turbine (Schnitt).
Fig. 43 und 44 dargeſtellte Fourneyron-Turbine zu nennen. Dieſelbe ſtammt aus dem Anfange der dreißiger Jahre unſeres Jahrhunderts und trägt ihren Namen nach ihrem Erfinder, dem Franzoſen Four - neyron. Dieſelbe unterſcheidet ſich von den bisher beſprochenen Waſſer - motoren dadurch, daß ſie aus zwei ineinander liegenden horizontalen Rädern beſteht, von denen das innere feſtſteht und das Waſſer in das äußere Rad eintreten läßt. Beide Räder ſind in der aus Fig. 44 erſichtlichen Weiſe mit Schaufeln verſehen, und leuchtet es an der Hand dieſer Zeichnung ohne Weiteres ein, daß, wenn das Waſſer aus den Schaufeln des inneren feſten Rades, des ſogenannten Leitrades, aus - tritt, es gegen die Schaufeln des außenliegenden beweglichen Rades des Laufrades, drückt und dieſes in der Richtung des Pfeiles in69Die horizontalen Waſſerräder.Drehung verſetzt. Die weitere Einrichtung dieſes hochwichtigen Waſſer - motors iſt aus Fig. 43 zu entnehmen. Das Waſſer tritt bei W hinzu, ſinkt durch den Raum E abwärts und füllt das feſtſtehende Leitrad F an, um von hier in das Laufrad A überzu - treten. Dieſes wird durch den ſeitens des Waſſers aus - geübten Druck in Drehung ver - ſetzt und teilt dieſe ſeine Bewe - gung der Welle D mit, welche ihrerſeits wiederum mit Hilfe eines Räder - und Riemen - Triebes die zu betreiben - den Maſchinen in Bewegung ſetzt. Damit das Betriebs - waſſer W nicht durch ſein er - hebliches Gewicht das Lauf - rad A belaſte und hemme, iſt die Welle D mit einer Schutz - hülſe H umgeben, welche unten in einem das Rad A über - deckenden Teller F endigt,
Fourneyron-Turbine (Obere Anſicht des Leit - und Laufrades).
welcher mit Leitſchaufeln verſehen iſt und ſo das Leitrad bildet. Die Regulierung der aus dem Leitrade F in das Laufrad übertretenden Waſſermenge kann auf zweierlei Weiſe erfolgen; erſtens durch das mittels der Stangen MM auf - und abſchiebbare ringförmige Schütz K, ferner aber noch dadurch, daß das Laufrad A mittelſt des Hebels O R und der Zugſtange S gehoben oder geſenkt wird.
Noch wichtiger und verbreiteter als die Fourneyron-Turbine iſt die in der Fig. 45 dargeſtellte Turbine von Henſchel. Der Erfinder derſelben iſt der Oberbergrat Henſchel in Caſſel; derſelbe nahm im Jahre 1837 auf ſeinen neuen Motor ein heſſiſches Patent. Jedoch es währte einige Zeit, bis zum Jahre 1840, daß die erſte praktiſche Aus - führung, und zwar auf der herzoglichen Steinſchleiferei zu Holzminden a. d. Weſer, erfolgte. Alsbald wurde die Henſchel’ſche Konſtruktion durch Jonval in Mühlhauſen im Elſaß nachgeahmt und man findet daher für dieſe Art von Turbinen häufig den Namen Henſchel-Jonval - Turbine.
Die Henſchel-Turbine unterſcheidet ſich von der Fourneyron’ſchen im Weſentlichen dadurch, daß bei derſelben Leit - und Laufrad nicht ineinander liegen, ſondern übereinander. Dieſe Anordnung iſt aus Fig. 45 Seite 70, zu erſehen. Aus dem Mühlgraben E tritt das Betriebs - waſſer zunächſt in den Leitſchaufelapparat B; die ſpezielle Anordnung der Schaufeln iſt aus Fig. 45 III des Näheren zu entnehmen. Aus dem Leitapparat B tritt das Aufſchlagwaſſer in das Laufrad A über70Die Motoren.und verſetzt dieſes in Drehung, hierdurch ebenfalls die Räder D und M mittels ſeiner ſenkrechten Welle antreibend. Die Buchſtaben SS der Fig. 45 I bezeichnen einen Schwimmer, der zur Beruhigung des Ober -
Henſchel-Turbine.
waſſers E dient. Hat das Waſſer in dem Laufrade A ſeine Arbeit verrichtet, ſo ſtrömt es in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung durch das Abfallrohr C nach unten ab.
Bei dieſer Turbine wirkt das Waſſer nicht allein durch Druck von oben, ſondern es übt auch eine ſaugende Wirkung von unten her bei ſeinem Hinabfallen in dem Fallrohr aus. Man bezeichnet daher die Henſchel-Turbine wohl auch als eine doppeltwirkende, und zwar nicht mit Unrecht, denn da das luftdichte Rohr, welches die Turbine in ſich aufnimmt, in das Unterwaſſer eintaucht, und hinter dem durch das Rad hindurchgetretenen Waſſer ein leerer Raum entſtehen müßte, wenn dieſes Waſſer ſich von dem Oberwaſſer losriſſe, ſo bewirkt das aus dem Laufrade austretende Waſſer in Folge des auf dem Oberwaſſer ruhenden Luftdruckes ein ſtetiges Nachſaugen des Waſſers in das Rad. Die Leiſtung des Rades iſt mithin nicht allein abhängig von der ober - halb desſelben liegenden Druckhöhe, ſondern auch von dem Abſtande, in welchem das Rad oberhalb des Unterwaſſers liegt. Hierbei iſt es innerhalb gewiſſer Grenzen ziemlich gleichgültig, ob die Turbine im Innern71Die Waſſerſäulenmaſchinen.des Waſſers eine höhere oder tiefere Lage einnimmt. Die Henſchel - Turbine zeichnet ſich durch einen ſehr hohen Nutzeffekt aus und zählt zu den verbreitetſten Waſſermotoren.
Bei den Waſſerſäulenmaſchinen wird das Waſſer dazu verwendet, einen in einem Hohlcylinder beweglichen Kolben hin und her zu treiben. Die hier durch das Waſſer bewirkte Bewegung iſt alſo keine drehende, ſondern eine hin - und hergehende, welche im Bedarfsfalle erſt durch Einſchaltung einer Kurbel in eine drehende verwandelt wird. Je nachdem die drückende Waſſerſäule dem Kolben nur die eine Bewegungsrichtung giebt oder auch den Rückgang desſelben veranlaßt, unterſcheidet man einfach und doppelt wirkende Waſſerſäulenmaſchinen. Das Verdienſt, den Waſſerſäulenmaſchinen zuerſt eine lebensfähige Geſtalt gegeben zu haben, gebührt dem Bayeriſchen Salinenrat von Reichenbach, welcher im Jahre 1809 eine großartige Leitung zum Transport von Soole von Traunſtein nach Roſenheim am Inn baute und die zur Speiſung derſelben dienenden Pumpen mittelſt Waſſerſäulenmaſchinen eigener Konſtruktion betrieb. Bei dieſer Reichenbach’ſchen Maſchine war der Pumpenkolben direkt an die Kolbenſtange der Waſſerſäulenmaſchine gekuppelt. In neuerer Zeit ſind die Waſſerſäulenmaſchinen durch ver - ſchiedene hervorragende Konſtrukteure derartig vervollkommnet, daß man dieſelben namentlich als Kleinmotoren in zahlreichen Exemplaren im Betriebe findet. Hier iſt zunächſt zu nennen der Schmid’ſche Waſſer - motor; derſelbe hat genau die Anordnung einer Dampfmaſchine und unterſcheidet ſich von dieſer im Weſentlichen nur dadurch, daß er nicht mit Dampf, ſondern mit gepreßtem Waſſer, alſo beiſpielsweiſe mit dem Waſſer einer Hochdruck-Waſſerleitung betrieben wird.
Eine originelle Waſſerſäulenmaſchine iſt der in Fig. 46 und 47 dar - geſtellte Waſſerdruckmotor von Hoppe in Berlin. Derſelbe beſitzt drei um 120° gegen einander verſetzte, an ihrem einen Ende offene Druck - cylinder, deren Kolben mittelſt kurzer Stangen an einem gemeinſamen Zapfen der Schwungradwelle angreifen. Die in Fig. 46 links ſichtbaren Röhren dienen zur Zu - bezw. Ableitung des Waſſers. Die Verteilung des Betriebswaſſers auf die drei Cylinder erfolgt durch einen Dreh - ſchieber.
Fig. 48 ſtellt die Anſicht eines ebenfalls von Hoppe in Berlin gebauten Waſſermotors mit zwei Cylindern dar, deren Kolben gemeinſam eine Schwungradwelle bewegen.
Schließlich bringen wir noch in Fig. 49 (Seite 75) einen Zwerg aus dem Geſchlechte der Waſſermotoren. Derſelbe wird von Möller & Blum in Berlin geliefert und dient, indem er direkt an die Hauswaſſerleitung geſchraubt wird, zum Betriebe von Nähmaſchinen.
Im Anſchluß an die durch gepreßtes Waſſer betriebenen Waſſer - ſäulenmaſchinen ſind hier noch die durch Preßluft betriebenen Motoren72Die Motoren.
Hoppes rotierender Dreicylinder-Waſſerdruck-Motor.
zu nennen. Konſtruktion und Wirkungsweiſe derſelben iſt im Großen und Ganzen die gleiche, wie die der durch Waſſerdruck betriebenen Cylindermaſchinen, nur daß die bewegende Kraft in gepreßter Luft beſteht. In neuerer Zeit hat Popp nach dieſem Syſtem in Paris eine Kraftverteilung von einer Centralſtation aus mittelſt gepreßter Luft eingerichtet. In Bergwerken, wo man die gepreßte Luft zugleich zur Ventilation benutzt, ſind mit Preßluft betriebene Motoren bereits ſeit längerer Zeit im Gebrauch. Es iſt dieſes in ganz beſonderem Maße in Nord-Amerika der Fall, wo man gepreßte Luft zum Betriebe von Fördermaſchinen, Geſteinsbohrmaſchinen u. ſ. w. in ausgedehntem Maße verwendet. Die die Preßluft liefernden Kompreſſoren werden dort meiſt mittels Turbinen betrieben.
Der Name des Erfinders der Windmotoren iſt nicht feſtzuſtellen; jedenfalls aber gehörte dieſer dem deutſchen Volke an, denn von jeher wurden die älteſten Windmühlen als deutſche Windmühlen bezeichnet. 73Die Windmotoren.
Hoppes rotierender Dreicylinder-Waſſerdruck-Motor. Die obere Figur ſtellt einen Schnitt durch die Cylinder, die untere eine Anſicht des Motors dar.
74Die Motoren.
Hoppes Zweicylinder-Waſſerdruck-Motor.
Es iſt auch wohl behauptet worden, daß die Windmühlen durch die Kreuzfahrer aus dem Orient nach dem Abendlande übertragen worden ſeien; es iſt jedoch hiſtoriſch nachzuweiſen, daß weder die Griechen noch die Römer, noch die aſiatiſchen Völkerſchaften die Ausnutzung des Windes zur Erzielung motoriſcher Kraft gekannt haben. Noch heute ſind Windmühlen im geſammten Oriente verhältnismäßig ſehr ſelten anzutreffen, und dürften die wenigen vorhandenen Exemplare jedenfalls europäiſchen bezw. abendländiſchen Urſprunges ſein.
Das erſte urkundenmäßig feſtzuſtellende Vorkommen von Wind - mühlen datiert nach Rühlmann aus dem Jahre 1105; zu dieſer Zeit erhielt ein franzöſiſches Kloſter die Erlaubnis zur Anlage von Waſſer - und Windmühlen (molendina ad ventum).
Die älteſten ſogenannten deutſchen Windmühlen waren in der Weiſe angeordnet, daß der eigentliche Windmotor, das Flügelrad, mit75Die Windmotoren.dem zur Aufnahme des Mühl - werkes dienenden Gebäude ſo verbunden war, daß bei Rich - tung der Änderung des Windes das geſamte Gebäude um einen ſenkrechten feſten Ständer, den ſogenannten Hausbaum, ge - dreht werden mußte. Dieſe An - ordnung erforderte jedoch einen außerordentlich hohen Aufwand an Kraft und Zeit. Zur Ver - meidung deſſen ging man in Holland ſchon im 16. Jahr - hundert dazu über, das eigent - liche Mühlengebäude maſſiv auszuführen, das Windrad in dem Dache deſſelben anzu - ordnen und dieſes mit einer Vorrichtung zu verſehen, welche es ermöglichte, das Windrad und das Dach zugleich nach
Waſſermotor von Möller & Blum.
der jeweilig herrſchenden Windrichtung einzuſtellen. Die letztere Art der Windmühlen bezeichnet man als holländiſche Windmühlen.
In der letzten Hälfte des achtzehnten Jahrhunderts erfuhren dieſe holländiſchen Windmühlen in England eine ſehr weſentliche Verbeſſerung durch die Hinzufügung eines zweiten Windrades, welches entgegengeſetzt zu dem eigentlichen Windmotor auf der andern Seite des beweglichen Daches angeordnet iſt und den Zweck hat, das Dach nebſt dem Wind - motor ſelbſtthätig in die erforderliche Stellung zu der Richtung des Windes zu bringen.
Gegenwärtig findet man zahlreiche Exemplare der ſämtlichen vor - ſtehend beſchriebenen Arten von Windmühlen in Gebrauch, nämlich ſowohl die deutſche mit feſtem Ständer, wie die holländiſche Windmühle mit durch Menſchenkraft oder ſelbſtthätig verſtellbarem Dache.
Was zunächſt die Konſtruktion der Windflügel betrifft, ſo iſt die - ſelbe in den Figuren 50 und 51 in größerem Maßſtabe dargeſtellt.
An der Flügelwelle a, welche in der Wand bezw. in dem Dache des Mühlengebäudes drehbar gelagert iſt, ſind die Flügel, meiſt deren vier, befeſtigt. Jeder Flügel beſteht aus der ſogenannten Rute f von Tannen - oder Kiefernholz; dieſelbe hat an der Welle a eine Stärke von 30 bis 32 cm und verjüngt ſich an ihrem äußerſten Ende bis auf etwa 15 cm; ihre Länge beträgt bis zu 25 m. Durch dieſe Rute f ſind dann die Sproſſen k hindurchgeſteckt, welche mit Segeltuch überſpannt werden und auf dieſe Weiſe den Winddruck aufnehmen, infolge deſſen die Welle a ſich dreht und das eigentliche Mühlenwerk in Bewegung ſetzt. 76Die Motoren.
Windmühlenflügel. (Seitenanſicht.)
Windmühlenflügel. (Vorderanſicht.)
Wie aus Fig. 50 zu erſehen iſt, ſind die Sproſſen k ſämtlich in verſchiedenen Richtungen zu der Rute f angeordnet, ſo daß die Fläche des Segeltuches nicht direkt rechtwinklig von dem in der Richtung des Pfeiles W wirkenden Winde getroffen wird. Die Art und Weiſe, in welcher die Prallfläche durch Stellung der Sproſſen k gebildet wird, iſt Sache der Erfahrung, und es gelten hierfür zahlreiche praktiſch erprobte Regeln, auf welche näher einzugehen hier nicht der Ort iſt.
Schnitt durch das Dach einer holländiſchen Windmühle mit ſelbſtthätiger Einſtellung des Windrades.
In der Fig. 52 iſt das Dach einer modernen holländiſchen Windmühle mit ſelbſtthätiger Einſtellung des Windrades im Querſchnitt dargeſtellt.
In der Figur iſt links das eigentliche Windrad B, deſſen Ruten der Platzerſparnis halber nur zum Teil dargeſtellt ſind, zu ſehen, während auf der entgegengeſetzten Seite des drehbaren Daches H das kleine Windrad l ſich befindet, welches lediglich den Zweck hat, das Dach und das eigentliche Hauptwindrad je nach der herrſchenden Windrichtung in die richtige Stellung ſelbſtthätig hineinzubringen.
Die Wirkungsweiſe dieſer Vorrichtung iſt folgende. Sobald der Wind eine Richtung annimmt, welche nicht mit der Richtung der Achſe A des Windrades B zuſammenfällt, dreht ſich das Windrad l, welches normal zum Windrade B angeordnet iſt. Durch Vermittelung von Kegelrädern dreht ſich dann die Welle g und ſetzt mittels der Räder e und f eine endloſe Schraube in Drehung, welche nunmehr das Zahn -78Die Motoren.rad b antreibt. Dieſes greift in einen Zahnkranz ein, welcher auf der Oberkante des Mühlengebäudes unterhalb des beweglichen Daches liegt. Die Folge dieſer Anordnung iſt die, daß das Dach bei ein - tretender Änderung des Windes durch das Rad l ſelbſtthätig gedreht wird, bis die Windrichtung mit der Richtung der Achſe A zuſammen - fällt. Die in der Fig. 52 dargeſtellte Windmühle iſt noch inſofern von Intereſſe, als bei derſelben die zur Aufnahme des Winddruckes dienenden Flächen der Flügel nicht durch überſpanntes Segeltuch, ſondern durch verſtellbare Jalouſieklappen gebildet werden. Um die Lage dieſer Klappen je nach der Stärke des Windes bequem reguliren zu können, iſt in dem Innern der hohlen Welle A eine Stange v an - gebracht, welche einerſeits mittels des Hebels w an den Jalouſieklappen angreift, und andererſeits mittels des Zahnbogens g, des Hebels r und des Zugſeiles t vor - und rückwärts bewegt werden kann. Schließ - lich iſt noch zu erwähnen, daß das auf der Welle A ſitzende große Kegelrad D die in der Mitte der Mühle angeordnete ſenkrechte Haupt - welle antreibt, von welcher aus die ſämtlichen Mahlgänge mit ihren Hilfsmaſchinen in Bewegung geſetzt werden.
In der neueſten Zeit hat man das Windrad vielfach für Zwecke der Landwirtſchaft und des Gartenbaues, ja ſogar auch für Zwecke des Eiſenbahnbetriebes, nämlich zum Pumpen von Waſſer angewendet. Wir bringen nebenſtehend einige Beiſpiele dieſer von der Firma Carl Reinſch in Dresden als Spezialität gebauten modernſten Windräder. Wie aus der Abbildung ohne Weiteres zu erſehen, weichen dieſelben hinſichtlich ihrer Bauart nicht unerheblich von den bisher beſchriebenen Flügelrädern ab. Dieſelben haben einen Durchmeſſer von 3 bis 12 m und leiſten bei einer ſekundlichen Geſchwindigkeit des Windes von 7 m ¾ bis 18 Pferdeſtärken. Fig. 53 zeigt die Anwendung eines derartigen Motors zur Entwäſſerung eines Steinbruches. Auf einem Felſenvorſprunge in der Tiefe des Bruches iſt ein Pumpwerk auf - geſtellt, welches durch ein vom Motor hin - und herbewegtes Zug - geſtänge ſeinen Antrieb erhält und das Waſſer von der Sohle des Bruches nach oben befördert. Fig. 54 zeigt eine durch einen Wind - motor betriebene Waſſerſtation, von welcher aus die Lokomotiven das erforderliche Speiſewaſſer erhalten; Fig. 55 zeigt ein Pumpwerk mit Waſſerelevator und Fig. 56 eine landwirtſchaftliche Maſchinenanlage mit Schrotmühle, Quetſch - und Häckſelſchneidemaſchine.
Zum Schluß möge hier eine kleine Anzahl von Beobachtungen Platz finden, welche in den fünfziger Jahren auf der Saline Dürren - berg bei Merſeburg angeſtellt wurden, um zu zeigen, auf wie viele Windſtunden man im Jahre rechnen darf, und um einen Maßſtab für die Zuverläſſigkeit des Windes als Triebkraft zu haben. Hiernach ſtellte ſich die Zahl der Windtage auf durchſchnittlich 280 im Jahre.
79Die Windmotoren.Entwäſſerung eines Steinbruches durch einen Reinſchſchen Windmotor.
Waſſerſtation mit Windmotorbetrieb.
Pumpwerk mit Windmotorbetrieb.
Landwirtſchaftliche Maſchinenanlage mit Windmotorbetrieb.
Es betrug die Windſtundenzahl
Wenn daher zur Verwendung eines Windmotors geſchritten werden ſoll, ſo iſt zunächſt zu unterſuchen, ob der betreffende Betrieb ſich für eine in ſo hohem Maße vom Wetter abhängige Kraft eignet. Der Windmotor wird nur dann zu empfehlen ſein, wenn deſſen Arbeit nicht unbedingt zu einer beſtimmten Zeit benötigt wird, wenn man vielmehr dann auf Vorrat arbeiten darf, wenn gerade Wind zur Verfügung ſteht, um ſpäter den Betrieb ruhen zu laſſen, wenn Windſtille eintritt. Für derartige maſchinelle Verrichtungen wird der Windmotor aber wegen ſeiner Billigkeit und ſeiner Gefahrloſigkeit ſtets eine willkommene Betriebsmaſchine bilden.
Wenn man einem Körper Wärme zuführt, ſo dehnt ſich derſelbe aus. Dieſe Eigenſchaft aller Körper wird bei der Heißluftmaſchine in der Weiſe ausgenutzt, daß man Luft erhitzt, zu gleicher Zeit derſelben aber ein Hindernis in den Weg legt, ſich auszudehnen. Die Folge hiervon iſt, daß die Expanſionskraft der erwärmten Luft dieſes Hindernis zu beſeitigen ſtrebt; wird nun dieſes in Geſtalt eines in einem Cylinder beweglichen Kolbens ausgeführt, ſo kann man leicht die hin - und her - gehende Bewegung des letzteren durch Einſchalten einer Kurbel in eine rotierende Bewegung umſetzen. Kühlt man dann die vorhin erwärmte Luft wiederum ab, und wiederholt man dieſes abwechſelnde Erwärmen und Kühlen, ſo iſt hiermit das Prinzip der Heißluftmaſchinen oder kaloriſchen Maſchinen gegeben. Bereits im Jahre 1824 wurden durch den Franzoſen Carnot und drei Jahre ſpäter, im Jahre 1827, durch den Engländer Stirling die erſten Heißluftmaſchinen konſtruiert; that - ſächlich lebensfähig aber wurde die kaloriſche Maſchine erſt durch John Ericſon im Jahre 1833. Man hat zwei Arten von Heißluft - maſchinen zu unterſcheiden:
1. Offene Maſchinen. Bei dieſen wird dem Arbeitscylinder mittels einer Luftpumpe ſtets friſche Luft zugeführt, welche nach ihrer Erwärmung und Ausdehnung aus der Maſchine in’s Freie austritt.
81Die Heißluftmaſchinen.2. Geſchloſſene Maſchinen. Bei dieſen wird ein und dasſelbe Luftquantum abwechſelnd erwärmt und abgekühlt; dasſelbe verläßt alſo die Maſchine nicht, ſondern verbleibt ein für alle mal in dem Arbeits - cylinder.
Bevor wir dazu übergehen, für jede dieſer beiden Arten je ein Beiſpiel in der Bénier’ſchen und in der Rider-Monski’ſchen Heißluft - maſchine zu geben, wollen wir ganz kurz die Vorteile dieſer Motoren - gattung hier angeben.
Der Heißluftmotor eignet ſich in ganz beſonderem Maße für das Kleingewerbe, d. h. für den Betrieb kleiner maſchineller Anlagen. Zunächſt iſt hier die Sicherheit gegen Exploſionsgefahr zu nennen, infolge deſſen die Aufſtellung einer kaloriſchen Maſchine nicht der behördlichen Kon - zeſſion bedarf. Des weiteren beruht ein ſchwer wiegender Vorteil darin, daß die Aufſtellung von keiner Gas - oder Waſſerleitung oder
Béniers Heißluftmaſchine (Längenſchnitt).
elektriſchen Anlage abhängig iſt, vielmehr infolge der überall möglichen Beſchaffung von Heizmaterial an keine Örtlichkeit gebunden iſt. Schließlich kommt noch in Betracht, daß der Heißluftmotor ſtets ohne WeiteresDas Buch der Erfindungen. 682Die Motoren.betriebsfähig iſt, während z. B. bei der Dampfmaſchine erſt eine längere Zeit auf die Beheizung des Dampfkeſſels verwendet werden muß.
Der als Beiſpiel einer offenen Heißluftmaſchine dienende, in Fig. 57 und 58 dargeſtellte Bénier-Motor beſteht im weſentlichen aus einem ſenkrechten Cylinder a, in welchem ſich ein Kolben b unmittelbar oberhalb
Béniers Heißluftmaſchine. (Querſchnitt durch den Arbeits-Cylinder.)
einer geſchloſſenen Feuerung c auf - und abbewegen kann, und aus einer Luftpumpe d. Der Kolben b greift mittels ſeiner Kolbenſtange an dem einen Ende des Balan - ciers t an, welcher bei dem Auf - und Niedergange des Kolbens das Schwungrad f in Drehung verſetzt und durch verſchiedene Zwiſchenmechanismen die Luft - pumpe d in der erforderlichen Weiſe antreibt. Die Wirkungs - weiſe der Maſchine iſt folgende. Befindet ſich der Kolben b in ſeiner tiefſten Stellung unmittel - bar oberhalb der geſchloſſenen Feuerung c, ſo wird in dieſe durch die Luftpumpe d Luft hineingepreßt. Infolge deſſen wird das Feuer ſtark angefacht, die in der Feuerung enthaltene Luft dehnt ſich aus und treibt den Kolben empor, um, nachdem ſie dieſe Arbeit gethan hat, in die Außenluft auszupuffen. Der Niedergang des Kolbens wird dadurch bewirkt, daß in dem Schwungrade bei dem Aufwärts - gange des Kolbens ſo viel leben - dige Kraft aufgeſpeichert wird, um das rechtsſeitige Ende des Balanciers nach abwärts zu drücken. Hat der Kolben ſeine tiefſte Lage wiederum erreicht, ſo beginnt das Spiel der Maſchine von Neuem, indem ein neues Quantum Luft in die Feuerung c hineingepreßt wird. Da die in der Feuerung c auftretende Hitze eine ſehr große iſt, ſo wird in den hohlen Mantel i derſelben Kühlwaſſer eingeführt.
Die Hauptſchwierigkeit beſteht bei dieſer Heißluftmaſchine darin, daß die Kraft der erwärmten Luft ſofort vernichtet ſein würde, ſobald die geſchloſſene Feuerung c bei Nachfüllung des Brennmaterials geöffnet werden würde. Es iſt daher eine ſehr ſinnreiche Vorkehrung getroffen,83Die Heißluftmaſchinen.welche während der Einführung von Brennſtoff in die Feuerung c die in dieſer befindliche Luft zurückhält und außerdem die Zufuhr des Brennmaterials ſelbſtthätig beſorgt. Dieſe Vorkehrung beſteht in einem Becherwerke, welches das Brennmaterial in Geſtalt von zerkleinertem Koks aus dem Behälter k entnimmt und auf den an der Füllöffnung beweglichen Schieber m fallen läßt. Letzterer hat einen Schlitz, in welchem er bei ſeinem größten Ausſchlage nach links die nußgroßen Koksſtückchen aufnimmt, um dieſelben bei ſeinem größten Ausſchlage nach rechts in das Feuerloch q hinabfallen zu laſſen. Stets aber iſt durch dieſe Vorrichtung die Feuerung c nach außen hin abgeſchloſſen, ſo daß die Expanſionskraft der erwärmten Luft niemals aufgehoben iſt.
Fig. 60. Heißluftmotor von Rider-Monski. (Anſicht.) (Längsdurchſchnitt.)
Wenn wir nunmehr den in der Fig. 59 und 60 dargeſtellten Heißluftmotor von Rider-Monski folgen laſſen, ſo wird der charakteriſtiſche Unterſchied zwiſchen den offenen und geſchloſſenen kaloriſchen Maſchinen ſofort in die Augen ſpringen.
Die Heißluftmaſchine von Rider-Monski beſteht aus zwei ſenkrechten Cylindern L und K, in welchen die Kolben A und B ſich auf - und abwärts bewegen können; der zur Erwärmung der die Maſchine betreibenden Luft dienende Heiztopf H befindet ſich oberhalb einer Feuerung. Wird nun dieſe Luft erhitzt, ſo dehnt ſie ſich aus und treibt den Kolben B nach aufwärts; ſie tritt jedoch nun nicht, wie dies bei dem Bénier-Motor der Fall iſt, ins Freie aus, ſondern geht in den zwiſchen den Cylindern L und K liegenden ſog. Regenerator R und von hier aus unter den Kolben A. Auf dieſem Wege kühlt ſich die erhitzte Luft durch Berührung mit kalten Flächen ſehr erheblich ab. 6*84Die Motoren.Die in dem Schwungrade aufgeſpeicherte lebendige Kraft drückt im Verein mit der äußeren Luft den Kolben A (derſelbe wird wegen dieſer ſeiner Wirkungsweiſe auch „ Verdränger “genannt) nach abwärts, in - folge deſſen die Luft durch den Regenerator R in den Heiztopf H zurückgedrängt wird. Hier erhitzt ſie ſich dann wiederum, und das Spiel der Maſchine beginnt von Neuem.
Während der Béniermotor in einer Größe von in maximo 20 Pferde - kräften ausgeführt wird, gelangt der Rider-Monski-Motor in Größen von ⅓, ½, ⅔, 1 und 2 Pferdeſtärken zur Anwendung.
Iſt die Dampfmaſchine das erfolgreichſte Rüſtzeug der Großinduſtrie in ihrem Vernichtungskampfe gegen die Kleininduſtrie, ſo kann man die Heißluftmaſchine als diejenige Motorgattung bezeichnen, welche berufen ſein dürfte, der Kleininduſtrie in dieſem Kampfe, im Verein mit der Gaskraftmaſchine, erfolgreich zur Seite zu ſtehen.
Wie ſich im Alterthum zahlreiche Städte Griechenlands um den Vorzug ſtritten, der Geburtsort Homer’s zu ſein, ſo hat lange Zeit hindurch unter den civiliſierten Völkern ein Wettbewerb beſtanden um die Ehre, den Erfinder der Dampfmaſchine zu den ihrigen zählen zu können. Dieſer Wettſtreit iſt durch die neueſte Geſchichtsforſchung als ein müßiger gekennzeichnet. In der Dampfmaſchine findet ſich die praktiſche Anwendung ſo vieler Naturgeſetze auf kleinſtem Raum vereinigt, welche erſt allmälig im Laufe der Jahrhunderte durch die hervorragendſten Geiſter der verſchiedenſten Nationen an das Tageslicht befördert wurden, daß von einem einzigen Erfinder der Dampfmaſchine nicht die Rede ſein kann. Nicht formvollendet wie die Minerva aus dem Haupte des Jupiters entſprang die Dampfmaſchine dem erfinderiſchen Geiſte eines einzigen Sterblichen; nein, allmälig entwickelte ſie ſich als ein gemeinſames Produkt der angeſtrengteſten Arbeit der Beſten verſchiedener Völker zu dem, was ſie heute iſt, zu dem gewaltigſten Hülfsmittel menſchlicher Bildung und Geſittung. — Wen zuerſt die Beobachtung des aus dem kochenden Waſſer aufſteigenden Dampfes zu der Erkenntnis gebracht hat, daß dieſem eine Kraft inne wohne, welche, in die richtigen Bahnen gelenkt, Arbeit zu verrichten im Stande ſei, hierüber iſt, wie leicht erklärlich, eine gewiſſe Ueberlieferung nicht vorhanden. Jedenfalls aber ſteht feſt, daß ſchon lange Zeit vor Beginn der chriſtlichen Zeitrechnung die Thatſache bekannt war, daß der Waſſerdampf im Stande ſei, eine gewiſſe Kraftleiſtung hervorzubringen.
Am bekannteſten ſind die Dampfkünſte Herons von Alexandrien, der gegen 120 vor Chr. lebte. Fig. 61 ſtellt eine nach dieſem alten Erfinder Heronsball genannte Vorrichtung zum Heben von Waſſer mittels Dampfkraft dar. Dieſelbe beſteht aus einer Hohlkugel A, welche bis ungefähr zu ihrer Hälfte mit Waſſer angefüllt iſt. Um dieſes in85Die Dampfmaſchinen.die Kugel A einbringen zu können, iſt bei B ein durch einen Hahn E zu verſchließendes Rohr mit Trichter D angebracht. Außerdem tritt noch ein Rohr CF von außen bis unterhalb des Waſſerſpiegels in das Innere der Hohlkugel hinein. Die Wirkungs - weiſe des Heronsballes iſt, wenn derſelbe durch Feuer erhitzt wird, zunächſt die, daß in dem - ſelben ſich Waſſerdampf bildet. Da dieſer nirgends einen Ausgang findet, ſo nimmt deſſen Spannung mit wachſender Erhitzung mehr und mehr zu. Dieſes währt ſo lange, bis der Dampfdruck ſo angewachſen iſt, daß derſelbe den Waſſerſpiegel niederdrückt und das Waſſer durch das Rohr FC wie einen Spring - brunnen nach außen ſchleudert. Wenngleich hier ein direkter Beweis vorliegt, daß Heron die Spannkraft des Dampfes erkannt und ausge - nutzt hat, ſo kann man ihn um deswillen doch noch bei Weitem nicht als den Erfinder der Dampfmaſchine bezeichnen, denn ſeine Verſuche gingen über das Experimentelle in keiner Weiſe
Heronsball.
hinaus und trugen den Stempel der Spielerei an der Stirne. Den gleichen Wert haben die mannigfachen angeblichen Erfindungen der Dampfmaſchine, von welchen während des Mittelalters und der folgenden Jahrhunderte berichtet wird.
Wir wollen uns darauf beſchränken, nur zwei derſelben hier kurz zu erwähnen. Es war im Jahre 1825, als Gonzales in Simancoh mit der Behauptung hervortrat, daß im Jahre 1543 der Spanier Blasco de Garay nicht nur eine Dampfmaſchine gebaut, ſondern auch bereits zur Fortbewegung von Schiffen benutzt habe. Es iſt das Verdienſt des ſpaniſchen Geſchichtsſchreibers Lafuente und des Profeſſors Gelcich zu Luſſinpiccolo, dieſe Behauptung des Gonzales auf das richtige Maß zurückgeführt zu haben. Letzterer fand im 81. Bande der „ Colleccion de documentos inéditos para la historia de España “einige Dokumente, aus denen hervorgeht, daß Blasco de Garay dem Kaiſer Karl V. die Mitteilung machte, daß er folgende Erfindungen gemacht habe:
1. Er will die Ruderer auf den Schiffen beſeitigen; nur ein Mann ſolle genügen, um jedem Schiffe einer beliebigen Tragfähigkeit, eine gewiſſe Geſchwindigkeit zu geben.
2. Ein geſunkenes Schiff will er mit zwei Mann auf die Ober - fläche heben, wenn nicht die Tiefe des Grundes über 100 Faden beträgt.
3. Ferner will er Mittel angeben, um beliebig lange Zeit unter Waſſer verweilen zu können, um bei geringerer Tiefe auch in trübem Waſſer alle Gegenſtände, die auf dem Grunde ſich befinden, ganz deutlich aufzunehmen, um das Salzwaſſer trinkbar zu machen. Endlich86Die Motoren.will er eine Mühle erfunden haben, welche von einem Manne allein getrieben werden ſoll.
Man ſieht, daß Blasco de Garay jedenfalls ein ſehr vielſeitiger Mann war. In der That hat derſelbe am 17. Juni 1543 zu Barcelona ein Schiff ohne Ruder und ohne Segel in Bewegung geſetzt und von Karl V. eine Belohnung von 200000 Maravedis erhalten. Nach ſorgfältiger Prüfung des vorliegenden Dokumentenmateriales kommen Lafuente und Gelcich zu dem Ergebnis, daß das Schiff Blasco de Garay’s nicht durch Dampfkraft, ſondern durch ein von Menſchenhand in Drehung verſetztes Schaufelrad angetrieben wurde. Am überzeugendſten geht dieſes aus einer von Blasco de Garay aufgeſtellten Überſicht hervor. Hiernach waren erforderlich:
Was ſollten beiſpielsweiſe 54 Mann anders zu verrichten haben, als ein Schaufelrad mittels eines großen Räderwerkes zu drehen und hierdurch das Schiff vorwärts zu treiben!
Eine andere Legende einer angeblichen Erfindung der Dampf - maſchine bezieht ſich auf den Franzoſen Salomon de Caus, geboren 1576 zu Dieppe, um deſſen Schläfe die Nachwelt ſogar die Glorie des Märtyrertums geſchlungen hat, indem ſie die Mär erſann, daß der unglückliche Erfinder als wahnſinnig erklärt und von Richelieu in das Irrenhaus zu Bicêtre geworfen ſei. Vor den kritiſchen Blicken der neueren Geſchichtsforſchung iſt alles, was de Caus als den Erfinder der Dampfmaſchine hinſtellen ſollte, in ein leeres Nichts zerfloſſen.
Brancas Äolipile.
Ein kleiner Schritt auf dem Wege von der erſten Erkenntnis der Dampf - kraft bis zu der Konſtruktion der erſten Dampfmaſchine erfolgte durch den in weiteren Kreiſen als Er - bauer der Kirche zu Loretto be - kannten italieniſchen Architekten Joh. Branca. Von dieſem rührt die in Fig. 62 dargeſtellte, den Namen Äolipile tragende Vorrichtung her. Bei dieſer wurde der in der Hohl - kugel A gebildete Dampf dazu ver - wendet, bei ſeinem Austritt aus dem Rohre C ein Schaufelrad D an - zutreiben und auf dieſe Weiſe mit Hilfe der Kurbel E ein Stampf - werk in Bewegung zu ſetzen.
87Die Dampfmaſchinen.Alle dieſe Vorläufer müſſen zurückſtehen hinter dem Namen des - jenigen Mannes, welchem es, nachdem die phyſikaliſchen Kenntniſſe von dem Weſen des Luftdruckes durch Galilei, Torricelli und Otto v. Gericke in völlig neue Bahnen gelenkt waren, endlich gelang, auf Grund wiſſenſchaftlicher Kenntniſſe die erſte, grundlegende Erfindung auf dem Gebiete des Dampfmaſchinenbaues zu machen. Es iſt dieſes der franzöſiſche Arzt Dionyſius Papin, geboren 1647 zu Blois. An - geregt durch den bekannten Huygens hatte ſich Papin dem Studium der Phyſik mit großem Eifer zugewendet und nach dieſer Richtung bereits in Paris und London ſehr wertvolle Arbeiten veröffentlicht; wir erinnern nur an den noch heute bekannten Papin’ſchen Kochtopf, in welchem geſpannter Dampf zum Kochen Verwendung findet. Eine gewiſſe Unſtetigkeit des Weſens ließ dieſen bedeutenden Mann aber nirgends zu längerer Ruhe gelangen, und dieſe Untugend ſollte denn auch die Urſache ſein, weswegen ein durchſchlagender und nachhaltiger Erfolg erſt von den auf Papin’s Schultern ſtehenden Epigonen erzielt wurde. Nach mehrfachen Aufenthalten in Paris, London und Venedig finden wir Papin im Jahre 1687 als Profeſſor der Mathematik an der Univerſität zu Marburg. Hier entdeckte er die wichtige Eigenſchaft des Dampfes ſich niederzuſchlagen und eine Luftleere zu bilden, wenn er abgekühlt wird; er hatte ſomit das hochwichtige Prinzip der Kondenſation des Dampfes und deren Folgewirkungen entdeckt. Es handelte ſich nunmehr noch darum, dieſe wichtige Errungenſchaft für den Bau der Dampfmaſchinen praktiſch auszunutzen. Papin that dies folgendermaßen. Unterhalb des Kolbens einer gewöhnlichen, damals bereits bekannten Pumpe, führte er Dampf in den Pumpencylinder ein; die Folge hiervon war, daß der Kolben in dem Cylinder empor - ſtieg. Hatte der Kolben ſeinen höchſten Stand erreicht, ſo wurde er mittels eines Riegels feſtgeſtellt, worauf dann der Dampf unterhalb desſelben ſich alsbald abkühlte, kondenſirte und ein Vakuum bildete. Wurde alsdann der Riegel, welcher den Kolben feſthielt, entfernt, ſo wurde letzterer durch den auf ihm laſtenden Druck der Atmoſphäre abwärts getrieben. So unvollkommen dieſe erſte Dampfmaſchine nach unſeren heutigen Begriffen auch war, ſo ging der Landgraf Karl von Heſſen doch ſchon mit dem Bau einer Dampf-Waſſerkunſt zur Speiſung des Fulda-Diemel-Kanals vor. Der zu dieſem Zwecke im Jahre 1700 gegoſſene Dampfcylinder wird noch heute im Muſeum zu Kaſſel auf - bewahrt und erweckte im Jahre 1879 auf Anregung des Geheimrat Reuleaux in der Londoner „ Ausſtellung wiſſenſchaftlicher Apparate “das Intereſſe weiteſter Kreiſe. Wirklich in Thätigkeit iſt aber dieſe Pump - maſchine niemals geweſen. Ja ſogar zum Antrieb eines Schiffes ver - wendete Papin ſeine Dampfmaſchine. Als er ſich auf dieſem erſten Dampfſchiffe die Weſer hinab nach England begeben wollte, wurde ihm dasſelbe von Schiffern, welche inſtinktiv die ihnen drohende Con - currenz ahnten, zertrümmert. Nach zahlreichen Enttäuſchungen ſtarb88Die Motoren.Papin in den ärmlichſten Verhältniſſen. Inzwiſchen wurde deſſen Entdeckung von der Kondenſation des Dampfes von anderer Seite ausgenutzt und zwar durch den Engländer Savery, deſſen zum Heben von Waſſer dienender Dampfapparat in Fig. 63 dargeſtellt iſt. Dieſer
Saverys Dampfapparat.
beſtand aus den beiden Gefäßen E und E 'und dem Dampferzeuger A A. Zunächſt wird durch den Hahn a das Gefäß E mit Dampf gefüllt; indem dieſer ſich kondenſiert, tritt in E Luftleere ein, infolge deſſen der Druck der äußeren Atmoſphäre durch c Waſſer in das Gefäß E hineintreibt. Läßt man nun von Neuem Dampf durch a in das Gefäß E eintreten, ſo drückt derſelbe das in dieſem befindliche Waſſer durch das Ventil b und das Rohr F nach oben. Hierauf benutzt man das Gefäß E' in derſelben Weiſe, wodurch man in den Stand geſetzt iſt, einen ununterbrochenen Betrieb einzurichten.
Die durch den atmoſphäriſchen Überdruck betriebene Dampfmaſchine Papins fand durch Newcomen in den erſten Jahren des achtzehnten Jahrhunderts eine erfolgreiche Durchbildung und Neubearbeitung. Dieſe, einen wichtigen Wendepunkt in der Geſchichte der Dampfmaſchine repräſentierende Maſchine Newcomens iſt in Fig. 64 dargeſtellt. Links ſehen wir einen mit Unterfeuerung verſehenen Dampfkeſſel, aus welchem der Dampf direkt in den nach oben offenen Cylinder tritt, um den in dieſem verſchiebbaren Kolben nach oben zu treiben. Hat der Kolben ſeinen höchſten Stand erreicht, ſo wird aus einem neben dem Cylinder angeordneten Gefäß kaltes Waſſer unter den Kolben eingetrieben, infolge deſſen der Dampf im Cylinder ſich kondenſiert und einer Luftleere Platz macht. Infolge deſſen vermag der äußere Luftdruck den Kolben wieder abwärts zu treiben. Hat der Kolben ſeine tiefſte Stellung erreicht, ſo wird wiederum Dampf in den Cylinder eingelaſſen, und das Spiel beginnt von Neuem. Man nennt dieſe Maſchine eine einfach wirkende, weil bei ihr der Dampf nur den Kolben nach einer Richtung, nach oben, bewegt. Bei der in Fig. 64 dargeſtellten Anordnung dient89Die Dampfmaſchinen.
Newcomens Dampfmaſchine.
die Maſchine zum Antriebe eines Schachtpumpengeſtänges, deſſen Gewicht den Dampf beim Aufwärtstreiben des Kolbens unter Ver - mittlung des auf dem Mauerwerk gelagerten Doppelhebels wirkſam unterſtützt. Die zur Einführung des Dampfes und des Kühlwaſſers erforderlichen Handgriffe mußten durch einen zu dieſem Zwecke angeſtellten Mann ausgeführt werden, und es geht die Sage, daß ein gewiſſer Potter zuerſt dieſe Arbeit durch geeignete Anbringung von Hebeln und Zugſeilen der Maſchine auferlegt, mithin die erſte Steuerung erfunden habe.
Auf dieſem Standpunkte blieb die Dampfmaſchine ganze 60 Jahre, alſo ungefähr bis zum Jahre 1770 ſtehen. Hier begann die durch - greifende Thätigkeit desjenigen Mannes, welcher mit glücklicher Hand die von andern bis dahin geſammelten Bauſteine zuſammenfügte, durch neue ergänzte und ſo der Vater der Dampfmaſchine im heutigen Sinne wurde.
Dieſer bevorzugte Sterbliche, James Watt, war geboren 1726 zu Greenock in Schottland und hatte, obwohl von Haus aus Kauf - mann, im Jahre 1756 die Stellung eines Univerſitätsmechanikers in Glasgow inne. Hier fügte es das Schickſal, daß er einſt das90Die Motoren.Modell einer Newcomenſchen einfach wirkenden Dampfmaſchine zu reparieren hatte. Mit ſcharfem Blick erkannte er die ſchweren Mängel, welche derſelben anhafteten und ging mit glücklichſtem Erfolge ſofort dazu über, dieſelben zu beſeitigen. Die durchgreifendſten ſeiner Änderungen beſtanden darin, daß er den Cylinder auch an dem oberen Ende ſchloß und nun den Dampf abwechſelnd von beiden Seiten auf den Kolben einwirken ließ. Er machte alſo die bisher einfach wirkende Dampfmaſchine zu einer doppelt wirkenden. Einen weiteren, ſehr erheblichen Fortſchritt erzielte er dadurch, daß er die Kondenſierung des Dampfes nicht im Innern des Cylinders vornahm, ſondern in einem beſonderen, neben der eigentlichen Dampfmaſchine angeordneten Apparate, dem Kondenſator, vor ſich gehen ließ, aus welchem alsdann die Produkte der Kondenſation durch beſondere Pumpen entfernt wurden. Nachdem er im Jahre 1769 ein engliſches Patent für ſeine Dampfmaſchine erhalten hatte, gründete James Watt im Verein mit einem gewiſſen Boulton im Jahre 1774 die in der Geſchichte des Maſchinenweſens ſo überaus hervorragende Maſchinen - fabrik Soho, welche lange Zeit eine bahnbrechende Thätigkeit entwickelte.
Wohl wenige Aktenſtücke können ſich hinſichtlich der Wichtigkeit ihres Inhaltes mit dem engliſchen Patente Nr. 913 vom Jahre 1769 meſſen, welches dem glücklichen Erfinder den geſetzlichen Schutz ſeines geiſtigen Eigenthums gewährleiſtete. Daſſelbe lautet in wörtlicher Überſetzung: 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 Regierungs - jahres 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 Ver - minderung des Verbrauches von Dampf und Brennſtoff in Feuermaſchinen “zu benutzen, auszuüben und zu verkaufen befugt bin und zwar überall in demjenigen Teile des Königreiches Großbritannien, 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,91Die Dampfmaſchinen.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 Ver - pflichtung 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): —
Meine Methode der Verminderung des Verbrauches an Dampf und, hierdurch bedingt, des Brennſtoffes in Feuer - maſchinen 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 umgiebt, daß man dasſelbe zweitens mit Dampf oder anderweitigen erhitzten Körpern umgiebt 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 An - wendung 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 Expanſions - kraft 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 vor - handen iſt, können die Maſchinen durch dieſe Dampfkraft allein betrieben werden, indem man den Dampf, nachdem er ſeine92Die Motoren.Arbeit gethan 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 den - ſelben 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. Während - dem, 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 ver - mag, 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: Öle, 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.)
Geſiegelt und ausgehändigt in Gegenwart von
Es ſei noch bemerkt, daß beſagter James Watt erklärt, daß ſich nichts von dem im vierten Abſatz Enthaltenen auf Maſchinen bezieht, bei denen das zu hebende Waſſer in das93Die Dampfmaſchinen.Dampfgefäß ſelbſt eintritt oder in ein Gefäß, welches mit jenem in offener Verbindung ſteht.
James Watt.
Zeugen:
Und es ſei bekannt gegeben, daß der vorgenannte James Watt am fünfundzwanzigſten Tage des April, im Jahre unſeres Herrn 1769, ſich in der Kanzlei unſeres Königlichen Herrn ein - fand und die vorſtehende Beſchreibung nebſt allem dem in derſelben Enthaltenen und Beſchriebenen in der oben niedergeſchriebenen Weiſe anerkannte. Und ſo wird die vorſtehende Beſchreibung gemäß der Verordnung aus dem ſechsten Jahre der Regierung des verſtorbenen Königs und der Königin William und Mary von England u. ſ. w. geſtempelt.
Eingetragen am neunundzwanzigſten April im Jahre unſeres Herrn Ein Tauſend Sieben Hundert neunundſechzig.
Watts Dampfmaſchine (Anſicht).
Fig. 65 und 66 ſtellen die Dampfmaſchine in der Geſtalt dar, wie dieſelbe durch Watt feſtgeſtellt wurde. In Fig. 65 ſehen wir rechts den Cylinder A, in welchem der Kolben B (vergl. Fig. 66) dadurch auf und abwärts bewegt wird, daß der Dampf abwechſelnd unter, bezw. 94Die Motoren.
Watts Dampfmaſchine (Schnitt).
über den Kolben tritt. Die Kolbenſtang C greift bei D an einem gleicharmigen Balancier an, an deſſen anderem Ende F die Kurbel - ſtange G gelenkig angebracht iſt und ſo beim Hin - und Hergange der Kolbenſtange C die Kurbel K und das auf deſſen Achſe befeſtigte Schwungrad L in Drehung verſetzt. Fig. 66 giebt die innere Ein - richtung der Wattſchen Maſchine in größerem Maßſtabe wieder. Der Dampf ſtrömt bei a hinzu und wird durch den von der Kurbelwelle95Die Dampfmaſchinen.aus betriebenen Schieber b abwechſelnd durch c oder c (am oberen bezw. unteren Ende des Cylinders) in dieſen eingeführt. Hat der Dampf in dem Cylinder ſeine Arbeit verrichtet, ſo wird er ebenfalls durch Vermittlung des Schiebers b in den Kondenſator e geleitet. In dieſen tritt ſtets ein Strahl kalten Waſſers ein, infolge deſſen der Dampf ſofort kondenſiert und niedergeſchlagen wird. Die weitere Folge iſt die, daß die im Kondenſator herrſchende Luftleere eine ſaugende Wirkung auf den Kolben ausübt und ſomit die Kraft des auf die andere Seite des Kolbens drückenden Dampfes unterſtützt. Aus dem Kondenſator e wird das aus dem Dampfe niedergeſchlagene Waſſer, ſowie der etwa noch vorhandene Dampf mittelſt der von dem Balancier aus betriebenen Pumpe h in den Behälter 1 gebracht. Von hier aus tritt ein Teil dieſes Waſſers aus der Maſchine aus; ein anderer Teil aber wird mittels der Pumpe m in den Dampfkeſſel gedrückt, um hier das verdampfte Waſſer wieder zu erſetzen. Es findet alſo ein richtiger Kreislauf des Waſſers ſtatt, indem dieſes zunächſt im Dampfkeſſel in Dampf verwandelt wird, alsdann in der Maſchine ſeine Arbeit leiſtet und wieder zu Waſſer kondenſiert wird, um endlich wieder in den Dampf - keſſel zurückgepumpt zu werden. Schließlich hat noch die ebenfalls von dem Balancier aus betriebene Pumpe q den Zweck, den Kondenſator mit kaltem Waſſer zu umgeben und einen Strahl kalten Waſſers in den - ſelben hineinzudrücken. Hervorzuheben iſt noch der den Zutritt des Dampfes zum Cylinder regelnde Schwungkugelregulator. Derſelbe beruht auf der Wirkung, welche die Centrifugalkraft auf ſchnell ro - tierende Körper ausübt. Die ſenkrechte Achſe y dieſes Regulators wird von der Kurbelachſe aus durch den Riemen x in Drehung ver - ſetzt; überſchreitet dieſe ein gewiſſes Maß der Schnelligkeit, ſo heben ſich die beiden Kugeln des Regulators infolge der Centrifugalkraft und bewegen einen Hebel z, welcher bei a durch Drehung einer Klappe den Zutritt des Dampfes zu dem Schieber b ändert. Überſchreitet alſo die Umdrehungszahl der Kurbelwelle einen gewiſſen Betrag, ſo ſchließt der Regulator ſelbſtthätig den Dampf - zutritt ab und mindert hierdurch die Geſchwindig - keit der Maſchine. Verlangſamt ſich hingegen durch irgend welche Umſtände der Gang der Maſchine, z. B. durch zu viel ihr aufgebürdete Arbeit, ſo ſinken die Kugeln des Regulators infolge Nachlaſſens der Centrifugalkraft hinab und laſſen mehr Dampf bei a in den Cylinder eintreten. Die in Fig. 66 dargeſtellte Form des die Dampfverteilung bewirkenden Schiebers b wurde alsbald in der aus Fig. 67 und 68 erſichtlichen Weiſe abgeändert. Hierbei hat der Schieber A eine muſchelförmige Geſtalt erhalten. Derſelbe wird ebenfalls von der Kurbelwelle
und 68. Schnitt durch die Dampfkanäle eines Dampfcylinders.
96Die Motoren.angetrieben und läßt durch die Kanäle B und C den Dampf abwechſelnd oberhalb oder unterhalb des Kolbens in den Cylinder eintreten, während der verbrauchte Dampf durch den Kanal D entweicht.
Man ſieht, die Wattſche Dampfmaſchine repräſentiert ein faſt voll - ſtändig neues Ganze, eine ſolche Unſumme von neuen Einzelheiten, daß man nicht mit Unrecht James Watt als den Erfinder der Dampf - maſchine bezeichnet. Die letzten Repräſentanten der durch Watt ge - ſchaffenen Dampfmaſchine ſind erſt in den ſechziger Jahren von dem Schauplatze ihrer Thätigkeit verſchwunden. Sie ſind es geweſen, welche das Zeitalter des Dampfes ſchufen, und als ihr Schöpfer im Jahre 1819 ſein an beiſpielloſen Erfolgen reiches Leben beſchloß, da ſetzte man ihm mit Recht in der Londoner Weſtminſter-Abtei folgende Grabſchrift:
Watt wendete bei ſeiner Dampfmaſchine einen Überdruck von etwa 1 ½ Atmoſphären an. Bei dieſem niedrigen Druck — man bezeichnet die betreffenden Maſchinen daher mit dem Namen Niederdruckmaſchinen — iſt die Anbringung des Kondenſators erforderlich, damit der äußere Atmoſphärendruck auf den Kolben zur Wirkung kommen kann. Schon Watt trug ſich mit der Idee, höher geſpannten Dampf zu verwenden; jedoch kamen ihm nach dieſer Richtung der Amerikaner Evans und der Engländer Trevithick zuvor, welche bereits in den erſten Jahren des neunzehnten Jahrhunderts mit Erfolg dazu übergingen, einen höheren Dampfdruck, bis zu vier Atmoſphären, anzuwenden. Sie erreichten hierdurch den Vorteil, daß ſie den Kondenſator entbehren konnten, in - folge deſſen ſich die Einrichtung der Maſchine ſowie deren Bedienung ganz weſentlich vereinfachte. Im Laufe der ferneren Jahrzehnte brach ſich allmählich die Erkenntnis Bahn, daß die rationellſte Ausnutzung des Brennmateriales und des Dampfes in der Weiſe erreicht werde, daß man dem Dampfe eine möglichſt hohe Spannung giebt und ſeine Expanſionskraft ſo viel als möglich ausnutzt. Nachdem man dieſes Prinzip der Ausnutzung der Expanſion zunächſt in der Eincylindermaſchine in weitgehendem Maße durchgebildet hatte, iſt man in der neueren Zeit dazu übergegangen, die Expanſion des Dampfes in zwei, drei, ja auch in vier Cylindern ſich vollziehen zu laſſen. Die erſten Grund -97Die Dampfmaſchinen.lagen dieſer modernen Dampfmaſchinen, welche wegen ihrer Anordnung und Wirkung Compound - oder Verbundmaſchinen genannt werden, ſtammen bereits aus dem Jahre 1804 und rühren von dem Engländer Woolf her, weswegen man auch wohl jetzt noch die moderne Mehr - cylinder-Dampfmaſchine als Woolfſche Maſchine bezeichnet findet. Woolf ließ den Dampf zuerſt in einem kleineren Dampfcylinder expandieren und ließ ihn alsdann, nachdem er hier ſeine Arbeit geleiſtet, in einen zweiten größeren Cylinder übertreten, in welchem nun eine weitere Aus - nutzung der Expanſionskraft des Dampfes geſchah. Bei dieſer Woolf - ſchen Maſchine waren die Kurbeln beider Cylinder ſo zu einander geſtellt, daß beide zu gleicher Zeit ihre äußerſten Stellungen, ihre toten Punkte, erreichten; bei einer ſolchen Anordnung bietet das Ingangſetzen der Maſchine, wenn ſie gerade in einem ihrer toten Punkte ſteht, be - ſondere Schwierigkeiten. Man vermeidet dieſes in der neueſten Zeit dadurch, daß man die Kurbeln ſo anordnet, daß die eine gerade im toten Punkte liegt, wenn die andere auf der Mitte des Hubes ſteht; es befindet ſich ſomit ſtets eine der beiden Kurbeln in einer Stellung, welche ein Vorwärtsgehen der Maſchine ohne weiteres ermöglicht. Es ſind dieſes die modernen Compound - oder Verbundmaſchinen; man findet für dieſelben auch des öfteren die Bezeichnung Receivermaſchinen, weil in Folge ihrer eigenartigen Kur - belſtellung zwiſchen ihren Cy - lindern ein Behälter (Receiver) für den von dem kleinen zum großen Cylinder übertretenden Dampf angebracht ſein muß.
Fig. 69 ſtellt eine ſolche moderne Receiver-Maſchine von G. Hambruch in Berlin dar. Bei derſelben ſieht man als ferneres charakteriſtiſches Merkmal ihrer Gattung die Cylinder obenliegend, während die Kurbelwelle unten liegt. Dieſe Anordnung findet ſich durchgängig bei den zahlreichen Schiffsmaſchinen der Schrau - bendampfer; bei dieſen greifen die Kurbeln direkt an der die
Receiver-Maſchine von G. Hambruch.
Schiffsſchraube tragenden Welle an. In ihrem äußeren Ausſehen erinnern dieſe Receivermaſchinen lebhaft an die Dampfhämmer; man findet daher dieſelben häufig auch als „ Hammermaſchinen “be - zeichnet.
Das Buch der Erfindungen. 798Die Motoren.Es möge uns geſtattet ſein, hier noch zwei intereſſante Reprä - ſentanten der Dampfmaſchine vorzuführen.
Fig. 70 und 71 ſtellen in zwei Schnitten eine von dem bekannten amerikaniſchen Konſtrukteur Weſtinghouſe herrührende Maſchine mit
Schnelllaufende Dampfmaſchine von Weſtinghouſe. (Schnitt durch die Cylinder.)
zwei gleich großen Cylindern (Zwillingsmaſchine) dar und zwar giebt Fig. 70 einen Längsſchnitt durch beide Cylinder, während Fig. 71 einen Einblick in das Innere des die Dampfverteilung bewirkenden Schieberkaſtens gewährt. Dieſelbe zeichnet ſich beſonders dadurch aus,99Die Dampfmaſchinen.daß ſie imſtande iſt, eine außerordentlich lange Zeit hindurch ohne Unterbrechung zu laufen; als Beiſpiel ſei angeführt, daß auf den Pitts - burgher Gaswerken ein ſolcher Motor 13 Monate lang im ununter - brochenen Gange bei 500 Umdrehungen per Minute ſich befunden hat.
Schnelllaufende Dampfmaſchine von Weſtinghouſe (Schnitt durch den Schieberkaſten.)
Das Weſentlichſte der Dampfmaſchine von Weſtinghouſe beſteht darin, daß zwei Dampfcylinder, in welchen der Dampfdruck nur von oben nach unten wirkt, zwiſchen ſich den die Steuerung bewirkenden7*100Die Motoren.Schieberkolben aufnehmen, und daß die bewegten Teile fortdauernd in einem Gemiſch von Öl und Waſſer laufen. Aus dem zwiſchen den beiden Dampfcylindern liegenden Raume s (Fig 71) tritt der Dampf während des Auf - und Niederganges des Schieberkolbens V abwechſelnd durch die Kanäle P bezw. P' in den einen oder den anderen der beiden Arbeitscylinder AA und geht von hier zu dem Auspuffrohr N. Der Dampf wirkt alſo, wie bereits angegeben wurde, lediglich in einer Richtung, nämlich von oben nach unten.
Die Kurbelwelle H, welche zur Ausbalanzierung der Maſchine mit Gegengewichten X verſehen iſt, erhält ihre Lagerung in der mit Lagern K
Dampfmotor von Altmann & Co.
101Die Dampfmaſchinen.und d ausgeſtatteten Kammer C. Auf das Oberteil dieſer Kammer C ſind die beiden, mit dem Steuerungscylinder B ein einziges Gußſtück bildenden Arbeitscylinder A direkt aufgeſchraubt. O iſt ein zur Schmierung der Lager d dienender Ölbehälter; von d aus tritt das überflüſſige Schmieröl durch den Kanal e (Fig. 70) in die Kammer C über, infolge deſſen letztere mit dem Gemiſch von Waſſer und Öl gefüllt wird, in welchem die Kurbeln der beiden Dampfkolben rotieren; die Höhe des in C befindlichen Flüſſigkeitsſpiegels wird durch ein Überfallrohr konſtant erhalten. Gegenwärtig wird dieſe Maſchine auch nach dem Compound - ſyſtem gebaut.
In Fig. 72 bringen wir eine Dampfmaſchine, welche von Alt - mann & Comp. in Berlin gebaut wird und beſonders in den mannig - fachen Zweigen des Kleinbetriebes in zahlreichen Exemplaren verbreitet iſt. Wie aus der Fig. 72 zu erſehen iſt, kennzeichnet ſich dieſer Motor dadurch, daß die eigentliche Maſchine auf den den Betriebsdampf er - zeugenden Keſſel aufgeſetzt iſt. Es liegt alſo hier das denkbar geringſte Raumbedürfnis vor. Die kleine Maſchine beſitzt einen Kondenſator, in welchem der aus dem Dampfcylinder abgehende Dampf völlig nieder - geſchlagen wird, um alsdann nach Paſſierung eines Filters durch eine Speiſepumpe wieder in den Dampfkeſſel zurückgeführt zu werden.
Dieſe Anordnung der Dampfmaſchine auf dem Dampfkeſſel führt uns auf eine wichtige große Klaſſe der Dampfmotoren, auf die Loko - mobilen.
Die älteſten Dampfmaſchinen mit ihren Dampfkeſſeln waren feſt - ſtehende oder ſtationäre. Es ſtellte ſich alsbald das Bedürfnis heraus, die Dampfkraft hier und da vorübergehend anwenden und als - dann an einen anderen Ort transportieren zu können. So entſtanden mehrere Arten von Dampfmotoren, welche man als halbſtabile oder halblokomobile und lokomobile bezeichnet. Die vorſtehend be - ſchriebenen Motoren von Altmann & Comp. gehören z. B. zu den halb - lokomobilen Dampfmaſchinen, da dieſelben ohne erhebliche Schwierig - keiten ſammt ihren Keſſeln von einem Orte fortgebracht und an einer anderen Stelle wieder aufgeſtellt werden können.
Bei den lokomobilen Dampfmaſchinen, oder, wie man ſie kurz zu bezeichnen pflegt, bei den Lokomobilen ging man nun noch einen Schritt weiter, indem man Maſchine und Keſſel nebſt allem Zubehör auf ein Wagengeſtell ſtellte und ſo zum Transport über Land geeignet machte.
In Fig. 73 und 74 geben wir zwei Abbildungen von Lokomobilen der bekannten Maſchinenfabrik von R. Wolf in Magdeburg — Buckau, und zwar ſtellt Fig. 73 den Schnitt einer Hochdruck - und Fig. 74 eine Receiver-Lokomobile dar. Bei erſterer tritt der Dampf aus dem auf den Rädern liegenden Dampfkeſſel in den Dampfcylinder C und wirkt hier durch einfache Expanſion. Bei letzterer dagegen, welche mit zwei Cy - lindern verſehen iſt, tritt der Dampf, nachdem er ſeine Arbeit in dem102Die Motoren.
Längenſchnitt durch eine Hochdruck-Lokomobile von Wolf.
kleineren Cylinder verrichtet hat, zur weiteren Ausnutzung ſeiner Expanſion in den größeren Cylinder über. Dieſe Lokomobile iſt alſo nach dem ſchon früher dargelegten Prinzip der Compound-Dampfmaſchine konſtruiert.
Neben der Konſtruktion der Dampfmaſchine ſelbſt iſt für einen rationellen Betrieb von der größten Wichtigkeit der Dampferzeuger, der Dampfkeſſel. In früheren Jahrzehnten, als man noch der glücklichen Überzeugung lebte, daß die unterirdiſchen Schätze unſerer Kohlenflöze ſchier unerſchöpflich ſeien, nahm man es mit der Konſtruktion der Dampfkeſſel und ihrer Feuerungsanlagen nicht ſehr genau, und eine dichte Rauchwolke gab ſchon von weitem dem Auge kund, daß dort ein Dampfkeſſel betrieben werde. Hierin hat die Neuzeit tief - greifende Wendung geſchaffen. Rigoroſe polizeiliche Vorſchriften hin - ſichtlich der Rauchvermeidung ſowie hinſichtlich der Sicherheit des Betriebes haben es im Verein mit den Fortſchritten der Technik zuwege gebracht, daß heutzutage eine Dampfkeſſelanlage bei weitem nicht mehr der unangenehme und gefährliche Nachbar iſt wie früher. Nachdem Watt bei ſeinen Dampfkeſſeln zuerſt die Kofferform, (hierbei war der Boden flach und die übrigen Flächen waren gekrümmt), angewendet hatte, ging man alsbald dazu über, dem Dampferzeuger eine cylindriſche, walzenförmige Geſtalt zu geben. Fig. 75 bis 78 geben einen Einblick in die Anordnung und die Einrichtung eines modernen Dampfkeſſels. 103Die Dampfmaſchinen.
Compound-Lokomobile von Wolf.
Wie aus dem Querſchnitt und dem Längenſchnitt zu erſehen, durch - ziehen den Dampfkeſſel zwei cylindriſche Rohre, welche ringsum von dem in dem Keſſel enthaltenen Waſſer umgeben ſind. In jedem dieſer Rohre iſt am vorderen Ende ein Roſt angebracht, auf welchem von dem Heizer das Feuer unterhalten wird. Die Flammen ſtreichen von der Feuerung nach vorn in der Richtung der Pfeile, ziehen dann weiter nach unten, ſtreichen an der unteren Fläche des Keſſels wiederum nach vorn und ziehen ſchließlich oberhalb des Keſſels nach hinten zum104Die Motoren.
bis 78. Doppelflammrohrkeſſel.
Schornſtein ab. Der ſich bildende Dampf ſteigt in den ſogenannten Dom über; es iſt dieſes ein auf dem Keſſel angebrachter Aufſatz, welcher dazu dient, den Dampf zu ſammeln und dieſem Gelegenheit zu geben, etwa beim Kochen mitgeriſſenes Waſſer fallen zu laſſen. An dem Dome iſt ein Sicherheitsventil (Fig. 79) angebracht, welches durch ein an einem Hebel befindliches Gewicht geſchloſſen gehalten wird. Überſteigt der105Die Dampfmaſchinen.
Sicherheitsventil.
Dampfdruck einen gewiſſen Betrag, ſo hebt er das Ventil, und es kann nunmehr der Dampf ins Freie entweichen. Dieſe Sicherheitsventile ſpielen eine große Rolle bei der Verhütung der Dampfkeſſelexploſionen. Dieſelben müſſen ſtets auf das Sorgfältigſte imſtande gehalten werden, damit der Dampf rechtzeitig entweichen kann. Neuerdings hat man die Gewichte der Sicherheitsventile vielfach durch Spiralfedern, welche das Ventil niederdrücken, erſetzt.
An der Vorderſeite des Keſſels iſt eine Vorrichtung, der ſogenannte Waſſerſtandszeiger angebracht; hier kann der Keſſelheizer jederzeit erſehen, wie hoch das Waſſer im Innern des Keſſels ſteht. Das Weſentliche dieſes Apparates beſteht darin, daß derſelbe mit einer oder zwei Glas - röhren verſehen iſt, in welchen nach dem Geſetze von den kommuni - zierenden Gefäßen das Waſſer dieſelbe Höhenlage einnimmt als im Innern des Keſſels. Zur Beurteilung des im Keſſel herrſchenden Druckes dienen die Manometer. Im Innern eines ſolchen Manometers liegt eine unter der Wirkung des Dampfes ſich ausdehnende Metall - feder; die Formveränderung, welche dieſe Feder unter dem Dampfdruck erleidet, wird auf einen Zeiger übertragen, welcher auf einer Skala den Druck in Atmoſphären oder Kilogrammen pro Quadratzentimeter an giebt.
Eine große Wichtigkeit für die Sicherheit des Betriebes wohnt denjenigen Vorrichtungen bei, welche dazu dienen, die Keſſelſpeiſung zu bewirken, d. h. das Waſſer in den Keſſel einzuführen. In früheren Zeiten bediente man ſich hierzu der Pumpen, welche der Keſſelheizer ſehr häufig direkt mit der Hand betrieb. Später verwendete man beſondere Dampfpumpen. In der neueren Zeit iſt man faſt all - gemein dazu übergegangen, die Speiſung der Keſſel durch Injektoren, eine aus dem Jahre 1856 ſtammende Erfindung des Franzoſen Giffard, zu bewirken. Das Weſentliche der Injektoren beſteht darin, daß ſie das Waſſer mit Hülfe von Dampfdruck in den Keſſel hinein -106Die Motoren.ſaugen. Aus Fig. 80 iſt die nähere Einrichtung eines Giffardſchen Injektors zu erſehen. Bei a tritt Keſſeldampf ein und reißt durch den Rohranſatz b das Waſſer mit ſich und führt dieſes durch die Bohrung c
Injektor von Giffard.
in den Keſſel hinein. Das überſchüſſige Waſſer fließt durch das ſogenannte Schlabberrohr d ab. Fig. 81 ſtellt einen Injektor modernſter Konſtruktion, den Körtingſchen Univerſal-Injektor, dar; derſelbe iſt imſtande, kaltes Waſſer bis auf 6,5 m zu ſaugen. Die Wirkungs - weiſe iſt folgende: Iſt die links befindliche Düſe D durch das Ventil V geſchloſſen, die rechts befindliche Düſe D' aber ge - öffnet, ſo daß der bei H eintretende Keſſel - dampf in die Kammer M' überſtrömen und von hier durch den geöffneten Hahn L austreten kann, ſo wird bei I kein Waſſer angeſaugt, d. h. der Injektor iſt außer
Univerſal-Injektor von Körting.
Betrieb. Wird dagegen durch einen außen angebrachten Griff der Doppelhebel OO 'von links nach rechts verdreht, ſo wird die Düſe links durch Lüftung des Ventiles V geöffnet, dagegen die rechts gelegene Düſe durch Niederdrücken des Ventiles V' geſchloſſen. Es ſtrömt infolge deſſen nunmehr der Dampf durch die Düſe links in die Kammer N, ſaugt durch I Waſſer an und tritt, da Hahn L zugleich mit der Bewegung des Doppelhebels OO 'geſchloſſen wurde, durch die Düſe F' in die Kammer M' über. Hier öffnen der Dampf und das mitgeriſſene Waſſer das Ventil C und ſtrömen vereint bei K in den Dampfkeſſel ein.
Die Zahl der auf dem Gebiete des Dampfkeſſelbaues gemachten Neuerungen iſt Legion. Sie alle ſtreben danach, eine thunlichſt hohe Ökonomie und Sicherheit des Betriebes zu erreichen.
Eine der weſentlichſten dieſer Neuerungen ſind die ſogenannten Waſſerrohrkeſſel. Als Beiſpiel bringen wir den in Fig. 82 im Schnitt dargeſtellten Dampfkeſſel, Syſtem Heine. Im Gegenſatze zu dem in Fig. 75 — 78 abgebildeten Walzenkeſſel mit zwei inneren Flammrohren107Die Dampfmaſchinen.
Heines Waſſerrohrkeſſel.
beſteht der Heineſche Keſſel aus einem oberen, zugleich als Dampf - ſammler dienenden Oberkeſſel und aus zahlreichen, von den Feuergaſen umſpülten, unterhalb jenes Oberkeſſels angeordneten Waſſerrohren. Dieſes untere Röhrenſyſtem iſt ſtets mit Waſſer angefüllt. Die Dampf - bildung beginnt in dem vorderen Teile der Waſſerröhren, und von hier aus ſteigen die ſich bildenden Dampfbläschen durch die über der Feuerung liegenden Waſſerkammern nach oben.
Die Waſſerröhrenkeſſel nehmen im Verhältnis zu den Walzen - keſſeln bei gleicher Dampfentwicklung einen kleinen Raum ein und zeichnen ſich durch eine ſehr raſche Verdampfung aus.
Einen hervorragenden Rang unter den Dampfkeſſeln nehmen die Keſſel der Lokomotiven ein. Da dieſelben gerade für die Entwickelung des Lokomotiv - und des Eiſenbahnweſens eine hervorragende Rolle ge - ſpielt haben, ſo werden dieſelben bei der Beſprechung der Konſtruktion der Lokomotive eingehende Erläuterung finden. Es möge jedoch hier noch darauf hingewieſen werden, daß dieſelben in kleinerem Maßſtabe auch bei den Lokomobilen Anwendung finden.
Von einer großen Wichtigkeit für den rationellen Betrieb der Dampfkeſſel iſt die Feuerungseinrichtung derſelben. In Fig. 83 iſt eine ſogenannte Innenfeuerung für Dampfkeſſel dargeſtellt. Bei dieſer wird das Brennmaterial durch die Feuerthür f auf die Roſtſtäbe e e geworfen, verbrennt in dem Feuerraum und läßt dann ſeine Ver - brennungsgaſe über die Feuerbrücke c in das Flammrohr d über -108Die Motoren.
Innenfeuerung für einen Flammrohrkeſſel.
Treppenroſt.
109Die Gas-Motoren.treten. Die erforderliche Verbrennungsluft tritt entweder durch die Feuerthür f oder durch den Aſchenfall b in den Feuerraum a hinein.
Handelt es ſich um die Verbrennung von pulverförmigem oder feinkörnigem Brennmaterial, wie z. B. Braunkohle, ſo bedient man ſich des in Fig. 84 dargeſtellten Treppenroſtes. Bei dieſem wird das Brennmaterial in den Trichter d eingefüllt und ſinkt von hier aus auf dem ſchräg abwärts gerichteten Roſte a hinab, hierbei allmählich verbrennend. Zur Entfernung der Aſche und der Schlacken dient der Schieber f. e iſt ein kleiner Feuerroſt, auf welchem die völlige Ver - brennung des auf a hinabrutſchenden Brennſtoffes ſich vollzieht. Die Feuergaſe ziehen bei h zu dem Dampfkeſſel ab.
Das Verdienſt, zuerſt die Exploſion des Leuchtgaſes zur Erzeugung motoriſcher Kraft ausgenutzt und eine auf dieſem Prinzipe beruhende Kraftmaſchine gebaut zu haben, gebührt, wenn man von den das Stadium der Verſuche nicht überſchreitenden Maſchinen von Brown, Weight, Bar - ſanti u. A. abſieht, dem Franzoſen Lenoir. Die Gaskraftmaſchine jedoch auf die heutige Vervollkommung gebracht und dieſelbe überhaupt derartig geſtaltet zu haben, daß ſie in einen erfolgreichen Wettkampf mit den bisher bekannten Motoren einzutreten vermochte, gebührt Nicolaus Auguſt Otto, geboren im Jahre 1832 zu Holzhauſen in Naſſau. Was James Watt für die Dampfmaſchine, das hat Otto der Gasmaſchine geleiſtet.
Miſcht man Leuchtgas mit atmoſphäriſcher Luft, ſo explodiert dieſes Gemiſch, ſobald es entzündet wird, eine Folge des Umſtandes, daß die beiden bisher nur mechaniſch mit einander gemengten Körper, dank der ihnen inne wohnenden chemiſchen Verwandtſchaft, ſich zu einem einzigen Körper unter erheblicher Entwickelung von Kraft vereinigen.
Merkwürdigerweiſe gehörte der eigentliche Vater der Gasmaſchine, Nicolaus Auguſt Otto, gleich James Watt dem Kaufmannsſtande an, war alſo weder im Beſitz einer entſprechenden Vorbildung, noch hatte er früher Anregung gefunden, ſich mit Problemen der praktiſchen Mechanik zu befaſſen. Als jedoch im Jahre 1861 ſich die Kunde von Lenoirs Entdeckung über die civiliſierte Welt verbreitete, da fühlte ſich Otto durch dieſelbe ſo mächtig angeregt, daß er von Stund’ ab, mit eiſerner Energie und Zähigkeit an ſeinem Streben feſthielt, in der Gas - maſchine eine ebenbürtige Rivalin der damals noch allmächtigen Dampf - maſchine zu ſchaffen. Die gleiche Anregung hatten durch Lenoirs Maſchine noch viele andere Sterbliche empfangen, aber keinem derſelben war es110Die Motoren.beſchieden, die Löſung der geſtellten Aufgabe zu finden, außer unſerem, leider viel zu früh verſtorbenen Landsmann Otto.
Allerdings ließ auch bei dieſem der Erfolg lange auf ſich warten; eine lange Kette von Verſuchen, Mißerfolgen und Enttäuſchungen war die nächſte Frucht ſeiner angeſtrengten Thätigkeit.
Es war in den Jahren 1861 / 62, als in der Werkſtatt des Mechanikers Zons zu Köln die erſte Ottoſche Gaskraftmaſchine das Licht der Welt erblickte. Dieſelbe beſaß vier Cylinder, in deren jedem ſich zwei Kolben befanden. Die Mängel, welche dieſer Maſchine noch anhafteten, waren ſo ſchwerwiegende, daß die mit derſelben gemachten Erfahrungen ſich ſehr entmutigend geſtalten mußten.
Es war ein glücklicher Zufall, welcher in dieſer Zeit der Hoffnungs - loſigkeit den mit reichem Erfinderſinn und hohem Konſtruktionstalent begabten Otto mit dem wiſſenſchaftlich durchgebildeten Ingenieur Eugen Langen zuſammenführte. Dem vereinten Wirken dieſer beiden ſeltenen Männer verdankt die Welt das Geſchenk einer neuen Kraft - quelle, ohne welche wir uns die heutige Induſtrie und Technik kaum noch vorzuſtellen vermögen.
Die erſte Frucht der gemeinſamen am 30. September 1864 beginnen - den Thätigkeit Ottos und Langens war eine atmoſphäriſche Gaskraft - maſchine. Otto hatte im Laufe ſeiner Verſuche die Überzeugung ge - wonnen, daß es unmöglich ſei, eine direkt wirkende Gasmaſchine zu konſtruieren, da die Stöße und Erſchütterungen, welche hierbei auftraten, die Maſchine alsbald außer Betrieb ſetzten. Infolge deſſen gingen Otto und Langen dazu über, eine Gaskraftmaſchine zu konſtruieren, welche nach ihrer Konſtruktion und Wirkungsweiſe gewiſſermaßen ein Gegenſtück bildet zu der Newcomenſchen Dampfmaſchine. Ebenſo wie bei dieſer fiel die eigentliche Aufgabe des Antriebes der äußeren atmo - ſphäriſchen Luft zu, welche ihre Wirkung auf einen in einem Cylinder auf - und abbeweglichen Kolben äußern konnte, nachdem unterhalb des letzteren durch die Exploſion des Gasgemiſches ein luftleerer Raum erzeugt war. Der Kolben wird bei dieſer Exploſion, ohne daß er irgend welche Arbeit auf das Schwungrad überträgt, in dem Cylinder emporgeſchleudert und in dieſer Lage wird die Schwungradwelle durch eine äußerſt ſinnreiche Vorrichtung, die ſogenannte Langenſche Kuppelung, verkuppelt um hierauf durch den Überdruck der Atmoſphäre wieder abwärts gedrückt zu werden. Dieſe ſogenannte atmoſphäriſche Gaskraft - maſchine ſtellten Otto und Langen auf der Pariſer Weltausſtellung im Jahre 1867 aus.
Zu jener Zeit waren auch die Franzoſen nicht müßig geweſen in der weiteren Ausbildung des von Lenoir angegebenen neuen Prinzipes der motoriſchen Kraftentfaltung. So glänzte auf jener Ausſtellung die Compagnie Lenoir durch eine große Zahl faſt geräuſchlos arbeitender Gasmotoren und auch der hervorragende franzöſiſche Konſtrukteur Hugon hatte durch eine geringe Waſſereinſpritzung eine weſentliche111Die Gas-Motoren.Verbeſſerung der Lenoir-Maſchine bewirkt. Dieſer gegenüber trat die Otto-Langenſche Maſchine mit ihren ſtarke Detonationen verurſachenden Exploſionen in den Augen der Mehrzahl der Jury weſentlich zurück. Dem energiſchen Auftreten des deutſchen Mitgliedes der Preisjury, dem Geh. Rath Profeſſor Reuleaux, gelang es jedoch hierin einen völligen Umſchwung herbeizuführen, indem er es durchſetzte, daß bei der Preis - erteilung lediglich eine Prüfung auf Leiſtung und Gasverbrauch als maßgebend hingeſtellt wurde. Dieſe Prüfung wurde dem bekannten Direktor des Conservatoire des Arts et Métiers, Tresca, übertragen. Hier ſtellte ſich denn zu größtem Erſtaunen der Mehrzahl der Jury Folgendes heraus: der Gasverbrauch zeigte bei ein und derſelben Leiſtung bei den drei Gasmaſchinen von Lenoir, Hugon und Otto - Langen ein Verhältnis von 10: 6: 4. Auf grund deſſen erhielt ſodann letztere den wohlverdienten erſten Preis.
Nunmehr war das Eis gebrochen. Im Jahre 1869 wurde die Otto-Langenſche Fabrik wegen der erforderlichen Vergrößerungen von Köln nach Deutz verlegt und im Jahre 1871 bildete ſich zu deren weiterem Betriebe die Gasmotoren-Fabrik Deutz in Köln-Deutz. Insgeſamt wurden 5000 Stück der atmoſphäriſchen Gaskraftmaſchinen gebaut und zwar in Größen von ¼ bis 3 Pferdekräften. Jedoch der bisher erzielte reiche Erfolg ließ Otto nicht raſten. Es waren in erſter Linie zwei Umſtände, welche denſelben veranlaßten, an der weiteren Vervollkommnung ſeines Motors weiterzuarbeiten: zunächſt war es das unangenehme Geräuſch der Exploſionen, das eine Verwendung des
Ottos neuer Motor (liegende Anordnung).
112Die Motoren.Motors in bewohnten Häuſern unmöglich machte; dann aber war es die geringe Leiſtung von höchſtens 3 Pferdeſtärken, welche ſeiner Ver - breitung als unüberwindliches Hindernis im Wege ſtand. Das Ergebnis der weiteren Bemühungen Ottos war die in Fig. 85 dargeſtellte, unter dem Namen „ Ottos neuer Motor “bekannte Maſchine. Hierbei führte Otto zum erſten Male den ſogenannten Viertakt ein, d. h. es kommt bei
Steuerung von Ottos neuem Motor.
113Die Gas - und Petroleum-Motoren.dieſem Motor auf je zwei Umdrehungen des Schwungrades eine Exploſion. Die Viertaktmotoren, welche, inzwiſchen mit beſonderen Abänderungen auch von anderen hervorragenden Maſchinenfabriken gebaut werden, ſtehen im Gegenſatze zu den ſogenannten Zweitakt - motoren, bei denen auf jede einzelne Umdrehung des Schwungrades eine Exploſion entfällt. Letztere ſind jedoch bei weitem weniger verbreitet.
Die Wirkungsweiſe des neuen Ottoſchen Motors beruht auf folgenden vier auf einander folgenden Phaſen des Arbeitsganges:
Zur Ermöglichung dieſes Arbeitsganges, bei welchem das Schwung - rad während der Perioden I, II und IV die Bewegung des Kolbens zu bewirken hat, dient ein an der Hinterſeite des Cylinders angeordneter
Zündvorrichtung von Ottos neuem Motor
Schieber mit Zündvorrichtung, welcher durch eine mit der Längsachſe des Motors parallel liegende Steuerungswelle, die ihren Antrieb von der Schwungradwelle durch Kegelräder empfängt, in Thätigkeit geſetzt wird. Das Buch der Erfindungen. 8114Die Motoren.Dieſer Schieber F iſt nebſt der Zündvorrichtung in den Fig. 86 — 87 in größerem Maßſtabe im Schnitt dargeſtellt und hat folgende Ein - richtung. Durch die Öffnung k kann in der in Fig. 86 gezeichneten Lage atmoſphäriſche Luft und durch die Bohrung g und Schlitz d zugleich Gas in den Kanal r und von hier aus in den Motorcylinder C über - treten. Hat der Kolben dieſes Gemiſch in den Cylinder C eingeſaugt, ſo ſchließt der Schieber F den Cylinder C ab, ſodaß nunmehr das Gemiſch nicht wieder aus demſelben hinaustreten kann und beim Rückgange des Kolbens komprimiert wird. Hierauf wird das kompri - mierte Gemiſch von Luft und Gas durch die aus Fig. 87 erſichtliche Gasflamme b entzündet, und es erfolgt die Exploſion, welche den Kolben wieder nach vorwärts treibt. Beim Rückwärtsgange des Kolbens
Ottos neuer Motor (ſtehende Anordnung).
werden ſodann die Verbrennungs - und Exploſions-Gaſe aus dem Cylinder hinausgetrieben, worauf das Spiel mit dem Eintritte von Luft und Gas von Neuem beginnt.
In Fig. 88 iſt der neue Ottoſche Motor in ſtehender Anordnung dar - geſtellt. Um denſelben auch an ſolchen Orten aufſtellen zu können, an welchen eine Gasanſtalt nicht vorhanden iſt, wird für denſelben noch ein beſonderer Gaserzeuger, wie derſelbe in Fig. 89 dargeſtellt iſt, gebaut. Das Gas wird er - halten, indem man einen Strom atmoſphäriſcher Luft mittels eines Strahles überhitzten Waſſerdampfes durch eine in dem Gasgenerator c befindliche glühende Säule von Brennmaterial hindurchbläſt und die abziehenden Produkte in dem ſogenannten Scrubber oder Waſch - apparat d reinigt und hierauf in den Gasbehälter e überführt. Der er - forderliche überhitzte Dampf wird in dem kleinen Dampfkeſſel a erzeugt und durch den Injektor b in den Gasgenerator c eingeblaſen. Be - ſonders iſt hier noch zu betonen, daß die Erzeugung des Gaſes ſelbſtthätig erfolgt und zwar je nachdem mehr oder weniger Gas verbraucht wird. Dieſes geſchieht in der Weiſe, daß der Dampfzutritt zu dem Injector b durch die Gasbehälterglocke e, ſobald dieſe ihre höchſte Stellung erreicht hat, alſo vollſtändig gefüllt115Die Gas - und Petroleum-Motoren.
Ottos Gasgenerator.
iſt, geſchloſſen wird, infolge deſſen die Gaserzeugung aufhört. Für die Verbreitung, welcher ſich die Motoren der Fabrik Deutz erfreuen, möge als Beweis dienen, daß deren etwa 38000 mit mehr als 150000 Pferde - kräften ſich im Betriebe befinden. Gegenwärtig werden dort Gasmotoren bis zu 125 Pferdeſtärken gebaut.
In der neueren Zeit haben ſich auch andere hervorragende Ma - ſchinenbauanſtalten dem Bau von Gasmotoren gewidmet.
In Fig. 90 bringen wir einen Gasmotor nach Kaſelowskys Syſtem, erbaut von der Berliner Maſchinenbau-Aktien-Geſellſchaft, vor - mals L. Schwartzkopff in Berlin. Derſelbe iſt wie der vorhin be - ſchriebene, ein Viertaktmotor und unterſcheidet ſich von dieſem im weſent -8*116Die Motoren.
Gasmotor nach Kaſelowskys Syſtem.
lichen durch die Art der Zün - dung. Letztere wird nicht, wie bei dem Ottoſchen Motor durch eine im erforderlichen Zeit - punkte zur Wirkung gebrachte Flamme bewirkt, ſondern durch eine Präziſions-Glühzündung. Dieſelbe beſteht, wie aus Fig. 91 und 92 zu erſehen iſt, aus den beiden ein Gemiſch von Luft und Gas in den Cylinder einfüh - renden Ventilen c und d, ſowie aus dem, durch eine Flamme b zum Glühen gebrachten Röhr - chen a. Die Zündung wird ge - nau zu der Zeit bewirkt, in welchem der Kolben im toten Punkte ſich befindet, und zwar indem mittels einer von der Haupt - welle aus bethätigten Hebelanordnung das Ventil c (Fig. 92) ſo geöffnet wird, daß das Gasgemiſch an der glühenden Wandung des Röhrchens a ſich entzündet. Damit dieſe Zündung unter allen Um - ſtänden pünktlich ſich vollziehe, wird während der Saugperiode durch das Ventil d und Kanal e Luft und Gas in den Cylinder f eingeführt, während das eigentliche, weniger Gas enthaltende Exploſionsgemiſch durch ein beſonderes Hauptgasventil herzugeführt wird.
In Fig. 93 bringen wir ſchließlich noch die Abbildung eines Zweitaktmotors, nämlich desjenigen von Benz & Co. in Mannheim. Wie bereits dargelegt worden iſt, müſſen bei den Zweitaktmotoren die vier erforderlichen Perioden ſich ſtatt bei zwei Schwungradum - drehungen bei einer einzigen vollziehen. Die Folge hiervon iſt, daß der Cylinder nicht wie bei den Viertaktmotoren an einer Seite offen ſein kann, ſondern hinten ſowohl wie vorn geſchloſſen ſein muß. Die Gasmotoren, Syſtem Benz, haben entweder eine Flammenzündung nach Art der Ottoſchen, oder eine elektriſche Zündung. Bei der letzteren wird vom Schwungrade aus eine kleine Dynamomaſchine angetrieben. Der durch dieſe erzeugte Strom wird durch einen Induktionsapparat auf eine hohe Spannung gebracht, wobei beide Pole der Induktions - ſpule für gewöhnlich Kurzſchluß haben. Dieſer wird, wenn die Zündung erfolgen ſoll, aufgehoben und es ſpringen alsdann zwiſchen den ſeitlich in den Cylinder geführten Platinſpitzen Funken über und bringen die Zündung hervor.
Die Benutzung eines Gasmotors iſt ſtets davon abhängig, ob an dem Orte der Aufſtellung der Anſchluß an eine Gasleitung möglich iſt. 117Die Petroleum - und Benzin-Motoren
und 92. Präciſtons-Glühzündung für den Gasmotor nach Kaſelowskys Syſtem.
Wo dieſes nicht der Fall iſt, muß die Verwendung des Gasmotors unterbleiben oder aber man muß ſich dazu entſchließen, für den Motor118Die Motoren.eine eigene kleine Gasanſtalt zu errichten. Nach dieſem letzten Geſichts - punkte iſt der in Fig. 89 dargeſtellte Apparat der Gasmotorenfabrik Deutz ausgeführt.
Das Streben nach einem Motor, welcher unabhängig iſt von dem Vorhandenſein einer Gasanſtalt, hat die Petroleum - und Benzin - Motoren ins Leben gerufen. Der weſentliche Unterſchied zwiſchen
Zweitaktmotor (Syſtem Benz).
119Die Petroleum - und Benzin-Motoren.dieſen und den Gasmotoren beſteht darin, daß nicht explodierendes Leuchtgas ſondern explodierendes Petroleum - oder Benzin-Gas als Triebkraft Verwendung findet. Dieſe Gattung von Motoren hat binnen kurzem insbeſondere auf dem Gebiete des Kleingewerbes eine weite Verbreitung gefunden.
Das Petroleum, ein Mineralöl, findet ſich an vielen Stellen der Erde, insbeſondere in den allgemein bekannten Ölgegenden Penſylvaniens in Nord-Amerika und in Baku am kaſpiſchen Meere. Dasſelbe iſt ein Gemenge von
Das Petroleum, wie es aus dem Innern der Erde entſpringt, iſt nicht ohne weiteres verwendbar, ſondern muß zunächſt mittels Waſſer - dampfes deſtilliert werden. Im Laufe dieſes Prozeſſes ſcheiden ſich zunächſt diejenigen Beſtandteile aus, welche ein geringeres ſpezifiſches Gewicht beſitzen als 0,78 und einen ungefähr bei 150° liegenden Siede - punkt haben. Das übrige Petroleum wird alsdann noch einer weiteren Reinigung durch konzentrierte Schwefelſäure, Waſſer und Atznatronlauge unterzogen, hierauf noch gebleicht und gelangt ſo als das gewöhnliche, mit dem Namen Petroleum bezeichnete Leuchtmaterial in den Handel. Dasſelbe läßt ſich leicht verdampfen und zeigt in dieſem Zuſtande mit atmoſphäriſcher Luft gemiſcht bei Entzündung die Eigenſchaft, heftig zu explodieren.
In Fig. 94 iſt zunächſt ein liegender Petroleum-Motor, Syſtem Altmann-Küppermann dargeſtellt. Derſelbe iſt ein Viertaktmotor, d. h. es erfolgt nur eine einzige Exploſion, während der Kolben viermal von dem einen Ende des Cylinders zum andern ſich bewegt. Der Vorgang iſt bei dieſer Maſchine der gleiche wie bei der Gasmaſchine. Das in Dampfform übergeführte Petroleum wird nämlich mit Luft gemiſcht und von dem Kolben in den Cylinder hineingeſaugt, hierauf komprimiert und dann entzündet, worauf ſchließlich die Verbrennungsgaſe aus dem Cylinder hinausgetrieben werden. Da nur während der Exploſion eine Bewegung des Kolbens durch die Expanſionskraft des Petroleum - gaſes erfolgt, ſo muß während der übrigen Perioden die Maſchine durch das Schwungrad bewegt werden. Infolge deſſen müſſen dieſe Maſchinen, wie die Gasmotoren mit großen, ſchweren Schwungrädern ausgerüſtet werden und eine große Umdrehungszahl zurücklegen, d. h. mit großer Geſchwindigkeit laufen. Der in Fig. 94 dargeſtellte Petroleum - motor, Syſtem Altmann-Küppermann, wird übrigens auch in ſtehender Anordnung ausgeführt.
Auch auf dem Gebiete des Baues der Petroleummotore iſt der Wett - bewerb der Maſchinenfabriken ein ſehr reger. So zeigt Fig. 95 einen von der Berliner Maſchinenbau-Aktien-Geſellſchaft, vormals L. Schwartz - kopff, in Berlin gebauten Petroleummotor, Syſtem Kaſelowsky. Wie120Die Motoren.aus jener Abbildung zu erſehen iſt, befindet ſich auf dem Cylinder der Maſchine ein Petroleumbehälter B, welcher zur Erkennung der in dem - ſelben enthaltenen Ölmenge einen Schwimmer R beſitzt. Aus dem Be - hälter B tritt das Petroleum durch ein Röhrchen in das Gefäß C über. Von hier aus wird dann das Petroleum durch eine Luftpumpe H im Verein mit Luft in zerſtäubtem Zuſtande in den Verdampfer oder Ver -
Liegender Petroleum-Motor (Syſtem Altmann-Küppermann).
121Die Petroleum - und Benzin-Motoren.gaſer A geführt. Zur Erwärmung dieſes Vergaſers A dienen die aus der Maſchine abziehenden verbrauchten heißen Gaſe. Aus dem Ver - gaſer A wird das Petroleumgas durch das Rohr D und außerdem noch Luft durch das Rohr F in den Miſchapparat E geleitet, von wo aus
Petroleummotor (Syſtem Kaſelowsky).
dann dieſes Gemiſch von Petroleumgas und Luft durch ein Einlaß - ventil in den Cylinder tritt, um hier durch eine Zündvorrichtung N zur Exploſion gebracht zu werden. Mit L iſt eine Reguliervorrichtung be - zeichnet, welche bewirkt, daß bei allzu hoher Umdrehungsgeſchwindigkeit der Schwungradwelle, eine Exploſion ausfällt, wodurch ſich dann der Gang der Maſchine verlangſamt und auf die gewünſchte Schnellig - keit ſinkt.
Außer dem Petroleum hat man auch das weit entzündlichere und daher auch gefährlichere Benzin zum Betriebe kleiner Motoren ver - wendet. Ein ſolcher Benzinmotor, welcher im Weſentlichen nach den gleichen Konſtruktionsprinzipien eingerichtet iſt, wie die Petroleummotoren, iſt in Fig. 96 nach einer Ausführung von Benz & Co. in Mannheim dargeſtellt.
122Die Motoren.Benzinmotor von Benz.
So haben wir vorſtehend in großen Zügen den Standpunkt der Motoren, wie er ſich aus der Vergangenheit bis zur Gegenwart ent - wickelt hat, in großen Umriſſen dargelegt. Täglich, ſtündlich wächſt das Bedürfnis des menſchlichen Geſchlechtes nach motoriſcher Kraft. In gleichem Maße aber nehmen die natürlichen Kraftquellen, welche aus unſern Steinkohlenlagern entſpringen und die Mehrzahl der erforderlichen Pferdekräfte leiſten, ab. Mit Recht muß daher das Streben aller der - jenigen, welche nicht nur von heute bis morgen denken und nicht nach dem Grundſatze „ après nous le déluge “leben, darauf gerichtet ſein, die vorhandenen Kraftquellen nicht nur thunlichſt auszunutzen, ſondern auch durch neue zu erſetzen.
Sehen wir von der in der Fluthwelle der Meere aufgeſpeicherten Energie ab, zu deren Ausnutzung ebenfalls bereits Schritte gethan ſind, die aber über das Verſuchsſtadium kaum hinaus gegangen ſind, ſo wird ſich bei dem allmählichen Verſiegen der Steinkohlenflötze der Menſch vorausſichtlich wieder mehr der Ausnutzung der Gefälle der Ströme zuwenden müſſen.
In der That vermag uns ſchon das eine Faktum eine große Be - ruhigung nach dieſer Richtung zu verleihen, daß nach Reuleaux allein der Niagarafall eine Arbeitsfähigkeit von 12500000 Pferdekräfte in ſich birgt, welche, nur zur Hälfte ausgenutzt, imſtande ſein würden, 5 / 16 der Leiſtungen der ſämtlichen Dampfmaſchinen der Erde bei Tag - und Nachtarbeit zu erſetzen.
Bis dahin aber, wo das Verſiegen der Kohlenlager in abſehbarer Zeit uns näher tritt, wird die Technik in gleicher Weiſe wie bisher, ihr ganzes Streben dafür einſetzen, daß die Konſtruktion und der Betrieb der Motoren ſich immer rationeller und ſparſamer geſtaltet, und daß der Verſchwendung der Wärme ſpendenden Stoffe erfolgreich entgegen - getreten wird. Die Geſchichte der Motoren iſt die Geſchichte fortgeſetzter Siege des menſchlichen Geiſtes über die Elemente.
Keine Natur-Erſcheinung hat von jeher auf das Gemüt des Menſchen dermaßen eingewirkt, wie das Gewitter. Plötzlich — im Vergleich zu anderen Erſcheinungen — entwickelt es ſich, mit Ungeſtüm vernichtet es, was die fleißige Hand des Menſchen in langen Zeit - räumen ſchuf und ſchaffte, und macht nicht halt vor dem Lebenden ſelbſt. 124Die elektriſchen Erfindungen.Was Wunder, wenn die grelle Farbe zuckender Blitze, das gewaltige Poltern rollenden Donners überall und immer den Schrecken in die Gemüter der aus ihrer Ruhe jäh emporgeſcheuchten Erdenkinder trugen. Die Natur des Menſchengeiſtes aber iſt allüberall dieſelbe, und auf wie verſchiedener Kulturſtufe der Europäer und der Bewohner Inner - Afrikas ſtehen mögen, das Suchen nach Urſachen für die Erſcheinungen iſt ihnen gemeinſam. Dieſen befriedigt es, den erſten beſten Fetiſch als die Urſache des Schreckens anzuſehen; ihn zu beſänftigen gilt ihm als das erfolgreichſte Mittel zur Abwendung der Gefahr. Als die europäiſche Menſchheit noch in den Kinderſchuhen der Naturauffaſſung ſteckte, da war ihnen das Schütteln des Hauptes des Gerndonnerers Zeus die genügende Veranlaſſung des Donners; die Blitze zückte er mit der ausgeſtreckten Rechten. Solchen naiven Auffaſſungen entwächſt die Wiſſenſchaft erſt dann ganz und gar, wenn ſie ſich auf den Boden des Experimentes ſtellt, und nicht eher konnte daher eine befriedigende Gewittertheorie aufgeſtellt werden, bis es gelang, ein ſolches mit allen ſeinen Begleiterſcheinungen wirklich hervorzuzaubern. Ein wirk - ſames Schutzmittel gegen die Fährlichkeiten des Gewitters aber konnte natürlich auch erſt erdacht werden, als man ſich über die Natur des Phänomens im Klaren war. Der erſte, der den Weg des Verſuches betrat, war Benjamin Franklin. Zwar hatten andere bereits vor ihm das als Vermutung ausgeſprochen, was Franklin experimentell be - gründete, aber das Verdienſt dieſes wird dadurch in nichts geſchmälert. So hatte Wall 1698 beobachtet, daß man durch Reiben eines Stückes Bernſtein eine ſtarke Lichtentwickelung erhalten könne, daß nämlich von dem Bernſtein auf einen genäherten Finger ein Funke hinüberfährt, und daß man auch gleichzeitig ein Kniſtern oder Geräuſch vernimmt. Hieran hatte er die Bemerkung geknüpft: „ Das Licht und das Kniſtern ſcheint einigermaßen Blitz und Donner darzuſtellen. “ Nun iſt der griechiſche Name des Bernſteins Elektron, und jene Erſcheinung, die im Zuſammenhange mit noch andern zuerſt an dieſem Material be - obachtet wurde, wird daher als eine elektriſche bezeichnet. Somit hatte Wall zuerſt die elektriſche Natur des Gewitters vermutet. Wir wollen dieſe am Bernſtein auftretenden Phänomene ganz kurz erläutern; das wird uns dazu dienen, Franklins Verſuche genauer zu verſtehen.
Reibt man ein Stück dieſes koſtbaren Harzes mit einem Tuche, ſo gewinnt es dadurch die Fähigkeit, leichte Körperchen an ſich heran zu ziehen. Aber die Umarmung dauert nicht eben lange. Nach kurzer Friſt werden die Teilchen mit derſelben Heftigkeit fortgeſtoßen, mit der ſie vorher gegen den Bernſtein hingezogen wurden. Das iſt nun keine Eigentümlichkeit des Bernſteins allein. Er teilt dieſelbe mit anderen Harzen, z. B. dem Hartgummi und dem Siegellack, und auch manche Glasart nimmt beim Reiben jene Anziehungskraft an. Man ſagt deshalb, daß alle dieſe Körper beim Reiben elektriſch werden. Es hat ſich aber herausgeſtellt, daß jenes Körperchen, nachdem es einmal von125Die Erfindung des Blitzableiters.dem Bernſtein lieblos beiſeite geſchoben wurde, auch von einer geriebenen Siegellack - oder Hartgummiſtange nicht ſofort angezogen wird, deſto freundlicher wird es dagegen von der geriebenen Glasſtange auf - genommen, um freilich wieder nach kurzer Zeit davon geſtoßen zu werden. Jetzt erſt findet es auf kurze Zeit bei den Harzſtangen die ihm früher verſagte liebevolle Aufnahme. Alle dieſe Erſcheinungen — ſo ſonderbar ſie ſich zuerſt ausnehmen mögen — erfahren eine einfache Erklärung, wenn man die folgende Anſicht, welche Symmer 1759 aufgeſtellt hat, zu Grunde legt. Durch das Reiben werden ſowohl die Harzſtücke wie die Glasſtangen in einen elektriſchen Zuſtand verſetzt. Aber die Zuſtände ſind doch von einander ſehr verſchieden, ſo daß man den einen den harzelektriſchen, den andern den glaselektriſchen nennen könnte. Die Urſache dieſer Zuſtände geht uns hier nichts weiter an; man hat auch erſt in allerneueſter Zeit eine klare Einſicht in das wahre Weſen derſelben erlangt. Für uns genügt es anzunehmen, daß ein nicht näher zu beſchreibendes Etwas daran ſchuld iſt, welches man im erſten Falle die Harzelektrizität, im letzteren die Glaselektrizität nennen könnte. Man iſt übereingekommen, die letztere die poſitive und die erſtere die negative zu nennen. Nun muß man annehmen, daß die angezogenen Körperchen ſelbſt die Fähigkeit haben, etwas von der Elektrizität des elektriſchen Körpers in ſich aufzunehmen, jene teilt ſich auch dem anliegenden Körperchen mit, dasſelbe wird elektriſiert. Jedoch bleibt das Körperchen an der Harzſtange nur ſo lange Zeit liegen, als es zur Aufnahme einiger negativer Elektrizität bedarf. Wir müſſen alſo ſchließen, daß der Körper nur abgeſtoßen wird, weil er jetzt ſelbſt harzelektriſch geworden iſt. Unſer bisheriges Ergebnis würde alſo lauten: ein harzelektriſcher Körper zieht einen unelektriſchen an, ſtößt aber einen harzelektriſchen von ſich. Das wird auch dadurch beſtätigt, daß die anderen Harzſtücke jetzt den davongejagten Körper nicht auf - nehmen wollen. Da aber unſer Körperchen ſich von der geriebenen Glasſtange anziehen läßt, ſo folgt der Schluß, daß ein glaselektriſcher Körper für einen harzelektriſchen eine beſondere Vorliebe hat. Der weitere Verlauf der Erſcheinung läßt ſich ganz ebenſo deuten, und kurz heraus - geſagt iſt alles aus dem Satze verſtändlich:
Elektriſche Körper ziehen unelektriſche und ſolche mit der entgegen - geſetzten Elektrizität an, ſtoßen aber ſolche mit der gleichen Elektrizität ab.
So hätten wir eine grundſätzliche Verſchiedenheit der Körper nach ihrem elektriſchen Zuſtande erkannt, man findet eine andere Zweiteilung derſelben durch den folgenden Verſuch: Man hängt einen beliebig langen Metalldraht, der an einem Ende ein metallenes Scheibchen trägt, an zwei Seidenfäden auf, teilt einer ganz beliebigen Stelle dieſes Drahtes die Elektrizität eines geriebenen Harzſtückes oder einer Glasſtange mit, indem man ihn einfach dort mit dem elektriſchen Körper berührt und nähert der Endplatte einen kleinen Körper, am einfachſten eine Kugel von Hollundermark, die man an einem Seiden -126Die elektriſchen Erfindungen.faden hält, ſo wird dieſelbe ſogleich heftig angezogen, dann aber ebenſo heftig abgeſtoßen. Was haben wir hieraus zu ſchließen? Offenbar nichts anderes, als daß ſich die Elektrizität mit großer Geſchwindigkeit von jener Stelle aus in alle Teile des Drahtes verbreitet hat, ſo auch zu der Platte gelangte, die daher auf die Hollunderkugel anziehend und, nach Mitteilung ihrer Elektrizität an dieſelbe, abſtoßend auf ſie wirkte. Während dieſer Verſuch mit einem Metalldraht ſehr leicht auszuführen iſt, gelingt er nicht mit einem Körper von Holz, Gummi und vielen anderen Stoffen: auch wenn man davon viel, viel kleinere Stücke aus - wählt, wartet man vergeblich auf die Verbreitung der Elektrizität von der elektriſierten Stelle an bis an die Enden des Körpers. Man ſagt demnach, daß die Metalle gute Leiter für die Elektrizität ſind, während die Harze und das Glas ſich als ſchlechte Leiter verhalten. Wenn man alſo wünſcht, daß die Elektrizität, die man einem guten Leiter mitgeteilt hat, ihm möglichſt lange erhalten bleibe, ſo wird man ihn nicht mit andern guten Leitern in Verbindung bringen dürfen. Man muß ihn vielmehr iſolieren, d. h. mit ſchlechten Leitern umgeben, daher haben wir in dem vorigen Verſuche den Metalldraht an Seidenfäden hängend gedacht, weil ſolche als ſchlechte Leiter der Elektrizität ihm möglichſt wenig davon entziehen. Auf die Dauer wird übrigens kein Leiter den elektriſchen Zuſtand zu behalten fähig ſein, allmählich wird er ſelbſt gegen einen ſo ſchlechten Leiter, wie die Luft einer iſt, ſeinen elektriſchen Beſitz abtreten. Bis jetzt haben wir nur immer einerlei Elektrizität innerhalb eines Körpers nachzuweiſen vermocht, der folgende Verſuch wird uns das Vorhandenſein beider Elektrizitäten ſogar in jedem un - elektriſchen Körper beweiſen. Man nähere zwei iſolierte Leiter bis zur Berührung, am einfachſten etwa zwei große Silbermünzen, die man an Siegellackſtangen hält. Sie bilden dann offenbar während der Berührung einen einzigen Leiter. Jetzt nähere man dem einen (I) von ihnen einen elektriſchen Körper, etwa einen geriebenen Glasſtab, und trenne die beiden Leiter, während noch der elektriſche Körper in ihrer Nähe iſt, dann erſt entferne man dieſen. Man wird finden, daß jetzt beide Münzen Elektrizität enthalten und zwar (I) die Harz -, (II) die Glaselektrizität. Man nennt dieſe Erſcheinung die elektriſche Verteilung. Es iſt offenbar unmöglich, daß dieſe beiden gleichzeitig der Glasſtange entſtammen ſollten, man muß vielmehr annehmen, daß ſie beide bereits in dem unelektriſchen Leiter vorhanden waren, aber durch die Annäherung des elektriſchen Körpers zur Trennung gebracht wurden. Dieſer zieht die der ſeinigen entgegengeſetzte Elektrizität zu ſich hin in den Körper (I) und ſtößt die entgegengeſetzte ab in den Körper (II) hinein. Wenn wir die beiden Körper wieder vereinigen, ſo erzeugt ſich aus ihnen ſofort wieder ein unelektriſcher Leiter. Die beiden Elektrizitäten gleichen ſich nämlich ſofort aus, wenn man ihnen die Gelegenheit dazu bietet. Jetzt wird es uns möglich ſein, auch die zuerſt erwähnte Erſcheinung zu verſtehen, daß beim Annähern eines Fingers an den geriebenen127Die Erfindung des Blitzableiters.Bernſtein ein Funke überſpringt. Der Finger iſt auch ein unelektriſcher Körper, und er enthält als ſolcher auch beide Elektrizitäten ganz wie der Leiter von vorhin. Nähert er ſich dem Bernſtein, ſo wird ſeine poſitive Elektrizität von dieſem angezogen, ſich in der Fingerſpitze ſammeln. Dieſe und die negative des Bernſteins ſuchen ſich nun zu vereinigen und wenn man ihnen keine Gelegenheit dazu durch Berührung des Harzes giebt, ſo geht dieſe Vereinigung auch durch die Luft vor ſich. Der elektriſche Ausgleich kann dabei eine ſolche Gewalt erreichen, daß er die Luftteilchen dazwiſchen in Glut verſetzt und ſich in Geſtalt eines Funkens ſichtbar macht. So iſt dieſer Funke nur ein Zeichen des Ausgleichs zweier entgegengeſetzter Elektrizitäten. Das dabei hörbare Kniſtern kommt von einer heftigen Beiſeiteſchiebung der Luft - teilchen, die gleich wieder ebenſo heftig aufeinander prallen.
Dieſer Funke aber ſollte nach Wall auch ein Bild des Blitzes ſein. Dann muß auch dieſer ſich durch den Ausgleich entgegengeſetzter Elektrizitäten erklären. Nun zeigt ſich der Blitz entweder als die Verbindungslinie zweier Wolken oder er ſpringt zwiſchen der Wolke und dem Erdboden über. Es mußte alſo — wenn man die elektriſche Natur des Blitzes zeigen wollte — zum mindeſten nachgewieſen werden, daß die Gewitterwolken mit Elektrizität behaftet ſind. Jede einzelne Wolke, welche mit einer gewiſſen Elektrizität geladen iſt, wird ja ſchon durch die elektriſche Verteilung die entgegengeſetzte der Nachbarwolke an ſich zu ziehen und mit ihr ſich auszugleichen ſuchen. Ebenſo wird in der Erde, die auch einen Leiter darſtellt, die der Wolkenelektrizität entgegengeſetzte an die Oberfläche ſteigen. In beiden Fällen wird ein Ausgleich eintreten und der Blitz, das Zeichen dieſes Ausgleichs, wird deſto kräftigere Wirkungen zeitigen, je gewaltigere Elektrizitätsmaſſen in der Gewitterwolke angeſammelt waren. Der Donner wird die furchtbare Lufterſchütterung anmelden, welche ein ſolcher Ausgleich hervorzubringen fähig iſt. Es kommt alſo für den Nachweis der Richtigkeit dieſer Betrachtungen einzig und allein darauf an, das Vor - handenſein eines gewiſſen elektriſchen Zuſtandes in der Gewitterwolke nachzuweiſen, und für die Verhinderung der ſchädlichen Wirkungen des Blitzes nur darauf, daß man der Wolke ihre Elektrizität zu einem guten Teile entzieht, oder auch dem Ausgleiche eine Bahn weiſt, auf der er ſich nicht ſchädlich machen kann. Alle dieſe Aufgaben hat der eine Benjamin Franklin ſo vollkommen gelöſt, als es überhaupt verlangt werden konnte. Benjamin Franklin wurde als das 16. Kind eines armen Seifenſieders am 17. Januar 1706 zu Boſton geboren. Er war nach einander Buchdrucker, Schriftſteller, Buchhändler und Generalpoſtmeiſter aller engliſch-amerikaniſchen Kolonien. Energiſch verteidigte er die Freiheiten ſeines Landes gegenüber den Engländern und hatte er den weitaus größten Anteil daran, daß die Vereinigten Staaten ſich ſchließlich von dem Mutterlande unabhängig machten. Wichtige Verbeſſerungen an der Harmonika und an der Kupferdruck -128Die elektriſchen Erfindungen.preſſe würden ſeinem Namen eine geachtete Stellung unter den Erfindern anweiſen, die Erfindung des Blitzableiters ſtellt ihn in die erſte Reihe derſelben.
Um den elektriſchen Zuſtand der Gewitterwolken herauszubekommen, bediente ſich Franklin einer Entdeckung, die er ſeinem Freunde Collinſon zuſchrieb. Wenn er eine Eiſenkugel von etwa 8 bis 10 cm Durch - meſſer elektriſierte und die Spitze einer Nadel mit der Hand gegen ſie kehrte, ſo beobachtete er, daß die Kugel ihre Ladung ſehr ſchnell verlor. Das erklärt ſich wieder einfach genug. Die Kugel wirkt nämlich auf die Nadel durch Verteilung, ſie zieht die entgegengeſetzte Elektrizität in die Spitze. Je enger der Querſchnitt eines Leiters iſt, deſto mehr drängen ſich die elektriſchen Teilchen dort zuſammen. Sie fliehen aber einander, und die Gewalt, die ſie von einander zu trennen ſucht, heißt ihre Spannung. Wir erſehen demnach, daß dieſe Spannung in den Spitzen am größten ſein muß. Sie wird, wenn ſie ſo übermäßig wächſt, ſo wirken wie der Druck, den wir auf die Luft ausüben. Je ſtärker wir ſie zuſammenpreſſen, mit deſto größerer Gewalt ſucht ſie zu entweichen, und genau ſo iſt es mit der Elektrizität; dort iſt die Spann - kraft oder Expanſion der Luft die treibende Kraft, hier heißt ſie die Spannung, im Weſentlichen iſt ihre Wirkung dieſelbe. Die Elektrizität kann ſich in dem engen Raume der Spitze nicht halten, ſie ſtrömt alſo in die Luft aus und vereinigt ſich mit der entgegengeſetzten Elektrizität der Kugel, und ſo erſcheint uns dieſe unelektriſch. Franklin ſchloß, daß, wenn man einer Gewitterwolke eine Spitze an einer Stange gegen - überſtellt, dieſer ganz ebenſo die Elektrizität, die ihr doch vermutlich eignete, entzogen werden könnte. Zuvor müßte die Stange ſelbſt die der Wolkenelektrizität entgegengeſetzte aufweiſen. Die Idee dieſes Ver - ſuches auszuführen, wartete Franklin lange Zeit auf die Vollendung einer Kirchturmſpitze, ſo daß ihm in der Verwirklichung zwei Franzoſen, Dalibard und Delor vorauskamen. Der erſtere errichtete in der Nähe von Paris eine 40 Fuß hohe Eiſenſtange, die durch ſeidene Schnüre an drei Holzpfoſten befeſtigt war. Ein gewiſſer Coiffier, der ſie bewachen ſollte, konnte zuerſt am 10. Mai 1752 während eines Gewitters der Stange Funken entziehen, womit gezeigt war, daß ſie ſich durch das Vorüberziehen der Gewitterwolken mit Elektrizität geladen hatte. Delor hatte eine 99 Fuß lange Eiſenſtange zur Verfügung und er ver - mochte ſelbſt zu Zeiten, da die Luft völlig ruhig war, dieſer Stange Funken zu entziehen — ein Beweis, daß die Luft auch ſonſt elektriſch iſt. Franklin war ſchließlich auf eine Abänderung dieſes urſprünglichen Verſuches angewieſen. Er ließ im Juni 1752, ohne von den Pariſer Verſuchen zu wiſſen, einen papiernen Drachen beim Herannahen eines Gewitters aufſteigen. Das beliebte Kinderſpielzeug ward hier in den Dienſt der Wiſſenſchaft geſtellt. Franklin gab ihm eine Spitze aus Eiſen - draht mit und knüpfte an das Ende der Hanfſchnur, die den Drachen hielt, einen eiſernen Schlüſſel, ſowie an dieſen wiederum eine Seiden -129Die Erfindung des Blitzableiters.ſchnur. Zunächſt war eine elektriſche Erregung nicht zu ſpüren. Später aber durchnäßte der Regen die Hanfſchnur und machte ſie ſo beſſer leitend. Da ließen ſich dem Schlüſſel Funken entziehen, und damit war Franklins Vermutung über die Natur der Gewitter beſtätigt. Seine Verſuche gaben ihm gleichzeitig einen Wink, wie er den Schaden der Blitze bekämpfen könnte. In erſter Linie handelte es ſich darum, das Zuſtandekommen des gewaltigen Ausgleichs überhaupt möglichſt zu verhindern, in zweiter darum, dem Blitzſchlage eine paſſende Bahn zu weiſen. Wollte man den Ausgleich ſchwächer machen, ſo war das naheliegende Mittel die Aufſtellung einer mit der Erde in leitender Verbindung ſtehenden Spitze gegenüber der Gewitterwolke. Jede auf - rechte, oben zugeſpitzte Metallſtange muß ja die Elektrizität vorbei - ziehender Wolken ſchwächen und damit einen Blitzſchlag, der trotzdem noch erfolgt, viel weniger heftig machen, als er ſonſt werden würde. Eine ſolche Metallſtange iſt auch der geeigneteſte Weg für den Aus - gleich, wenn er doch heftig erfolgen ſollte. Offenbar wird ſich die Elektrizität, wenn ſie die Wahl für ihren Weg hat, den beſten ihr zur Verfügung ſtehenden Leiter, in dieſem Falle die Metallſtange, aus - ſuchen, und dadurch ſind dann alle umgebenden Gegenſtände gegen die Gefahr des Einſchlagens geſchützt. Dieſe Idee hat Franklin zuerſt in einem vom 29. Juli 1750 datierten Briefe an Collinſon entwickelt, der aber — wie er angiebt — bereits 1749 verfaßt iſt. Dies wäre alſo das Erfindungsjahr des Blitzableiters.
Wir würden fürchten, ungerecht gegen einen Anderen zu ſein, wenn wir nicht auch der durchaus ſelbſtſtändigen Erfindung des Blitzſchutzes durch den Pfarrer Prokop Diviſch zu Brenditz in Mähren gedächten. Bei Gelegenheit eines Beſuches in Wien machte er die Elektriſirmaſchine des gelehrten Jeſuitenpaters Franz durch eine Anzahl von Spitzen unwirkſam, die er in ſeiner Perrücke verborgen hielt. Die Elektrizität vermochte ſich nicht zu ſammeln, weil ſie mit Hilfe der Spitzen durch den Körper des Pfarrers mit der Erde ausgeglichen wurde. Das war im Jahre 1750, und zwei Jahre ſpäter vollendete Diviſch eine „ meteorologiſche Maſchine “, die durch die Wirkung vieler Spitzen mehr beſtimmt war, einen ruhigen Ausgleich der Elektrizität herbeizuführen, denn als Blitzableiter zu dienen. Diviſch fand nicht die Anerkennung, wie der berühmte Amerikaner, obgleich aus ſicheren Nachrichten hervorgeht, daß ſeine Maſchine zur Abwendung der Blitzgefahr in ſeiner Pfarre weſentlich beigetragen hat. Franklins Blitzableiter fanden zuerſt zwar lang - ſame, dann aber immer raſchere Verbreitung, und wenn ſie auch im einzelnen manche Veränderung erfuhren, ſo iſt die Geſtalt, die ihnen Franklin gegeben hat, noch heute erhalten. Wie wichtig die Erfindung iſt, wie ihre Bedeutung ſogar von Jahr zu Jahr wächſt, das mag daraus entnommen werden, daß die Blitzgefahr ſelbſt alljährlich zu - nimmt, und zwar in dem Maße, daß die Zahl der Brandfälle durch Blitz in Bayern ſich nach v. Bezold in 50 Jahren vervierfacht hat. Über -Das Buch der Erfindungen. 9130Die elektriſchen Erfindungen.legen wir, welches die rationellſte Einrichtung eines Blitzableiters iſt. Im weſentlichen iſt er ja nichts anderes als eine oben zugeſpitzte Metall - ſtange. Aber welche Dicke muß man der Stange geben? welches Material für ſie wählen? Der heftige elektriſche Ausgleich, den der Blitz darſtellt, hat bekanntlich furchtbar zerſtörende Wirkungen. Wie er ſengend in die Wohnungen der Menſchen dringt, wie er das Lebendige, das ihm in den Weg tritt, zum Tode führt, ſo wird er in dem Leiter ſelbſt auch Änderungen hervorbringen, und zwar vor allem ſeine elektriſche Gewalt in eine ſtarke Erwärmung umſetzen. Ein Draht, den ein elektriſcher Schlag paſſiert, erwärmt ſich aber um ſo mehr, je dünner er iſt, und hieraus folgt, daß man die Stange des Blitzableiters nicht zu dünn wählen darf. Sodann wird man berückſichtigen müſſen, daß eine ſtarke Erwärmung den Leiter auch wohl weg - ſchmelzen kann, und man wird deshalb nur Metalle zur Auswahl haben, deren Schmelzpunkt ſo hoch liegt, daß man kein Fortſchmelzen zu befürchten hat. Man hat dann mit Rückſichtnahme auf die Koſten nur Eiſen und Kupfer als Material zur Ver - fügung. Die Spitze aber, die ſich bei ihrem geringen
131Der galvaniſche Strom.Durchmeſſer viel mehr erwärmt und auch der Witterung beſſeren Widerſtand leiſten muß, wird aus Platin beſtehen oder vergoldet ſein müſſen. Schließlich wird man auf die Verbindung mit dem Erd - boden große Sorgfalt verwenden müſſen, weil ſonſt immer zu befürchten iſt, daß der Blitz die Ableitung zur Erde verſchmäht und lieber in einen benachbarten Leiter überſchlägt. Man hat daher die Stange mit den vorzüglich leitenden Teilen der Erde, alſo am beſten mit dem Grundwaſſer in Verbindung zu bringen und, damit die Verbindung eine möglichſt innige ſei, die Erdleitung aus einem mit Koks gefüllten Korbe oder einem metallenen Netzwerk, überhaupt aus einem möglichſt ausgebreiteten metallenen Leiter beſtehen zu laſſen. Wir ſehen in den Figuren 97, 98 und 99 ſowohl die Auffangeſtange, wie die Erd - leitung in einer der mehr gebrauchten Anordnungen.
Es iſt hier vielleicht der Ort, einer für die Abänderung der meteoro - logiſchen Bedingungen, beſonders der großen Städte, wie uns ſcheint, nicht unwichtigen Anwendung der Elektrizität zu gedenken. Der Staub, der ſich aus den Tauſenden von Schloten der Wohnungen und Fabriken entwickelt, wirkt bekanntlich einmal direkt in ſehr unangenehmer Weiſe auf die Lungen der Großſtadtbewohner ein, ſodann aber erzeugt er die Nebel mit allen ihren unangenehmen Wirkungen. Da iſt der vor wenigen Jahren aufgetauchte und zuerſt von Nahrwoldt praktiſch durch - geführte Gedanke freudig zu begrüßen, den Staub durch Elektrizität fortzuſchaffen. Erzeugt man ſolche durch ſtarke Maſchinen in geſchloſſenen Räumen und läßt ſie aus Spitzen ausſtrömen, ſo wird gerade dahin der Staub in Maſſen hingezogen und geſammelt, ſo daß ein Zimmer, das von dickem Qualm erfüllt war, in wenigen Minuten ſich reinigen ließ. In der Ausbildung dieſer Methode liegt offenbar eine ſehr wichtige Aufgabe der nächſten Jahre, die, der Staubzufuhr in die Atmoſphäre die nötigen Zügel anzulegen, ſich hoffentlich befähigt er - weiſen wird.
Im unteren Nilthale fand man die überwältigenden Reſte einer uralten Kultur. Sie ward einſt mit den Pharaonen begraben und ſchlummerte, bis in unſerem Jahrhundert fleißige Gelehrte an die Grabespforten pochten und mit den ihrer Gruft entriſſenen Schätzen die Muſeen Europas füllten. So kann man z. B. im Pariſer Muſeum hölzerne Lanzenſpitzen und hölzerne Klingen von Schwertern finden, die nur deshalb ſich ihrer Verweſung entzogen, weil ſie einen ſtarken Überzug von Kupfer haben; da ſchaut man Bildſäulen in Lebensgröße, aber von einer ſtaunenswerten Leichtigkeit, weil ſie nur aus einer dünnen9*132Die elektriſchen Erfindungen.Haut von Kupfer beſtehen. Dieſe, faſt möchte man meinen, für eine ſo frühe Kulturepoche unmögliche Kunſtfertigkeit, erklärt ſich durch eine genaue Kenntnis von Naturgeſetzen, die neu entdeckt zu haben unſerem Jahrhunderte zur Ehre gereicht: es ſind die Geſetze derjenigen Er - ſcheinungen, die man nach dem Arzte Luigi Galvani, einem Bologneſer Medizinprofeſſor, die galvaniſchen nennt. Einen dünnen Kupferüberzug konnte man ſich auch wohl früher ſchon wenigſtens an Metallen ver - ſchaffen. Wenn man einen blanken eiſernen Gegenſtand in die Löſung eines Kupferſalzes taucht, z. B. jenes prächtig blauen Körpers, der als Kupfervitriol bekannt iſt, ſo färbt ſich das Eiſen ſchön rot, ein Zeichen, daß ſich Kupfer darauf niedergeſchlagen hat. Das Kupfervitriol iſt nämlich aus dieſem Metall und der Schwefelſäure zuſammengeſetzt; dieſelbe hat aber eine große Vorliebe für das Eiſen und zieht dasſelbe an, geht mit ihm eine Verbindung ein, wofür ſie das Kupfer frei giebt. So einfach kann aber die Kunſt der Ägypter nicht erklärt werden, weil die Metallſchicht immerhin viel dicker iſt, als die bei dieſem Verfahren er - haltene, und weil ſich jene Überzüge auf Holz nicht wohl durch die beſchriebene Methode herſtellen laſſen. Sie müſſen ſchon die Kunſt der Galvanoplaſtik gekannt haben. Was bei dieſer das Kupfer von der Schwefelſäure des Kupfervitriols trennt, um es an einer paſſenden Stelle abzuladen, iſt nun nichts anderes als eine elektriſche Kraft, freilich eine etwas anders geartete als jene, welche im geriebenen Bernſtein ihren Sitz hat, die aber in ihrem innerſten Weſen nicht davon verſchieden iſt. Sie wird nicht durch eine Bewegung, wie die Reibungs - Elektrizität, hervorgebracht, ſondern wahrſcheinlich durch chemiſche Kräfte erzeugt, wie ſie ſchon bei der unmittelbaren Berührung zweier Körper wirkſam werden. Taucht man z. B. ein Stück Zink in verdünnte Schwefelſäure, ſo zieht dieſe das Zink an, vermöge jener chemiſchen Gewalt, welche man die Verwandtſchaft nennt, ſie verbindet ſich mit dem Zink zu Zinkvitriol; zugleich kann man aber beobachten, daß das Zinkende, welches aus der Flüſſigkeit hervorragt, negative Elek - trizität enthält, freilich nur eine ganz geringe Spur davon, die ſich nur durch ſehr feine Apparate nachweiſen läßt. So lange die chemiſche Kraft wirkſam iſt, wird dieſe Elektrizität fortwährend er - höht, bis ſie eine gewiſſe Spannkraft erlangt hat, die freilich immer noch ſehr gering gegen diejenige des geriebenen Bernſteins iſt. Es iſt als ob in der Flüſſigkeit ein Pumpwerk angebracht wäre, welches fortwährend negative Elektrizität in die obere Hälfte des Zinks hineinpumpt. Das iſt nun keine andere Elektrizität, als diejenige des Zinks ſelbſt, während die poſitive Elektrizität unten feſtgehalten wird. Jetzt wollen wir uns ferner vorſtellen, daß an dem oberen Zinkende ein anderer Leiter, etwa ein Kupferdraht befeſtigt ſei, ſo wird natürlich auch dieſem die negative Elektrizität ſich mit - teilen, und wenn man ſchließlich den Kupferdraht umbiegt, daß er auch in die ſaure Flüſſigkeit eintaucht, ſo wird die negative Elektrizität durch133Der galvaniſche Strom.dieſe weiter fließen nach dem unteren Zinkende hin, wo ſie mit der poſitiven Zinkelektrizität ſich ausgleichen kann. Bei dieſer Anordnung wird ſich fortwährend neue negative Elektrizität in das obere Zinkende begeben, denn es iſt ihr ja fortwährend Gelegenheit zu einem Ausgleich mit der poſitiven Elektrizität gegeben. Wir haben hier einen geſchloſſenen Strom von negativer Elektrizität. Das Pumpwerk am untern Zinkende kann noch ſo unermüdlich thätig ſein, es füllt ein Danaidenfaß, da die Elektrizität immer wieder zur Ausgangsſtelle zurückkehrt. Wir haben nun keinen Grund anzunehmen, daß nur die negative Elektrizität ſtrömen wird, offenbar hat die poſitive Elektrizität dasſelbe Bedürfnis nach einem Ausgleich, und ſie fließt vom unteren Zinkende durch die Flüſſigkeit zum Kupferdraht, durch dieſen zum oberen Zinkende. Wenn wir uns ſchließlich den Draht, ſo weit er in die Flüſſigkeit taucht, zu einer Platte verbreitert denken, ſo haben wir ein galvaniſches Element vor uns. Jene Kraft, welche die Elektrizität erzeugt, und die — wie ge - ſagt — wohl nichts anderes iſt als die chemiſche Verwandtſchaft, heißt die elektromotoriſche Kraft; ſie dachten wir uns als am unteren Zinkende ſitzend. Der Draht, ſo weit er jetzt noch da iſt, und der ſich übrigens beliebig lang machen läßt, heißt der Schließungsbogen. Den Namen des Bologneſer Arztes führt dieſer Apparat, wie alle ſich anſchließenden, nicht ganz mit Recht. Galvani hat ſeinen Verſuch mit einem abge - häuteten Froſchſchenkel gemacht, den wir uns in der obigen Einrichtung an Stelle der ſauren Flüſſigkeit denken können. Dieſer gerät in eine Zuckung, ſobald er gleichzeitig von beiden mit einander verbundenen Metallen berührt wird. Dieſe Zuckung iſt ganz ſicher eine elektriſche Wirkung. Aber Galvani nahm an, daß die elektromotoriſche Kraft in dem tieriſchen Teile des Apparats ihren Sitz habe, und das war grundfalſch. Als der eigentliche Erfinder der ſtrömenden Elektrizität iſt vielmehr Aleſſandro Volta anzuſehen, der zuerſt ein Element, ähnlich dem beſchriebenen konſtruierte. Er erkannte auch den Wert ſeiner Er - findung, der eben darin zu ſuchen iſt, daß hier bei der fortwährend wirkenden elektromotoriſchen Kraft große Elektrizitätsmengen im Spiele ſind, die freilich keine hohe Spannung beſitzen. Die Reibungs-Elektrizität, welche ſehr hohe Spannungen hat, aber nur geringe Mengen, läßt ſich etwa mit einem hohen Waſſerfall vergleichen, der aber wenig Waſſer führt, und der für beſtimmte Zwecke zwar ſehr wirkſam ſein, im all - gemeinen aber mit dem ruhig dahin fließenden, aber ſehr waſſerreichen Strom, dem die galvaniſche Elektrizität gleicht, nicht konkurrieren kann. Volta hat auch erkannt, daß man die Wirkungen des Stromes vermehren könne, wenn man viele Elemente zur gemeinſamen Arbeit vereinigt. Man nennt eine ſolche Zuſammenſetzung von galvaniſchen Elementen eine galvaniſche Batterie. Man kann dabei ſo verfahren, daß man von ſämtlichen Elementen einmal die oberen Zinkenden — die Zinkpole, oder negativen Pole — mit einander verbindet und auch ſämtliche Kupferenden oder die poſitiven Pole in leitende Verbindung bringt. (Vgl. die Fig. 100.) 134Die elektriſchen Erfindungen.Der Schließungsbogen, der jetzt das Kupfer mit dem Zink verbindet, wird dann von einer zehnmal größeren Elektrizitätsmenge durchfloſſen, wenn etwa zehn Elemente vorhanden ſind. Es kann andererſeits für gewiſſe, gleich zu behandelnde Wirkungen des Stromes wichtig ſein, die Spannung der Elektrizität zu erhöhen, ohne daß man beträchtliche
Schema für die Parallelſchaltung von galvaniſchen Elementen.
Mengen braucht, man wird dann die Elemente ſo ver - binden, wie die Fig. 101 es zeigt, nämlich immer den Zinkpol des einen mit dem Kupferpol des folgenden Elements verknüpfen. In dem Schließungsbogen fließt jetzt die Elektrizität mit größerem Gefälle, wenn auch nicht in ſolcher Menge. Man nennt die erſte Art von Verbindung die Parallelſchaltung, die zweite die Hinter - einanderſchaltung. Mit einer genügenden Anzahl ſolcher Elemente kann man nun eigentümliche Wirkungen er - zielen, zu denen die Reibungselektrizität nicht fähig iſt. Man kann im Schließungsbogen einen Teil des Kupfer - drahtes durch einen ſolchen, der ſchlechter leitet, etwa einen Platindraht erſetzen, ſo wird dieſer ins Glühen geraten, weil die Elektrizität, die er nicht ſo leicht hin - durch läßt, ſich in Wärme und in Licht verwandelt.
Schema für die Hintereinander - ſchaltung von gal - vaniſchen Elementen.
Man kann dasſelbe auch mit Kupferdraht erreichen, wenn man ihn nur hinreichend dünn wählt, denn dann muß ſich die Elektrizität durch den engen Draht zwängen und dabei ſich auch in Wärme umſetzen.
Wenn man einen Teil des Drahtes durch einen Leiter erſetzt, welcher keinen einfachen chemiſchen Stoff darſtellt, ſondern aus mehreren chemiſchen Elementen ſich zuſammenſetzt, ſo hat der elektriſche Strom die Fähigkeit, dieſen Körper in ſeine Beſtandteile zu zerlegen. Wenn man ihn alſo z. B. durch eine Löſung von Kupfervitriol hindurchſchickt, ſo wird dieſes in das Kupfer und die Schwefelſäure zerlegt, und wir erkennen ſofort, daß, wenn man die Kupferteile, die ſich aus der Flüſſigkeit abſcheiden, an einer beſtimmten Stelle vereinigen kann, ſo135Die Galvanoplaſtik.daß ſie feſt zuſammen liegen bleiben, dann die Möglichkeit gegeben iſt, dem Metall jene Formen anzuweiſen, in welche die alten Ägypter bereits dasſelbe zu bringen verſtanden. Daß dieſe Möglichkeit vorliegt, er - kannte zuerſt Moritz Hermann Jacobi, geboren 1801 zu Potsdam, geſtorben 1874 als Staatsrat und Mitglied des Manufakturkonſeils zu Petersburg, und dieſe Erkennt - nis führte ihn 1838 zur Er - findung der Galvanoplaſtik. Die Anordnung ſeines Appa - rates war freilich eine etwas andere, aus der Fig. 102 er - ſichtliche. Wenn der Strom im Schließungsbogen ſolche chemiſche Wirkungen zeitigt, ſo
Jacobis galvanoplaſtiſcher Apparat.
darf man nämlich annehmen, daß er es auch innerhalb der Flüſſigkeit des Elements thun wird; es fließt ja durch dieſelbe die nämliche Elektrizitätsmenge mit derſelben Spannung, wie durch den Schließungs - draht und, wenn die Flüſſigkeit zerſetzbar iſt, ſo wird ſie eine Trennung in ihre Beſtandteile erdulden. Der Strom, ſelbſt hervorgebracht durch eine chemiſche Wirkung, wird ſeinerſeits ſolche Arbeiten leiſten, wie die, aus denen er gezeugt ward. Bei dem Jakobiſchen Elemente iſt ein Gefäß A, welches oben offen iſt, deſſen Boden aber aus einer Schweins - oder Ochſenblaſe gebildet wird, ſo in ein weiteres Gefäß B eingeſetzt, daß der Boden von A ungefähr 5 cm über dem Boden des Gefäßes B ſich befindet; das Gefäß A iſt mit ſtark verdünnter Schwefel - ſäure, das Gefäß B aber mit einer konzentrierten Löſung von Kupfer - vitriol gefüllt. In die Flüſſigkeit des oberen Gefäßes wird dann eine Zinkplatte, in die Flüſſigkeit des unteren Gefäßes wird die Form eingeſetzt, welcher der Kupferniederſchlag ſich anpaſſen ſoll. Der elektriſche Strom wird durch die Blaſe nicht gehemmt, da dieſe ſogar den beiden Flüſſigkeiten den Durchtritt durch ihre Poren geſtattet. Die Form muß ſelbſt eine metalliſche ſein, oder doch mit einem guten Leiter, z. B. mit Graphitpulver überzogen ſein. Dann haben die Beſtandteile des Kupfervitriols die Eigentümlichkeit gerade nach be - ſtimmten Stellen des Apparates hingezogen zu werden. Die Schwefel - ſäure tritt durch die Blaſe in das Gefäß A hinein, wo ſie weiter im Verein mit dem Zink elektromotoriſche Kraft erzeugt, das Kupfer ſetzt ſich in mikroſkopiſch kleinen Kryſtallen an die Form an, und, wenn nun der Vorgang lange genug dauert, ſo ſetzt ſich ein Teilchen ſo genau ans andere, daß ſie zuſammen eine harte Maſſe bilden, die ſich ganz genau der Form angepaßt hat. Eine Vorſichtsmaßregel muß freilich noch angewendet werden: der die Form mit dem Zink ver - bindende Metalldraht muß, ſoweit er im Bereiche der Flüſſigkeit ſich befindet, iſoliert ſein, weil ſich ſonſt an ihm nicht weniger Kupfer niederſchlägt, als auf der Form. Man kann ſo ſehr genaue Nach -136Die elektriſchen Erfindungen.bildungen von Medaillen und Münzen erhalten, freilich zunächſt nur einſeitige, wie ja die Form nur einſeitig iſt. Dieſe ſo einfache Erfindung hat nun große Induſtriezweige hervorgebracht, da durch ſie die Nach - bildung aller möglichen Gegenſtände und auch das Überziehen derſelben mit dünnen Metallſchichten ermöglicht iſt. Wir wollen dieſelben einzeln durchgehen, zuvor aber bemerken, daß die Ströme, welche die galvaniſchen Niederſchläge liefern, heute nicht mehr alle durch galvaniſche Elemente geliefert werden, ſondern auf einem von dem beſchriebenen verſchiedenen Wege, durch die ſpäter zu beſchreibenden Dynamomaſchinen, erzeugt werden. Man leitet dieſen Strom, wie den der galvaniſchen Elemente, durch eine Flüſſigkeit hindurch, welche das niederzuſchlagende Metall in irgend einem Salze gelöſt enthält. Man wird durch allmählichen Zuſatz von Stücken dieſes Salzes immer dafür ſorgen können, daß die Löſung konzentriert bleibt.
Will man nicht blos die einſeitigen Abdrücke einer Form haben, ſondern eine vollſtändige Nachbildung eines Gegenſtandes, ſo wird man das Original in Wachs oder Stearin abdrücken, und zwar beide Seiten deſſelben, dann die Abdrücke durch Einpinſeln mit Graphitpulver leitend machen und zu einer Hohlform zuſammenſetzen. Man kann die nachzubildenden Körper beliebig groß wählen, immer gelingt das Verfahren. Wenn man eine Statue einer Form nachbilden will, ſo wird man entweder dieſe in mehrere Teile zerlegen und die auf ihnen gebildeten Niederſchläge nachträglich an einanderpaſſen oder nach einem Verfahren des Pariſer Galvanoplaſtikers Lenoir ſich eine Hohlform aus mehreren Stücken Guttapercha zuſammenſetzen, dann einen viel - verzweigten Leiter in das Innere ſo hineinfügen, daß er die Wände nicht berührt, während die innere Fläche mit Graphit überzogen wird. In den Hohlraum kann die Kupfervitriollöſung an zwei Stellen ein - treten und darin zirkulieren. Jetzt leitet man einen Strom durch die Flüſſigkeit und es wird ſich die Innenwand gleichmäßig mit Kupfer überziehen, während die ſich bildende Säure den Leiter nicht angreift, wenn er, wie Lenoir ihn wählt, aus Platin beſteht. Freilich gehört ſchon ein kräftiger galvaniſcher Strom dazu, und das Platin ſtellt ſich nicht billig — für ein Kilogramm Kupferniederſchlag auf über 100 Mark. Das ſind die Gründe, aus denen man für größere Kunſt - werke jener Methode ſich zuwandte, die wohl einſt auch im Nilthale im Dienſte einer entwickelten Induſtrie geſtanden hat. Man überzieht eine Form aus Wachs oder Thon in einer Zerſetzungszelle — ſo nennt man das Gefäß, durch welches der Strom geleitet wird — mit einem Kupferniederſchlag, hört aber mit der Zerſetzung auf, wenn derſelbe noch ſehr dünn iſt und nur genügende Haltbarkeit hat, um nicht in ſich zu zerfallen. Dann brennt man den Thon oder ſchmilzt das Wachs heraus, und man hat jetzt eines jener dünnwandigen Stand - bilder der Ägypter vor ſich. Aber man hat die Fähigkeit, wenn man dieſe auswendig, etwa durch einen Überzug von Firnis, iſoliert, nun137Die Galvanoplaſtik.inwendig noch ſoviel Metall niederzuſchlagen, bis das Ganze eine genügende Feſtigkeit erlangt hat. Das größte auf dieſem Wege her - geſtellte Standbild iſt die 3,3 Meter hohe Figur des Gutenbergdenkmals, welche aus der Werkſtatt von Kreß in Frankfurt a. M. hervorging. So hat das galvanoplaſtiſche Verfahren alle Ausſicht, das Gießen von Denkmälern ganz zu verdrängen. Es iſt bedeutend bequemer und giebt alle feinen Details des Modells viel genauer wieder, ſo daß eine Nacharbeit durchaus überflüſſig wird. Ganz aus dem Felde geſchlagen iſt das Gießen in Bronze bereits bei der Anfertigung von kleineren Figuren, Lampenträgern und anderen Gegenſtänden des Zimmerſchmucks, die man heute alle gavanoplaſtiſch herſtellt. Es iſt nur natürlich, daß auch andere Metallgegenſtände, die man früher durch Preſſen herſtellte, jetzt meiſt auf dieſem Wege erhalten werden, wenn nur eine einzige genau gearbeitete Vorlage vorhanden iſt. Von dieſer Art ſind z. B. Knöpfe, Decken für Etuis und Käſtchen in getriebener Arbeit, ſowie Verzierungen an Möbeln; vorzüglich ſind es aber Uhrgehäuſe, die jetzt auf dieſem Wege gearbeitet werden. Man bekommt dieſelben ſamt der Uhr heute für einen erſtaunlich billigen Preis. Das Rätſel der billigen Herſtellung löſt ſich ganz einfach: es werden jene Kupferniederſchläge nur höchſt dünn hergeſtellt und zur Verſtärkung mit Zinn ausgegoſſen, ſpäter noch ganz leicht galvaniſch vergoldet. Auch größere Reliefs werden auf dem naſſen Wege viel leichter und billiger erzeugt als bei getriebener Arbeit, ſo z. B. große Relief-Landſchaften.
Die Kupferplatten, welche der Kupferſtecher für ſeine Zwecke verwenden will, litten bisher an mancherlei Mängeln. Durch Gießen oder Hämmern hergeſtellt, konnten ſie oft nicht denjenigen Grad von Gleichförmigkeit erlangen, welcher hier nötig war. Seitdem dieſe Platten vom Galvanoplaſtiker hergeſtellt werden, laſſen ſie an Gleich - artigkeit der Maſſe nichts zu wünſchen übrig und der Grabſtichel des Kupferſtechers ſtößt überall auf denſelben Widerſtand. Man legt die Formplatte, auf der ſich das Kupferblatt niederſchlagen ſoll, horizontal auf den Boden der Zerſetzungszelle und bringt 2 cm höher eine zweite Kupferplatte an, bei welcher der poſitive Strom in die Flüſſigkeit ein - tritt. Dieſe Platte liefert durch ihre Auflöſung in der entſtehenden Säure den Erſatz für das zerſetzte Kupfervitriol, ſo daß die Löſung immer gleich konzentriert bleibt.
Wie der Kupferſtecher arbeitet, das möge der verehrliche Leſer in dem Kapitel über die vervielfältigenden Künſte nachleſen. Er wird dort auch finden, daß die Platte nicht eben für viele Drucke gleich brauchbar bleibt, daß die erſten Abdrücke, die ſogenannten avant la lettre, die weitaus am meiſten geſchätzten ſind, weil eben die Platte beim Drucke ſich abnützt. Man iſt gerade deshalb zum Stahlſtich übergegangen, da die Stahlplatte mehr Nachdrücke aus - halten kann. Aber dieſelbe iſt auch viel ſchwieriger zu behandeln wegen ihrer Härte, die es dem Künſtler unmöglich macht, ſo voll -138Die elektriſchen Erfindungen.endete Kunſtwerke herzuſtellen, wie auf Kupfer. Jetzt iſt man aber allen dieſen Schwierigkeiten überhoben, denn man braucht die Original - Kupferplatte nur noch, um davon eine Reihe von Abdrücken in Kupfer auf galvaniſchem Wege, ſogenannte Galvanos herzuſtellen, die dann allein für den Druck verwendet werden. Damit ſich der Ab - klatſch leichter vom Original abhebe, wird dieſes zuvor auf galvaniſchem Wege ſchwach verſilbert, ſo wie wir es bald leſen werden. Damit die Druckplatte ſich weniger ſchnell abnutze, wird auch wohl zuerſt ein Nickelniederſchlag und darüber erſt der kupferne erzeugt. Und ganz ebenſo macht man es mit den Holzſchnitten, das Original dient nur als Matrize, um die Kupferklichees herzuſtellen, welche viel dauerhafter als die Holzplatte ſind. So ſind die Abbildungen in dieſem Buche ausſchließlich mit ſolchen Galvanos hergeſtellt. Sie ſind dadurch weſentlich ſchärfer, als wenn ſie mit dem Holzſtock direkt gedruckt worden wären. Auch für den Buchdruck ſelbſt iſt die Galvanoplaſtik nutzbar gemacht worden. Man ſtereotypiert die Platten jetzt auf naſſem Wege. Nachdem von dem Satze ein Abdruck in Guttapercha hergeſtellt iſt, läßt man in dieſen ſich Kupfer niederſchlagen und hat ſo die Möglichkeit, zu jeder beliebigen Zeit, wenn der Satz längſt auseinander genommen iſt, immer neue Auflagen des Buches herzuſtellen.
Nicht genug, daß die Galvanoplaſtik ſo die Vervielfältigung von Originalen lehrte, die auf einem älteren, bekannten Wege hergeſtellt waren, ſie hat auch noch den Anſtoß zur Erfindung ganz neuer Zeichenmanieren und zur Verwendung alter, bisher wenig brauchbarer gegeben. Ein neues Verfahren iſt z. B. die vom Kupferſtecher Schöler in Kopenhagen erfundene Stilographie. Sie liefert die ſchönſten Radierungen auf die leichteſte Weiſe. Der Grund, auf welchen die Zeichnung eingeriſſen wird, iſt ungemein weich, da er aus Stearin und Schellack beſteht. Man kann die Zeichnung leicht verfolgen, wenn man den Grund mit Kienruß ſchwarz färbt und oberflächlich mit weißem Silberpulver bedeckt. Iſt die Zeichnung vollendet, ſo braucht man ſie nur durch Graphit leitend zu machen, davon einen erhabenen und ſchließlich von dieſem einen vertieften Abdruck zu nehmen, ſo iſt die zum Druck bereite Platte geliefert.
Noch einfacher iſt die bereits 1840 von Kobell in München empfohlene Galvanographie. Da wird auf einer verſilberten Kupfer - platte die gewünſchte Zeichnung mit Tuſche entworfen, und zwar werden diejenigen Stellen, die ſpäter im Druck beſonders dunkel erſcheinen ſollen, ſtärker aufgetragen, als die helleren. Man erhält ſo eine erhabene Platte, und wenn man dieſelbe nach dem Trocknen durch Einreiben mit Graphitpulver leitend macht und davon einen galvaniſchen Abdruck nimmt, ſo erhält man die zum Druck fertige vertiefte Platte, welche hübſche Abdrücke in Tuſchmanier liefert.
Im Jahre 1854 hat Pretſch in Wien ein Verfahren angegeben, um ſogar Photographien durch die Galvanoplaſtik zu vervielfältigen. 139Die Galvanoplaſtik.Jene werden auf einer Glasplatte entworfen und ſo gewaſchen, daß ſie ein Relief bilden, von dem man Abklatſche in Kupfer herſtellen kann. 1873 wurde dieſe Methode durch Dallas in London verbeſſert, und ſie heißt die Dallastypie oder Photogalvanographie. Man braucht den Kupferplatten kaum mit dem Grabſtichel nachzuhelfen und erhält doch in den Bildern das feine Korn des Kupferſtiches. Auf dieſem Wege hat der Direktor Leipold von der Banknotendruckerei in Liſſabon unvergleichliche photographiſche Vervielfältigungen erhalten.
Der Direktor der Wiener Staatsdruckerei Auer erſann vor 40 Jahren ein höchſt einfaches Verfahren, um Abdrücke der verſchiedenartigſten Körper zu erhalten, den Naturſelbſtdruck. Es handele ſich z. B. darum, den Abdruck einer foſſilen Pflanze zu vervielfältigen, ſo hat man dieſen zwiſchen eine polierte Stahlplatte und ein dünnes Bleiblech zu legen und nun das Ganze bei einem geeigneten Druck zwiſchen zwei Walzen hindurchgehen zu laſſen. Man ſieht dann im Blei den abgeformten Gegenſtand mit allen Details. Natürlich kann man von der Bleiplatte einen galvanoplaſtiſchen, für den Druck geeigneten Abklatſch nehmen; aber man verfährt auch ſo, daß man die Kupfertiefplatte, die man ſo erhält, erſt durch die Preſſe in eine Zinkplatte drückt und dieſe ſo lange ätzt, bis der Abdruck erhaben hervortritt. Man erhält ſo Abdrücke, welche den beſten Kupfern nicht nachſtehen. Aber freilich iſt das Ver - fahren ziemlich koſtſpielig, ſo daß es noch nicht allgemein eingeführt iſt. Auf ganz ähnliche Weiſe gelangt man auch zu Abdrücken von Juchtenleder in Papier. Man hat nur nötig, durch den Naturſelbſt - druck die genarbte Lederfläche auf Blei oder Guttapercha abzudrucken und dann die Platten zum Preſſen des Papiers auf galvano - plaſtiſchem Wege zu gewinnen.
Einige andere Methoden der Galvanoplaſtik ſind in ihrem Weſen von den vorhergehenden etwas verſchieden. Wenn dort, wo der Strom in die Zerſetzungszelle eintritt, eine Kupferplatte hängt, ſo wird dieſe — wie wir vernahmen — durch die ſich entwickelnde Schwefel - ſäure angegriffen. Je nachdem man den Strom ſtark oder ſchwach wählt, lange oder kurze Zeit wirken läßt, kann man dieſe Ätzung des Kupfers nach Belieben tief werden laſſen. Man wird natürlich nur diejenigen Stellen der Platten, welche geätzt werden ſollen, bloslegen, im übrigen aber das Kupfer mit einer iſolierenden Schicht überziehen. Man radiert die Zeichnung in dieſe Schicht hinein und bringt ſie an der paſſenden Stelle in die Löſung von Kupfervitriol. Leitet man jetzt den Strom hindurch, ſo wird das Metall an allen nicht bedeckten Stellen von der entſtehenden Säure angefreſſen. Aber die ätzende Flüſſigkeit bleibt dabei ſo dünn, daß das bei anderen Ätzverfahren vorkommende Unterfreſſen der Linien der Zeichnung vermieden wird. Man kann die Wirkung des Stromes kontrollieren, indem man öfters die Platten aus dem Bade nimmt und nun immer diejenigen Stellen überdeckt, welche nicht tiefer geätzt werden ſollen. So hat man noch140Die elektriſchen Erfindungen.immer die Fähigkeit, Licht und Schatten angemeſſen zu verteilen. Es giebt kein Verfahren der Ätzung, welches eine ſo feine Arbeit hervor - brächte, wie dieſes, bei welchem ſelbſt ganz benachbarte Linien nicht in einander fließen. Man nennt es die Galvanokauſtik oder das galvaniſche Gravieren. Es wird namentlich zur Herſtellung von Walzen für Zeug - und Tapetendruck verwendet.
Um noch ein letztes von den faſt unzählbar gewordenen Vervicl - fältigungsverfahren der Galvanoplaſtik zu erwähnen, ſo verſteht man unter Galvanoglyphie die Kunſt, von geätzten Zinkplatten erhabene für den Druck mit der Preſſe geeignete Kupferkliſchees abzunehmen. Das Zink wird mit einer dünnen Fett - oder Firnisſchicht bedeckt, hier die Zeichnung eingegraben und flach geätzt. Nachdem man eine neue Schicht von Firnis oder fetter Farbe aufgetragen hat, wird alles wiederholt und zwar ſo oft nacheinander, bis die Ätzung genügend tief erſcheint, damit jetzt das Kupfer darauf niedergeſchlagen werden kann. Man hat hier zu beachten, daß auf der Zinkplatte alles wie im ſpäteren Druck erſcheint, weil die erhabene Kupferplatte direkt für den Druck verwendet wird.
In neueſter Zeit kommen bereits im Handel ſehr hübſche Pflanzen - und Tiernachbildungen vor, die uns auf den erſten Blick wie von Metall gemacht erſcheinen. Das ſind ſie nun zwar nicht, ſondern nur auf galvanoplaſtiſchem Wege mit einem dünnen Mantel von Kupfer oder anderen Metallen umgeben. Man kann ja jeden Gegenſtand durch Einpinſeln mit einem leitenden Pulver ſelbſt leitend machen und ihn im Kupferbade metalliſch überziehen. Die Blüten, Gräſer, Blätter, welche von München aus in den Handel gebracht werden, wurden zunächſt ſorgfältig getrocknet, durch Glycerin geſchmeidig gemacht und mit Bronzepulver überzogen. Erſt jetzt wurden ſie im galvaniſchen Bade verkupfert oder verſilbert. So erhält man ſchöne Ausſchmückungs - mittel für Wohnräume und Schmuckſachen; aber es iſt wohl denkbar, daß dieſe Methode auch für die Wiſſenſchaft zum Conſervieren von Naturkörpern nutzbar gemacht werden kann. Gipsabgüſſe auf ſolche Art zu verkupfern iſt erſt ganz neuerdings gelungen. Man fand nämlich eine Schwierigkeit darin, daß der im Bade naß gewordene Gips an Haltbarkeit einbüßte. Aber man durchtränkt heute den Gegenſtand erſt mit Theer, welcher ihm ſogar eine größere Feſtigkeit verleiht, und überzieht ihn mit einem dünnen Kupferniederſchlage, der ſich nun wie Metallguß ziſelieren und auch vergolden läßt. Die Formänderungen, die der Niederſchlag hervorbringt, laſſen ſich ſchon vorher berückſichtigen. Es erſcheint die Zeit nicht fern, daß die bisher ſehr koſtbare Anwendung von Metallverzierungen, von Metallkapitälen und Vaſen in echter Vergoldung in Zimmern ſich Bahn brechen und die bisher verwendeten nur metallartig angeſtrichenen Stuckformen verdrängen wird.
Ein weiteres Verdienſt der Galvanoplaſtik iſt es, daß mit ihrer Hilfe Körper, die ſonſt unter dem Einfluſſe der Luft leicht leiden, mit141Das Verſilbern, Vergolden und Vernickeln.dem den Angriffen der Atmoſphäre beſſer ſtandhaltenden Überzuge von Kupfer verſehen werden können. Solche Körper ſind z. B. die Telegraphendrähte. Dieſelben ganz aus Kupfer herzuſtellen, wäre zu teuer. Man benutzt als Material das viel billigere Eiſen, aber man giebt ihm einen Überzug von Kupfer. Am ausgedehnteſten wird dieſe Verkupferung der Drähte von der Pontal-Telegraph - Company in New-York betrieben. 25 Dynamomaſchinen liefern den Strom, der durch 200 Zerſetzungszellen geht und in einem Tage 16 Kilometer Stahldraht mit 5 Zentnern Kupfer überzieht, indem der Draht langſam durch eine Reihe von Bädern hindurchwandert. Die Betriebskoſten werden dabei zum guten Teil durch einen Nebenverdienſt aufgebracht. Es fällt nämlich bei dem Prozeſſe in den Zellen viel metalliſches Silber zu Boden, welches in dem verwendeten Kupfervitriol vorkommt, das aber ſelbſtändig zu gewinnen nicht lohnen würde.
Das Kupfer, an ſich durch ſeine Widerſtandsfähigkeit gegen die Einflüſſe der Luft hinreichend geſchützt, wird immerhin nicht dauernd ſein Ausſehen behalten. Andere Metalle ſind darin bevorzugter und dem Auge gefälliger. Silber, Gold und Nickel ſind von dieſer Art. Das Meſſing, freilich kein einfaches Metall, ſondern aus Zink und Kupfer zuſammen - geſetzt, hat dieſelbe Eigentümlichkeit. Silber und Gold, die als edle Metalle das Bleiben an der Luft ohne Schaden vertragen, ſind durch ihre Koſtbarkeit an vielen Stellen ausgeſchloſſen. Das Nickel macht ſich durch ſeine Härte ganz beſonders geeignet, als Uberzug zu dienen. Man iſt im Stande, alle dieſe Körper aus entſprechenden Löſungen, ebenſo wie das Kupfer aus der Kupfervitriollöſung, durch einen galvaniſchen Strom an der paſſenden Stelle zum Niederſchlage zu zwingen. Das Vermeſſingen von Eiſen - und Zinkwaren geſchieht durch Zerſetzung einer Cyankupfer - und - Zinklöſung. Durch paſſende Regulierung der Stromſtärke hat man es dabei in der Gewalt, die Farbe des Niederſchlages zwiſchen dem Kupferrot und dem Zinkweiß beliebig variieren zu laſſen. Man überzieht jetzt viele Haushaltungs - gegenſtände, Lampenfüße u. dgl., mit einer dünnen Schicht von Meſſing, die ihnen das Ausſehen von Bronzen giebt. Werden ſie dann noch poliert, ſo iſt kein Unterſchied von echten Bronzen zu erkennen, ſie erhalten ſogar nach längerem Gebrauch jenen ſchönen blauen Überzug von kohlenſaurem Kupfer, der als Edelpatina bekannt iſt.
Da wir von der Patina ſprechen, wollen wir im Vorübergehen eines ſehr wenig erwünſchten Überzuges von Bronzen gedenken, der ſogenannten unechten Patina, welche aus Chlorkupfer beſteht, ſich recht oft zum Schmerze des Forſchers an antiken Bronzen findet und, indem ſie die ganze Maſſe derſelben durchſetzt, den Gegenſtand der Zerſtörung anheim giebt. Nun iſt — und deshalb kommen wir darauf zu ſprechen —142Die elektriſchen Erfindungen.neuerdings ein elektriſches Verfahren von Finkener in Berlin angegeben worden, um durch Zerſetzung des Kupferſalzes die Bronzen zu kon - ſervieren. Man legt dazu den Gegenſtand ſo in eine ſchwache Cyankaliumlöſung, daß der poſitive Strom, der nur ſehr ſchwach zu ſein braucht, bei ihm eintritt, dann wird das Waſſer der Löſung in ſeine Beſtandteile Waſſerſtoff und Sauerſtoff zerlegt, von denen der erſtere die Fähigkeit hat, die Patina zu Kupfer zu machen. So gelingt es, viele Bronzen vor dem drohenden oder ſchon beginnenden Zerfall zu retten und viele Details der Zeichnung auf ihnen zu Tage treten zu laſſen, welche vorher nicht ſichtbar waren.
Eine der erſten praktiſchen Anwendungen der Galvanoplaſtik war die zum Verſilbern und Vergolden von Gegenſtänden. De la Rive in Genf führte ſie bereits 1840 erfolgreich aus und bald nachher
Kleiner Apparat zum galvaniſchen Verſilbern und Vergolden.
richteten die beiden Elkington in Birmingham die heute noch blühende Werkſtatt zur Verſilberung ein. Eine kleine Zerſetzungszelle zum Verſilbern zeigt Fig. 103 einen größeren Trog Fig. 104.
In der erſteren erblicken wir in der Mitte eines runden Gefäßes einen ſilbernen Cylinder, welcher mit dem poſitiven Pole der Batterie in Ver - bindung ſteht, während die zu ver - ſilbernden Gegenſtände, etwa Meſſer und Gabeln an einem kreisförmigen Drahte hängen, der mit dem Zink - pol der Batterie verbunden iſt. Die Flüſſigkeit des Bades iſt die Auflöſung eines Silberſalzes in Cyan - kaliumlöſung; die Löſung würde durch den Niederſchlag allmählich ihres Silbergehaltes beraubt werden, wenn nicht durch Einhängen des Silber -
Größerer Apparat zum galvaniſchen Verſilbern und Vergolden.
143Das Verſilbern, Vergolden und Vernickeln.cylinders, der durch den Strom aufgelöſt wird, für Erſatz geſorgt wäre. Das größere Bild ſtellt einen Trog CC 'dar, auf dem zwei Metall - ſtäbe vv' und tt feſt liegen, bei vv 'tritt der poſitive Strom in das Bad ein, während der Zinkpol der Batterie mit tt leitend verbunden iſt. In dem Troge befindet ſich die Verſilberungsflüſſigkeit, in welche die beiden mit der poſitiven Stange vv' leitend verbundenen Silberplatten oo 'hinein - hangen. An dieſen tritt alſo der poſitive Strom in die Flüſſigkeit ein. Dagegen ſind die zu verſilbernden Gegenſtände an den Drähten a b aufgehängt, welche mit dem negativen Stabe tt in Verbindung ſtehen, aber den Stab vv' nicht berühren dürfen. An ihnen tritt der Strom wieder aus, welcher nach der Figur durch eine galvaniſche Batterie von ſechs Elementen geliefert wird, aber beim Großbetriebe auch von einer Dynamomaſchine kommen kann. Das Silber haftet an den meiſten Metallen ohne Weiteres, nur bei Zinn - und Zinkgegenſtänden iſt es nötig, zuerſt eine oberflächliche Verkupferung und dann erſt das Verſilbern vorzunehmen. Die Dicke der Silberſchicht, die man auf gewöhnlichen Tafelſervicen ſich niederſchlagen läßt, beträgt nur 8 / 100 Millimeter und iſt doch genügend, denſelben jahrelang das ſchöne Ausſehen zu be - wahren. Das geſamte Silber, das auf einem Dutzend Löffel oder Gabeln ſich abſetzt, repräſentiert zwar einen Wert von 15 Mark, aber das Beſteck koſtet nur ein Sechſtel von dem, was ein maſſives wert iſt. Es iſt übrigens nach erfolgter Abnutzung eine neue Verſilberung immer wieder möglich. Bei vielen anderen Gegenſtänden, die ja meiſt nicht ſo ſtark abgenutzt werden als Beſtecke, wird übrigens nur ein noch viel dünnerer Belag hergeſtellt — von nur 1 / 1000 Millimeter Dicke. Das in Europa und Amerika alljährlich auf galvaniſchem Wege niedergeſchlagene Silber ſoll nicht weniger als 125 Tonnen wiegen, alſo einen Wert von 20 Millionen Mark beſitzen.
Beſonders iſt dieſe Induſtrie in Paris entwickelt, wo jährlich ein Fünftel dieſes Betrages verarbeitet wird, und die Fabrik von Chriſtofle allein ſeit ihrer Gründung vor 50 Jahren 169 Tonnen Silber verbraucht hat. In Deutſchland iſt die Metallwarenfabrik zu Geißlingen in Würtem - berg die hervorragendſte Vertreterin der Silbertechnik. Sie beſchäftigt 600 Arbeiter. Die Waren werden in zwei Gießereien gegoſſen, in fünf Walzwerken werden Bleche gewalzt. In anderen Räumen werden dieſe plattiert, d. h. auf trockenem Wege mit Platten von anderen Metallen belegt, die Gußſachen gefeilt, ciſeliert und gedreht, geſchliffen oder durch Blaſen mit Sand auf ihrer Außenſeite an beſtimmten Stellen rauh gemacht. Nach dieſen und noch einigen Vorbereitungen gelangen die Gegenſtände erſt zur Verſilberung, bei der ſich das durch das Sand - gebläſe erlangte ſchöne matte Ausſehen erhält, wenn man ſie nicht nachträglich an geeigneten Stellen poliert. Auch die ſogenannten Oxydſachen werden galvaniſch erhalten. Es ſind in Wahrheit verſilberte Gegenſtände, welche oberflächlich mit einer Schicht von Schwefelſilber überzogen ſind. Man erlangt ſie durch Einbringen an die Stelle,144Die elektriſchen Erfindungen.wo der poſitive Strom in die zu zerſetzende Flüſſigkeit eintreten ſoll, die hier Schwefelammonium gelöſt enthält; der ſich entwickelnde Schwefel wird von dem Silber angezogen und bildet mit ihm den als Oxyd bekannten Überzug.
Die galvaniſche Vergoldung kam gleichzeitig mit der Verſilberung auf. Brugnatelli vergoldete bereits 1805 eine ſilberne Medaille mit Hülfe der Voltaſchen Batterie. De la Rive ſoll das Verfahren bereits 1828 gekannt haben. Nach ſeiner Veröffentlichung im Jahre 1840 nahmen Ruolz in Frankreich und die beiden Elkingtons in England Patente darauf. Sie iſt auch ganz ebenſo einfach auszuführen. Das Bad, in welches die zu vergoldenden Gegenſtände kommen, enthält eine Löſung von Cyankalium und eine ſolche von Gold in Königs - waſſer. Je nach der Stärke des Stromes und der Wärme des Bades ändert ſich die Farbe des Goldniederſchlags von lichtem zu lebhaftem Hellgelb. Durch Zuſatz von Silber aber hat man es in der Gewalt, die Farben von Grün bis Rot wechſeln zu laſſen je nach dem Ver - hältniſſe der Miſchung. Dieſes Verfahren hat zwar noch nicht alle übrigen Vergoldungsarten verdrängt, aber ſie doch mehr in den Hinter - grund treten laſſen; denn wenn der galvaniſche Niederſchlag auch nicht ſo feſt halten ſoll, wie der durch die Feuervergoldung erlangte, ſo hat das Feuerverfahren, bei dem giftige Queckſilberdämpfe ſich entwickeln, ſo ſchädliche Einflüſſe auf die Geſundheit der Arbeiter, daß man ſchon deshalb davon zurückkommt. Eine beſonders gefällige Anwendung dieſer Technik iſt die jetzt ſchon verbreitete Kunſt der galvanoplaſtiſchen Niellos. Man verſteht darunter Metallarbeiten nach Art der ein - gelegten Holzarbeiten, bei denen in die Riſſe und Lücken eines Metalls durch Einpreſſen ein anderes gebracht wird, wie z. B. Gold in Silber. Ähnlich waren die tauſchierten Holzarbeiten, bei denen ein Metall an gewiſſen vertieften Stellen des Holzes eingepreßt ward. Ganz das - ſelbe erreicht man jetzt mit viel weniger Mühe und weitaus ſchöner auf galvaniſchem Wege. Man überzieht etwa eine Kupferplatte mit einer iſolierenden Schicht und macht nur diejenigen Stellen frei, welche einen Niederſchlag empfangen ſollen. Nimmt man dann die Platte aus dem Bade, bedeckt die niedergeſchlagenen Stellen und macht andere frei, an denen in einer neuen Zelle ein anderes Metall ſich anſetzen ſoll, ſo kann man nacheinander die Platte mit drei oder vierfarbigen Arabesken überziehen, wie z. B. mit Kupfer, Silber, Gold und Oxyd. Oder man ätzt einfach gewiſſe Stellen in der Kupferplatte ein und läßt dann dieſe Stellen ſich mit Gold - oder Silberniederſchlag anfüllen, bis derſelbe gleiche Höhe mit der Oberfläche der Platte erlangt hat. Der bekannte Schriftſteller Corvin hat ein ſehr hübſches und dabei höchſt einfaches, nach ihm Corvinniello genanntes, Verfahren angegeben, um eingelegte Arbeiten zu erhalten. Man fertigt eine Zeichnung der Arbeit auf beliebigem, am beſten metalliſchem Hintergrunde und belegt dieſen an den paſſenden Stellen mit Stücken von Jet, Bernſtein, Perl -145Das Verſilbern, Vergolden und Vernickeln.mutter oder Metallen, aber ſo, daß ſie mit ihrer rechten Seite dem Hintergrunde zugekehrt ſind, der noch übrige Raum wird galvaniſch mit Metall gefüllt; wenn dieſes die hinreichende Stärke erlangt hat, kann das Ganze vom Hintergrunde losgelöſt werden. Die aufgeklebten Stücke erſcheinen dann in der ſauberſten Weiſe in das Metall eingelegt. Natürlich kann man durch Eingravieren, Vergolden oder Verſilbern das Stück noch weſentlich verſchönern. So laſſen ſich Tiſchplatten, Buchdeckel, Möbeleinlagen und Platten für allerlei Dinge zu beſonders billigen Preiſen herſtellen.
Im Jahre 1846 machte Böttger den Vorſchlag, Gegenſtände, die den ſchädlichen Einflüſſen der Luft ausgeſetzt ſind, durch einen Überzug mit Nickel zu ſchützen, aber erſt 1869 kam das von Böttger angegebene Verfahren in größerem Maßſtabe zur Anwendung, und zwar zuerſt in Nordamerika. Feuerwaffen, die vor dem Roſten bewahrt werden ſollten, wurden damals der Vernickelung unterzogen, heut aber werden Schlöſſer, Schlüſſel und Zimmeröfen ſo gut wie wiſſenſchaftliche Inſtrumente, ja ſogar vielerlei Zink - und Meſſinggeräte mit einem Nickelüberzuge ver - ſehen. Es giebt kaum einen Induſtriezweig, der ſo ſchnell ſich überall Eingang verſchafft hätte, wie die Vernickelung. Die Gegenſtände werden an der Austrittsſtelle des poſitiven Stroms in eine konzentrierte Löſung von ſchwefelſaurem Nickel und ſchwefelſaurem Ammonium eingebracht und bei hinreichend ſtarkem Strome in kurzer Zeit mit einer dünnen, aber ſehr feſt haftenden Schicht von Nickel überzogen. Durch Einhängen eines Nickelblechs an der Eintrittsſtelle des Stroms ſorgt man dafür, daß die Löſung fortwährend ihre Stärke beibehält. Abgeſehen davon, daß die meiſten Gegenſtände dadurch ein viel ſchöneres Ausſehen er - langen, ſind ſie durch den Nickelüberzug gegen den Schaden, den die Luft und das ihr in geringem Maße beigemengte Schwefelwaſſerſtoffgas ihnen zufügen, gegen welches ſelbſt das Silber nicht ſicher iſt, gut geſchützt.
Indem man die chemiſchen Wirkungen des elektriſchen Stromes genauer ſtudierte, iſt man auch zu anderen ebenſo wirkſamen, dabei äußerſt intereſſanten Methoden gelangt, um Metalle gegen die Angriffe der Luft und anderer mit ihnen in Berührung kommender Stoffe zu ſchützen. So wird eine Kupferplatte, die man in Seewaſſer eintaucht, leicht und ſchnell von dieſem angefreſſen, weil ihm Spuren von ver - dünnten Säuren beigemiſcht ſind. Die Platten, welche den Belag von Schiffskörpern bilden, nutzen ſich alſo leicht ab. Verbindet man aber mit dem Kupfer ein Stückchen Zink, ſo wird nach dem, was wir am Anfange dieſes Kapitels geſagt haben, ein Strom von poſitiver Elektrizität innerhalb der Flüſſigkeit vom Zink zum Kupfer gehen. Die ſo erzeugte elektromotoriſche Kraft wirkt aber gerade der chemiſchen Verwandtſchaft zwiſchen dem Kupfer und jenen dünnen Säuren entgegen und verhindert ſomit die Abnutzung des Kupfers. Dagegen wird allerdings jetzt das Zink ſchneller angegriffen, als es ſonſt im Seewaſſer mit ihm der FallDas Buch der Erfindungen. 10146Die elektriſchen Erfindungen.wäre. Aber es genügen nach den Verſuchen, welche der berühmte Chemiker Davy am Anfange des Jahrhunderts anſtellte, 11 Stückchen Zink, ſo groß wie die Köpfe kleiner Nägel, um ein Quadratmeter des Belags zu ſchützen. Leider iſt dieſe geiſtreiche Erfindung praktiſch wenig angewendet worden, weil ſich herausgeſtellt hat, daß die Seegräſer und Schaltiere ſich mit Vorliebe an die nicht angefreſſenen Kupfer - platten anſetzen.
Das Verſieden von Salzſoolen geſchieht gewöhnlich in eiſernen Pfannen, welche auch den Angriffen gewiſſer chemiſcher Beimengungen der Soole nicht ſtandhalten. Althaus kam auf die Idee, den Eiſen - trog ganz ähnlich zu ſchützen, wie Davy die Kupferplatte ſicherte. Auch hier ſollte Zink der Retter aus der Not ſein, indem es in der Flüſſigkeit eine elektromotoriſche Kraft erzeugt, die der chemiſchen An - ziehung zwiſchen dem Eiſen und derſelben gerade entgegenwirkt. Aber freilich ſtieß die Sache auf eine Schwierigkeit: das Zink wurde deſto mehr angegriffen und die entſtehende Chlorzinklöſung hätte der Soole giftige Eigenſchaften gegeben. Die Ecken der Tröge wurden daher mit Holzbrettern abgeſchnitten und nur die ſo entſtehenden Kammern mit Zink ausgefüllt. Dann ſtellte die durch das Holz ſickernde Soole die leitende Flüſſigkeit dar und es entſtand ein Strom zwiſchen Eiſen und Zink, während das ſich bildende Chlorzink die Soole nicht verunreinigte.
Man hat die Beobachtung gemacht, daß die Eiſenbahnſchienen nicht leicht roſten, wie man doch von ihnen erwarten ſollte, da ſie immerfort den Einflüſſen des Regens, des Sauerſtoffs und der Kohlen - ſäure der Luft ausgeſetzt ſind. Wenn ſie ſich noch im Lager befinden, ſo müſſen ſie ſehr trocken gehalten werden, um nicht bald vom Roſt an - gefreſſen zu werden. Als man nun die im Gebrauche befindlichen Schienen genauer unterſuchte, fand man, daß ſie in der erſten Zeit allerdings ſich mit Roſt bedecken, daß aber der fortwährende Druck darüber hinfahrender Eiſenbahnzüge dieſen Roſt in das ſogenannte Eiſenoxyduloxyd verwandelt, eine Verbindung, die in der Natur als Magneteiſenſtein vorkommt und durch dunkle Farbe charakteriſiert iſt. Dieſe ſchützt nun die Schienen ganz ähnlich vor dem Roſten, wie der Zinknagel die Kupferplatte; ſie ent - wickelt mit den Waſſern der Niederſchläge eine elektromotoriſche Kraft, welche gerade wieder jenen roſterzeugenden chemiſchen Kräften entgegen - wirkt. Um auch das erſte Roſten der Schiene zu verhindern, kann man ſie daher mit einem ſolchen Überzuge von Magneteiſenſtein oder einem ähnlich wirkenden Material verſehen. Ein ſolches iſt z. B. das Manganſuperoxyd, das in der Natur als Braunſtein vorkommt. Haswell in Wien ſchlägt es auf galvaniſchem Wege auf den Eiſen - ſchienen und anderen Eiſengeräten nieder und ganz neuerdings behandelt er die Gewehrläufe in ähnlicher Weiſe, indem er ihnen einen galvano - plaſtiſchen Überzug von Bleiſuperoxyd verleiht, ein Mittel, welches das Roſten von Eiſen und Stahl ebenſo wenig zuläßt, wie die ſchon er - wähnten Stoffe.
Wir erwähnten, daß man bald herausfand, wie fähig der elektriſche Strom ſei, um neben den chemiſchen Arbeiten auch noch andere, ſchwierigere Dinge zu vollbringen. Weniger gute Leiter, die er zu paſſieren gezwungen wird, verſetzt er ins Glühen und daher muß er auch zum Hervorbringen von Licht geeignet ſein. Er kann, wie wir ſpäter ſehen werden, auch mannigfache Arbeiten vollbringen, zu denen ſonſt menſchliche und tieriſche Muskelkraft, ſowie die des Dampfes herangezogen werden. Was ſich der Nutzbarmachung dieſer Entdeckungen in den Weg ſtellte, das war aber vor allem die Teuerkeit eines Stromes, den man durch eine Batterie erlangte. Hätte man mit der bisher be - ſchriebenen galvaniſchen Kette große Arbeiten vollbringen wollen, ſo wäre die Zahl der dafür nötigen Elemente ins Unglaubliche gewachſen. Man fand aber bald, daß andere auf demſelben Prinzip beruhende Elemente weit wirkſamer waren, als das urſprüngliche Voltaſche. Die ſich erweiternden Kenntniſſe über die chemiſchen Kräfte gaben die Mittel an die Hand, ſtärkere Batterien zu bauen. Ein ſehr viel gebrauchtes, kräftiges Element iſt dasjenige, welches der berühmte Chemiker Bunſen 1842 zuſammenſetzte. Ein Zinkcylinder ſteht in verdünnter Schwefelſäure, ihn umgiebt eine unten geſchloſſene Thonröhre, die mit konzentrierter Salpeterſäure gefüllt iſt und ein Stück Kohle enthält. Die Thonzelle iſt porös, ſie geſtattet alſo beiden Flüſſigkeiten den Durch - tritt und ſomit ein Weiterſtrömen der Elektrizität. Verbindet man außer - halb des Elements die Kohle und das Zink, ſo ſtrömt in dieſem Schließungsbogen poſitive Elektrizität von der Kohle zum Zink und negative umgekehrt. Man ſagt aber kurz: der Strom geht von der Kohle, dem poſitiven Pol, zum Zink, dem negativen Pol. Innerhalb des Elements fließt der Strom dagegen vom Zink zur Kohle. Dies iſt nur eines von einer Anzahl in ihrer Art ſehr geeigneter Elemente, die nun zu vielen zuſammengeſetzt eine erſtaunliche Arbeitskraft ent - wickeln können. Aber im Großen ließ ſich eben deshalb kein Gebrauch von ihnen machen, weil neben den Säuren, die ſich auch in einiger Zeit aufbrauchen, vor allem immer das Zink binnen kurzem einer Er - neuerung bedarf, da die Schwefelſäure es aufzehrt. Nun wird 1 kg Zink durch die Verbrennung von 15 bis 20 kg Kohle erzeugt (vgl. „ Metall - gewinnung “); während aber 1 kg Kohle durch ſeine Verbrennung 12½ kg eiskaltes Waſſer in Dampf von 100 Grad zu verwandeln fähig iſt, ver - mag ein kg Zink dies nur mit 2½ kg Waſſer. Das Zink leiſtet alſo durch ſeine Zerſtörung nur ein Fünftel der Wirkung, welche die Kohle giebt, und da es etwa 50 mal ſo teuer als die Kohle iſt, ſo folgt, daß die durch eine galvaniſche Batterie geleiſtete Arbeit ungefähr 250 mal10*148Die elektriſchen Erfindungen.teurer zu ſtehen kommt, als die der Dampfmaſchine. Alſo für die in Induſtrie und Verkehr nötigen Kraftwirkungen war die Elektrizität, ſo lange man zur Erzeugung des Stromes auf die galvaniſchen Batterien angewieſen war, nicht brauchbar.
Aber bereits 1822 fand der Phyſiker Seebeck in Berlin ein Mittel, galvaniſchen Strom in einer Verbindung von Metallen zu erzeugen, ohne dieſe zu ſchädigen. Nicht die chemiſche Verwandtſchaft, ſondern die Wärme war die Kraft, die den Strom lieferte. Man braucht nur zwei verſchiedene Metalle an ihrem einen Ende zu verlöten und die innern Enden durch einen Schließungsdraht zu verbinden, ſo wird dieſer von einem Strome durchfloſſen, ſobald man die Lötſtelle erwärmt. Will man ſtärkere Wirkungen erzielen, ſo kann man das eben be - ſchriebene Metallpaar, das Thermoelement mit anderen in geeigneter Weiſe verbinden, ſo wie man die galvaniſchen Elemente zu Batterien verbindet. Die paſſende Erwärmung der Thermobatterien liefert dann ſchon Ströme, die größerer Wirkungen fähig ſind. Am beſten wählt man als Metalle Wismuth und Antimon, verbindet ſie an ihren Enden zu Paaren, erwärmt etwa mit Gas immer eine Verbindungsſtelle, während man die folgende kühl hält, ſo entſteht ein Strom von der heißen zur kalten Verbindungsſtelle, und die ſo erzeugte elektromotoriſche Kraft iſt deſto größer, je mehr ſich die Temperatur der heißen und der kalten Stellen von einander unterſcheiden. Wenn die Thermobatterien ſich bisher kein großes Feld erobern konnten, ſo liegt das daran, daß von der zugeführten Wärme recht viel verloren geht, einmal durch Leitung in den Metallſtreifen ſelbſt — ein Betrag, der dann den abzukühlen - den Enden rundweg entzogen wird, um den für die Hervorbringung des Stromes nötigen Temperaturunterſchied aufrecht zu halten, und dann dadurch, daß viel von der Wärme in die Luft ausſtrömt. Ähn - liche Gründe bewirken es, daß die Dampfmaſchine nur den ſiebenten Teil derjenigen Arbeitsmenge liefern kann, welche ſie theoretiſch aus der Verbrennung der Kohlen liefern müßte. Es war bisher nur etwa der 300ſte Teil von derjenigen Elektrizitätsmenge durch die Thermo - batterie erhaltbar, welche man durch die Verwendung der Wärme in elektriſche Kraft zu erhalten hoffen durfte. Nur wenig beſſer war der Erfolg, den der berühmte Erfinder Thomas Alva Ediſon zu Menlo Park bei New-York (geb. 1847) mit einem ähnlichen Apparate, der pyromagnetelektriſchen Maſchine, erzielte. Jetzt ſcheint aber die Zeit ge - kommen, wo ſich die Erwärmung für die Zwecke der Stromerzeugung in der Technik Eingang verſchaffen wird. Der Berliner Elektrotechniker Gülcher hat als Frucht mühevoller Arbeiten im vorigen Jahre eine Thermobatterie konſtruiert, die bereits 15 mal ſoviel Elektrizität als jene älteren Apparate liefert. Er verbindet 50 Thermoelemente aus chemiſch reinem Nickel und einer Miſchung aus Antimon mit anderen Metallen. Dieſe werden durch Koks erhitzt und man kann durch die einfache Erwärmung mit 2 kg Koks in der Stunde ſchon acht gewöhnliche Glühlampen fort -149Die Induktion.während im Glühen erhalten. Zugleich hat Dr. Giraud in Paris einen entſprechenden Apparat gebaut, den er im Winter mit dem Zimmerofen verbindet. Während dieſer dem Zimmer die nötige Wärme liefert, ſchickt er der Thermobatterie einen Strom zu, der freilich nur eine Glühlampe ſpeiſt. Offenbar liegt in der weiteren Vervollkommnung dieſer Apparate ein Stück Zukunft der Elektrotechnik. Es wird hoffent - lich gelingen, denſelben immer mehr Elektrizität durch die Wärme abzu - gewinnen und dann werden ſie im Verkehr und in der Technik eine größere Rolle ſpielen. Vorläufig iſt man darauf angewieſen, die durch Wärme gelieferte Arbeit in ganz anderer Weiſe zur Stromerzeugung nutzbar zu machen. Man muß erſt Dampfmaſchinen treiben und durch dieſe andere Apparate in Bewegung ſetzen, die als magnetelektriſche und Dynamomaſchinen überall verbreitet ſind. Um ihren Aufbau ganz zu verſtehen, wird es nötig ſein, weit zurückzugreifen und vor allem den Beziehungen zwiſchen der Elektrizität und einer anderen rätſelhaften Naturkraft, dem Magnetismus, uns zuzuwenden.
Eine ſeit uralten Zeiten bekannte Thatſache iſt es, daß der im vorigen Kapitel bereits erwähnte Magneteiſenſtein Eiſenſtückchen an ſich zu ziehen vermag. Dieſe Anziehung ähnelt derjenigen der elektriſchen Körper, nur daß ſie eben bei den magnetiſchen auf eiſerne Dinge beſchränkt bleibt. Heute macht man Körper von bleibenden magnetiſchen Eigenſchaften aus Stahl. Ein ſolcher Magnet hat z. B. die Eigen - tümlichkeit, durch eine unſerer Erde innewohnende Richtkraft immer von Norden nach Süden eingeſtellt zu werden. Dieſe auch hin - reichend lange bekannte Seite ſeines Weſens macht ihn zu einem Kompaß, jenem für die Schifffahrt ſo unentbehrlichen Inſtrumente tauglich (vergl. „ Sicherung der Schifffahrt. “). Er hat einen Nord - pol, der ſich nach Norden zu zeigen beſtrebt, während die gegenüber - liegende Stelle, der Südpol, nach Süden gezogen wird. Wenn man einem frei aufgehängten Magnete einen andern nähert, ſo überzeugt man ſich leicht, daß die Nordpole einander fliehen und ebenſo die Südpole, während jeder Nordpol ſich zu jedem Südpole hingezogen fühlt. Man faßt dies in die ſchon zum Sprichwort ge - wordene Regel zuſammen: Gleichnamige Pole ſtoßen ſich ab, un - gleichnamige ziehen ſich an. Wie der elektriſche Körper den unelektriſchen nur deshalb anzieht, weil er in dieſem eine Verteilung der Elektrizitäten hervorruft, ſo kann man auch unſchwer zeigen, daß jene Anziehungs - kraft der Magnete gegen das Eiſen einfach darauf beruht, daß in dieſem, ſo lange es in der Nähe des Magnets liegt, ein Nordpol und ein Südpol hervorgerufen werden, die ihrerſeits der Anziehung durch die ungleichnamigen Pole des Magnets unterliegen. Jedes Stück Eiſen wird in der Nähe des Magnets ſelbſt zum Magnete, es iſt befähigt Eiſenſtücke anzuziehen und auch dieſe wieder ſind dazu im Stande, nur nimmt mit der Entfernung von dem urſprünglichen Magneten die erworbene magnetiſche Kraft allmählich ab.
150Die elektriſchen Erfindungen.Der erſte, welcher eine Beziehung zwiſchen einem elektriſchen Strome und einem Magneten auffand, war der däniſche Phyſiker Örſted. Er zeigte 1820, daß eine frei aufgehängte Magnetnadel von einem in der Nähe vorbeigehenden elektriſchen Strome abgelenkt wird. Wird der Strom unterbrochen, ſo kehrt die Nadel in ihre erſte Lage zurück, wird er umgekehrt, ſo wird auch dieſe nach der andern Seite abgelenkt. Ampère hat die folgende Regel aufgeſtellt, durch die man
Ablenkung einer Magnetnadel durch den elektriſchen Strom.
allezeit die Richtung der Nadel beſtimmen kann: Man denke ſich in der Richtung des Stromes ſchwimmend und richte ſeine Augen nach dem Nordpole, ſo wird man ihn ſtets zur linken Hand erblicken. (Vgl. Fig. 105.) Jene Ablenkung wird um ſo ſtärker ſein, je kräftiger der ſtörende Strom iſt. Man kann die Wirkung verſtärken, wenn man mehrere Teile des Schließungsdrahtes, welche die Elektrizität in der gleichen Richtung durchſtrömt, neben einander legt und gemeinſam wirken läßt. Man kann die Ablenkung am weiteſten treiben, wenn man einen guten Teil des Schließungs - drahtes zu einer Spirale aufwickelt. Jedes Stückchen wird dann die Magnetnadel richten, im ganzen wird die Spirale, ſo lange ſie von einem Strome durchfloſſen iſt, wirken, wie ein Magnet, der ſich in ihrem Inneren befindet. Daß ſie auch die anderen Thätigkeiten eines Magnets ausübt, das erkennt man leicht, wenn man ihr Eiſenſtücke nähert, ſie zieht dieſe an und macht ſie für kurze Zeit zu Magneten. Am ſtärkſten wird dieſe magnetiſierende Kraft, wenn man ein Stück weiches Eiſen in die Spirale ſelbſt hineinlegt. (Vgl. Fig. 106.) Sobald dieſe vom Strome durchfloſſen wird, wird jenes zum Magnete; hört der Strom auf, ſo iſt es auch mit dem Magnetismus des Eiſens zu Ende. Man bezeichnet einen ſolcherweiſe vom Strom erzeugten Magnet als Elektromagnet und man hat es in der Gewalt ſich recht kräftige Magnete auf dieſe Art zu verſchaffen. Man braucht dazu nur die Wirkungen der Spirale zu vervielfachen, ſie zu Spulen zuſammen - zufügen und den Strom recht kräftig zu wählen, ſo erzeugt man Magnete, die viel mehr ausrichten als ſelbſt die aus Stahl verfertigten. Man kann dem Magneten die verſchiedenſten Formen geben und eine ſehr viel gebrauchte iſt die Hufeiſenform, die wir in Fig. 107 erblicken. Wir ſehen die Schenkel des Hufeiſens von zwei Spulen umgeben, welche das Eiſen zu einem Magneten machen, wenn ein Strom ſie in gleicher Richtung oder auch in entgegengeſetzter Richtung umkreiſt. Während im erſten Falle ſich an den beiden Enden ein Nordpol und ein Südpol ausbildet, iſt aber im zweiten Falle nur entweder Süd -151Die Induktion.magnetismus oder Nordmagnetismus an den Enden nachweisbar, während ſich ein Pol von der umgekehrten Wirkung an der Biegung des Hufeiſens befindet. Jede Umkehrung des Stromes bewirkt auch eine ſolche der Pole. Ein Stück Eiſen, welches, wie in der Fig. 107
Stabförmiger Elektromagnet.
Hufeiſenförmiger Elektromagnet.
vor den Polen liegt, bezeichnet man als einen Anker. Dieſe Erſcheinungen ſind zum größten Teile bald nach Örſteds Entdeckung von dem Franzoſen Arago bekannt gegeben worden. Eine ſehr weſentliche Nutzbarmachung erfuhren ſie — wie wir ſpäter des Genaueren erfahren werden — bei den elektriſchen Läutewerken, Uhren und Telegraphen. Hier intereſſieren ſie uns zunächſt, weil ſie geeignet waren, dem genialen Inſtinkte phyſikaliſcher Forſcher die Wege für neue Erzeugungsarten des elektriſchen Stromes zu weiſen. Der erſte und bedeutendſte unter jenen war Michael Faraday (geb. 1791 bei London, geſt. 1867 zu Hamptoncourt). Er war nach ein - ander Buchbinder, Gehilfe des berühmten Chemikers Davy und Profeſſor der Chemie in London. Durch eine Reihe geradezu gewaltiger Ent - deckungen hat er ſich den Namen des bedeutendſten Experimentalforſchers dieſes an Entdeckungen ſo reichen Jahrhunderts verdient. Den kräftigſten Anſtoß zu neuen Erfindungen gab ſicher ſeine 1831 erfolgte Auffindung der Induktion. Dies war der Gedankengang, der ihn leitete und ſeit dem Jahre 1826 oder 1827 nicht mehr zur Ruhe kommen ließ:
Wenn ich einem ſtählernen Magneten den eiſernen Anker entreiße, was wird aus der Kraft, die ich dazu verwende? Daß ſie verſchwinde, iſt152Die elektriſchen Erfindungen.unmöglich; iſt ſie vielleicht im Stande, in einem Drahte, den ich um den Anker wickle, zu einem elektriſchen Strome zu werden? Wenn ein Stück Eiſen zum Magnet wird, ſobald ich es einem vom Strome durch - floſſenen Leiter nähere, warum ſoll nicht umgekehrt ein Stahlmagnet fähig ſein in einer Drahtſpule, die ich ihm nahe bringe oder von ihm entferne einen Strom zu erzeugen? Im Jahre 1831 ſah er endlich, daß in der Drahtſpule, die bis auf eine ganz geringe Unter - brechung geſchloſſen war, jedesmal, wenn er einen kräftigen Magneten näherte, an der Unterbrechungsſtelle ein winziges Fünkchen ſich zeigte, ein Beweis, daß in dieſem Augenblick ein Strom die Spule paſſierte; und dasſelbe geſchah, ſobald der Magnet ſchnell wieder von der Spule entfernt wurde. Als er der Londoner Geſellſchaft der Wiſſenſchaften dieſen Funken zeigte, war er von der Tragweite ſeiner Idee bereits ſo überzeugt, daß er die Worte ſprach: „ Wenn dieſer Funken auch ſehr klein iſt, ſo daß man ihn kaum bemerken kann, ſo werden andere kommen, die dieſe Kraft zu wichtigen Zwecken nutzbar machen werden. “ Man ſagt, daß der Magnet in dem Leiter einen Strom induziert, und zwar hängt die Richtung des Stromes weſentlich
Induktion eines Stromes durch einen Magnet.
davon ab, ob man den Magnet nähert oder entfernt, ob man den Südpol vorſchickt oder den Nord - pol. (Vgl. Fig. 108.) Der Strom dauert nur eine ganz kurze Zeit, ebenſo lange wie die Bewegung des Magnets und er iſt auch in dieſer kurzen Zeit nur ſo lange ſtark genug, um ſich wahrnehmbar zu machen, als der Magnet noch in der unmittel - baren Nähe des Leiters liegt. Aber durch fortwährendes Annähern und Fortnehmen des Magnets wird es möglich, immer neue Ströme in dem Leiter zu induzieren, und zwar ſolche von immer wechſelnder Richtung.
Dieſer Entdeckung der Magnetinduktion folgte eine andere auf dem Fuße. Da jede von einem Strome durchfloſſene Spule magnetiſche Eigenſchaften hat, ſo lag es nahe, auch durch Annähern einer ſolchen an eine andere, in der noch keine Elektrizität iſt, einen Strom zu induzieren. Das gelang auch vollkommen. Jedesmal, wenn ſich die ſtromdurchfloſſene Spirale näherte oder entfernte, entſtand in der ruhenden Spule ein Strom, wie man daran ſehen konnte, daß eine Magnetnadel in ihrer Nähe abgelenkt wurde. Statt den Strom - kreis zu nähern oder zu entfernen, kann man ihn auch plötzlich in der Nähe des ruhenden Leiters entſtehen laſſen. In der Fig. 109 iſt AA 'der Schließungsbogen einer Batterie, welche durch die wagerechten Striche angedeutet iſt. Durch einen Taſter kann man nach Belieben Strom in den Draht ſchicken oder denſelben unterbrechen. Jedesmal153Die Induktion.beim Schließen und beim Öffnen des Stromes wird auch in dem benachbarten Drahte BB 'ein Strom induziert, welcher beim Schließen von B' nach B, beim Öffnen von B nach B' fließt, wenn die Richtung des urſprünglichen Stromes die des Pfeiles iſt. Man nennt den urſprünglichen Strom auch den primären, den induzierten den ſekundären, und ebenſo bezeichnet man die beiden Leiter AA' und BB ', denen man gewöhnlich die Form zweier Spulen giebt, über welche der Draht in vielen Windungen zu einer Spirale gewickelt iſt. Dieſe Drahtwindungen müſſen von einander iſoliert ſein, und dazu iſt es nötig, den Draht mit einem ſchlecht leitenden Stoff zu umſpinnen, am beſten mit Seide, und wohl auch mit Wachs zu tränken. Gewöhnlich ſind ſolche Induktionsapparate derart eingerichtet, daß die primäre Spule, aus verhältnismäßig wenigen Windungen dickeren Drahtes, die ſekundäre da - gegen aus ſehr vielen Windungen recht dünnen Drahtes beſteht. Die Gründe, welche gerade dieſe Einrichtung vorteilhaft erſcheinen laſſen, werden
Induktion eines Stromes durch einen anderen Strom.
wir ſofort entwickeln. Man hat zweierlei ſolcher Apparate. Die einen, bei denen die beiden Spulen ſich nicht gegen einander bewegen laſſen, heißen nach dem Pariſer Mechaniker Ruhmkorff, der ſie in beſonderer Vollkommenheit herſtellte, Ruhmkorffſche, die andern, bei denen die eine Spirale ſich in die andere hineinſchieben läßt, ſind die Dubois - Reymondſchen Schlittenapparate. Man kann bei beiden die Wirkung noch dadurch verſtärken, daß man in ihrem Innern einen Kern von Eiſendrähten anbringt. In dieſem wird durch den Strom Magnetismus erregt, der beim Entſtehen oder Vergehen ſeinerſeits in der ſekundären Spule einen Strom induzieren kann. Man kann gerade mit dem ſekundären Strome Wirkungen erzielen, zu denen der urſprüngliche Batterieſtrom untauglich iſt. Dieſer Strom läßt, wenn man ihn öffnet ganz geringe Funken erkennen. Man kann ihn von einer großen Zahl von Elementen entnehmen und, ohne das geringſte zu ſpüren, durch den Körper hindurchleiten. Wo dagegen der Schließungsbogen des ſekundären Stromes unterbrochen wird, treten Funken auf, wie man ſie ſonſt nur bei der Reibungselektrizität beobachtet mit einer Schlagweite von mehreren Dezimetern. Der induzierte Strom bringt, wenn der menſchliche Körper in den Schließungsbogen eingeſchaltet iſt, ſehr fühlbare Wirkungen hervor, erzeugt bei ſchwachen Strömen eine leiſe Kontraktion der Muskeln, bei ſtärkeren ſchmerzhafte Zuſammen - ziehungen und der ſekundäre Strom eines ſtarken Ruhmkorffſchen Apparates mag ſogar tötliche Wirkungen haben. Der Funken zer - trümmert dickes Glas, und es iſt, als ob die gezähmte Elektrizität des galvaniſchen Stromes hier in jene alte Wildheit zurückfiele, die wir beim154Die elektriſchen Erfindungen.Blitze in ihren furchtbaren Wirkungen kennen lernten. Wie ſollen wir uns dieſe ſonderbare Verwandlung erklären?
Die vielen Windungen der ſekundären Spule ſetzen dem Durchgange des Stromes einen mit ihrer Zahl wachſenden Widerſtand entgegen. Die Zahl der Windungen vermehrt alſo den Druck, unter dem die elektriſchen Teilchen ſtehen, und dieſer Druck iſt es ja, der auch das Beſtreben dieſer erzeugt, einander zu fliehen, jenes Beſtreben, welches wir die Spannung nennen. Die Spannung wächſt demnach, je mehr Windungen die ſekundäre Spule erhält, während die Stärke des Stromes, der ſich jetzt auf ſo viele Windungen verteilt, in demſelben Maße abnehmen wird. Jene Spannung nun iſt es, die ſich in der ſekundären Spule ſo auffällig macht, während die durchfließende Elektrizitätsmenge in dem Apparate ſehr geſchwächt erſcheinen wird. Jene Verwandlung, welche der Induktionsapparat leiſtet, iſt alſo die - jenige eines ſchwachgeſpannten, aber reichlich fließenden Stromes in einen hochgeſpannten, aber geringere Elektrizitätsmengen liefernden. Es iſt, wie wenn man den Waſſern eines Fluſſes in einer Nebenleitung erſt ein geringes Gefälle verſchafft, um ſie mit plötzlicher Gewalt im jähen Sturze des Waſſerfalls den beſonderen Zwecken raſch ſtürzenden Waſſers dienſtbar zu machen. Die Waſſermenge entſpricht derjenigen der Elektrizität, ihr Gefälle der Spannung des galvaniſchen Stromes. Man kann die Stromſtärke ſowohl wie die Spannung meſſen. Die Maße dafür heißen das Ampère und das Volt. Wenn die Strom - ſtärke ein Ampère beträgt, ſo iſt z. B. der galvaniſche Strom ſtark genug, um innerhalb einer Stunde etwas über ein Gramm Kupfer aus der Löſung niederzuſchlagen. Ein Strom von 5 Ampère voll - bringt die fünffache Leiſtung. Die Spannung von 1 Volt beſitzen z. B. die galvaniſchen Elemente, welche im Hauſe elektriſche Läutewerke aus - löſen; ein ſolcher Strom iſt für den Körper ganz unmerklich, und er bleibt es, wenn wir auch die Zahl der Elemente verzehnfachen und auf Spannung verbinden. Aber der Strom wird wenigſtens beim Öffnen und Schließen auf die Länge des Fingers fühlbar, wenn 100 Elemente zu je einem Volt auf Spannung kombiniert ſind, und mehrere 1000 Volt können uns bei hinreichender Elektrizitätsmenge den Tod bringen. Wenn die Elektrizitätsmenge gering iſt, ſo vertragen wir ſie auch in hochgeſpanntem Zuſtande ohne irgend welche Nachteile: die Schläge der Elektriſiermaſchinen ſind faſt unmerklich, obgleich die Spannung der Elektrizität einige tauſend Volt betragen kann. Wäre die Menge größer und flöſſe fortwährend neue hinzu, nur dann würde ſie bei hoher Spannung Schaden am Leben anrichten. Immer wenn es ſich darum handelt, einen momentanen ſchwachgeſpannten Strom in einen ſolchen von hoher Spannung zu verwandeln, wird man einen Induktionsapparat dazu verwenden können, und ebenſo, wenn das Umgekehrte erforderlich iſt. Man hat dazu aber beſondere Apparate, ſogenannte Transformatoren, d. h. Verwandler des Stromes, bei denen155Die Induktion.mehrere Drahtſpiralen auf eine gemeinſame Spule oder einen eiſernen Ring gewunden ſind, ſo daß man es in der Gewalt hat, durch beſtimmte Ver - bindungen gerade die ge - wünſchte Spannung in dem einzuſchaltenden ſekundären Leiter zu erhalten. Da die hohen Spannungen leicht von der einen zur anderen Windung einen Ausgleich der Elektrizität herbeiführen, und wo ein ſolcher einmal ſtattgefunden hat, er ſich dauernd macht, ſo muß man auf die Iſolierung eine beſondere Sorgfalt ver - wenden. Man kann es z. B. dadurch, daß man den ganzen Transformator in Öl legt, weil gerade dieſes Mittel ſich als in hohem Grade undurchläſſig für die Elektrizität gezeigt hat. Man muß auch das Ganze gegen die Umgebung ab - ſperren, damit nicht etwa hochgeſpannte Ströme an dem Leben der den Trans -
Wechſelſtromtransformator von Siemens & Halske.
formator bedienenden Perſonen Schaden anrichten. Einen ſolchen Transformator, wie ihn jetzt die Firma Siemens & Halske baut, zeigen wir mit den Schaltvorrichtungen in Fig. 110.
Faradays Induktionsfunken, ſo winzig er erſchien, erleuchtete gewaltig das Dunkel, welches bisher über der vorteilhaften Erzeugung elektriſcher Ströme gelagert hatte. Bereits ein Jahr darauf erblickte Pixiis magnetelektriſche Maſchine das Licht der Welt. Wir geben ſie in der Fig. 111 ſchematiſch. Die Pole eines Stahlmagnets SN werden, wenn ich ſie den mit Draht umwickelten Schenkeln des darüber befind - lichen Hufeiſens a b aus weichem Eiſen nähere, dieſe zu Magneten machen, in b einen Nordpol, in a einen Südpol erzeugend, und in dem Drahte einen Strom hervorbringen, der von p nach p' geht; beim Umkehren des Stahlmagnets SN, d. h. wenn der Nordpol nach S, der Südpol nach N gebracht wird, wird im oberen Hufeiſen ein Pol - wechſel und eine Umkehrung der Stromrichtung eintreten. Wenn man156Die elektriſchen Erfindungen.dies ſchnell wiederholt, ſo werden in dem Drahte p p' fortwährend Ströme von wechſelnder Richtung, ſogenannte Wechſelſtröme auftreten. Man kann bei der in Fig. 112 gegebenen Anordnung den Stahl - magnet ſehr ſchnell um eine ſenk - rechte Achſe drehen. Die Wechſel - ſtröme, welche in den beiden Draht -
Der Vorgang in einer magnetelektriſchen Maſchine.
Pixiis magnetelektriſche Maſchine.
ſpulen oberhalb der Magnetpole erregt werden, laſſen ſich durch Drähte zu einer unterhalb des Magnets ſichtbaren Vorrichtung, dem ſogenannten Kommutator führen. Dieſer iſt ein Cylinder aus einem iſolierenden Material und trägt ebenfalls von einander iſolierte, aber ſtufenförmig übereinander greifende Metallbänder, gegen welche beiderſeits zwei Federn drücken. Da dieſe Vorrichtung ſich mit dem Magnete dreht, ſo iſt erſicht - lich, daß gerade in den Momenten, wo ein Stromwechſel eintreten ſollte, zwei Federn von dem einen zum anderen Bande überſpringen. Die Folge iſt, daß wenn man durch zwei Federn die Wechſelſtröme in den Kommutator eintreten läßt, man durch Verbindung der beiden andern Federn gleichgerichtete Ströme in einem Schließungsdrahte erhält, freilich nur Ströme von ſehr kurzer Dauer, die aber durch ihre ſchnelle Auf - einanderfolge den Eindruck eines einzigen Stromes hervorbringen. Spätere Erfinder, wie Saxton und Clarke, haben dieſen magnet - elektriſchen Apparat dahin abgeändert, daß ſie den Magnet feſt ließen, während die Drahtſpulen, welche den ſogenannten Induktor oder Anker bilden, mit der Welle gedreht wurden. Das iſt offenbar praktiſcher, weil der letztere leichter als der Magnet iſt; die Wirkung aber bleibt genau dieſelbe. Jedesmal, wenn eine Spule in die Nähe eines Magnet -157Die magnetelektriſchen Apparate.poles, in ſein „ magnetiſches Feld “kommt, wird ſie von dem Magneten angezogen; derjenige, welcher die Maſchine dreht, könnte alſo Arbeit ſparen, und dieſe Arbeit iſt es, die einen Strom erzeugt; dagegen koſtet es eine gewiſſe Mehrarbeit, um die Spule aus dem Magnet - felde herauszubringen, und dieſe Mehrarbeit iſt es, die den entgegen - geſetzten Strom entſtehen läßt. Der Strom, den man erregt, wird ſtärker, je mehr man ſich beim Drehen der Maſchine anſtrengt, d. h. je ſchneller man dreht und je ſtärker der Feldmagnet iſt. So zeigt ſich die mechaniſche Arbeit, welche beim Drehen des Magnets oder der Spulen geleiſtet wird, ſofort in einen elektriſchen Strom verwandelt. Man kann die Wirkungen zunächſt dadurch ſteigern, daß man die Zahl der Magnete und der Induktionsrollen vermehrte. Dieſem Gedanken entſprangen die Maſchinen von Holmes und der Geſellſchaft L’Alliance zu Brüſſel, welche bereits in dieſem frühen Stadium der Elektrotechnik bei der Beleuchtung von Leuchttürmen an den Küſten Frankreichs und Englands ihre Dienſte thaten. An der Alliance - maſchine waren acht Reihen zu je drei rieſigen Stahlmagneten, an - gebracht, zwiſchen deren Polen ſich Rollen mit iſoliertem Drahte wälzten. In dieſen entſtanden durch die Induktion Wechſelſtröme, die ihrerſeits, ohne mittels eines Kommutators in einen gleichmäßigen Strom umgeſetzt zu werden, zur elektriſchen Lampe gelangten. Der nächſte Fortſchritt nach Faradays erſter Erfaſſung der induktiven Wirkungen war ein Anker, durch welchen ſich dieſe be - trächtlich vermehren laſſen. Faradays unmittelbare Nach - folger ließen die Trennung des Induktors vom Mag - nete durch Wegführung des - ſelben geſchehen. Bei dem neuen, von Werner Siemens 1851 angegebenen Anker, welcher als Cylinder - oder als Doppel-T-Induktor be - kannt iſt, kommt die Draht - wickelung auf ein Stück Eiſen von der in Figur 113 abge - bildeten Form a, ſo daß ſie mit dem Eiſen die Form b eines Cylinders annimmt.
Siemens Doppel-T-Induktor.
Dieſen läßt man nun in einem magnetiſchen Felde ſich drehen. In der unter c abgebildeten Geſtalt der Maſchine ſehen wir acht Paare von Stahlmagneten über einander gelegt und an einer gemeinſamen Grundplatte befeſtigt. Zwiſchen den ausgehöhlten Enden dieſer Magnete dreht ſich der Anker mit beträchtlicher Geſchwindigkeit. Es iſt leicht158Die elektriſchen Erfindungen.zu ſehen, wie jedesmal, wenn eine Eiſenfläche des Ankers, ſei es bei N oder bei S vorbeigeführt wird, d. h. bei jeder halben Umdrehung jeder von dieſen Magneten einen Strom induziert. Nun haben wir beiderſeits die Thätigkeit von acht ſolchen Induktionen, ſo daß bei jeder halben Umdrehung ſich die Wirkung auf nicht weniger als ſechzehn ſolcher Funken erhöht, wie ſie Faradays Verſuch zeigte, und da dies ſehr ſchnell wiederholt werden kann, ſo läßt ſich dieſe Wirkung innerhalb einer Sekunde wohl zehnmal erhalten. Der Strom, den eine ſolche Maſchine,
Magnetelektriſche Maſchine mit Doppel-T-Induktor.
wie die hier abgebildete, (Fig. 114) liefert, iſt alſo ſtark genug, um einen dünnen Draht ins Glühen zu bringen, ſelbſt dann, wenn eine lange Leitung erſt den Strom dort - hin führen muß. Das machte dieſen Apparat, wie andere ſtromliefernde Maſchinen, in hohem Grade geeignet, um entfernt liegende Minen zu ſprengen. Irgendwo verſetzt die Kraft des Armes den Anker der Maſchine in Drehung und erzeugt einen elektriſchen Strom, weit davon verwandelt ſich dieſer in Wärme, die nun ihrerſeits chemiſche Kräfte entbindet, deren Thätigkeit in gewaltigen mit dem Arme des Menſchen nur in langer Zeit zu leiſtenden Arbeiten beſteht. Der bekannte engliſche Phyſiker Wheatſtone baute in den funfziger Jahren ſolche gerade für den Zweck der Sprengtechnik geeignete kleine Apparate, die doch mächtig genug waren, Kanonen aus weiten Entfernungen zu entzünden, unterirdiſche und unterſeeiſche Minen zu jeder gewünſchten Zeit zu ſprengen. Siemens & Halske folgten mit mächtigeren Apparaten, und Markus in Wien baute ſehr wirkſame Inſtrumente, bei denen die einmalige Umkehr des Ankers genügte, die Ladungen in Brand zu ſetzen.
Einen weiteren Schritt zur Entwickelung der Maſchinen that Wilde in Mancheſter im Jahre 1866. Er baute eine ſehr große magnet - elektriſche Maſchine, bei der die Magnete, welche man bisher immer von Stahl gemacht hatte, durch die viel wirkſameren Elektromagnete erſetzt wurden. Aber um ſich dieſe zu verſchaffen, brauchte er einen Strom, und woher ſollte er dieſen nehmen, ohne auf die galvaniſchen Batterien zurückzugehen? Er verband dazu dieſe erſte Maſchine mit einer zweiten, die noch Stahlmagnete beſaß und nichts zu thun hatte, als die Elektromagnete jener Maſchine mit Strom zu verſorgen. Die Anker wurden durch eine dreipferdige Dampfmaſchine getrieben und gaben ſchon einen ſtarken Strom. Wilde erzeugte aber mittels dieſes Stromes einen noch kräftigeren Elektromagnet, zwiſchen deſſen Schenkeln ein dritter, noch größerer Anker durch eine Dampfmaſchine von 15 Pferdeſtärken umgedreht wurde. So entſtand ein Strom, durch den es gelang, einen Platinſtab von 6 mm Dicke und 60 cm Länge zum Schmelzen zu bringen.
159Die magnetelektriſchen Apparate.Da der Cylinderinduktor nicht überall gleichmäßig mit Draht umwickelt iſt, ſo hat er den Nachteil, daß die Stromſtärke während ſeines Umlaufs mehrfach wechſelt, wenn auch die Richtung durch einen Kommutator für alle entſtehenden Ströme gleich gemacht werden kann. Dieſen Nachteil beſiegte — zwar nicht zuerſt, aber am ein - fachſten — der Ingenieur der Firma Siemens & Halske in Berlin Friedrich von Hefner-Alteneck durch ſeinen 1872 erfundenen Trommel - induktor. Wir erblicken ihn in der Fig. 115. im Durchſchnitt. Es
v. Hefner-Altenecks Trommel-Induktor
bedeuten NN1 die Nordpole, SS1 die Südpole einer Anzahl von Stahl - magneten, s s1 n1 n eine eiſerne Trommel, die man zwiſchen den Polen derſelben um die Zapfen F1 und F2 drehen kann, wenn etwa die Riemenſcheibe bei Q durch eine Transmiſſion mit einer Kraftmaſchine in Verbindung ſteht. Liegt der Cylinder, wie in der Figur, ſo hat der Eiſencylinder oben einen Südpol s s1, unten einen Nordpol n n1 angenommen, und wenn man ihn dreht, ſo bleibt die Lage dieſer Pole dieſelbe, der Cylinder geht gewiſſermaßen unter ihnen weg. Derſelbe iſt nun allſeitig mit einer großen Anzahl von Drahtwindungen um - wickelt, dieſe laufen immer um entgegengeſetzte Ab - teilungen der Trommel herum, und wir wollen annehmen, daß die Zahl dieſer Abſchnitte ſechzehn ſei, es werden dann acht in ſich zuſammenhängende Drahtleitungen die Trom - mel umwinden. Während der Drehungen paſſieren dieſe Drähte den Raum zwiſchen den urſprüng - lichen und den Trommel - polen, es wird alſo in ihnen ein Strom erregt werden, und um die Draht -
Der zum Trommel-Induktor gehörige Kollektor.
160Die elektriſchen Erfindungen.windungen möglichſt gut zu dieſem Zwecke auszunutzen, iſt den Pol - flächen N und S die Geſtalt gegeben, welche wir in Fig. 116. ſehen, ſo daß immer in möglichſt vielen Drathwindungen zugleich ein Strom indu - ziert wird. Die ſechzehn Drahtenden ſind nun nicht unter ſich, ſondern mit einem Kommutator oder — wie er hier auch heißt — Kollektor ver - bunden, ſo wie es die Fig. 117. erkennen läßt. Man ſieht leicht ein, daß
Wirkungsweiſe des Trommel-Induktors.
die ganze Einrichtung folgenden Zweck erfüllt. Die Ströme, welche in dem Raum zwiſchen NN1 und ss1, ſowie in dem zwiſchen SS1 und nn1 erzeugt werden, ſind in ihren Richtungen zwar, vom Beſchauer aus geſehen, entgegengeſetzt, aber ſie gehen durch die Drahtwindung in dem gleichen Sinne und müſſen ſich demnach verſtärken. Dagegen wird der Strom während jeder vollen Drehung zweimal umgekehrt. Der Kollektor hat den Zweck, ſämtliche induzierten Ströme zu ſammeln und in die gleiche Richtung zu bringen. Sein wahres Ausſehen zeigt Fig. 116. Er beſteht aus acht von einander iſolierten Teilen. Immer ſind die - jenigen Teile, welche bei der Drehung in die Lagen g und c gelangen, mit ſchleifenden Federn oder Metallbürſten in Verbindung, welche den Strom in den Schließungsbogen überführen. Bei der Verbindung, welche Fig. 117. zeigt, werden nun gerade alle nach einer Richtung gehenden Induktionsſtröme, die mit + bezeichneten, nach der Stelle g, alle entgegengeſetzt fließenden, mit — bezeichneten, nach der gegenüber liegenden Stelle c des Kollektors geführt. Die Bezeichnung iſt derart, daß immer z. B. 1 und 1 ', 8 und 8' Teile der Leitung an entgegen - geſetzten Trommelabteilungen ſind. Nun iſt leicht einzuſehen, daß etwa von g zwei verſchiedene Zweige der Leitung ausgehen. Der eine iſt,161Die magnetelektriſchen Maſchinen.wie leicht zu verfolgen, g44'f11'e7'7d5'5c, der andere g6'6h8'8a 22'b33'c. Somit werden an der Stelle c die ſämtlichen von beiden Hälften der Trommel ausgehenden Ströme geſammelt, und wenn auch andere Stücke des Kollektors nach einander an dieſe Stellen treten, ſo ändert ſich doch nichts an der Sache. Von den Schleifbürſten bei g und c gelangen ſämtliche induzierten Ströme als ein einziger gleich - gerichteter und ſeine Stärke nicht wechſelnder Strom in den Schließungs - draht. Die Fig. 118 zeigt eine von der Firma Siemens und Halske
v. Hefner-Altenecks magnetelektriſche Maſchine.
gebaute Trommelmaſchine, bei welcher 50 Stahlmagnete durch ihre induzierende Wirkung den Strom liefern. Die Trommel läßt ſich mit Hilfe von Transmiſſionen ſehr ſchnell umdrehen, wenn ſie auch blos mit der Hand betrieben wird. Mit größeren Maſchinen, die von zwei bis vier Mann bedient werden, läßt ſich ſogar ſchon elektriſches Bogen - licht hervorbringen. Der Trommelinduktor beſitzt neben den an - gegebenen noch eine Reihe von Vorteilen vor den älteren Ankern. Bei dieſen enſtanden große Verluſte der beim Drehen der Maſchine geleiſteten Arbeit. Dieſelbe wurde nicht blos für die Erzeugung von Strom verbraucht, ſondern der Widerſtand, den dieſer fand, verwandelte einen Teil der elektriſchen Kraft in Wärme. Werden ferner nicht in den Eiſenſtücken, die bei jeder halben Umdrehung zu Magneten und wieder entmagnetiſiert werden, Ströme entſtehen, da doch das Eiſen ſelbſt ein Leiter iſt, wenn auch ein ſchlechterer, wie die umgebenden Kupferdrähte? Wird nicht jenem ein Teil der Nahrung zufließen, welche nur dieſen zu gute kommen ſollte? Man nennt dieſe im Eiſen des Ankers auftretenden Ströme die Foucaultſchen nach dem bekanntenDas Buch der Erfindungen. 11162Die elektriſchen Erfindungen.franzöſiſchen Gelehrten, der ihnen ein beſonderes Studium zuwendete. Aber gerade dieſe Ströme ſind den Technikern höchſt unwillkommen, ſie verzögern die Bewegung des Ankers, und wenn man dieſe zu beſchleunigen trachtet, ſo erwärmen ſie das Eiſen ganz beträchtlich. Der Trommelinduktor iſt allen dieſen Übeln ausgeſetzt, aber man kann wenigſtens das letzterwähnte leicht verringern, wenn man nur ſtatt der maſſiven eine hohle Eiſentrommel nimmt, deren Inneres etwa mit Holz ausgefüllt iſt.
Überhaupt iſt leicht einzuſehen, daß die genannten Verluſte durch eine Vermehrung der Größe und des Leitungsvermögens der Drähte, ſowie durch eine Verminderung des Eiſenkörpers ſich auf ein Minimum einſchränken laſſen. Was den letzteren anbetrifft, ſo hat bereits 1860 Dr. Pacinotti in Florenz eine Form des Ankers erfunden und 1864 ausführlich beſchrieben, welche für den bezeichneten Zweck völlig geeignet erſcheint. Sie geriet aber in Vergeſſenheit und wurde im Jahre 1871 von Zénobe Theophile Gramme, welcher als Modelltiſchler bei der Geſellſchaft L’Alliance in Brüſſel angeſtellt war und bereits mehrere elektriſche Patente beſaß, ſelbſtändig noch einmal erfunden, und ſie heißt meiſt nach dieſem der Grammeſche Ringanker. Um die Wirkung desſelben ganz zu verſtehen, müſſen wir noch einmal auf Faradays Grundverſuch zurückweiſen. Durch die Bewegung eines Magnetſtabes in eine Draht - rolle hinein oder aus ihr heraus konnte er verſchieden gerichtete elektriſche Ströme in ihr erregen. Wenn man zwei Magnetſtäbe etwa an ihren Südpolen an einander legt und mit dieſem Doppelmagneten die Spule durchwandert, ſo kann man leicht zeigen, daß der Induktionsſtrom nicht immer ſeine Richtung behält, ſondern dieſelbe gerade dann wechſelt, wenn beſtimmte Punkte der Magnete, welche ziemlich die Mitte zwiſchen Nord - und Südpol halten, und an denen die Magnete gar keine Anziehung ausüben, die ſogenannten Indifferenzpunkte, die Rolle paſſieren. Man kann ſich nun zunächſt ſtatt der geraden Mag - nete halbkreisförmig gebogene gerade an ihren gleichnamigen Polen verbunden und zu einem Ringe zuſammengeſetzt denken, auch kann man ſtatt einer zwei mit einander verbundene Induktionsrollen ſich denken, die wie diejenigen eines Elektromagnets über den Ring geſchoben werden. Dreht man den Ring innerhalb der beiden Spulen, ſo treten in dieſen Wechſelſtöme auf, und zwar vertauſcht der Induktionsſtrom gerade immer in dem Augenblicke ſeine Richtung, wenn die beiden Indifferenzpunkte durch die Drahtrollen gehen. Denken wir uns ferner, der Ring in der Fig. 119 ſei der eben beſchriebene Magnetring; er ſei mit einer Menge von Spulen umgeben, die hier durch einzelne Striche angedeutet ſind, ſo werden beim Durchpaſſieren des Ringes durch die Spulen immer in denjenigen, die der Nordhälfte des Ringes anliegen, Ströme von einer beſtimmten Richtung, in der entgegengeſetzten Hälfte, aber ſolche von dem entgegengeſetzten Strome induziert werden, wie dies durch die Pfeile in der Figur angedeutet iſt und noch beſſer aus163Die magnetelektriſchen Maſchinen.der Fig. 120 zu erſehen iſt, wo A und B die Indifferenzpunkte der Magnete bedeuten. Wenn der Magnetring innerhalb der Spulen gedreht wird, ſo ändern ſich freilich die Richtungen der Ströme, die an einer beſtimmten Stelle vorbeifließen. Aber man kann auch umgekehrt die Einrichtung treffen, daß man den Ring feſtſtehen und die Geſamtheit
Fig. 120. Wirkungsweiſe des Pacinotti-Grammeſchen Ringes.
der Spulen im Kreiſe über ihn hinweggehen läßt. Dann werden ebenſolche Ströme in den Spulen angeregt und ſie wechſeln auch jedesmal die Richtung, wenn eine Spule über einen Indifferenzpunkt läuft. Jetzt wird aber an jeder Stelle des Ringes der induzierte Strom ſeine beſtimmte Richtung fortwährend beibehalten. Aber wie ſoll man es fertig bringen, die Spulen in ihrer Geſamtheit gleichmäßig und ſchnell über den Magnetring wandern zu laſſen? Darauf antworten die Erfinder: Sehr einfach, wir benutzen ſtatt des Stahlrings einen ſolchen von Eiſen und laſſen ihn gemeinſam mit den Spulen innerhalb eines magnetiſchen Feldes ſich drehen. Wird dann nicht bei der An - ordnung der Fig. 119, wo der Feldmagnet oben ſeinen Nordpol, unten den Südpol hat, unter dem Einfluſſe desſelben der Eiſenring fort - während oben Süd - und unten Nordmagnetismus aufweiſen, die nun ihrerſeits die wandernden Spulen in der angegebenen Weiſe beeinfluſſen werden? Beim Durchgehen durch die in der Figur als Indifferenzlinie bezeichnete wagerechte Linie werden die Ströme in den Spulen ihre Richtung wechſeln. Natürlich würden, wenn man die Spulen unter einander verbände, die Ströme ſich gegenſeitig aufheben. Aber Gramme leitete ſie alleſamt einem Kollektor zu, der aus ſoviel von einander iſolierten Stücken beſtand, als Spulen vorhanden waren; in einem Stücke desſelben fließt bei der verzeichneten Anordnung der Strom einer Spule zu, der einer andern ab; aber an der Indifferenzlinie ſehen wir links beide Spulen dem Kollektor ihren Strom zuſenden, während rechts beide Ströme dem Kollektor poſitive Elektrizität entziehen. 11*164Die elektriſchen Erfindungen.Bringt man nun gerade hier rechts und links eine ſchleifende Feder an und verbindet beide durch einen Schließungsbogen, ſo wird dieſer von einem gleichmäßigen Strome durchfloſſen, ſo lange der Ring in dem magnetiſchen Felde ſich dreht. Das iſt das Prinzip der Grammeſchen Maſchine, welche Jamin 1871 der Pariſer Akademie vorzeigte.
So weſentlich die aufgeführten Verbeſſerungen waren, ſo konnten bei der immerhin noch ſchwachen Wirkung, welche Stahlmagnete auf die bewegten Anker ausüben, die gelieferten Ströme noch nicht den gewünſchten Stärkegrad erlangen. Das ward aber anders, als man ein bereits 1865 zugleich von Werner Siemens in Berlin und Profeſſor Wheatſtone in London ausgeſprochenes Prinzip in die Praxis einführte. Zwar hatte Wilde, wie wir anführten, ſich ſtärkeren Magnetismus durch Elektromagnete verſchafft, aber er brauchte, um dieſe anzuregen, noch eine magnetelektriſche Maſchine. Nun fragte ſich Siemens, ob nicht derſelbe Strom, den die eine Maſchine lieferte, zu gleicher Zeit den Magnetismus des Feldmagneten erregen könne, wenn dieſe Elektro - magnete ſeien. Uns ſcheint auf den erſten Blick die Frage nur die Antwort Nein zuzulaſſen, denn wenn wir einen Strom in der Bewickelung des Ankers haben, ſo kann er doch nur durch den Magnetismus der Feldmagnete induziert ſein, wir ſetzen ja doch das Vorhandenſein von Magneten voraus. Siemens aber berückſichtigte die Eigentümlichkeit des weichen Eiſens, daß es den ihm einmal durch einen Strom mit - geteilten Magnetismus nicht völlig verliert, ſondern einen Reſt davon zurückbehält, daß auch der Magnetismus der Erde fortwährend in jedem Eiſen eine Spur von Magnetismus hervorruft. Das weiche Eiſen giebt alſo ein, wenn auch nur ſchwaches magnetiſches Feld, welches in dem ſich wälzenden Anker einen ſchwachen Strom hervor - ruft; in dieſen ſchaltet man die Wickelung der Feldmagnete ein, verſtärkt alſo durch den Strom die Kraft derſelben und wird alſo auch in der Ankerwickelung einen kräftigeren Strom erhalten. So erkennt man, daß der Magnetismus des Feldes und die Stärke der induzierten Ströme gleichzeitig fortwährend wachſen. Freilich kann man nun weder die magnetiſche noch die elektriſche Kraft auf dieſem Wege ins Unbegrenzte vermehren; es tritt vielmehr ein Augenblick ein, in dem das Eiſen mit Magnetismus ſo vollgeſogen iſt, daß es weiteren nicht aufnehmen kann. Mit der Kräftigung der Feldmagnete wächſt natürlich auch der Widerſtand, den der Anker bei ſeiner Bewegung durch das Feld findet und man hat immer größere Schwierigkeit, ihn in ſchneller Drehung zu erhalten. So wird die Kraft des Armes direkt in elektriſche verwandelt. Jede ſolche Maſchine, bei der dieſe direkte Umwandlung ſtattfindet, ohne daß urſprünglich große magnetiſche Kräfte einwirken müßten, heißt eine Dynamomaſchine. Alle ſind ſie auf dieſes Siemensſche165Die Dynamomaſchinen.Prinzip begründet. In ihnen haben wir jetzt jene billigen und kräftig fließenden Quellen der Elektrizität, die man ſeit Anfang des Jahrhunderts geſucht hatte. Faraday hatte bei ſeinem erſten Verſuch dieſes Wachstum unſerer Kraft vorausgeſehen, als er ahnungsvoll die Behauptung aufſtellte, daß die Zukunft jene erſten Induktionswirkungen ins Un - begrenzte vermehren würde. Dieſe Entdeckung von Siemens zuſamt den Erfindungen der wirkſamen Trommel - und Ringanker haben der Benutzung der Elektrizität als Kraftquelle in den beiden letzten Jahr - zehnten einen ungeheuren Aufſchwung gegeben. Durch fortwährende Steigerungen der Größe der Maſchinen, die nun nicht mehr mit der Hand betrieben werden, ſondern im großen durch Dampfmaſchinen, Turbinen oder anderen Motoren in Bewegung geſetzt werden müſſen, erzielt man heute Wirkungen, die vor einigen Jahrzehnten nicht einmal geahnt wurden. Was dieſe Maſchinen für den Gebrauch noch beſonders vorteilhaft macht, das iſt ein Umſtand, den einer der bedeutendſten Phyſiker Englands, Clerk Maxwell, als unter die größten Entdeckungen dieſes Jahrhunderts gehörig bezeichnete. Jede Dynamomaſchine kann, wie ſie uns aus mechaniſcher Arbeit elektriſche Kraft entbindet, unmittelbar auch benutzt werden, um Arbeit zu leiſten, wenn ihr von außen ein elektriſcher Strom zugeführt wird. Man ſchickt dieſen durch das Gewinde von Draht, welches um Anker und Feldmagnete gewickelt iſt und man erzeugt eine Drehung des vorher unbewegten Ankers, eine langſame, wenn der Strom nur ſchwach iſt, eine immer ſchnellere, je mehr man die Zufuhr der Elektrizität ſteigert. Jede ſolche Drehung um eine feſte Achſe läßt ſich aber durch Transmiſſionen auf Arbeitsmaſchinen und andere Apparate übertragen. Jede Dynamomaſchine läßt ſich dem - nach auch als Motor verwenden, um, wenn ihr der Strom eines weit entfernten ähnlichen Apparates zugeſendet wird, diejenigen Arbeiten zu vollbringen, die man ihr aufträgt. *)Die Arbeit, deren eine Dynamomaſchine fähig iſt, muß natürlich auch gemeſſen werden können. Man mißt dieſe Arbeitsfähigkeit bei den Motoren, wie S. 59 geſagt worden iſt, mit Pferdeſtärken. Dieſe Einheit muß auch zur Ver - gleichung der elektriſchen Maſchinen anwendbar ſein. Dasjenige, wodurch dieſe Arbeit geleiſtet wird, der elektriſche Strom iſt in Bezug auf ſeine Leiſtungsfähigkeit bekannt, wenn man ſeine Spannung in Volts und ſeine Stromſtärke in Ampères kennt. Wenn wir z. B. einen Strom von 736 Volt Spannung und 1 Ampère Stärke haben, ſo leiſtet er gerade dieſelbe Arbeit, wie ein Motor von einer Pferde - ſtärke. Dieſelbe Arbeitsfähigkeit aber hat auch ein Strom von 73,6 Volt und 10 Ampère oder ein ſolcher von 1 Volt und 736 Ampère, es kommt nur auf das Produkt von Stromſtärke und Spannung an. Man nennt dieſes Produkt von 1 Volt und 1 Ampère auch 1 Watt und man kann alſo eine einpferdige Dynamo - maſchine eine ſolche nennen, die einen Strom von 736 Watt liefert, eine 500 pferdige wird einen Strom von 36800 Watt oder 36,8 Kilowatt ausſenden, d. h. einen ſolchen, der z. B. eine Spannung von 100 Volt und eine Stärke von 368 Ampère beſitzen kann.Damit zeigt ſie ſich für den Zweck der Übertragung weit entfernter Kräfte einzig geeignet, denn die früher beſchriebenen Motoren ließen eine ſolche eben nur auf geringe Weglängen zu. Wir wollen uns jetzt der Beſchreibung einiger Typen166Die elektriſchen Erfindungen.dieſer Maſchinen zuwenden, wie ſie in Anpaſſung an beſtimmte Zwecke ſich dem Geiſte der Erfinder darboten. Immer werden wir beſonders geformte Feldmagnete, einen beſtimmten Induktor, einen Kollektor finden und Metallbürſten, die den Strom abnehmen. Eine Niemenſcheibe zur Seite dient, den Riemen aufzunehmen, durch welche der Induktor im magnetiſchen Felde gedreht wird.
Wir beginnen mit der unten ſtehenden Grammeſchen Dynamo - maſchine, wie ſie jetzt von Schuckert & Co. in Nürnberg als Flachring -
Schuckerts Flachring-Dynamomaſchine.
167Die Dynamomaſchinen.maſchine gebaut wird. Statt des einen Elektromagnets in Fig. 119 ſehen wir hier acht Pole als Feldmagnete, die zuſammen wie vier Huf - eiſen-Elektromagnete wirken; ſie liegen hier wagerecht und ſind mit der Grundplatte und den Seitenwänden zu einem feſten Ganzen ver - einigt. Die einander rechts und links gegenüberſtehenden Pole ſind gleichnamig und verſtärken ſich in ihren induzierenden Wirkungen. Der Strom umkreiſt zuerſt die Magnete auf der linken Seite, tritt dann auf die rechte über und geht dann noch weiter rechts zur Achſe; dort iſt der Kollektor zu ſehen, welcher zwei Paar Bürſten zur Abnahme des Stromes hat. Durch die eine Bürſte fortgeführt, läuft der Strom nun um den Ring, deſſen Kern aus einer Menge von gegeneinander iſolierten Eiſenblechſtücken zuſammengeſetzt iſt, dann geht er zur anderen Bürſte und von dieſer durch den Schließungsbogen, wo er ſeine mannigfachen Arbeiten leiſtet, und kehrt ſchließlich auf die linke Seite der Maſchine zurück. Die flache Form des Ringes macht es möglich, daß die Wickelung des Ankers in allen ihren Teilen dem Feldmagneten möglichſt nahe iſt. Da - durch werden die Draht - windungen gut aus - genutzt, ſo daß die Leiſtungsfähigkeit der Maſchine im Verhältnis zu ihrer Größe eine recht beträchtliche iſt.
Die Fig. 122 zeigt eine Siemensſche Ma - ſchine, bei welcher ein Trommelinduktor inner - halb der flachen, ſenkrecht ſtehenden Elektromagnete ſich umdreht, die vorderen ſowohl, wie die hinteren Pole ſind mit einander durch flache Eiſenſtücke, ſogenannte Polſchuhe, verbunden, welche auch Magnetismus annehmen und zwar etwa vorn den Nordmagnetismus, hinten den Südmagne - tismus; dadurch werden auch die vorn und hinten
Älterer Typus der Dynamomaſchine mit Trommelanker von Siemens & Halske.
liegenden Windungen, nicht allein die gerade an den Polen vorbei - laufenden für die Stromlieferung gewonnen. Die auf der rechten Seite ſichtbaren Metallbürſten nehmen von dem Kollektor den Strom ab.
168Die elektriſchen Erfindungen.Siemens & Halskes Maſchine zur Gewinnung der Reinmetalle.
In der Fig. 123 erkennen wir auf den erſten Blick dasſelbe Prinzip, wie in der vorigen, zwar liegen die Feldmagnete wagerecht, ſtatt ſenk - recht zu ſtehen, aber wir ſehen auch hier den Trommelinduktor und die Polſchuhe. Nur die Wickelung iſt eine andere, ſie beſteht weder bei den Feldmagneten, noch beim Anker aus dem gewöhnlichen Kupfer - draht, ſondern aus dicken Kupferſchienen, mit einem Querſchnitt von 13 qcm. Jeder von den Elektromagneten trägt nur ſieben Windungen des leitenden Materials, und ebenſo iſt die Trommel nur mit wenigen Kupferſtangen belegt, die gegeneinander durch Asbeſt iſoliert und an den Verbindungsſtellen mit dem Kollektor verſchraubt ſind. Der Zweck dieſer verſchiedenen Einrichtungen wird uns klar, wenn wir an den Induktionsapparat zurückdenken. Der Strom in den dicken Windungen der primären Spule iſt da von großer Stärke, aber von geringer Spannung, der ſekundäre Strom in den dünnen Drähten dagegen von hoher Spannung, aber nicht ſo reichlich fließend. Wir werden ſchließen dürfen, daß der vorliegende Apparat ein ſolcher iſt, der beſonders große Elektrizitätsmengen, aber von ganz unbeträchtlicher Spannung liefert. Er wird alſo nur bei ſolchen Betrieben Verwendung zu finden haben, bei denen eine hohe Spannung überflüſſig oder unerwünſcht und alles an einer großen Elektrizitätsmenge gelegen iſt. Das iſt bei den chemiſchen Wirkungen des Stromes der Fall, z. B. denjenigen, die wir als die galvanoplaſtiſchen beſprochen haben. Die Maſchine wird in der That angewendet, wo es ſich darum handelt, aus Salzlöſungen die Metalle rein niederzuſchlagen. So wird in dem Hüttenwerk zu Oker am Harz das rohe Kupfer, welches noch 2% Beimengungen hat, durch ſolche Dynamomaſchinen gereinigt, deren jede im Laufe eines Tages bis zu 6 Zentnern reines Kupfer in zwölf Zerſetzungszellen, die der Strom einer Maſchine paſſiert, liefern kann. An der Eintrittsſtelle des Stromes hängen dabei immer je 30 Platten rohen Kupfers von zuſammen 15 qm Oberfläche, das Bad iſt mit Kupfervitriol gefüllt, aus der Löſung wird an der Austrittsſtelle des Stromes reines Kupfer an ebenſo großen Kupferplatten niedergeſchlagen, die Löſung wird durch die fortwährende Auflöſung des Kupfers immer konzentriert erhalten.
Hier liegt offenbar die Frage nahe: Wie gewinnt man denn das rohe Kupfer? Wir könnten in Bezug hierauf uns auf den Teil des Buches, welcher von der Metallgewinnung handelt, beziehen, aber wir ſind in der Lage, eine Antwort hierauf auch an dieſer Stelle zu er - teilen, weil die Elektrizität, wie überall hilfsbereit, ſich auch mit Vorteil in den Dienſt der Metallbereitung hat ſtellen laſſen. Wenn die Kupfer - bergwerke Erze liefern, deren Metallgehalt ein ſehr reicher iſt, und wenn außerdem das Feuermaterial billig iſt, ſo wird ſicherlich eines der in dem zitierten Teile angeführten Verfahren der Verhüttung kurz und billig zum Ziele führen. Wenn aber weder die eine noch die andere Bedingung zutrifft, wie bei vielen metallarmen Erzen noch im Betriebe befindlicher Bergwerke, wird ſich ein ſolcher Prozeß kaum170Die elektriſchen Erfindungen.lohnen, und die Metallbereitung auf dem naſſen Wege iſt langwierig und wenig ausgiebig. Seit zwei Jahren wird nun auf dem Werke der Firma Siemens & Halske zu Martinikenfelde bei Berlin das chemiſch reine Kupfer aus den verſchiedenſten Erzen nach einem neuen Verfahren gewonnen, welches kaum den geringſten Rückſtand von Kupfer in jenen beläßt. Wir wollen die einzelnen Operationen an der Hand der ſchematiſchen Fig. 124 ſtudieren. Die Erze werden in
Siemens & Halskeſches Verfahren zur directen Gewinnung des Kupfers aus den Erzen.
die Kugelmühle E geladen, gelangen dann durch die Rinne F in den niedrigen Trog H, wo ſie mit der aus der Zerſetzungszelle C abfließenden Lauge unter Erwärmung durch Schaufelräder verarbeitet werden. Durch den Ablauf J wird das Gemiſch auf den Saugfilter K gebracht und aus dieſem tritt die vom Erzpulver befreite, kupferhaltige Lauge in den Behälter A und in das vom elektriſchen Strome durchfloſſene Bad C ein. Der obere Teil dieſes enthält Kupferplatten an der Aus - trittsſtelle des Stroms; dieſelben ſind wagerecht an der Unterſeite der Bretter k befeſtigt, der Strom wird am Boden durch Kohlenſtäbe a eingeleitet. Zwiſchen a und k iſt ein Filter im oberen Teile des Bades ein hölzernes Rührwerk angebracht. Das Bad enthält jetzt eine Löſung von Kupfervitriol und Eiſenvitriol, aus welcher das Kupfer an den Kupferplatten k rein niedergeſchlagen wird, während die übrigen Zerſetzungsprodukte das Eiſenvitriol in ſchwefelſaures Eiſenoxyd über -171Die Dynamomaſchinen.führen. Iſt der Prozeß beendigt, ſo läßt man die Lauge in den Trog H ablaufen; ſie beſitzt jetzt gerade die Fähigkeit, das Kupfer aus den Erzen in Löſung zu bringen, wobei ſie ſich zum Teil in Eiſen - vitriollöſung zurückverwandelt. Wir erkennen, daß ſonach die Lauge gar nicht verbraucht wird, ſondern mit derſelben Löſung beliebig große Mengen von Kupfer gewonnen werden können. Der diesmal ſtärker geſpannte Strom wird natürlich wieder von einer Dynamomaſchine geliefert, und zwar von einer nach dem neueſten Typus, den die Firma Siemens & Halske baut. (Vgl. Fig. 125.) Es iſt auch eine Trom - melmaſchine, welche ſonſt noch für den gleichzeitigen Betrieb von Bogen - und Glühlampen ſich be - ſonders eignet. Hier iſt nur ein einziger Feldmagnet mit ſehr kurzen dicken Schenkeln vorhanden, und die Eiſenkerne derſelben ſind mit der Grundplatte aus einem Stücke gearbeitet. Die Bürſten ſind wieder auf zwei entgegengeſetzten Seiten der Trommelachſe angebracht und nehmen den Strom vom Kollektor ab, deſſen Stücke von einander durch die Luft iſoliert ſind, weil
Neuerer Typus der Dynamomaſchine mit Trommel - anker von Siemens & Halske.
ſich über feſte Nichtleiter leicht ein leitender Überzug von dem den Bürſten entriſſenen Kupferſtaube bildet, der die Iſolierung aufhebt.
Da wir auf die neue Gewinnung des ſeit uralter Zeit ſo viel gebrauchten Metalles zu ſprechen kamen, ſo wollen wir hier auch die erwünſchte Gelegenheit ergreifen, des allerneueſten, ſeit etwa drei Jahren erſt in die Praxis eingeführten, aber von den größten Erfolgen gekrönten Verfahrens zu gedenken, durch welches ein neues Metall dem allgemeinen Gebrauche zugänglicher gemacht ward. Das Aluminium, deſſen auch in dem Kapitel über die Metallgewinnung gedacht werden wird, das früher ſeiner Teuerkeit wegen nur zur Herſtellung wiſſenſchaftlicher Gegenſtände oder in Vermiſchung mit anderen Metallen für Gebrauchs - gegenſtände nutzbar zu machen war, hat ſich mit einer erſtaunlichen Geſchwindigkeit jetzt überall eingeführt. Daran Schuld hat ſeine enorme Verbilligung, und dieſe wieder iſt eine Frucht des von Héroult vor drei Jahren angegebenen Verfahrens, Aluminium zu gewinnen. Das Metall iſt ein weitverbreitetes, es kommt z. B. im Thon, dem allbekannten Geſtein vor, aber die Schwierigkeiten, welche die Ge - winnung bietet, ſind erſt jetzt als in befriedigender Weiſe überwunden anzuſehen. Eine kräftige Dynamomaſchine und ein eigentümlicher Ofen ſind die dazu nötigen Dinge. Zu Neuhauſen am Rheinfall wird das Verfahren jetzt von der Aluminium-Induſtrie-Aktiengeſellſchaft in groß -172Die elektriſchen Erfindungen.artigem Maßſtabe betrieben. Die Kraft, welche die Dynamomaſchinen in Umlauf verſetzen muß, wird durch Jonval-Turbinen dem Rhein entnommen. Die größeren Maſchinen erzeugen eine Stromſtärke von 14000 Ampère und eine Spannung von 30 Volt. Sie ſind fähig, eine mächtige Wärme zu entwickeln und zugleich gewaltige chemiſche Kräfte zu entbinden. Den Schmelzofen erblicken wir in den Fig. 126 a und b im Grund - und Aufriß. Er ſtellt ein von der Erde iſoliertes, oben
a. Grundriß und
b. Aufriß des Héroult-Ofens zur Aluminium-Gewinnung.
offenes Eiſengefäß dar, welches mit Kohlenplatten ausgefüttert iſt; der Strom wird durch eine Anzahl zuſammengeſchichteter, eben - ſolcher Platten zugeführt, die an einer Kette in den Ofen hineinhangen, wäh - rend an der Austrittsſtelle des Stromes ſich ein Metall, wie Kupfer, Eiſen oder Meſſing befindet, das mit dem entſtehenden Aluminium eine Verbindung eingeht. Bevor der Prozeß beginnt, wird der Ofen mit Stücken des Metalls und der Thon - erde angefüllt. Die Hitze, welche der Strom entwickelt, ſchmelzt zunächſt dieſen In - halt des Ofens zu einer feurig flüſſigen Maſſe zu - ſammen, die ſich am Boden anſammelt. Die chemiſche Wirkung aber äußert ſich darin, daß die Thonerde in ihre Beſtandteile zerfällt, deren einer, das Aluminium, von dem Metallbade auf - genommen wird, während der andere, der Sauerſtoff, zur Eintrittsſtelle des Stromes, zu den Kohlenplatten hingezogen wird und mit dem Kohlenſtoff derſelben verbunden, als Kohlenoxydgas in die Luft entweicht. Man kann natürlich von oben her die zerſetzte Thonerde fortwährend durch neue erſetzen, ebenſo wie das Metall, während die flüſſige Verbindung des Aluminiums mit dem Metall durch eine Öffnung im Boden abgelaſſen werden kann. Man hat es durchaus in der Gewalt, eine Miſchung von ganz beſtimmtem Gehalte zu173Die Dynamomaſchinen.erzeugen. Die Fabrik ſtellte gleich anfangs täglich vier Zentner von dieſem ſo leichten Metall her, wollte aber die Produktion bis auf das Fünffache ſteigern. Bei dem billigen Betriebe ſtellt ſich der Preis des Aluminiums jetzt kaum noch auf ein Zehntel ſeines früheren Preiſes, welcher 125 Mark für das Kilogramm betrug. Welchen Aufſchwung die Aluminium-Induſtrie dadurch erfahren hat, das iſt an einer anderen Stelle des Buches nachzuleſen. Nach dieſem Exkurs wollen wir noch einige Typen von Dynamomaſchinen betrachten.
Innenpolmaſchine für die Berliner Zentralen von Siemens & Halske.
Die Fig. 127 zeigt eine der größten Maſchinen, die überhaupt gebaut worden ſind. In den großen Zentralen, von denen viele Stellen in weitem Umkreiſe mit Kraft und Licht verſorgt werden ſollen, hat man bisher viele Maſchinen aufgeſtellt, die in ihrer Geſamtheit das Bedürfnis an Strömen befriedigten. Aber ſchon der Erſparnis koſt - baren Raumes halber iſt es gut, ſich auf möglichſt wenige Maſchinen174Die elektriſchen Erfindungen.zu beſchränken, die dann natürlich kräftig gebaut ſein müſſen. Eine ſolche iſt die von der Firma Siemens & Halske hergeſtellte Rieſen - maſchine, die wir hier abbilden. Sie iſt eine ſogenannte Innenpol - maſchine, d. h. die Feldmagnete liegen im Innern des Ankers. Man kann ſie durch die Speichen des großen Rades, als welches die ganze Maſchine erſcheint, unſchwer erkennen. Es ſind im ganzen zehn mit Spulen umwickelte Eiſenkerne zu einem Sterne geordnet. Der Anker iſt ein Grammeſcher Ring von 3 m Durchmeſſer und 28 cm Dicke. Bei dieſer Anordnung wird die Kraft der Feldmagnete weit beſſer ausgenutzt, als bei der vorher beſprochenen. Aber freilich iſt ein Ring von ſo rieſigen Dimenſionen nicht eben leicht zu bewegen, und dieſer hier ſoll 65 Umdrehungen in der Minute machen, um ſeine normale Leiſtung zu vollbringen. Da ſind Dampfmaſchinen von 500 Pferde - ſtärken erforderlich, um ihn in Bewegung zu erhalten. Dem entſpricht aber auch die Leiſtung der Maſchine. Der Strom hat eine Spannung von 150 Volt und, bei der normalen Drehungsgeſchwindigkeit der Maſchine, eine Stärke von 2200 Ampère, die bei 100 Umdrehungen in der Minute auf über 4000 Ampères ſteigen kann, was im erſten Falle 450, im zweiten aber 820 Pferdeſtärken entſpricht, welche die Arbeits - fähigkeit des Stroms meſſen. Wir machen noch darauf aufmerkſam, daß die Bürſten, die den Strom abnehmen, hier an keinem beſonderen Kollektor arbeiten, ſondern einfach auf dem Ringe ſelbſt ſchleifen, deſſen Windungen aus Kupferſtangen von 14 qcm Querſchnitt beſtehen, die zwar gegen einander iſoliert, aber nach außen jeder Hülle beraubt, ſich den Schleifbürſten darbieten müſſen.
Für manche Zwecke erſcheint es durchaus nötig, ſtatt eines fort - während in gleicher Richtung den Schließungsbogen durcheilenden Stromes, jenen mit Strömen zu beſchicken, die immerzu ihre Richtung wechſeln, ſo z. B. für gewiſſe Beleuchtungsapparate, die dauernd ein gleichmäßiges Licht ſpenden ſollen. Da die bisher beſchriebenen Dynamomaſchinen einen ſtets gleichgerichteten Strom liefern, — ſie heißen deshalb auch Gleichſtrommaſchinen — ſo ſind für jenen Zweck beſondere, die ſogenannten Wechſelſtrommaſchinen zu bauen. Sie haben vor den Gleichſtrommaſchinen, um dies gleich hervorzuheben, u. a. den Vorzug, daß ſie eine größere Spannung zulaſſen, und das iſt — wie wir ſpäter ſehen werden — für die Übertragung des Stromes auf weite Entfernungen hin von großer Wichtigkeit. Auch dieſe Maſchinen ſind aus den magnet-elektriſchen hervorgegangen. Zu ihnen gehört u. a. jene große Alliance-Maſchine, die den Leuchttürmen Frankreichs und Englands Licht ſpendete. Der Belgier de Meritens verwendete auch noch Stahlmagnete, vor denen er einen Ringanker in Drehung verſetzte. Alle folgenden Wechſelſtrommaſchinen aber beſitzen Elektro - magnete. Wie ſollte man nun dieſe anregen? Da doch die induzierten Ströme fortwährend ihre Richtung wechſeln ſollen, ſo konnte man dieſe für die Magnetiſierung der Feldmagnete abſolut nicht brauchen, ſie175Die Dynamomaſchinen.hätten ja bei ihrer fortwährenden Umkehr die Kraft derſelben nur immer geſchwächt, ſtatt ſie zu erhöhen. Dieſe Maſchinen konnten alſo nicht auf das Siemensſche Prinzip gegründet werden; da die induzierten Ströme für die Erregung der Feldmagnete unbrauchbar waren, ſo mußte dieſen von außen der Strom zugeführt werden. Das geſchieht nun leicht ähnlich wie bei der Wildeſchen Maſchine durch die von einer
Wechſelſtrommaſchine von Siemens & Halske mit der Gleichſtrommaſchine verbunden.
Gleichſtrommaſchine zufließende Elektrizität. Wir ſehen in der Fig. 128 eine Wechſelſtrommaſchine von Siemens & Halske, welche aus der daneben abgebildeten, uns bereits bekannten Gleichſtrommaſchine mit Strom für die Elektromagnete verſehen wird. Dieſe ſtehen in zwei Kränzen angeordnet einander gegenüber. Sowohl die gegenüberſtehenden, als die benachbarten Magnete weiſen verſchiedenen Magnetismus auf. Die Induktionsſpulen ſitzen auf einer Scheibe und auch hier ſind die benachbarten entgegengeſetzt gewickelt. Daß der Eiſenkern in den Ankerſpulen unterdrückt iſt, das hat offenbare Vorteile; denn ab -176Die elektriſchen Erfindungen.geſehen davon, daß bei der raſchen Bewegung weniger Gewicht mit - geſchleppt werden muß, ſo werden auch den Wechſelſtrömen die ſonſt in den Eiſenkernen auftretenden Wärmewirkungen erſpart, ſo daß ihre Kraft ganz und gar erhalten bleibt. Deshalb ſind es auch gerade dieſe Maſchinen, welche für eine beſtimmte Arbeitsleiſtung, die man zu ihrer Drehung verwendet, die höchſte Leiſtungsfähigkeit erreichen. Dieſelbe Firma hatte auf der Frankfurter Ausſtellung 1891 eine hier wegen Raummangels nicht abgebildete Innenpolmaſchine für Wechſelſtrom aus - geſtellt, bei der 60 Feldmagnete zuſammen drehbar ſind, während der Anker, der auch die Form eines Ringes hat, feſtſteht. Der Durchmeſſer des drehbaren Ringes mit den Elektromagneten iſt nicht geringer als 3,7 m, der feſtſtehende Ankerring aber mißt 4,6 m. Die Spannung beträgt 2000 Volt, die Stromſtärke 165 Ampère, die Leiſtung alſo entſpricht 450 Pferdeſtärken. Mit dieſen Maſchinen kehrt man zu Faradays erſtem Verſuch zurück, Ströme in einem Leiter aufzuweiſen, der durch ein magnetiſches Feld hindurchwandert; auch damals gelang es bereits, Wechſelſtröme in der Drahtleitung zu erzeugen. Wir ſahen aber, daß in den Induktionsapparaten, die Faradays Entdeckung auf dem Fuße folgten, ein Mittel gegeben iſt, gerade dieſe häufig an Stärke wechſelnden und ſich umkehrenden Ströme zu transformieren, alſo hochgeſpannte Ströme von geringer Elektrizitätsmenge in reichlicher fließende, aber niedriger geſpannte Ströme zu verwandeln und auch umgekehrt. In Verbindung mit ſolchen den Induktionsapparaten nachgebildeten Transformatoren werden alſo gerade die Wechſelſtröme, bei denen die Richtung des Stromes gleichgültig, aber an einer leichten Verwandlung der Ströme etwas gelegen iſt, am beſten verwendbar ſein. Wir erfuhren bereits, daß bei den chemiſchen Wirkungen der Elektrizität es ſehr auf eine hohe Stromſtärke ankommt, wogegen die Spannung gering ſein kann; aber freilich ſind Wechſelſtröme für chemiſche Zwecke im allgemeinen unbrauchbar. Auch für die Erwärmung von in den Stromkreis eingeſchalteten Leitern ſind gerade ſtarke Ströme weſentlich. Auf dieſer Thatſache beruht ein von Elihu Thomſon vor drei Jahren angegebenes Verfahren, um Stücke desſelben Metalls oder auch verſchiedene Metalle an den Enden zuſammen zu ſchmelzen, alſo z. B. Stahl - und Eiſenſtücke an einander zu ſchweißen. Er bedient ſich dazu der in der Fig. 129 rechts ſichtbaren Dynamomaſchine. Wir ſehen an dieſer die Feldmagnete, ſechs an der Zahl und innerhalb des von ihnen eingeſchloſſenen Raumes eine Trommel, deren Drahtwickelung die beim Drehen entſtehenden Wechſelſtröme zwei rechts ſichtbaren, von einander iſolierten Ringen zuführt, von denen die hoch geſpannten, aber geringe Stromſtärke aufweiſenden Ströme in den links unten ſichtbaren Transformator gelangen. Als ſtark geſpannte Ströme kommen ſie hier in dünne Drahtwindungen, die als primäre Spule dienen, während der ſekundäre Leitungsdraht von einem einzigen ſehr dicken und zu einem Ringe gebogenen Kupferreifen gebildet iſt. Die An -177Die Dynamomaſchinen.
Wechſelſtrommaſchine zum Schweißen der Metalle von Elihu Thomſon.
ordnung iſt alſo gerade umgekehrt, wie bei dem bekannten Induktions - apparat von Ruhmkorff; hier iſt gerade die primäre Spule aus ſtarkem Drahte gewunden, die ſekundäre dagegen beſteht aus ſehr vielen Windungen von recht dünnem Drahte. Dieſe Teile ſind in dem Bilde nicht ſichtbar, wohl aber ſieht man die ſtarken Backen, mit denen dieſeDas Buch der Erfindungen. 12178Die elektriſchen Erfindungen.Leitung endigt, und in welche die beiden mit einander zu ver - ſchweißenden Eiſenſtücke geklemmt werden. Man muß wiſſen, daß das Eiſen ein viel ſchlechterer Leiter der Elektrizität iſt, als das Kupfer. Wo die Elektrizität mehr Widerſtand findet, wird ſie beim Durchgange ſich in Wärme umwandeln, alſo wird ſie das Kupfer nicht weſentlich, deſto mehr das Eiſen erhitzen. Aber zum Schmelzen des Eiſens gehört eine Temperaturerhöhung um mehr als 1000 Grad Celſius. Iſt der Strom wirklich kräftig genug, um dieſe Erhitzung zu vollbringen in Eiſenſtäben von mehreren Zentimetern Dicke? Und wenn dies der Fall iſt, wird dann nicht mehr Kraft verbraucht, als eigentlich nötig iſt? Es bedarf ja doch nur einer oberflächlichen Schmelzung gerade an den beiden zu verſchweißenden Enden der Eiſenſtangen, jede in der Mitte derſelben geleiſtete Erwärmung ver - ringert unnütz die Arbeitsfähigkeit der Maſchine. Die Natur des elektriſchen Widerſtandes hebt alle dieſe Sorgen in der befriedigendſten Weiſe. Derſelbe hängt ja von dem Querſchnitt des Leiters ab, und er iſt um ſo größer, je enger der Raum iſt, durch den der Strom ſich hindurch zu zwängen hat. Aber der leitende Querſchnitt iſt gerade an der Berührungsfläche der Leiter am geringſten, denn wenn dort auch, wie die Figur zeigt, die Eiſenſchienen oder - ſtangen mit Gewalt gegen einander gepreßt werden, ſo ſind doch die Endflächen nie ſo gut ge - arbeitet, daß ſie in ihrer ganzen Ausdehnung einander decken; ſie berühren ſich nur in vielen kleinen Flächen und Punkten, und dort iſt demnach auch der größte Widerſtand und damit eine beſonders ſtarke Erhitzung zu erwarten. Schon innerhalb weniger Sekunden machen dieſe Ströme, die in der Sekunde zweihundertmal ihre Richtung wechſeln, die auf einander gepreßten Enden glühend, erweichen ſie, ſo daß ſie durch erneuten Druck, den man mit den gezeichneten Kurbeln ausüben kann, noch ein wenig gegen einander gedrückt werden können. Hierauf läßt man das Stück abkühlen und findet, daß die Schweißung vollzogen iſt.
Auf Adlersflügeln vorwärts ſtrebend weicht der Flug des menſch - lichen Erfindungsgeiſtes auch der Sonne nicht. Das Licht des Tages - geſtirns mit ſeiner unübertroffenen, jede andere natürliche Leuchte zum Halbdunkel herabſetzenden Leuchtkraft, dieſes Licht zu jeder Zeit in der Gewalt zu haben, das war das lange für erſtrebens - wert gehaltene Ziel der Technik. Sie hat es erreicht, oder ſie iſt ihm doch ſo nahe gekommen, wie ſie immer hoffen durfte. In einem beſonderen Abſchnitte dieſes Buches wird der Weg, den der Erfindungstrieb durch die verſchiedenen Arten der Beleuchtung zurück - zulegen hatte, beſchrieben werden. Wir wollen uns ſofort jenem End - ziele, dem elektriſchen Lichte zuwenden, das als Bogenlicht gegen179Die Erfindung des elektriſchen Lichtes.die Lichtſtärke der Sonne nur noch um die Hälfte zurückſteht. Die andere wohlbekannte Art, das Glühlicht, mit ſeiner gelben, die Augen nicht blendenden Farbe, iſt uns im Innern der Wohnräume ſym - pathiſcher; für die Beleuchtung großer Räume und der Straßen erſcheint das weiße Bogenlicht geeigneter. Kaum hat wohl eine Erfindung ſich mit dieſer erſtaunlichen Geſchwindigkeit eingeführt und verbreitet, wie dieſe beiden Lichtarten. Wo iſt es vor 15 Jahren dauernd eingeführt geweſen? und am 1. Januar 1890 waren in Deutſchland 2590 Anlagen für elektriſche Beleuchtung mit 339000 Glühlampen und 21000 Bogen - lampen vorhanden, Berlin allein zählte Ende März 1890 5000 Bogen - lampen neben 81000 Glühlampen, welche zuſammen den Leuchtwert von mehr als 110000 Gasflammen repräſentieren, wenn man eine Glühlampe als gleichwertig mit einer Gasflamme anſieht, der Bogenlampe aber den ſechsfachen Leuchtwert zuſchreibt. Neben der Leuchtkraft iſt es jedenfalls auch die bequeme Bedienung, welche elektriſche Lichtapparate geſtatten, und welche durch eine Menge geiſtreicher Erfindungen garantiert iſt, die dieſe Verbreitung herbeiführte. Sehen wir uns beide Arten der Leucht - apparate etwas näher an!
Die Glühlampe beſteht aus einer luftleeren Glasglocke, in welcher ein dünner Faden von einem verkohlten Stoffe ſitzt. Dieſer wird zu heller Glut entflammt, und damit er nicht verbrenne, muß die Glocke jedes meßbaren Luftgehaltes bar ſein. In die heiße Glut verſetzt wird der Kohlenfaden beim Durchgange eines elektriſchen Stromes. Wir wiſſen ja bereits, daß dieſer, wo er Widerſtand findet, ſich in Wärme umſetzt. Die Kohle aber iſt an ſich ein ziemlich ſchlechter Leiter der Elektrizität und wird einen immer größeren Widerſtand leiſten, je mehr man ihren Querſchnitt verkleinert. Alſo wird der dünne verkohlte Körper ſich ſchon deshalb für die elektriſche Beleuchtung geeignet machen. Er iſt es noch aus einem anderen Grunde. Es giebt zwar noch andere weniger gute Leiter, die beim Durchgange des Stromes in Glut ge - raten, wie z. B. das Platin, das in dünnen Drähten ſchon durch einen ziemlich ſchwachen Strom glühend gemacht wird, aber dieſe Körper werden alle viel leichter durch die entwickelte Hitze zum Schmelzen gebracht, als gerade die Kohle, die bei den höchſten Wärmegraden, die wir zu erzeugen fähig ſind, nicht ſchmilzt. Und ſchließlich laſſen gerade verkohlte Stoffe ſich in die paſſende Form von dünnen und dabei gleichmäßigen Querſchnitt beſitzenden Fäden bringen. Wenigſtens kann man das heute, nachdem man lange und mühevolle Verſuche gemacht hat. Früher mußte man ſich mit Platin behelfen. So hat William Grove ſchon 1845 eine elektriſche Lampe gebaut, die ſich beſonders für Berg - werke eignen ſollte, weil der glühende Platindraht in einem abgeſchloſſenen Gefäß ſaß und alſo die gefährlichen Grubengaſe nicht entzünden konnte. Sein Apparat war einfach ein Glas, das nach Art der Taucherglocke in ein Gefäß mit Waſſer geſtülpt war. Innerhalb deſſelben glühte der Platindraht, der durch zwei iſolierte Kupferdrähte mit Strom aus12*180Die elektriſchen Erfindungen.einer galvaniſchen Batterie verſorgt wurde. Das war die erſte Glüh - lampe. Zwar hatte Jobard in Brüſſel bereits 1838 den Vorſchlag gemacht, die Kohle in einem luftleeren Raume als lichtgebenden Leiter zu benutzen, und die Engländer Starr und King konnten 1845 ein Stäbchen aus Kohle, das ſie bis zur Fadendünne abgeſchliffen hatten, in einem leer gepumpten Glasballon durch den Strom einer magnet - elektriſchen Maſchine zum Glühen bringen. Aber eine Fortſetzung dieſer Verſuche erſchien damals ſchon deshalb wenig lohnend, weil ja die Stromquellen zu teuer waren, das elektriſche Licht zu koſtſpielig wurde. Erſt als die Dynamomaſchinen aufkamen, und durch die Erfindung der verbeſſerten Queckſilberluftpumpe von Sprengel die Herſtellung außerordentlicher Luftverdünnungen möglich wurde, da wurde die Suche nach geeigneten Glühlampen von Swan 1877 und Ediſon 1878 wieder aufgenommen. Die Dauerhaftigkeit einer ſolchen Lampe hängt ſehr weſentlich davon ab, daß eine möglichſt vollkommene Luftleere hergeſtellt wird, weil der Kohlenfaden bei Anweſenheit eines Luftreſtes ſchnell dahinſchwindet. Nun hatte Crookes durch großartige Verſuche gezeigt, wie weit die Luftentleerung mit Hülfe der Sprengelſchen Pumpe getrieben werden konnte, und Swan konnte jetzt ſeine Glas - gefäße, nachdem er verkohlte Papierfäden hineingebracht hatte, ſo vollkommen entleeren, daß der Druck der übrigbleibenden Luft nur noch ein Milliontel einer Atmoſphäre betrug. Man mußte dabei die Kohlenfäden während des Auspumpens gehörig erhitzen, weil ſie in der Kälte einen hohen Betrag von der umgebenden Luft in ſich aufzu - nehmen vermögen, der beim ſpäteren Gebrauche ſchädlich wirken würde. Die auf dieſe und ähnliche Einzelheiten gerichtete Sorgfalt Swans und Ediſons hat erſt die glänzenden Erfolge der[elektriſchen] Beleuchtung ermöglicht. Die Drähte, welche der Lampe den Strom zuführen, ſind mit der metalliſchen Hülle des Lampenfußes und der durch eine Gipsfüllung davon iſolierten Fußſchraube in Verbindung zu bringen, und deshalb wird beſondere Sorgfalt auf die Vereinigung des Kohlefadens mit dieſem Fuße zu verwenden ſein. Platindrähte, die den gläſernen Lampenfuß durchſetzen, ſtellen dieſe Verbindung her und ſind mit der Kohle durch einen galvaniſchen Niederſchlag von Kupfer vereinigt. An der Vereinigungsſtelle könnte die Berührung an Innigkeit zu wünſchen übrig laſſen. Dann würde gerade hier der Widerſtand bedeutend ſein, und es wäre ein Fortſchmelzen des Kupfer - belags zu fürchten. Darum ſorgte Swan durch Verdickung des Kohlen - fadens gerade an ſeinen Enden für eine Verminderung des Wider - ſtandes. Der Kohlenfaden hat bei den Lampen verſchiedener Firmen eine immer andere Form. Wir zeigen in den Fig. 130 bis 132 die einfache U-Geſtalt der Ediſonſchen Kohlenfaſer, die gewundene der Swanſchen und die Zickzackform der Maximſchen Glühlampe. Woher aber bekommt man dieſe feinen Fäden? Wir kennen die Kohle doch als ein ſprödes Material, das ſich der Formung immer entzieht. Hören181Die Erfindung des elektriſchen Lichtes.wir alſo, wie der große Mann von Menlo Park ſich dieſelben durch Verkohlung von Bambusfaſern verſchafft.
Die von der Pflanze kommenden röhrenförmigen Stengel werden zuerſt mit Hilfe einer für dieſen Zweck erfundenen Maſchine ſo präpariert, daß man ſchnell eine größere Zahl gleichförmiger, in paſſenden Längen abgeſchnittener Stücke, und jedes Stück in zwei Halbröhren mitten durchgeſpalten, erhält. Dieſe beiden werden wieder in drei Streifen geteilt; die harte, Kieſelſäure enthaltende äußere Rinde wird entfernt, und die Stücke werden derart abgehobelt, daß ſie einen flachen und geraden Streifen von der ganzen Länge nach gleichförmiger Dicke abgeben, und dann ſo abgeſchnitten, daß ſie genau dieſelbe Länge
erhalten. Nachdem man ſo einen Satz gleicher Faſern präpariert hat, ſtellt man ſie in Blöcke zuſammen und ſchneidet ſie ſo, daß ſie endlich die Geſtalt einer ſchmalen Bambusfaſer mit Verdickungen an den Enden annehmen, mit denen ſie ſpäter an die Zuleitungsdrähte angeheftet werden. Die Faſern werden hierauf in die gewünſchte Form gebogen, nämlich die eines Hufeiſens, und durch Erhitzung bis zur Weißglut unter Luftabſchluß in Öfen verkohlt. Dann werden ſie mit ihren Platinhaltern galvaniſch verbunden, um eine durchaus gute Verbindung herbeizuführen, und ſchließlich in die Glasglocken gebracht. Dieſe letzteren werden wiederholt luftleer gepumpt, während die in ihnen enthaltene Faſer immer wieder durch einen elektriſchen Strom auf eine ſehr hohe Temperatur erhitzt wird, nachdem man ſie dazwiſchen immer wieder hat abkühlen laſſen. Dadurch wird die Luft und jedes andere in ihnen noch enthaltene Gas freigemacht, und außerdem werden die Faſern dabei noch einer ſcharfen Probe unterworfen, welche nur die ganz geſunden aushalten können, und ſchließlich erhält man eine dem beabſichtigten Zweck angepaßte, einer langen Ausdauer fähige Faſer. Die Dicke der Kohle in den gewöhnlichen Ediſonſchen Glühlampen iſt182Die elektriſchen Erfindungen.0,1 bei einer Breite von 0,2 Millimetern, die Swanſchen Kohlenfaſern beſitzen einen Querſchnitt von ¼ Millimeter Durchmeſſer und dabei erhält man ſie überall von derſelben Dicke, weil gerade durch das vorherige elektriſche Glühen ein Ausgleich des Widerſtandes durch die ganze Länge herbeigeführt wird. Das iſt auch durchaus notwendig, denn von dem Widerſtande, den der Faden an den einzelnen Stellen ſeiner Länge leiſtet, hängt offenbar auch der Grad der Erwärmung und damit auch die Farbe des Lichtes ab, das er dort ausſendet. Derſelbe Strom wird die Stellen von geringem Widerſtand nur zur Rotglut erwärmen, während er die mehr widerſtehenden in gelber Farbe leuchten läßt oder gar zu heller Weißglut erhitzt. Es iſt aber offenbar nötig, daß der Faden durch die ganze Länge mit demſelben Farbentone leuchte. Dieſer Ton ſelbſt wird außer von dem Widerſtande, den die Glühlampe leiſtet, hauptſächlich von der Spannung des durchgehenden Stromes abhängen. Dieſe beträgt bei den gewöhnlichen Ediſonlampen über 100 Volt, bei den Swanſchen nur die Hälfte, wogegen die Strom - ſtärke der erſteren nur ½ Ampère, diejenige, welche die letztere erfordert, mehr als 1 Ampère beträgt. Hieraus läßt ſich auch auf die Wirkſamkeit und die Teuerkeit des Glühlichtes ein Schluß ziehen, freilich nur ein ganz allgemeiner, da die Koſten für die verbrauchte Kraft ſehr ver - ſchieden ſind und ſich z. B danach richten, ob Waſſerkräfte zum Treiben der Dynamomaſchinen ſich darbieten oder nicht. Wenn wir aber eine beſtimmte Gasmenge einmal verwenden, um mit ihr eine Kraftmaſchine zu treiben, die auf eine Dynamomaſchine wirkt und einen Strom durch eine Reihe von Glühlampen ſchickt, und andererſeits das Gas direkt ver - brennen, um es als Leuchtkörper zu benutzen, ſo ergiebt ſich, daß die erzielten Wirkungen im erſten Fall drei Mal ſo groß, als im zweiten ſind. Wenn trotzdem heutzutage die Koſten des elektriſchen Lichtes ſich noch höher als die des Gaslichtes ſtellen, ſo liegt das nur an der erſten Ausgabe und den Koſten der Inſtandhaltung der Gas - und der Dynamomaſchine.
Die Glühlampen ſind den an ſie geſtellten Aufgaben in hohem Grade angepaßt. Während ſie bei voller Leuchtkraft in Weißglut ſind, kann man durch Einſchalten eines größeren Widerſtandes, wie man ihn künſtlich aus Metalldrähten erhält, ſie auf gedämpftes gelbes oder auf rotes Licht beſchränken. Die Zuleitung des Stromes zur Lampe kann durch lockere Drähte erfolgen, dann iſt dieſelbe leicht tragbar und man kann mit ihr überall hinleuchten. Feuersgefahr erſcheint bei ihnen abſolut ausgeſchloſſen, weil der Kohlenfaden unter Luftabſchluß glüht und nur wenn die Glasglocke durch einen unglück - lichen Zufall zerbrechen ſollte, mit äußeren Gegenſtänden in Berührung käme; aber dann wird er ja ſofort durch die Anweſenheit der Luft verzehrt, der Strom wird ſofort unterbrochen und die Glut erliſcht. So ſind ſie an ſolchen Stellen beſonders brauchbar, wo ſonſt der Feuersgefahr wegen der Gebrauch von Lampen möglichſt umgangen183Die Erfindung des elektriſchen Lichtes.wurde; in Sprengſtofffabriken werden ſie ſich nützlich machen und in den Gruben der Bergwerke als die allein gegen ſchlagende Wetter ſicheren Leuchten ſich einführen. Die Feuersgefahr in den Theatern iſt ganz beträchtlich eingeſchränkt worden, ſeitdem man ſich zur Er - leuchtung der Bühne und des Zuſchauerraumes immer ausſchließlicher der Glühlampen bedient. Gerade in der Theatertechnik aber ſind ſie von den wunderbarſten Wirkungen. Eine allen Anforderungen der Neuzeit genügende Bühnenbeleuchtung muß derart eingerichtet ſein, daß man jeden Teil der Bühne beliebig ſtark und mit beliebig gefärbtem Lichte beleuchten kann, und man muß es in der Hand haben, von jedem beſonderen Lichteffekte ſtetig, ohne für das Auge des Zuſchauers wahrnehmbare Sprünge, auf eine andere Belichtungsart, beiſpielsweiſe vom Tageslichte auf Gewitterbeleuchtung, Abenddämmerung, Mondlicht überzugehen. Für dieſen Zweck hat der Obermaſchinen-Inſpektor Brand des Berliner Opernhauſes ein beſonderes Syſtem erfunden, welches für die Praxis ſich als völlig genügend herausgeſtellt hat. Während man früher vor die weißen Lampen beſonders gefärbte Gläſer ſetzte, bringt man jetzt bereits von vorn herein auf der Bühne eine Reihe von Lampengruppen an, deren Mitglieder zu je einem Drittel in weißen, roten und blauen (oder grünen) Gläſern ſitzen. Nun kann die Lichtſtärke der gleichfarbigen Lampen einer Gruppe von einem Punkte aus, der hinter der Bühne liegt, aber einen Überblick derſelben geſtattet, leicht reguliert werden. Man braucht dazu nur einen paſſenden Widerſtand in die Leitung einzuſchalten, was ein Angeſtellter mit Leichtigkeit durch einen Bühnenregulator beſorgt. Damit kann man die Lichtfärbung und den Helligkeitsgrad jedes Satzes ſo regulieren, daß er eine ins Unbegrenzte gehende Veränderungsfähigkeit erhält. Die Regulierwiderſtände können durch Drehen von Kurbeln ein - und ausgeſchaltet oder die Lichter eines Satzes ganz ausgelöſcht werden. Erſtaunlich ſind die Anwendungen dieſer Beleuchtung. Wir finden ſie im Helme des Tauchers, der nun ſeine Hände nicht mehr mit einer Lampe zu beſchweren braucht; der Strom wird ihm vom Schiffe durch gut iſolierte Drähte zugeſandt. Wir begegnen ihr in den Wagen der Eiſenbahnen, ſo zwar zunächſt nur in denen der Jura-Simplonbahn und der Schnellzüge von Paris nach Havre. Statt der ſchweren Dynamo - maſchinen braucht die Lokomotive nur beſondere, ſpäter zu beſchreibende Batterien, die ſogenannten Akkumulatoren, mitzunehmen und jeder Fahrgaſt kann an ſeinem Platze ſich die paſſende Beleuchtung ſchaffen. Dabei wird jenes unbequeme Anzünden der bisher gebräuchlichen Pintſchſchen Fettgaslampen von der Decke des Wagens her geſpart. Wo die Beleuchtung wegen vorhandener Waſſerkräfte ſich billig ſtellt, in den Thälern der Alpen z. B., hat ſie feſten Fuß gefaßt, und wir vernehmen, daß die nördlichſte Stadt der Erde, das kleine Hammerfeſt, ſich den Erſatz für das ihr monatelang mangelnde Sonnenlicht jetzt durch eine elektriſche Anlage für die Speiſung von Glühlampen in den184Die elektriſchen Erfindungen.Straßen und Häuſern ſchaffte, für die eine nahe Stromſchnelle die Kraft liefert. So brannte im letzten Winter das Licht auf den Straßen ununterbrochen vom 18. November bis zum 23. Januar, während das Werk vom 16. Mai bis zum 26. Juli feiern konnte, weil in dieſer Zeit die Sonne nicht unterging. Doch ſehen wir uns jetzt nach der andern elektriſchen Leuchte, dem Bogenlichte, um!
Dasſelbe wurde zuerſt 1813 von dem engliſchen Chemiker Davy dargeſtellt. Er leitete dazu den Strom von 2000 Voltaſchen Elementen durch zwei Kohlenſtifte, die einander an ihren Enden berührten. Der Widerſtand iſt natürlich gerade an ſolchen zugeſpitzten Enden beſonders ſtark und daher wurden ſie in Glut verſetzt. Sie blieben aber leuchtend, wenn man ſie jetzt von einander langſam entfernte, während doch der Batterieſtrom keineswegs jene hohe Spannung aufwies, die nötig iſt, damit ein Ausgleich der Elektrizitäten durch die Luft erfolgen könne. Der Widerſpruch löſt ſich leicht, wenn man bedenkt, daß der Strom kleine Kohleteilchen abreißt, die dann eine faſt ununterbrochene Ver - bindung zwiſchen den beiden Kohlen herſtellen. Wiewohl der Wider - ſtand bedeutender iſt, wird er doch vom Strome überwunden, es bildet ſich eine weißglühende Lichtbrücke in der Luft, und dieſelbe bricht erſt dann, wenn die Entfernung der Spitzen zu groß geworden iſt. Dieſer glühende Bogen hat dem Lichte den Namen gegeben. Wir haben in ihm die höchſte Hitze, die wir künſtlich herzuſtellen fähig ſind, und ein Licht, das eben nur dem des Tagesgeſtirns an Helligkeit nachſteht. Die Kohlen, die als Träger des Lichtes dienen, ſind hier mit viel geringerer Mühe zu beſchaffen, als die feinen Fäden der Glühlampen. Bei der Gasfabrikation bleibt in den Retorten ein Rückſtand von Koks, der gerade als Herſtellungsmaterial für die Bogenlichtkohlen geeignet iſt. Offenbar wird dieſes Licht recht viele Unterſchiede gegen das Glühlicht aufweiſen. Einmal wird bei dem vielmal größeren Wider - ſtande, den die Lampe leiſtet, der Strom viel höher geſpannt ſein müſſen. Die zugeführte Wärme wird andererſeits nicht blos den Flammenbogen in Glut erhalten, er wird auch im Beiſein der Luft die Kohlen zur Ver - brennung bringen, und wenn auch dies bei der allzu hoch geſteigerten Hitze in keinem großen Umfange geſchehen kann, ſo wird doch ein anderes die allmähliche Aufzehrung der Lichtträger bewirken. In jenen glühenden Kohlenteilchen, welche den Lichtbogen bilden, wird den Kohlen viel Material entzogen, und zwar hat ſich herausgeſtellt, daß die Kohle, an der der Strom eintritt, einer viel größeren Stoffmenge beraubt wird, als diejenige, an der er aus dem Lichtbogen austritt. Die erſtere verliert ihre Spitze und höhlt ſich allmählich aus, während die andere dauernd ihre Form behält, obgleich ſie auch etwa die Hälfte jenes Stoffes verliert, den die erſtere abgiebt. Dieſer Verluſt an Material führt zu einer Verkürzung der Kohlen und da der Lichtbogen nicht über eine gewiſſe Grenze wachſen kann, ohne zu zerreißen, ſo muß man Vorkehrungen treffen, welche die Kohlen immer um ſoviel185Die Erfindung des elektriſchen Lichtes.nähern, als ſie durch das Verbrennen verkürzt wurden. Dieſer Apparat wird zugleich auch die Trennung der Kohlen in den erſten Momenten des Aufleuchtens zu bewirken haben, damit der Lichtbogen ſich bilden könne. Nur wenn ein ſolcher guter Regulierapparat beigegeben iſt, wird auch der Widerſtand, den der Licht - bogen dem Strome entgegenſetzt, immer derſelbe bleiben können, während ſonſt mit dem Widerſtande auch die Leucht - kraft der Lampe eine fortwährende Änderung erführe, wie wir auch bei ſchlechter Regulierung ein fortwähren - des Flackern und eine ruckweiſe Ver - änderung des Lichtes wahrnehmen.
Sehr geiſtreiche Erfindungen ſind gemacht worden, um die Beſtändigkeit
Elektriſche Bogenlampe.
Regulator für Bogenlampen von Schuckert & Co.
186Die elektriſchen Erfindungen.des Lichtbogens zu garantieren. Die erſte regulierte Bogenlampe konſtruierte Dubosq. Wir bilden hier diejenige ab, welche Krizik & Piette vor einigen Jahren erfunden haben, und die von Schuckert in Nürnberg gebaut wird. Die Lampe ſelbſt iſt in Fig. 133 zu ſehen. Die Kohlen - ſpitzen ſtehen einander in dem unteren Teile des Apparats gegenüber, welcher mit einer Hülle von Milchglas umgeben iſt, um nicht die ganze Fülle blendenden Lichtes in unſer Auge gelangen zu laſſen. Das Glas wiederum iſt, um beſſer Widerſtand leiſten zu können, mit einem Drahtgeflechte umgeben. Die Reguliervorrichtung ſitzt in einem darüber ſichtbaren Metallzylinder, der des ſchöneren Ausſehens halber auswendig ornamentiert wird. Beim Aufhängen werden die Lampen entweder zum Abhaken eingerichtet oder mit einem Gegengewichte ab - balanciert, damit man ſie jederzeit zu einer Erneuerung der Kohlen - ſtifte herablaſſen könne. Den ſehr einfachen und wirkſamen Regulator zeigt die Fig. 134. Wir ſehen die beiden Kohlen einander gegenüber - ſtehen. Die obere, bei welcher der Strom eintritt, hat den doppelten Quer - ſchnitt wie die untere, bei der er austritt. Dadurch wird — weil der Licht - bogen von der unteren Kohle halb ſoviel verzehrt, wie von der oberen — erzielt, daß beide Kohlen um gleiche Längen abbrennen. Die Hauptleuchtkraft des Bogenlichts ſitzt immer dort, wo der Strom ein - tritt, durch eine dickere untere Kohle würde uns alſo auch zuviel von dem Lichte der oberen entzogen werden, und das iſt der andere Grund, warum die untere dünner iſt. Beide Stifte ſitzen in Metallhülſen, die an beſonderen Trägern angebracht ſind. Mit dieſen wieder ſind Stangen aus weichem Eiſen verbunden; beide hängen an einer Schnur, die um ein Rad geſchlungen iſt. Infolge dieſer Aufhängung legen beide Kohlen immer gleiche Wege zurück und zwar gehen gleich - zeitig die eine nach unten und die andere nach oben. So bleibt der Lichtbogen während der geſamten Branddauer ſtets an derſelben Stelle und der wirkſamſte Teil der Lichtquelle wird ſich demnach in die günſtigſte Stelle zu der Glocke oder auch zu einem Spiegel bringen laſſen, der das Licht weit fortwerfen ſoll und wie wir ihn ſpäter im Scheinwerfer kennen lernen werden (vergl. „ Sicherung der Schifffahrt “). Wie wird nun der Lichtbogen gerade immer in der - ſelben Länge erhalten? Dazu dienen die beiden Drahtſpulen, welche der Strom paſſieren muß. Die eine Hauptſpule enthält dicken Draht in verhältnismäßig wenigen Windungen, während die Nebenſpule deren viele aber ſehr dünne beſitzt. Wenn der Strom ſie durchfließt, ſo nehmen ſie magnetiſche Eigenſchaften an und ziehen dann die Eiſenkerne in ſich hinein. Die Stellung dieſer wird alſo nicht allein durch ihre Schwere bedingt ſein, ſondern auch von der Kraft der beiden Drahtſpulen ab - hängen. Die Anziehungskräfte beider Spulen wirken einander ent - gegen; die Hauptſpule, wird ein Auseinandergehen, die Nebenſpule, ein Zuſammengehen der Kohlenſpitzen herbeizuführen ſtreben. Findet der Strom bei zu kleinem Lichtbogen einen zu geringen Widerſtand,187Die Erfindung des elektriſchen Lichtes.ſo wird er zu ſtark, die Hauptſpule wird die Übermacht haben und den Lichtbogen vergrößern; iſt der Lichtbogen aber zu groß, ſo wächſt die Spannung des Stromes, und dann hat die dünndrahtige Spule die Oberhand und bewirkt eine Verkürzung des Bogens. So gleichen ſich ſtets die Änderungen im Lichtbogen ſofort wieder aus. Dies iſt nur einer von den vielen in der Praxis gebräuchlichen Lichtbogen - bildern, der ſich dadurch auszeichnet, daß die Lampen in jede mögliche, ſelbſt in horizontale Lage gebracht werden können, alſo für die Be - leuchtung im Freien und in Bahnhofshallen, wo die Lampen dem Winde ausgeſetzt ſind, ſowie auf Schiffen von Vorteil iſt. Andere Vorrichtungen ſind den beſonderen Arten von Schaltungen der Lampen und von Zuleitungen des Stromes in eigentümlicher Weiſe an - gepaßt, wie die 1879 von v. Hefner-Alteneck erfundene Differentiallampe, die erſte, welche eine Verteilung des elektriſchen Stromes an viele Lampen ermöglichte.
Ohne eine ſo verwickelte Anordnung hat bereits 1876 Jablochkoff mit ſeiner elektriſchen Kerze die Regulierung des Lichtbogens erreicht. Bei ihm ſtehen die Kohlenſtifte nicht einander gegenüber, ſondern parallel zu einander, die Enden in gleicher Höhe, von einander durch eine Miſchung von Gips und Schwerſpat iſoliert. Zwiſchen ihren oberen Enden entſteht der Flammenbogen. Die beiden Kohlen werden ſich nur dann gleichmäßig abnutzen, wenn man Wechſelſtröme hinein - leitet. In dem Maße, als die Stifte abbrennen, ſchmilzt zugleich die iſolierende Schicht weg, ſo daß ſich der Bogen immer wieder bilden kann. Schwierigkeit macht hier freilich das Einleiten der Bogenbildung, da man die Stifte einander nicht nähern kann. Man muß alſo durch Aufdrücken eines dritten dünneren Kohleſtiftes zuerſt eine leitende Verbindung herſtellen und wird nach dem Abbrennen deſſelben den Lichtbogen aufleuchten ſehen.
Das Bogenlicht, ſonſt nur in großen Räumen und für die Beleuchtung von Gärten und Straßen angewendet, bricht ſich jetzt auch an anderen Stellen Bahn. So haben Sedlaczek und Wikulill eine Lampe für Eiſenbahn - und Schiffsbeleuchtung gebaut, mit denen in Öſterreich Verſuche gemacht wurden. Die Lampe wird am Schornſtein einer Lokomotive befeſtigt und durch den Strom einer Dynamomaſchine entzündet, die von der Lokomotive ſelbſt mit Kraft verſorgt wird. Der Lokomotivführer kann durch einen hinter dem Lichtbogen befeſtigten Spiegel die Bahnſtrecke weithin beleuchten, ſo daß er die Signale deutlich bis auf ein oder zwei Kilometer erkennen kann. Offenbar würde die Gefahr des Zuſammenſtoßes von See - ſchiffen auch bedeutend vermindert werden, wenn man das Fahrwaſſer mit Bogenlicht beleuchtete, das, wie kein anderes, ſelbſt zur Durchdringung des dichteſten Nebels geeignet iſt. Dort, wo Lokomobilen zur Feld - arbeit benutzt werden, wird ſich vielleicht eine Art von Beleuchtungs - wagen einführen, welche die Firma Siemens & Halske neuerdings188Die elektriſchen Erfindungen.konſtruiert hat. Die während der Ernte beſonders koſtbare Arbeits - zeit wird auch auf den Abend ſich ausdehnen laſſen, wenn man für genügende Helligkeit ſorgt. Solche liefern eben die genannten Apparate. Sie enthalten auf einem Wagen eine Dynamomaſchine, die von der Lokomobile aus durch eine Transmiſſion in Thätigkeit geſetzt werden kann und drei Bogenlampen, ſowie einige Glühlampen mit Strom verſorgt. An anderen Stellen werden wir die Anwendung des elektriſchen Lichtes auf Leuchttürmen und für die elektriſchen Schein - werfer beſprechen (vergl. „ Sicherung der Schifffahrt “).
In dem Kapitel über Dynamomaſchinen ſahen wir, daß jeder ſolcher Apparat ſich zugleich als Motor verwenden läßt, der wie ein Dampf - oder Gasmotor für den Betrieb von Arbeitsmaſchinen geeignet iſt. Man braucht ihm nur von einer primären Maſchine Strom zu - zuſenden, ſo wird er in Bewegung geſetzt. Dieſes Zuſchicken von Elektrizität erſcheint uns ohne alle Schwierigkeit. Man hat ja in den Metallen vorzügliche Leiter, jeder Metalldraht wird alſo geeignet ſein, die Kraft auf jede beliebige Entfernung zu übertragen. Leider ver - hält ſich die Sache anders. Zunächſt nämlich muß die Leitung durch eine vorzügliche Iſolation gegen die Umgebung geſchützt ſein, ſonſt wird zu viel Elektrizität dorthin überfließen. Bei den Telegraphen - leitungen, in denen auch nichts anderes als die Elektrizität fließt, ſind die Drähte an beſonderen Porzellannäpfen angebracht, die ihrerſeits erſt wieder an den Holzſtangen befeſtigt ſind. Das Porzellan hat eine ſehr geringe Leitungsfähigkeit. Aber auf ſeiner Oberfläche ſchlägt ſich ſtets aus der Atmoſphäre eine dünne Schicht von Waſſer nieder, die immer ſchon etwas Elektrizität aus dem Drahte über die nicht beſonders
Öl-Iſolatoren.
ſchlecht leitenden Holzſtangen zur Erde führt und damit bei der großen Zahl von Stangen in einer viele Kilometer langen Leitung einen anſehnlichen Stromverluſt herbeiführt. Beim Telegraphieren hat das nicht viel zu ſagen; die dazu erforder - liche Kraft iſt gering, aber wo es ſich um die Übertragung ſtarker Kräfte handelt, mit denen zu ſparen iſt, da wird man die jetzt an Verbreitung ſehr zunehmenden Öl-Iſola - toren anwenden, von denen unſere Fig. 135 drei an einem Holzkreuze befeſtigte zeigt. Der oben abgebildete Querſchnitt läßt er -189Frühere Anſichten über die elektriſche Kraftübertragung.kennen, daß ſie inwendig Rinnen haben, die mit Öl gefüllt werden. Das Öl aber iſt der vollkommenſte Iſolator, den man bis jetzt hat. Was das Holzkreuz bedeutet, wird uns bald klar werden.
Woraus ſoll man die Leitungen herſtellen? Natürlich aus einem möglichſt vollkommenen Elektrizitätsleiter. Da iſt vor allem das Kupfer brauchbar, das dem beſten Leiter, dem Silber, an Billigkeit ſo viel über - legen iſt. Für die Leitung geringerer Kräfte iſt ſelbſt Eiſendraht völlig ausreichend, in ihm erblicken wir den üblichen Vermittler telegraphiſcher Depeſchen. Nachdem die elektriſche Beleuchtung einen größeren Umfang angenommen hatte, beſonders für die Leitung aus den Kraftzentralen der Großſtädte, mußte man auch für die Beleuchtungszwecke wohl oder übel von der oberirdiſchen Stromleitung zur unterirdiſchen übergehen. Dieſe Leitungen oder Kabel ſollen bequem verlegt werden können, dazu muß man beſonders, wenn die Leiter einen großen Querſchnitt haben, eine Reihe von dünnen Drähten zu einem Seile verbinden. Dadurch erreicht man erſt die nötige Biegſamkeit des Leiters trotz ſeiner Dicke. Wir bilden hier ein ſolches Kabel ab, das Patent - bleikabel, welches ſeit
Aufgewickeltes Bleikabel von Siemens & Halske.
etwa vier Jahren von Siemens & Halske eingeführt wurde. Rechts iſt das Kupferſeil ſichtbar, aber was bedeuten die teilweiſe zurückgeſchlagenen und entfernten Hüllen, die es umſchließen? Da iſt zu innerſt ein Blei - mantel, welcher unter einem ſehr hohen hydrauliſchen Drucke von 2500 Atmoſphären eng um die Kabelſeele herumgepreßt wurde. Er ſoll die Zuleitung der Erdfeuchtigkeit zu dem Leiter verhindern. Wo dieſes Kabel direkt in den Erdboden verlegt werden ſoll, kommt nach einer Umwickelung mit Papier eine theergetränkte Umſpinnung herum und ſchließlich, um es bei Erdarbeiten gegen Verletzungen zu ſichern, eine Umhüllung, die aus zwei ſich überdeckenden Eiſenbandſpiralen von 1¼ mm Dicke beſteht. So ein Kabel entſpricht ſchon den hohen Anforderungen, welche an die Iſolation und die Dauerhaftigkeit der Leitung zu ſtellen ſind. Es iſt nicht möglich, dieſelben über gewiſſe Längen hinaus anzufertigen: da man nicht wohl kilometerlange Leiter von einem beſtimmten Querſchnitte transportieren kann, ſo müſſen die gelieferten Enden noch unter Berückſichtigung des Schutzes dieſer Be - rührungsſtellen und der Iſolierung verbunden werden. Dazu dienen Muffen von der Art, wie wir ſie umſtehend abbilden; die Kupferſeile werden dort durch Verſchrauben mit einander verbunden und die Muffen dann mit dem iſolierenden Material ausgegoſſen. Die ſogenannte T-Muffe in unſerer Fig. 137 zeigt, wie ſich der Anſchluß der Hausleitungen an das Kabelnetz darſtellt.
Leider iſt noch eine andere Schwierigkeit dabei, die alle Verſuche der elektriſchen Kraftübertragung ſeit den Tagen Voltas lange unmöglich190Die elektriſchen Erfindungen.und erſt in den letzten Jahren in größerem Umfange praktiſch aus - führbar machte. Noch im Jahre 1877 wurde die Elektrizität für un - fähig gehalten, ſich zu einer Wirkung von vielen Pferdeſtärken ſteigern
T-Muffe zur Verbindung von Kabeln.
zu laſſen, und eine Äußerung, die William Siemens damals that, wurde für kaum mehr als die Ausgeburt einer lebhaften, von der kritiſchen Vernunft verlaſſenen Phantaſie gehalten. Dieſer Aus - ſpruch lautete: „ Die Zeit wird uns wahrſcheinlich Mittel weiſen, um Kraft auf große Entfernungen zu übertragen. Ich kann nicht umhin, auf eines hinzudeuten, das meiner Anſicht nach beachtenswert iſt, nämlich den elektriſchen Leiter. Nehmen wir an, eine Waſſerkraft werde angewendet, um eine Dynamo - maſchine in Bewegung zu ſetzen, ſo wird ein ſehr kräftiger Strom entſtehen, der durch einen großen metalliſchen Leiter auf eine große Entfernung übertragen und ſo eingerichtet werden kann, daß er dort Elektromotoren treibt, die Kohlenſpitzen elektriſcher Lampen in Glut verſetzt oder die Metalle aus ihren Verbindungen abſcheidet. Ein Kupferdraht von 76 mm Durchmeſſer könnte 1000 Pferdekräfte auf eine Entfernung von — ſagen wir — 50 km übertragen, ein Betrag, der genügen würde, eine Viertelmillion Normalkerzen (ent - ſprechend 16000 Ediſonlämpchen) zu verſehen, was zur Beleuchtung einer großen Stadt genügen würde. “ Wie ſich William Siemens die Sache dachte, würden die Koſten des Kupfers für das eine Zuleitungs - kabel nicht weniger als 4 Millionen Mark betragen, und ſchon deshalb mußte die Idee für unausführbar gelten. Aber wie kam der berühmte Techniker gerade auf einen ſo dicken Leiter? Iſt nicht die Elektrizität auch in dünneren Drähten leitbar? Wir wiſſen ſchon, daß dieſelbe beim Durchgange durch einen dünnen Leiter einen größeren Widerſtand erfährt, daß dabei der Draht erwärmt wird und infolge deſſen Kraft verloren geht. Es iſt, wie wenn Waſſer unter einem beſtimmten Drucke durch eine Waſſerleitung fließt. Durch ſeine fortwährende Reibung an den Wänden der Röhre büßt es offenbar an Kraft ein und beſitzt am Ende ſeines Laufes lange nicht die Wirkungsfähigkeit, die ihm am Anfang zukam. Es iſt am Ende der Leitung noch als Waſſer zu verwenden, aber es iſt möglich, daß es nur ſo wenig Druck beſitzt, um als Krafterzeuger unbrauchbar zu ſein. Dem Drucke des Waſſers entſpricht die Spannung der Elektrizität. Von dieſer geht beim Durch - gang durch den Leiter immer eine beſtimmte Anzahl Volt verloren, die eben zur Überwindung des Leitungswiderſtandes dient, in engen Drähten natürlich mehr als in dicken Drähten. Es giebt alſo offenbar zwei Mittel, um dieſen Verluſten vorzubeugen, entweder man verwendet recht dicke Drähte, wie das Siemens vorſchlug, oder man erhöht die191Frühere Anſichten über die elektriſche Kraftübertragung.Spannung der für die Kraftübertragung beſtimmten Elektrizität. Denn es iſt offenbar nicht gleichgültig, ob ein Strom, der nur 100 Volt Spannung beſitzt, dieſe 100 Volt verliert, oder ob ein auf 1000 Volt geſpannter Strom 100 Volt abgiebt. Der erſtere behält gar keine Kraft übrig, der letztere hat nur ein Zehntel derſelben eingebüßt. Beides hat offenbare Nachteile. Drähte von genügender Stärke, welche ſchwache Ströme ohne bedeutenden Spannungsverluſt leiten, ſind natürlich teuer, hochgeſpannte[Elektrizität] aber iſt lebensgefährlich für jeden, der ſich dem Leiter nähert, denn die Elektrizität wird dann ſelbſt durch eine gewiſſe Weite in der Luft ſich auszugleichen ſuchen und dem menſchlichen Körper verderblich werden. Der letzte ſchwer - wiegende Umſtand hatte Siemens veranlaßt, in dem obigen Beiſpiele einen Strom von nur 200 Volt Spannung anzunehmen und demſelben einen Verluſt von 60 % der mitgeteilten Leiſtungsfähigkeit zu geſtatten. Aber bereits auf der Münchener Ausſtellung 1882 gelang es Marcel Deprez zwei leergehende Dreſchmaſchinen durch eine Waſſerkraft zu treiben, die in einer Entfernung von 5 Kilometern ſich zunächſt auf die primäre Dynamomaſchine übertrug und, von dieſer in Elektrizität umgeſetzt, durch Kupferdrähte der ſekundären Maſchine zugeleitet ward. Nachts diente der Strom, um am Glaspalaſte und dem Königsplatze elektriſche Lampen zu ſpeiſen. Ebenſo gelang es Deprez drei Pferde - ſtärken durch ein paar gewöhnliche eiſerne Telegraphendrähte auf Ent - fernungen bis zu 40 Kilometern fortzuleiten. Freilich gingen in dem ſchlechten Leiter nicht weniger als 68 % von der Arbeitsfähigkeit der Maſchine verloren; aber es war nicht mehr verlangt. Die Spannung der Ströme hatte die Höhe von 2000 Volt. So verlor Siemens’ Idee das Phantaſtiſche, das ihr zuerſt anzuhaften ſchien, und auch die eines Mannes, wie des berühmten Phyſikers Sir William Thomſon, welcher 1879 durch Rechnungen feſtſtellte, daß durch einen Kupferdraht von nur 12 mm Durchmeſſer 2100 Pferdeſtärken auf eine Entfernung von 500 Kilometern mit einer Stromſpannung von 80,000 Volt übertragen werden könnten, wurde jetzt nicht mehr belächelt. Vielleicht kommt einſt der Tag, wo man ſolche Elektrizität mit einer Schlagweite von 36 Zenti - metern durch die Luft in Drähten übertragen wird.
Die hohen Koſten eines ſtarken Drahtes ließen die Elektrotechnik nicht weiter gehen in den Verſuchen ſchwach geſpannte Elektrizität zu über - tragen. Thomſon ſelbſt hatte in dieſer Beziehung ein praktiſches Geſetz ausgeſprochen, welches offenbar von Deprez in ſeinen Verſuchen noch nicht beachtet war. Wir können uns leicht eine Vorſtellung von dieſem Geſetze verſchaffen. Die Koſten einer Pferdeſtärke darf man bei nicht zu hohen Kohlenpreiſen und einer großen Dampfmaſchine auf 10 Pfennige für die Stunde, alſo 1 Mark an einem zehnſtündigen Arbeitstage, d. h. im Jahre auf 300 Mark veranſchlagen. Werden durch eine Leitung etwa 200 Pferdeſtärke übertragen, ſo macht das eine jährliche Ausgabe von 60,000 Mark. Mehr als dieſen Betrag dürfen demnach auch die192Die elektriſchen Erfindungen.jährlichen Zinſen der Anlage ſamt den Betriebskoſten nicht ausmachen, ſonſt iſt eben eine Kraftquelle, an Ort und Stelle aufgeſtellt, zweck - dienlicher. Man iſt alſo für die Übertragung auf hochgeſpannte Elektrizität angewieſen, und es handelt ſich vor allem darum, eine derartige Anlage zu machen, daß möglichſt viel von der zu über - tragenden Kraft auch wirklich an den Beſtimmungsort gelange. Alſo heißt es: die Drähte nicht zu dünn und die Spannung möglichſt hoch zu wählen. Die erſte ſolche Anlage auf größere Entfernung, bei der die zugeführte Kraft wenigſtens zu drei Vierteln an den Beſtimmungsort gelangte, wurde nach den Angaben des Direktors Brown von der elektriſchen Fabrik in Örlikon bei Zürich ausgeführt. Es handelte ſich darum, die mittels einer Turbine in Kriegsſtetten gewonnene Waſſerkraft von 30 bis 50 Pferdeſtärken nach dem 8 Kilometer entfernten Solothurn zu leiten. Zwei Dynamomaſchinen gaben einen Strom von 1150 Volt und 15 bis 18 Ampère, der mittels blanker Kupferleitungen von 6 mm Dicke nach den Motoren geleitet ward. Die Anlage iſt ſeit Dezember 1886 dauernd in Betrieb.
Diejenige elektriſche Leitung, welche ſeit einem Jahre am meiſten von ſich reden machte, iſt aber die von Lauffen am Neckar nach der Frankfurter Elektrizitätsausſtellung hergeſtellte Kraftübertragung. Hier legte die Elektrizität einen Weg von 175 Kilometern zurück und es wurden nicht weniger als 300 Pferdeſtärken übertragen, und alles dies geſchah in drei Drähten, die zwar nicht dicker als 4 Millimeter waren, aber zuſammen immerhin die Kleinigkeit von 60,000 Kilogramm wogen. Sie waren an jenen Öl-Iſolatoren angebracht, die wir kennen lernten; mehr als 3000 Holzſtangen markierten den Weg und an jeder waren immer drei Porzellannäpfe in der Anordnung, die wir in Fig. 135. ſahen. Aber warum waren es gerade drei Drähte? Welche Spannung mochte wohl der Strom haben, der in ihnen entlang ging, ohne weſentliche Abſchwächung zu erfahren? Das ſind Fragen, die ſich ſofort jedem aufdrängten, der von der wunderbaren Einrichtung hörte. Beantworten wir zunächſt die zweite. Der Strom war auf nicht weniger als 27,000 Volt geſpannt. Um wenigſtens einen kleinen Begriff von einer ſolchen Spannung zu geben, bemerken wir, daß wir uns dem Strome nicht auf weniger als 8½ Zentimeter nähern dürfen, ohne einen gefährlichen Schlag zu erhalten, daß er im Stande iſt, ſchlechte Leiter, die man in ihn einſchaltet, wie Glasplatten von mehreren Milli - metern Dicke, zu durchbrechen. Wegen der Gefahren, die ſeine Nachbar - ſchaft in ſich barg, war er auch in unerreichbarer Höhe entlang geführ’ Nun können in keiner Dynamomaſchine der Welt die Wickelungsdrähte ſo von einander iſoliert werden, daß die Maſchine eine ſo hohe Spannung vertrüge. Wie oben die Glasplatte, ſo könnten die Iſo -193Die Lauffener Übertragung.lierungen der Drähte von einem Funken durchbohrt werden, und wo ein ſolcher einmal ſich einen Weg gebahnt hat, da wird ein fort - währender Funkenſtrom ſich einniſten, wie das Bogenlicht die iſolierende Luftſtrecke in einem fortwährenden Strome glühender Kohlenſtäubchen durchbricht. Die Maſchine — ſagt man — hat jetzt Kurzſchluß, und ihre Wirkſamkeit nach außen iſt ſehr herabgeſetzt. Am allerwenigſten werden die bewegten Teile der Maſchine hochgeſpannten Strom ver - tragen. Die Gleichſtrommaſchinen werden höchſtens für wenige hundert Volt, die Wechſelſtrommaſchinen allerdings für 2000 Volt Spannung gebaut.
Wie erhält man nun den hochgeſpannten Strom? Offenbar durch das Mittel der Transformatoren, welches durch die vorzügliche Iſolierung mit Öl auch für ſo gewaltige Spannungen ſeine Dienſte nicht verſagt. Der Strom der Dynamomaſchine durchkreiſt die wenigen dickdrahtigen Windungen der primären Spule des Transformators und erregt in den viel zahlreicheren dünnen Windungen der ſekundären Spule einen viel höher geſpannten Strom, der nun weiter geleitet werden kann. Da der Strom bereits eine hohe Spannung beſitzen muß, bevor er zur Transformierung gelangt und andererſeits Gleich - ſtröme zu ihrer Verwandlung eines ſchwerer zu iſolierenden, weil nicht ruhenden Transformators bedürfen, ſo war man folglich darauf an - gewieſen, die Elektrizität einer Wechſelſtrommaſchine zu entnehmen. Man hätte dazu eine von den beſchriebenen nehmen können, aber es wurde bei der Lauffener Übertragung eine beſondere Art des Wechſel - ſtromes gewählt, den man gewöhnlich als Drehſtrom bezeichnet. Wir werden bald auf ihn zurückkommen. Vorerſt wollen wir unſere Leitung noch bis nach ihrem Endziele verfolgen. Wie ſollte man ſie bei der furchtbaren Spannung praktiſch weiter verwerten? Natürlich nur ſo, daß man den Strom vorher wieder auf niedrige Spannung brachte, indem man ihn in die dünne Leitung eines ganz ähnlichen Trans - formators ſendete und aus der dicken Umwickelung den verwandelten Strom zur ferneren Benutzung entnahm. Erſt jetzt wird man ihn einer als Elektromotor zu verwendenden Dynamo - maſchine zuſchicken dürfen, die nun ihre Arbeiten verrichten oder ihn zur Speiſung von
Schematiſche Darſtellung der Lauffener Übertragung.
elektriſchen Lampen benutzen kann. Die Anordnung iſt alſo die in der ſchematiſchen Fig. 138 verzeichnete. Und nun zum Drehſtrom. Seine Erklärung wird uns auch die Frage nach den drei Drähten beantworten.
Sehen wir uns zunächſt die in der Fig. 139 abgebildeten 6 Figuren an. In allen erblicken wir einen Ring, den wir uns von Eiſen denken wollen. Über ihn geſchoben ſind vier Spulen, von denen die gegen - überſtehenden bei A und bei B mit einander verbunden ſind. Es iſtDas Buch der Erfindungen. 13194Die elektriſchen Erfindungen.alſo ein Ringanker, bei dem nur nicht alle Spulen mit einander in Verbindung ſtehen. Nehmen wir ferner an, daß durch A ein Strom in der bei I verzeichneten Richtung fließe, ſo wird der Eiſenring zum Magnet, der ſeine Pole bei N und S hat. Eine Magnetnadel im
Schematiſche Darſtellung der Wirkung des Drehſtroms.
Innern des Ringes wird ſich alſo ſo einſtellen, wie die Fig. 139 andeutet. Jetzt laſſen wir den durch A fließenden Strom an Stärke abnehmen, während wir gleichzeitig durch B in der angedeuteten Richtung einen ebenſo ſtarken Strom ſenden. Wird dann nicht der Ring ein Magnet bleiben, wenn auch ſeine Pole um ein Achtel des Kreisumfanges gewandert ſind? Damit wird auch die Magnetnadel im Innern ihre Richtung um ein Achtel einer vollen Umdrehung verſchieben. In einem dritten Stadium wollen wir den Strom in B uns ſtärker angewachſen vorſtellen, während der durch A gehende zu fließen aufgehört hat. Wieder hat die Nadel ihre Richtung geändert, da auch die Pole des Kreismagnets ihre Wanderung fortgeſetzt haben. Bei IV ſei der Strom A wieder erſchienen, aber freilich von der entgegengeſetzten Richtung her kommend, während der bei B ſeinen Wert ſo weit herabgeſetzt habe, bis er dem andern gleich wird, wieder haben die Ringpole ihren Ort verlegt, wieder hat die Magnetnadel eine Drehung ausgeführt. So könnten wir weiter gehen und wir würden finden, daß zwei Ströme, welche je ein Paar von dem Spulenkreuz durchfließen, wenn ſie in einem ſolchen Rythmus ihre Richtung und Stärke ändern, in dem Eiſenringe zwei einander gegenüberliegende Magnetpole auf die Wanderſchaft ſchicken und einer Magnetnadel in ihrem Innern eine fortgeſetzte Drehung erteilen. Wenn wir eine ſolche Einrichtung treffen könnten und recht195Die Lauffener Ubertragung.ſtarke Ströme wählen würden, ſo würden wir ſtatt der Magnetnadel auch andere ſchwere Körper zu Drehungen veranlaſſen können, und dieſe Drehung ließe ſich auf die einfachſte Weiſe zum Betriebe aller möglichen Apparate verwenden. Wenn wir aber umgekehrt einen ſtark magnetiſchen Körper innerhalb eines ſolchen Ringes in Um - drehung verſetzen würden, ſo wäre die Folge, daß der Magnet in den Spulen Ströme induziert, die gerade die Eigentümlichkeit beſitzen, ſo gleichmäßig ihre Richtung und Stärke zu ändern, daß ſie niemals beide gleichzeitig zu Null werden, ſondern daß der eine ſein Maximum immer erreicht, wenn der andere Null wird. Denſelben Zweck würden wir natürlich auch erreichen, wenn der Magnet feſtgehalten wird, und der Ring um ihn herumgeführt wird, und auch wenn wir ſtatt des innern Feldmagneten einen verwenden, deſſen Pole ſich außerhalb des Ringankers befinden. Wir erhalten dann ganz die Einrichtung einer Grammeſchen Maſchine, nur ſind die Spulen anders verbunden. Die Fig. 140 zeigt, daß der Ring der ganz gewöhnliche Ringanker ſein kann; von vier Punkten ſeiner Umwickelung gehen Verbindungsdrähte C D E F nach vier verſchiedenen von einander iſolierten Metallringen hin, die auf der Ringachſe ſitzen. Verbindet man für ſich D und C oder F und E durch je einen Schließungsdraht, ſo werden beide Drähte
Schematiſche Darſtellung eines Drehſtrom-Erzeugers.
Schematiſche Darſtellung eines Gleichſtrom-Erzeugers.
bei der Drehung des Rings im magnetiſchen Felde gerade von ſolchen rythmiſch auf und abgehenden Strömen durchfloſſen. Jeder Strom für ſich iſt ein Wechſelſtrom, alſo läßt er ſich leicht transformieren.
Nehmen wir an, daß dieſe Ströme durch Bürſten, die auf den vier Ringen ſchleifen, abgenommen ſeien und daß ſie jetzt in die vier Schleif - ringe einer ganz ähnlich gebauten Maſchine eintreten, dann werden den Ring dieſer Maſchine zwei Wechſelſtröme hinter einander umkreiſen, und daher würden ſich, genau wie die Fig. 139 es lehrte, auch in dieſem Ringe zwei Magnetpole ausbilden, die ihn ebenſo ſchnell durchlaufen würden, wie der Ringanker der primären Maſchine von den ſeinigen durchwandert wird. Nun ſei auch dieſe Maſchine mit Feldmagneten verſehen, die aber vorerſt nicht von irgend welchem Strome erregt ſind, ſondern nur unmagnetiſches Eiſen enthalten. Dann werden die13*196Die elektriſchen Erfindungen.Pole des Ringankers ſich zu den Eiſenkernen hingezogen fühlen, ſich ihnen gegenüberzuſtellen ſuchen, und da ſie ihre Lage im Ringe ändern, ſo wird dieſes Beſtreben den Ring veranlaſſen, ſich entgegengeſetzt zu drehen, damit die Pole immer ihren Ort gegen die Eiſenkerne behalten. So ſetzt alſo die eine Maſchine die andere auch ohne Erregung der Feldmagnete in Drehung, und das iſt die Eigenſchaft, derentwegen man dieſe Stromverbindung als Drehſtrom bezeichnet. Die ſekundäre Maſchine wird dieſes Beſtreben erſt dann völlig erfüllt haben, wenn ſie ſich genau in demſelben Tempo wie die primäre dreht. Dann kann man auch dazu übergehen, die Feldmagnete zu erregen. Die Wirkungen, die ſie als Motor leiſten kann, ſind dann bedeutend größere. Man kann dieſe Erregung der Feldmagnete entweder durch eine beſondere Gleichſtrommaſchine beſorgen laſſen oder mit einem neben die vier Schleifringe aufgeſetzten Gleichſtromabnehmer, welchen wir in Fig. 141 abbilden, aus dem Wechſelſtrommotor ſelbſt ſpeiſen. Daß die Dreh - ſtrommotoren auch ohne beſondere Magnetiſierung der Feldmagneten ſich in Thätigkeit ſetzen, das macht ſie für die Kraftübertragung beſonders brauchbar.
Die Erfindung des Drehſtroms durch Galileo Ferraris in Turin fällt in das Jahr 1888, und er wurde faſt zu gleicher Zeit auch von Bradley und von Nikola Tesla in Amerika in die Praxis eingeführt. Die Form, welche in Lauffen und Frankfurt verwendet ward, hat ihnen der Ingenieur der Allgemeinen Elektrizitäts-Geſellſchaft v. Dolivo - Dobrowolski gegeben. Es wurde dabei nicht ein Kreuz von vier, ſondern ein Vielfaches von 6 Spulen auf einen Grammeſchen Ring geſetzt, und dieſem konnten drei Wechſelſtröme entnommen werden. Die drei Drähte waren es, welche dieſen Strömen als Leiter dienten. Die Ausführung dieſes ſchwierigſten und großartigſten Verſuchs, der auf dem Gebiete der Elektrotechnik je gemacht worden iſt, ſeit jene geheim - nisvolle Naturkraft, die wir Elektrizität nennen, der Technik dienſtbar gemacht wurde, hatten die eben genannte Geſellſchaft und die Maſchinen - fabrik Örlikon gemeinſam übernommen, nachdem ihnen die erforderlichen 1200 Zentner Draht von Heſſe in Heddernheim leihweiſe überlaſſen und in wenigen Tagen an Ort und Stelle geſchafft war. Die Anlage ſelbſt beſteht aus folgenden Teilen. Die Portlandzementfabrik in Lauffen ſtellte eine Turbine von 300 Pferdeſtärken zur Verfügung, welche in der Minute 38 Umdrehungen macht. Durch eine Zahnrad - übertragung wurde eine Drehſtrommaſchine getrieben, die einen drei - fachen Strom von 50 Volt Spannung und 1400 Ampères lieferte. Wir ſehen in der Fig. 142 die gewaltige Drehſtrommaſchine, eine Innenpol - Maſchine mit rotierenden Feldmagneten, welche von der im Vordergrunde ſichtbaren kleinen Gleichſtrommaſchine erregt werden. Die Figur zeigt den Ring derſelben etwas nach rechts verſchoben. Der links abgebildete iſt der Anker-Ring. Von hier ging der Strom in die Öltransformatoren und zwar in Kabeln von 27 Millimeter Durchmeſſer, alſo von dem[197]
Drehſtrommaſchine für die Lauffener Übertragung von der Fabrik Örlikon (Zürich).
198Die elektriſchen Erfindungen.46 fachen Querſchnitt der ſpäteren Leitungsdrähte. Um ſo viel mehr hätte die Leitung wiegen müſſen, wenn eben jene Verwandlung in den hoch - geſpannten Strom unterblieben wäre, und dann hätte man ſchon wegen der Koſten die Hand davon laſſen müſſen. Die Leitung ging nun über die Öl-Iſolatoren, in welchen nicht weniger als 15 Zentner Öl verwendet ward, nach Frankfurt. Dort gelangte der Strom in ſeinen verſchiedenen
Pumpwerk aus der Frankfurter Ausſtellung von Schuckert & Co.
199Die Lauffener Übertragung.Teilen wieder in Transformatoren. Ein Teilſtrom ſetzte ſeine Spannung auf 100 Volt herab und ſpeiſte 1000 Glühlampen, das Übrige trieb wieder mehrere Drehſtrommotoren mit 600 Umdrehungen in der Minute. Der eine übertrug ſeine Drehung auf eine Pumpe, welche einen Waſſerfall von 6 Meter Höhe verſorgte, und ſo ward ein Teil von jener Kraft, die in Lauffen durch den Fall des Waſſers hervorgebracht war, in Frankfurt verwendet, um einen neuen Waſſerfall zu erzeugen — ein Kreislauf der Kräfte, wie wir ihn eben nur mit Hilfe der Elektrizität herzuſtellen im Stande ſind. Ein Zeichen, in Frankfurt gegeben, genügte, daß in Lauffen die Turbine in Bewegung geſetzt wurde, in der Ausſtellung 1000 Glühlampen zugleich ihr Licht aus - goſſen, die Pumpe ihre Arbeit und das Waſſer ſeinen Sturz begann.
Wir reproduzieren hier nach einem Photogramme eine andere Einrichtung von der Frankfurter Ausſtellung, bei welcher freilich nur ein Strom von 100 Pferdeſtärken von der Firma Schuckert & Co. in Nürnberg (Fig. 143) auf vier Kilometer übertragen wurde. Wir erblicken links den Drehſtrommotor, der von dem ſo weit entfernten Palmengarten her ſeinen Antrieb erhielt, und rechts eine Centrifugalpumpe, die mit dem Motor ihre Achſe gemein hat, alſo ſofort in Thätigkeit trat, wenn der Ringanker ſeine Drehung begann. Übrigens war der Verluſt an Kraft bei der Lauffener Übertragung ein ſo geringer, wie man ihn kaum erwarten durfte. Drei Viertel von der Leiſtungsfähigkeit der Turbine waren als niedrig geſpannter Strom noch in Frankfurt zur Verfügung.
Solche Verſuche berechtigen zu den kühnſten Hoffnungen für die Zukunft. Überall liegen unbenützte Naturkräfte brach, die auf ihre geeignete[Verwertung] warten. Der Sturz des fließenden Waſſers, das Wehen der Winde, die Gewalt der Gezeiten, ſie ſind noch längſt nicht, auch nur in einem geringen Bruchteil nutzbar gemacht, (vgl. auch S. 123) und doch iſt die Elektrizität geeignet, wie kein Mittel ſonſt, die rohen Natur - gewalten in dem Metalldrahte gebändigt an dem gewünſchten Orte zu wohlthätiger Wirkung zu bringen. Neuerdings werden die erſten Anfänge in dieſer Ausnutzung und Fortleitung gegebener Kräfte gemacht. Die Lauffener Übertragung gab das Muſter einer Anlage, welche dem Ausfluß der Adda aus dem Comerſee die Kraft entnehmen ſoll, die in den Straßen Mailands nachts ein helles Licht verbreiten, am Tage tauſend fleißigen Händen bei ihrer Arbeit helfen wird. Und ſo haben auch jene 550000 Kubikmeter Waſſer, welche innerhalb jeder Minute im Niagarafalle 70 bis 80 Meter herabſtürzen, die Augen der Techniker längſt auf ſich gelenkt. Eine großartige, jetzt vollendete Turbinen - anlage entzieht dem Falle eine kaum merkliche Waſſermenge und entnimmt ihm dadurch 120000 Pferdeſtärken, während die Hälfte ſeiner Kraft genügen würde, um fünf Sechſtel aller mit Kohle geſpeiſten Maſchinen200Die elektriſchen Erfindungen.der Welt zu treiben. So wird in dem Getriebe von vielen hundert benachbarten Fabriken das furchtbare Getöſe des Niagara nachtönen und die Stadt Buffalo wird nachts mit Tageshelle verſehen ſein durch die bis jetzt ſo unbenutzt gebliebene leiſtungsfähigſte Naturkraft des Erdballs. Es iſt nicht ausgeſchloſſen, daß den Beſuchern der Chikagoer Ausſtellung im nächſten Jahre ein Teil von jener Kraft, die von dem 700 km entfernten Waſſerſturze geliefert wird, dort die Augen blenden wird. Dazu braucht noch nicht der etwas abenteuerlich klingende Plan des Engländers Swinburne ausgeführt zu werden, dem es gelungen iſt, Spannungen von 130000 Volt in elektriſchen Strömen hervorzu - bringen, und der bei dieſer hohen Spannung wenigſtens fünfzig Pferde - ſtärken aus dem Niagara nach Chikago zu übertragen denkt.
Wie einſt zuerſt Sir William Armſtrong 1878 durch die Kraft eines freilich kaum 20 Minuten entfernten Waſſerfalles ſein Haus in Cragſide nachts mit Licht verſah und am Tage die Ekektrizität zur Hausarbeit ver - wandte, ſo hält der amerikaniſche Elektriker Bruſh auf ſeinem Landgute bei Cleveland mittels eines großen Windrades eine Dynamomaſchine in Thätigkeit und erleuchtet ſein Haus dadurch mit 350 Glühlampen. Ihm vorangegangen iſt freilich der Herzog von Feltre, der bei Havre die Kraft des Windes ſeit einiger Zeit zur Lichterzeugung auf einem Leuchtturm ver - wendet, und nachgefolgt iſt die Carvardineſche Mühle in London, die ſich auch vom Winde mit Licht verſehen läßt. Die Ausnutzung der in der Ebbe und Flut vorhandenen Kräfte hat am längſten auf ſich warten laſſen, obgleich gerade ſie berufen zu ſein ſcheinen, bei der Zuverſicht, mit der man ihrer regelmäßigen Wiederkehr entgegenſehen darf, in der Zukunft eine große Rolle zu ſpielen. Decoeur in Havre und Diamant in Melbourne haben wohldurchdachte Pläne ausgearbeitet, um die bei der Flut gelieferte Waſſermenge in Reſervoirs unterzubringen und ihr bei der Ebbe ſo viel Kraft des fallenden Waſſers zu entnehmen, als eben nötig iſt. Der letztgenannte Ingenieur wird ſeine Motoren fortlaufend und mit großer Kraft arbeiten laſſen, die Koſten für die Eindämmung der Waſſerbecken werden bei ſeinem Syſtem ſich nicht zu hoch belaufen. So werden wohl die Gezeiten bald berufen ſein, bei der Löſung der mannigfachen Kulturaufgaben, welche die Gegenwart ſtellt, mitzuarbeiten.
Es wird dem aufmerkſamen Leſer nicht entgangen ſein, daß alle ſolche Anlagen, bei denen die Naturkräfte zur Mitwirkung herangezogen ſind, einen Mangel aufweiſen. Die Waſſerkraft, welche bei normalem Waſſerſtande zum Treiben der Maſchinen ausreicht, wird in beſonderen Fällen auf ein ſo niedriges Maß herabſinken, daß ſie unbrauchbar wird. Der Wind kann durch ſein Ausbleiben alle Pläne für die Aus - nützung ſeiner Gewalt zu nichte machen. Ebbe und Flut haben wenigſtens vor den genannten den Vorzug, daß ſich der Eintritt ihres Wechſels vorherſagen läßt. Der Menſch darf ſich wenigſtens auf jene ſo unberechenbaren Kräfte nicht verlaſſen, ſonſt begiebt er ſich201Die elektriſchen Zentralanlagen.desjeniges Anrechtes auf fortwährende Kraftverſorgung, welches ihm im Übrigen die Fortſchritte der modernen Technik garantieren. Er hat zwar das Mittel, vorzubauen. Das bei höherem Waſſerſtande ohne Nutzen abfließende Material kann er in hochgelegenen Becken aufſpeichern und für ſpäteren Bedarf ſeinem Sturze die nötige Kraft entnehmen. Ebenſo läßt es ſich etwa denken, daß die überflüſſige Windſtärke zum Spannen einer elaſtiſchen Feder, zum Aufwinden von Gewichten, zum Pumpen von Waſſer verwendet werden kann, die zu einer ſpäteren Gelegenheit ſich nützlich machen laſſen. Aber ſolche Mittel ſind kompliziert und mit hohen Koſten verbunden im Vergleich zu jenen, die die Elektrizität uns in den Akkumulatoren oder Sekundär - batterien an die Hand giebt.
Schon im Jahre 1803 fand Ritter das Prinzip, auf dem dieſe beruhen. Er leitete einen kräftigen galvaniſchen Strom in zwei Platin - platten, die in einem Gefäße mit verdünnter Schwefelſäure hingen. Der Strom trennt dann die Elemente des zerſetzbaren Leiters, das Waſſerſtoffgas wendet ſich dem einen, der Sauerſtoff dem anderen Platinblech zu, wo ſie ſich einige Zeit halten können, ohne von der Flüſſigkeit aufgelöſt zu werden oder nach oben zu ſteigen. Wenn man nun den Strom unterbricht und dafür die beiden Bleche durch einen Schließungsgraht verbindet, ſo zeigt ſich, daß dieſen dann ein Strom durchkreiſt, der dem vorigen entgegengeſetzt war, es ward durch den Waſſerſtoff in der leitenden Flüſſigkeit eine elektromotoriſche Kraft er - zeugt. Dies benutzte Sir William Grove 1841 um eine Waſſerſtoff - batterie aufzubauen. Er brauchte nur viele ſolche Gefäße zu verbinden, in denen durch Zerſetzung ſich Waſſerſtoff gebildet hatte und konnte dadurch einen freilich immer noch ſchwachen Strom erhalten, der auch nicht lange anhielt, aber zur Verrichtung geringerer Arbeiten ſich fähig erwies. William Siemens erſetzte ſpäter das Platin durch poröſe Kohle, die vorher mit Blei imprägnirt war. An dieſer Kohle wurde durch einen Strom einer Zerſetzungszelle Sauerſtoff abgeſchieden, der ſich vermöge ſeiner chemiſchen Verwandtſchaft mit Blei zu Bleiſuperoxyd verband, und Siemens erhielt damit einen kräftigeren Strom. Damals aber hielt man die Sache für praktiſch ſehr unwichtig, und ſelbſt als der franzöſiſche Chemiker Planté 1860 ſeine Sekundärbatterie baute, die auch aus Bleiplatten beſtand, an denen durch einen galvaniſchen Strom vorher Bleiſuperoxyd gebildet war, und mit ihnen recht kräftige Ströme erzeugte, da hielt man doch das Ganze nur für eine wiſſen - ſchaftliche Kurioſität. Erſt nachdem die Dynamomaſchine eine vollendete Thatſache geworden war, iſt dieſe Art von Kraftaufſpeicherung von praktiſcher Bedeutung geworden. Hören wir, wie Planté ſeine Akkumu - latoren, d. h. Sammler der elektriſchen Kraft ſich verſchaffte. Er rollte zwei Bleiplatten mit einem zwiſchen ihnen liegenden Streifen aus Kautſchuck ſo zuſammen, daß ſie ſich nicht berühren konnten, alſo von einander völlig iſoliert waren. Wir haben dieſe Herſtellung in der202Die elektriſchen Erfindungen.Fig. 144 aufgezeichnet. Jetzt kommt die Doppelrolle in einen Bottich mit verdünnter Schwefelſäure, und es wird ein Strom durch die eine Bleiplatte in die Flüſſigkeit ein -, zur andern wieder herausgeleitet. Da der Strom durch die Schwefelſäure geht, ſo wird er ſie zerſetzen
Plantés Akkumulator.
und an der Eintrittsſtelle des Stromes wird das Blei ſich allmählich mit einem braunen Stoffe überziehen, der aus Bleiſuperoxyd beſteht und aus dem entſtandenen Sauerſtoff, ſowie dem Blei der Platte ſich gebildet hat. An der Austrittsſtelle des Stromes ſammelt ſich das Waſſerſtoffgas, es bewirkt, daß die andere Platte ganz blank wird, verläßt aber ſelbſt ſehr bald das Gefäß. Die verſchiedene chemiſche Natur der beiden Platten erzeugt nun eine ſtarke elektromotoriſche Kraft in der Flüſſigkeit und ſchickt durch einen, dieſelben verbindenden Schließungs - bogen einen galvaniſchen Strom, wobei ſich das Bleiſuperoxyd all - mählich in einen ſchwammigen Bleibelag verwandelt, und die andere Platte einen Überzug von jenem Stoffe erhält. Iſt dieſe Umwand - lung vollendet, ſo hat der Akkumulator ſeine Kraft erſchöpft und kann durch Zuführung eines neuen Stromes wiederum geladen werden. Dabei werden die beiden Platten wieder ihren Überzug austauſchen, und wenn das Verfahren oft genug wiederholt iſt, ſo werden beide Platten mit einem ziemlich tiefgehenden, ſchwammigen Gebilde über - zogen ſein, das ſie jetzt zum praktiſchen Gebrauche geeignet macht. Erteilt man jetzt dem Akkumulator eine Ladung, ſo iſt er im Stande, durch dieſelbe längere Zeit einen kräftigen Strom zu geben. Durch Vereinigung recht vieler ſolcher Sekundärelemente kann man ſchließlich eine ſtarke Batterie erhalten, in welcher ſich eine große Arbeitskraft aufgeſpeichert hat, die ſich zu jeder Zeit bequem weiter verwenden läßt.
Faure, ein franzöſiſcher Ingenieur, hat das Verfahren der Akkumulatorenbildung mit großem Erfolge zu beſchleunigen geſucht. Dazu überzieht er die Bleiplatten von vornherein mit einer Schicht von Mennige, welches mit Stärkekleiſter zuſammen auf dieſelbe ge - bracht wird. Leitet er dann einen Strom hindurch, ſo bildet ſich durch dieſen an der einen Platte der Überzug von Bleiſuperoxyd, an der203Die elektriſchen Zentralanlagen.anderen aber ein ſehr in die Tiefe gehender Belag mit ſchwammigem Blei, welches ſich mit ſeiner großen Oberfläche für die Aufnahme des Sauerſtoffes ſehr geeignet erweiſt. Das fertige Element kommt, mit einer Zwiſchenlage von Pergamentpapier oder Tuch bedeckt und zu einer Rolle gebunden, in ein Glas - gefäß, und iſt in der Fig. 145 darge - ſtellt. Die Faureſchen Elemente können ſchon eine dreimal ſo große Elektrizi - tätsmenge für den ſpäteren Gebrauch aufſpeichern, wie die Plantéſchen. In neueſter Zeit ſind noch viele Abände - rungen an ihnen angebracht worden; ihre Anordnung zu beſonderen Zellen wird in vielen Fabriken auf die ver - ſchiedenartigſte Weiſe betrieben, und wiewohl ſie noch nicht beſonders billig ſind, ſo lohnt ſich doch ihre Anſchaffung ſehr, wo es eben darauf ankommt, ſich Kraft zum ſpäteren Gebrauch anzu - chaffen. So wird bei jenen von Natur - kräften betriebenen Dynamomaſchinen ſtets, wenn von jenen Kräften ein mehr als ausreichender Betrag zur Verfügung ſteht, nicht blos die ge - wöhnliche Arbeit, das Treiben von Arbeitsmaſchinen und die Beleuchtung verſehen, ſondern auch noch die Ladung
Faures Akkumulator.
einer Anzahl von Akkumulatoren beſorgt werden können. Wenn dann einmal niedriger Waſſerſtand, zu ſchwacher Wind oder Flut die Be - treibung der Kraftmaſchinen nicht zuläßt, ſo wird man ja die Speicher zu öffnen, aus den Sekundärbatterien jenen Betrieb zu decken im Stande ſein. So ſind die Akkumulatoren ſozuſagen die Sparbüchſen, in denen ein ökonomiſcher Betrieb die zeitweiſe überſchüſſigen Mittel aufſammelt, um ſie bei ſpäter gegebener Gelegenheit paſſend anwenden zu können.
Man wird aber dieſe Sammler auch dann vorteilhaft anwenden, wenn es ſich nicht gerade um die Aufſpeicherung roher Natur - gewalten handelt, auch dann, wenn das Drehen der Dynamo - maſchinen von Dampf - oder anderen Motoren beſorgt wird, wie es in den elektriſchen Zentralen der großen Städte der Fall iſt. Um mit einem Beiſpiel zu beginnen, ſo ſei die Arbeitszeit eines ſolchen Werkes auf 18 Stunden des Tages beſchränkt. Nun werden aber zu jeder Tageszeit wenigſtens an einzelnen Stellen Lampen zu brennen haben, wenn auch nicht ſo viele als in der Nacht, ferner wird dafür am Tage die Kraft für den Betrieb einer größeren Anzahl von Elektro -204Die elektriſchen Erfindungen.motoren zu beſchaffen ſein. Dann ſollten wir annehmen, daß die Dynamomaſchinen zu jeder Zeit raſtlos arbeiten müßten, um dieſen Aufgaben zu genügen. Aber wenn man zur Zeit der vollen Thätig - keit des Werkes, die nicht für die Beleuchtung und Kraftverteilung verbrauchte Elektrizität zum Laden von Sammlern verwendet, ſo werden dieſe in den Zeiten der Ruhe des Kraftzentrums für ſich den Bedarf an Strom zu decken im Stande ſein. Wäre es nicht äußerſt un - ökonomiſch, wenn man alle Zeit alle Maſchinen in Thätigkeit haben müßte? Wenn es angeht, die Zentrale Tag und Nacht ununterbrochen arbeiten zu laſſen, ſo wird doch zu den verſchiedenen Tageszeiten ihre Leiſtungsfähigkeit in verſchiedener Weiſe beanſprucht. Es mag Stunden geben, wo für den Kraftverbrauch die Zahl der Umdrehungen der Haupt - dynamomaſchinen bis über die Grenze deſſen ſteigen müßte, was ſie vertragen kann, während zu anderer Zeit die geringſte Geſchwindigkeit noch immer zu groß wäre im Verhältnis zu dem geringen Anſpruch an Kraft. Iſt es da nicht weit geſcheiter, die Maſchine ſtets gleich - mäßig laufen zu laſſen und die im letzten Falle in den Akkumulatoren aufgeſpeicherte Kraft zu Zeiten, wo höhere Anſprüche geſtellt werden, mit in Wirkſamkeit zu ſetzen, ſo daß ſie die Kraft der Maſchinen unterſtützen? Man wird auf dieſe Weiſe ſich mit der Aufſtellung kleinerer Maſchinen in den Zentralen genügen laſſen können, als ohne die Anweſenheit der Sammler nötig wären, weil eben dieſe im Bedarfs - falle den Hauptmaſchinen ihre Hülfe leihen.
Solche Zentralen giebt es jetzt in vielen Städten Deutſchlands. Als die bemerkenswerteſte dürften wohl die Berliner Elektrizitätswerke gelten. Fünf große Stationen ſind mit Gleichſtrommaſchinen ausgeſtattet und übertragen ihre elektriſche Arbeitskraft durch ein Kabelnetz von zuſammen 612 Kilometer Länge auf die Lampen und Motoren, die in dieſes eingeſchaltet ſind. Das Werk in der Mauerſtraße allein beſitzt eine 4800 Pferdeſtärken entſprechende Leiſtungsfähigkeit. Wie ſind nun die Lampen und Motoren in dieſes Netz eingeſchaltet? Es ließe ſich denken, daß etwa eine einzige geſchloſſene Leitung von Apparat zu Apparat geht, und nachdem ſie den Weg durch alle gemacht hat, zu der Maſchine zurückkehrt. Dann würde offenbar jede Stromunterbrechung, welche in einer Lampe vorkäme, in allen Apparaten plötzlich die Zufuhr der Elektrizität abſchneiden. Deshalb müſſen vielmehr von jeder Maſchine zwei Leitungen ausgehen, deren eine — wenn es ſich etwa um Bogen - lampen handelt — immer nur mit einer Kohle derſelben in Verbindung ſteht, während die andere die anderen Kohlen mit einander verbindet. Die beiden Leitungen müſſen freilich an einem fernen Punkte, außer - halb der Lampen mit einander verbunden ſein, und man kann ſie ſogar beide in demſelben Kabel führen, wenn man nur die eine von der anderen gehörig iſoliert. Jetzt wird es offenbar den anderen Apparaten nichts ſchaden, wenn auch irgend eine der Lampen ein un - erwünſchter Zufall trifft. Wir haben dann das Zweileiterſyſtem vor205Die elektriſchen Zentralanlagen.uns, welches bei den Werken in der Markgrafen - und der Mauerſtraße verwendet wird.
Aber dasſelbe läßt ſich auf weite Entfernung nicht wohl an - wenden. Die eingeſchalteten Apparate ſind nämlich für eine niedrige Spannung des Stromes eingerichtet, Glühlampen vertragen z. B. keine höhere als 150 Volt, und ſolche Elektrizität höchſtens könnte dann ohne Schaden durch die Leitung gehen; dann müßten bei größeren Entfernungen die Leiter ſehr dick ſein, wenn nicht ein guter Teil der Elektrizität unterweges Schiffbruch leiden ſoll. Man wird daher zu einem anderen Leiterſyſtem ſeine Zuflucht nehmen, wenn es ſich um Übertragungen auf mehr als 600 Meter handelt. Die Fig. 146 zeigt dieſes, wie es z. B. von den Zen - tralen am Schiffbauer - damm und in der Span - dauerſtraße angewendet wird. Da gehen in der
Schaltſchema eines Dreileiter-Syſtems.
aus der Zeichnung zu erſehenden Weiſe drei Leitungen von zwei Dynamo - maſchinen aus; die Spannung zwiſchen der erſten und dritten iſt groß und daher die Führung des Stromes nicht ſchwierig, die Apparate aber ſind zwiſchen dem erſten und zweiten oder zwiſchen dem zweiten und dritten Leiter eingeſchaltet, ſtehen alſo nur unter der Hälfte jener Spannung, welche beide Maſchinen zuſammen liefern. Man hat alſo den Vorteil der geringen Spannung in den Apparaten und der hohen Spannung in den Leitungen, welche dieſe um ein Drittel billiger machen, als ſie bei einem Zweileiterſyſtem auf etwa ein Kilometer zu ſtehen kämen. Das iſt das Dreileiterſyſtem, welches von Ediſon und Hopkinſon erfunden und angewendet wurde. Dabei iſt es natür - lich geſtattet, die drei Leitungen in ein gemeinſames Kabel zu verlegen, wenn man ſie nur gehörig von ein - ander iſoliert. Ein ſolches iſt im Quer - ſchnitt in der Fig. 147 zu ſehen; daß die drei Leitungen nicht gleich ſtark ſind, das iſt leicht zu erklären, die eine und zwar in der vorigen Figur die mittlere, hier die äußere, dient nämlich nur dazu, den etwaigen Überſchuß von Elektri - zität, den die eine Gruppe von Appa - raten vor der andern hat, den Ma - ſchinen wieder zuzuführen, und da es ſich um nur wenig Elektrizität handeln kann, ſo iſt eben eine dünne Leitung dafür ausreichend.
Querſchnitt eines Dreileiterkabels.
So weitergehend kann man bei einem Netze von mehr als 3 Kilo - metern Durchmeſſer etwa ein Fünfleiterſyſtem einführen. Die Verhältniſſe werden auch noch weiter kompliziert, wenn man Akkumulatoren benutzt und durch beſondere Einrichtungen darauf hält, daß ſich die Spannung in dem ganzen Netze immer ziemlich auf derſelben Höhe erhalte. Wie das bewirkt werden kann, das wollen wir an einer beſonders intereſſanten Anlage erörtern, welche im vorigen Jahre in der Stadt Trient durch Siemeus & Halske zur Ausführung gelangte. Im Oſten dieſer Stadt fließt der waſſerreiche Ferſinabach durch eine enge Schlucht. Bei Hochwaſſer verurſachte er ſeit uralter Zeit der Stadt großen Schaden. Durch eine Sperre, die in den letzten Jahren dort ausgeführt wurde — ein großartiges Werk in dem 73 Meter tiefen Abgrund erbaut — und eine ſchon im vorigen Jahrhundert an einer höheren Stelle an - gelegte ebenſolche Sperre ſind die Trientiner jetzt gegen dieſe Gefahren geſchützt. Zwiſchen den beiden Bauwerken hat der Bach ein Gefälle von 52 Metern, und dieſes zum Vorteil der Stadtgemeinde auszunutzen, war ein Rat, welchen die überaus ſchnellen Fortſchritte der Elektro - technik der Verwaltung nahelegten. Dazu wurde das Waſſer der Ferſina an der oberen Sperre durch einen in den Felſen gehauenen Kanal abgeleitet, daß es an der Sohle desſelben in einem Strahle von 1 Meter Dicke ausſtrömt. Es kommt zunächſt in ein unterirdiſches Baſſin und von dieſem in einen ebenſolchen zum Teil ausgemauerten, zum Teil in Fels gehauenen Kanal von 752 Metern Länge und 1 Meter Breite, und dieſen können in der Sekunde 1200 Liter Waſſer durch - ſtrömen. Er füllt zunächſt ein Reſervoir von 1000 Kubikmetern Inhalt, aus dem die Druckleitungen das Waſſer zum ferneren Gebrauche weiter führen. Ihren an ſich ſehr intereſſanten Bau wollen wir nicht näher erörtern, ſondern ihnen nur in das 860 Meter weiter liegende Maſchinenhaus folgen, wo ſie ſechs Turbinen treiben, deren jede über 200 Umdrehungen in der Minute ausführt und über 120 Pferdeſtärken zu leiſten vermag. Mit ihnen ſind die ſechs Innenpol-Dynamomaſchinen gekuppelt. Gewöhnlich ſind nur vier Turbinen und vier Maſchinen in Thätigkeit, die andern dienen nur zur Reſerve. Da ſich bald heraus - ſtellte, daß der Verbrauch an Kraft für Lampen und Motoren nachts von 11 Uhr bis 6 Uhr nicht einmal die Hälfte des täglichen Maximums erreicht, ſo wird man natürlich viel an Arbeit erſparen, wenn man
Schaltſchema des Fünfleiter-Syſtems der Trienter Zentrale.
gerade in dieſer Zeit Akku - mulatoren laden läßt. In unſerem Schema haben wir uns links dieſe Haupt - ſtation zu denken; ſtatt der vier Maſchinen iſt nur eine gezeichnet, die wir uns in ihrer Wirkung mit jenen gleichwertig vor -207Die elektriſchen Zentralanlagen.ſtellen müſſen. Zwei Paar Hauptkabel führen den Strom zu einem Hauptverteilungskaſten, von dem ſich die Fünfleiterkabel abzweigen. L in der Fig. 148 bedeutet etwa Lampen, die, wie wir ſehen, ſtets nur zwiſchen zwei benachbarte Leitungen eingeſchaltet ſind, zwiſchen denen der Strom nur ein Viertel der Geſamtſpannung hat, welche die Zentrale liefert. Aber was bedeuten die am Ende der Leitung gezeichneten Kreiſe? Es ſind noch weitere Dynamomaſchinen, welche ſich in einer beſonderen Ausgleich - und Reſerveſtation befinden, und durch welche eben der Ausgleich der Spannung in dem ganzen Stromnetze derartig hergeſtellt wird, daß jeder von den vier ver - ſchiedenen Gruppen, auch wenn in ihnen nicht gleich viele Lampen brennen oder Maſchinen arbeiten, die nämliche Spannung verbleibt. Alle vier Maſchinen ſind gezwungen, ſich um eine gemeinſame Achſe zu drehen, der ihnen zugeführte Strom iſt freilich ein verſchiedener, und ſie würden ſich auch mit verſchiedener Geſchwindigkeit drehen, wenn ſie eben nicht unter dem genannten Zwange ſtänden. Aus dieſem Zwange aber entſteht das Beſtreben, die Spannung zwiſchen je zwei einander benachbarten Leitern auszugleichen. Ihnen iſt dann natürlich noch weiterer Strom zu entnehmen, der zur Ladung einer in dem Raume daneben angebrachten Sekundärbatterie verwendet wird. Dieſelbe iſt ſo ſtark, daß ſie für ſich allein vier Stunden lang einen Strom von 100 Ampère Stärke liefern könnte. Von den Hauptleitungen ſind weiter die Nebenſtröme zur Verſorgung von Häuſern abgezweigt.
Bei der geringen Spannung iſt von dieſen eine Schädigung nicht zu erwarten, wohl aber kann ein unglücklicher Zufall die Stromſtärke in ihnen einmal ſo erhöhen, daß ſie ſich zu ſtark erwärmen und damit Feuersgefahr für das Haus bringen. Es braucht kaum geſagt zu werden, daß auch dagegen hier — wie überall — Vorſorge getroffen iſt durch ſogenannte Bleiſicherungen. Wir ſehen eine ſolche in der Fig. 149. Es iſt nichts als ein in die Leitung eingeſchaltetes Stück Blei. Dieſes hat eine viel geringere Leitfähigkeit für den Strom als das Kupfer, wird ſich alſo beim Durchgange deſſelben ſtärker erhitzen, und man kann es ſo einrichten, daß es gerade dann ſchmilzt, wenn der Strom
Bleiſicherung.
eine gewiſſe nicht zuläſſige Stärke erreicht. Damit wird aber dieſer unterbrochen und kann nun keinen weiteren Schaden anrichten. Die zur Verfügung ſtehenden billigen Kräfte haben die Einrichtungen für die Stadt Trient äußerſt vorteilhaft gemacht. Die Straßen und Plätze werden abends mit einer Fülle von Licht übergoſſen, und bei der Billigkeit der Konſum-Tarife haben viele Privatleute ihr Haus mit elektriſchen Beleuchtungsanlagen verſehen, und das208Die elektriſchen Erfindungen.Kleingewerbe, dem es bisher an genügenden Motoren fehlte, wird durch die billigen und überall aufſtellbaren Elektromotoren eminent gefördert. Dem Stadtſäckel von Trient aber fließt eine ſolche jähr - liche Einnahme zu, daß das Anlagekapital ſich mit mehr als ſechs Prozent verzinſt.
Hat der Raum, den man mit Kraft verſorgen ſoll, einen Durch - meſſer von etwa zehn Kilometern, ſo wird es trotz der Mehrleiterſyſteme ſchon ſchwierig, das Gebiet gleichmäßig zu verſorgen. Es geht bei den ſchwach geſpannten Gleichſtrömen zuviel davon verloren. Beſſer läßt es ſich dann mit Wechſelſtrömen machen. Freilich haben dieſe den Nachteil, daß man mit ihnen keine Akkumulatoren laden kann; aber dafür bieten hier die leicht zu verſehenden Transformatoren ihre Dienſte an. Man kann mit ihrer Hilfe die Ströme ſo hoch ſpannen, daß ſie in viel dünneren Drähten leitbar ſind, und wird nur an den Orten, wo der Strom verbraucht wird, ſeine Spannung auf ein niedriges Maß herabſetzen müſſen. Da der Grund und Boden in den großen Städten ſehr teuer iſt, ſo kann es für dieſe geraten ſein, die Zentrale außerhalb des Weichbildes anzulegen; dann wird aber die Enfernung zu den Konſumenten ſehr anwachſen, und man wird deshalb von Wechſelſtrommaſchinen vorteilhaften Gebrauch machen. So wird neuerdings das moderne Babel, London von einer Wechſel - ſtromzentrale aus mit Licht verſorgt. Vorläufig ſtehen dort zwei Maſchinen von je 1500 Pferdeſtärken. Das Projekt, noch vier von je 10,000 Pferdeſtärken hinzuzufügen, welche 14 Meter hoch ſein und 10,000 Centner wiegen ſollten, iſt geſcheitert.
Wie bezahlen die Abnehmer die ihnen gelieferten Kraftmengen? Läßt ſich die verbrauchte Elektrizität meſſen, wie ſich das konſumierte Material meſſen und wägen läßt? Es giebt viele Apparate, die dazu dienen, die verbrauchte Elektrizitätsmengen zu beſtimmen und ſo auf Heller und Pfennig dem Abnehmer die Rechnung auszuſtellen. Ein ſehr ſinnreicher, trotz ſeiner Einfachheit vollkommen ausreichender Apparat iſt der vor drei Jahren von Prof. Aron in Berlin erfundene Elektrizitätszähler, den wir in Fig. 150 darſtellen. Wir erblicken dort zwei Pendel, welche in der gleichen Zeit ihre Schwingungen vollenden. Das linker Hand abgebildete iſt ein gewöhnliches Uhrpendel; rechts aber ſehen wir eines, das unten einen Stahlmagnet trägt. Beide übertragen ihre Bewegung auf ein Uhrwerk, das ſo eingerichtet iſt, daß der Zeiger nicht vorwärts geht, ſo lange beide Pendel gleich ſchnell gehen. Das wird aber mit einem Schlage anders, ſobald durch die rechts unten ſichtbare Spule ein Strom hindurchgeht. Dann wird das rechte Pendel außer von der Schwerkraft der Erde auch noch von dem elektriſchen Strom beeinflußt. Dieſer zieht ja den Magnet an und daher wird das Pendel ſchneller zu ſchwingen anfangen, und zwar wird die Schwingungszeit immer kürzer, je ſtärker der hindurchgeführte Strom iſt. Jetzt wird der Zeiger der Uhr vorwärts rücken, und der209Die elektriſchen Zentralanlagen.
Elektrizitätszähler von Prof. Aron.
Apparat läßt ſich ſo konſtruieren, daß der Zeiger ſofort diejenige Elektrizitätsmenge anzeigt, welche durch die Spule gefloſſen iſt. Dieſer Apparat wird nun jedesmal, wenn durch die Hausleitung Strom eintritt, mit eingeſchaltet und mißt alſo den Verbrauch, analog wie die Gasmeſſer den Gasverbrauch anzeigen.
Wir ſind im Vorhergehenden öfters auf die Eigentümlichkeit der Dynamomaſchinen zu ſprechen gekommen, daß ſie die doppelte Fähig - keit haben, durch eine ihnen übertragene Bewegung elektriſchen Strom hervorzubringen und andererſeits, den ihnen zugeführten Strom in eine mechaniſche Bewegung zu verwandeln. Wenn ſie der letzteren Aufgabe in beſonderer Weiſe angepaßt ſind, ſo nennt man ſie Elektromotoren. So war die Dynamomaſchine des Schuckertſchen Pumpenwerkes in der Fig. 143 ein Drehſtrommotor, weil ſie ihre Bewegung durch einen Drehſtrom empfing und ſie auf andere Apparate übertragen konnte. Je nach der Art des Stroms, den man zur Verfügung hat, und nach
Gleichſtrom-Motor von Siemens & Halske.
der Arbeit, die man vollbringen will, richtet ſich die Geſtalt und Größe der Motoren. Die Fig. 151 zeigt einen Gleichſtrommotor von Siemens & Halske’, der je nach ſeinem Zwecke für 0,1 bis 1 Pferde - ſtärke gebaut wird. Der Feld - magnet liegt hinten, in der Mitte ſind die ſichelförmigen Polſchuhe zu ſehen, welche den Gramme - ſchen Ring umgeben. Dem rechts hervorſchauenden Achſenende wird durch ſchleifende Kupferfedern der Strom mitgeteilt, der den Ring zur Umdrehung bringt. Die ganz rechts ſichtbare Riemenſcheibe dient zur Übertragung der Drehung auf die Arbeitsmaſchinen. Dieſe können ganz verſchieden ſein. So ſind in Berlin eine große Menge von Näh - maſchinen durch ſolche Motoren an die ſtädtiſchen Elektrizitätswerke angeſchloſſen. Dadurch wird es den Arbeiterinnen der Fabriken, die jetzt das läſtige Treten ſparen, möglich das Doppelte zu leiſten. In einer großen Gewehrfabrik daſelbſt wird der ganze Betrieb durch An - ſchluß an dieſelbe Kraftzentrale elektriſch beſorgt, und das Charlotten - burger Werk von Siemens & Halske hat ſich eine eigene ſehr kräftige Station gebaut, um den ganzen Konſum an Arbeitskraft dieſer zu entnehmen.
Der Elektromotor nimmt von allen Kraftmaſchinen den geringſten Raum weg, und da Raum in großen Städten Geld iſt, ſo wird auch dieſes dabei geſpart; er rüſtet auch den kleinen Handwerker mit den Mitteln aus, die ihn mit der Großinduſtrie in Konkurrenz treten laſſen, und darin liegt die große wirtſchaftliche und ethiſche Bedeutung der elektriſchen Kraft -211Die Elektromotoren.verſorgung. In Trient kann z. B. jeder Schuhmacher einen Teil ſeines Betriebes durch die in dem Ferſina niederſtürzenden Waſſermengen leiſten. Auf der Frankfurter Ausſtellung waren eine Molkerei und eine Schuhfabrik mit elektriſcher Kraft verſehen, und die vielſeitige Verwendung der Elektromotoren wurde an dem Beiſpiel eines Berg - werks gezeigt. Nicht nur die Grubenpumpen, wie ſie z. B. in Japan im Gebrauche ſind, waren ausgeſtellt; eine Geſteinsbohrmaſchine, die in der Minute 340 Umdrehungen voll - bringt, konnte bei einer Leiſtungsfähigkeit von einer Pferdeſtärke in dieſer Zeit ein Bohrloch von 12 ccm Inhalt in feſtem Granit ausbohren. Ein Ventilator, in Bergwerken ein äußerſt wichtiges Inſtru - ment, war mit einem Motor ähnlich ver - bunden, wie wir dies in Fig. 152 an einem von der Allgemeinen Elektrizitäts - Geſellſchaft gelieferten Ventilator zeigen. So wirkt die jetzt allgegenwärtige Freundin der Kulturmenſchheit, die Elektrizität, zur Reinerhaltung der von uns zu atmenden Luft und hat damit eine hohe hygieniſche Bedeutung. Wir können die verſchiedenen Verrichtungen der Elektromotoren nicht
Elektromotor mit Ventilator der Allgemeinen Elektrizitäts-Geſellſchaft.
alle aufzählen, aber einige wollen wir hervorheben, um in der Auswahl einen Begriff von den mannigfachen Anwendungen desſelben zu geben.
Die Fig. 153 zeigt eine von der eben genannten Geſellſchaft gebaute Bohrmaſchine. Sie hat vor den gewöhnlichen Maſchinen dieſer Art den beſonderen Vorzug, daß ſie auf einem zweirädrigen Wagen in der Werk - ſtatt überallhin gefahren werden kann, wo ſie gerade gebraucht wird. Dieſe muß natürlich mit elektriſchem Betriebe verſehen ſein. Das linker Hand aufgewickelt gezeichnete Kabel leitet den Strom auf den in der Mitte gezeichneten Elektromotor, und dieſer überträgt ſeine Bewegung auf den rechts hinten zum Vorſchein kommenden Schlüſſel, in welchem der Bohrer ſitzt. Dieſer läßt ſich mit Leichtigkeit ohne eine Verſchiebung des Motors in jede gewünſchte Lage bringen, wo er eben arbeiten ſoll. Es hat keine Schwierigkeit, bei einer Zahl von 195 Umdrehungen in der Minute, Löcher bis zu vier Zentimeter Durchmeſſer zu bohren. Das bisher unentbehrliche Faktotum des Orgelſpielers, der Bälgetreter wird über - flüſſig werden, nachdem bereits eine New-Yorker Kirche den geräuſchlos arbeitenden und ſtets mit voller Kraft einſetzenden Elektromotor in ihren Dienſt geſtellt hat. Die Dampfſpritze wird der durch die Ge - brüder Siemens in London eingeführten elektriſchen Feuerſpritze weichen, welche überall, wo ein Anſchluß an ein Elektrizitätswerk durch ein mitgeführtes Kabel zu erreichen iſt, in Funktion wird treten können. Die Deutſche Warte iſt die erſte Zeitung, deren Preſſen durch Elektrizität14*212Die elektriſchen Erfindungen.
Bohrmaſchine der Allgemeinen Elektrizitäts-Geſellſchaft.
betrieben werden. Sie ſind an die Berliner Elektrizitätswerke an - geſchloſſen, und die Kraftverſorgung kann ſich gerade für den Zeitungs - druck, der zu anderer Zeit als die übrigen Gewerbe betrieben wird, und nur kurze Zeit in Anſpruch nimmt, äußerſt billig geſtalten.
Am wirkſamſten aber hat ſich der Elektromotor bisher bewieſen, wo es ſich um das Fortſchaffen von Laſten auf ebener Bahn oder213Die Elektromotoren.um das Heben derſelben handelt. Auf Kriegsſchiffen, die jetzt meiſtens Dynamomaſchinen ſchon zur Speiſung der elektriſchen Lampen beſitzen, kann die vorhandene Kraft zum Abfeuern und Richten der Kanonen in wagerechter und ſenkrechter Richtung verwendet werden, wie ſich auch die bei der Sicherung der Schiffahrt zu beſchreibenden Scheinwerfer leicht durch den Elektromotor in die gewünſchte Stellung bringen laſſen. Der Vorſchlag eines amerikaniſchen Offiziers, auch die Landgeſchütze, vorzüglich Mitrailleuſen, elektriſch zu betreiben, wird dagegen wohl ſchon deshalb keine Ausführung finden, weil der Transport der Dynamomaſchinen Schwierigkeiten hat, und die bedienenden Soldaten in der Technik ausgebildet ſein müßten. Die Laſthebewerke par excellence, die Krahnen, die man bislang im großen immer nur mit Dampf betrieben hat, laſſen ſich heute durch Anſchluß an Elektrizitätswerke ſehr leicht und ſicher elektriſch betreiben. Am Peterſen-Quai in Hamburg ſteht jetzt eine von der Allgemeinen Elektrizitäts-Geſellſchaft gebaute Ein - richtung, welche im Stande iſt, eine Laſt von fünfzig Centnern faſt vierzehn Meter emporzuheben. Der 40 pferdige Elektromotor, der von der Beleuchtungsanlage des Hafens aus mit Kraft verſorgt wird, vermag zugleich den Krahn zu drehen. Selbſt das Bremſen des Krahnes geſchieht ganz ſelbſtthätig auf elektriſchem Wege. Wo es ſich ſonſt um die Fortſchaffung großer Laſten in Werkſtätten handelte, und der Laufkrahn in Dienſt geſtellt wurde, da erreicht man jetzt das Ziel weit ſicherer und ſchneller, indem man von den Elektromotoren geeigneten Gebrauch macht.
Für die Aufzüge von Perſonen und Materialien hat man ſich bisher meiſt des Waſſcrdrucks bedient. So war noch der berühmte Fahrſtuhl im Eiffelturm eingerichtet. Solche Apparate waren natürlich allen jenen Miß - ſtänden ausgeſetzt, welche der Gebrauch des Waſſerdrucks als direkte Kraft - quelle mit ſich bringt. Die Elektrizität hat hierin weittragende Reformen geſchaffen. Einen muſtergiltigen Aufzug beſitzt die ſtädtiſche Zentrale in der Markgrafenſtraße zu Berlin. Bei dieſer mußten wegen Raummangels die Dampfkeſſel in den oberen Stockwerken angelegt werden. So würde das fortwährende Heraufſchaffen der Kohlen natürlich Schwierigkeiten bieten, wenn nicht der elektriſche Fahrſtuhl da wäre, welcher einen Kohlenwagen von 20 Zentnern Gewicht in etwa 40 Sekunden über 9 m emporhebt. Nachdem derſelbe auf den Fahrkorb geſchoben iſt, leitet der Maſchiniſt den Strom in den fünfpferdigen Motor und ſetzt damit die Winde in Betrieb, die ſich am Ziele der Bahn wieder ſelbſt - ſtändig ausrückt. Dann bleibt der Fahrkorb durch eine Bremſe ſo lange ſchwebend, bis die Kohlen in einen am Keſſel befindlichen Trichter ausgeladen ſind, und nimmt dann den Wagen wieder mit hinunter, was ohne die Thätigkeit des Motors langſam und gleich - mäßig durch die Schwere geſchieht. Sollte durch einen Zufall einmal die Winde reißen, ſo iſt eine Einrichtung getroffen, daß der Wagen ſich ſelbſtändig bremſt, ſobald ſeine Geſchwindigkeit 30 cm in der214Die elektriſchen Erfindungen.Sekunde überſchreitet. Der Preis und die Betriebskoſten dieſes ſo ſicher arbeitenden Aufzugs ſind äußerſt gering.
Auch im Dienſte der Eiſenbahnen iſt die Elektrizität berufen, eine große Rolle zu ſpielen. Welche Mühe macht das Drehen der Wagen, beſonders der Lokomotiven, welche Fülle von Kraft wird verſchlungen beim Ausladen der Laſtwagen, was für Arbeit erfordert das Verſchieben der Wagen! Hier iſt die Elektrizität die berufene Retterin aus allen Mühſalen. Sie iſt bereits an zwei Stellen mit Erfolg für den Bahnhofsbetrieb heran - gezogen worden. Einmal beſitzt der größte Bahnhof Deutſchlands, derjenige in Frankfurt am Main, eine elektriſche Anlage, welche früher mit einer Druckwaſſerleitung zuſammen den beſchriebenen Dienſt ver - ſah, während jetzt die letztere außer Thätigkeit tritt und auch durch ein elektriſches Werk erſetzt wird. Andererſeits hat die franzöſiſche Nordbahn auf ihrem Pariſer Bahnhofe Akkumulatoren in Dienſt genommen, welche ihren Strom an Elektromotoren abliefern und damit die ſchwerbelaſteten Scheiben drehen. Ebenſo verſorgen die Sammler einen Laufkrahn mit Kraft, welcher hauptſächlich Säcke aus den Wagen oder in die Wagen ſchaffen ſoll. Mit ihm vermag man in 20 Minuten hundert Säcke aufeinander zu ſtapeln oder in 35 Sekunden eine Laſt von 140 kg 32 m fort zu ſchleppen, worauf der Laufkrahn nach ſeinem Ausgangspunkte umkehrt. In einigen amerikaniſchen Städten wird das Aufziehen der Zugbrücken jetzt durch Elektromotoren beſorgt. So war in Chicago auf der im Zuge von Bruſh-Street gelegenen Brücke bisher eine Dampfmaſchine in einem beſonderen Hauſe mit zuſammen 40 Tonnen Gewicht aufgeſtellt; heute beſorgt dies ein unterhalb der Brücke an - gebrachter und von einem nahen Werke mit Strom geſpeiſter Elektromotor leicht und viel wohlfeiler, als die Dampfkraft. In derſelben Stadt wird das Eis des Fluſſes und des ſeenartigen Hafens jetzt auf eine höchſt ſonderbare Art zu Blöcken zerſchnitten. Schon früher nahm man dazu Kreisſägen, die auf einem Wagen ſaßen. Jetzt benutzt Kinsmann einen elektriſchen Eispflug, d. h. ein Dreirad, an dem die Sägen und auf dem der Motor angebracht iſt. Derſelbe bewegt das Dreirad vorwärts und ſetzt zugleich die Sägen in Thätigkeit; er wird natürlich durch eine Leitung aus einem Elektrizitätswerke mit Strom verſorgt, und dieſe wickelt ſich allmählich von einer Trommel ab. Wie viel menſchliche und tieriſche Kraft wird hier nicht durch die Hilfe des elektriſchen Stromes geſpart! Bedarf es der Erwähnung, daß auch der Schnee der Straßen bereits durch elektriſche Schneepflüge bei - ſeite gefegt wird? Freilich ſind diejenigen, welche die Firma Thomſon - Houſton bis jetzt gebaut hat, nur für den Gebrauch der elektriſchen Bahnen beſtimmt und erhalten für ihre Elektromotoren den Strom aus der Station der Eiſenbahn, aber es werden ſich vielleicht auch Einrichtungen treffen laſſen, die ihnen eine allgemeine Einführung ſichern. Sie erinnern in ihrem Baue an die Kehrmaſchinen der Berliner Straßenreinigung. Nur beſitzen ſie neben den Bürſten, welche den215Die elektriſchen Eiſenbahnen.loſen Schnee fortfegen, auch noch Walzen mit Schaufeln, welche eine härtere Schneedecke erſt auflockern. Im ganzen braucht jeder Pflug vier Motoren, zwei zu ſeiner Fortbewegung und je einen für die beiden Walzen.
So hätten wir bereits verraten, daß die elektriſchen Eiſenbahnen auch durch nichts anderes bewegt werden, wie durch Elektromotoren, die aus einer für ſie beſonders eingerichteten Maſchinenſtation mit Kraft verſorgt werden. Freilich liegt ein Mittel nahe, um die Not - wendigkeit einer ſolchen zu umgehen. Man könnte ja die primäre Dynamo-Maſchine mit auf den Wagen nehmen, aber man müßte auch einen Dampf - oder anderen Motor mithaben, und dann iſt es eben ſchon klüger, die Dampfkraft direkt zum Betriebe des Wagens zu verwerten. Oder man kann den Strom einer hinreichend geladenen Akkumulatoren-Batterie entnehmen, die man mit in den Wagen auf - nimmt. Dies würde aber zunächſt das Gefährt ſehr belaſten und ſeine Bewegung weſentlich erſchweren, ſo daß man zu keiner großen Ge - ſchwindigkeit gelangen konnte und andererſeits müßten die Akkumulatoren doch an gewiſſen Stationen, nachdem ſie ihre Kraft erſchöpft haben, wieder geladen werden. Das erfordert Zeit, und da Maſchinen zum Laden der Batterie jedenfalls da ſein müßten, ſo iſt es offenbar zweck - dienlicher, wenn man den Wagen von der Station aus direkt mit Kraft verſieht und die Akkumulatoren auf der Station läßt, wo ſie bei der Aufſpeicherung überſchießender Kraftvorräte immerhin gute Dienſte leiſten können. Trotzdem ſind zahlreiche Gefährte für den Akkumulatorenbetrieb eingerichtet worden. Wir haben ſo elektriſche Droſchken und Dreiräder erhalten und auch Wagen für den Straßen - betrieb. Beſonders hat Huber in Hamburg in der letzten Richtung Verſuche angeſtellt, die er indeſſen Ende 1886 wieder aufgab, weil die Wagen zu ſchwer beweglich waren. So ein Gefährt mit Sammler - betrieb wog mit 29 Fahrgäſten, dem Führer und dem Schaffner 7000 kg, wovon ein Sechſtel auf die Sekundärbatterie kam. Dieſe beſtand aus 96 Zellen, deren jede für ſich eine Stunde lang einen Strom von 170 Ampère leiſten konnte. Jetzt iſt dieſes Syſtem durch eine Erleichterung des Sammlergewichts ſoweit verbeſſert worden, daß man bei normaler Witterung mit 14 Fahrgäſten wenigſtens 70 km weit bei einmaliger Ladung der Sammler gelangt. Dann müſſen dieſelben wieder von einer bereit gehaltenen Dynamomaſchine aus ver - ſorgt werden. Siemens & Halske haben im Anſchluß an die Lichter - felder elektriſche Eiſenbahn Verſuche mit ſolchen Akkumulatorenwagen gemacht, und ſind ſelbſt zu der Anſicht gelangt, daß für größere Bahnen, auf denen erſt in längeren Pauſen einzelne Wagen den Ver - kehr vermitteln, in jenen die beſte Ausnutzung der Elektrizität liege.
216Die elektriſchen Erfindungen.Für kurze Bahnen aber empfiehlt es ſich, eine Kraftzentrale einzurichten und durch Leiter den Elektromotoren des Wagens Strom zuzuführen. Der erſte Verſuch einer ſolchen Anlage wurde von der eben genannten Firma auf der Berliner Gewerbeausſtellung 1879 gemacht. Zwiſchen den beiden Hauptſchienen der Bahn lag eine dritte flache und auf die Kante geſtellte Schiene, welche den Elektromotor des Wagens mit Kraft verſorgte. Die Rückleitung nach dem Maſchinen - hauſe geſchah durch die beiden erſtgenannten. Die erſte dauernd für den Betrieb beſtimmte elektriſche Eiſenbahn fährt vom Anhalter Bahn - hof in Lichterfelde zur Kadettenanſtalt. Obgleich für die Iſolierung der Schienen keine große Vorſorge getroffen war, hat doch die Bahn von 1881 bis heute vollſtändig zur Zufriedenheit funktioniert. Sie fährt jedesmal, wenn ein Zug am Anhalter Bahnhof ankommt, und legt die 2,6 Kilometer lange Strecke in acht Minuten zurück, obgleich es keine Schwierigkeiten hätte, ihre Geſchwindigkeit noch zu ſteigern. Seitdem iſt in Deutſchland die Entwickelung der elektriſchen Bahnen ſehr zurück geblieben, während die großen Städte Amerikas ſich mit einem Netze von ſolchen Betrieben überſponnen haben. Wie raſch dort die Pferdebahnen den elektriſchen weichen müſſen, das können folgende Zahlen zeigen. Noch 1885 waren dort nur drei ſolche Bahnen mit 12 Kilometern Weglänge und 13 Maſchinenwagen in Betrieb, Ende 1889 gab es ſchon 103 Bahnen mit 870 Kilometern und 851 Wagen und am Anfange des Jahres 1892 war die Weglänge der elektriſchen Straßenbahnen auf 4061 Kilometer geſtiegen, während die der Pferde - bahnen im letzten Jahre um 100 Kilometer zurückging. Es iſt ja offenbar, daß die elektriſchen gegen dieſe die Vorteile der Sauberkeit und Billigkeit voraushaben müſſen, welche der Dienſt der Thiere ausſchließt. Wir müſſen, wollen wir den Bau dieſer Bahnen recht verſtehen, die einzelnen Teile derſelben, alſo die Maſchinenſtation, die Zuleitung des Stromes und die Motorenwagen genauer ins Auge faſſen.
Die Fig. 154 zeigt die Kraftſtation der Straßenbahn, welche die Allgemeine Elektrizitäts-Geſellſchaft zu Halle an der Saale im vorigen Jahre als die erſte elektriſch betriebene in Deutſchland dem Verkehr über - geben hat. Wir ſehen links die eine der beiden gewaltigen Dampfmaſchinen, welche bis zu 200 Umdrehungen in der Minute machen, und rechts die mittels Riemenüberſetzung mit ihr verbundenen vier Dynamomaſchinen. Jede von dieſen leiſtet mehr als 80 Pferdeſtärken. Die Leiſtungsfähigkeit derſelben muß etwas höher bemeſſen ſein, als der gleichmäßige Betrieb nötig machen würde, weil bei dem Anfahren der Wagen immer eine große Menge Kraft verbraucht wird. Die Zuführung des Stromes zum Wagen kann eine ſehr verſchiedene ſein, nämlich entweder durch die Fahrſchienen oder eine andere Schiene erfolgen oder durch eine davon getrennte oberirdiſche oder ſchließlich durch eine unterirdiſche Leitung geſchehen. In dem erſten Falle wird für eine hinreichende Iſolierung der Schienen ſowie dafür geſorgt ſein müſſen, daß Zugtiere217Die elektriſchen Eiſenbahnen.
Maſchinenhaus der Halleſchen Straßenbahn der Allgemeinen Elektrizitäts-Geſellſchaft.
und Menſchen, die den Schienenweg auf einer Wegkreuzung über - ſchreiten, nicht gefährdet werden und auch den Betrieb nicht ſtören. In der Lichterfelder Bahn, bei welcher eine der beiden Schienen die Zuführung, die andere die Fortleitung des Stromes verſieht, wird dieſe Leitung an den Kreuzungsſtellen nicht durch die Schienen, ſondern218Die elektriſchen Erfindungen.anders weitergeführt, ſo daß eine Berührung derſelben ganz unſchädlich iſt. Der Strom wird von dem Radreifen aufgenommen, der von der Achſe hinreichend iſoliert ſein muß und ihn dem Elektromotor zuführt, aus welchem er an der anderen Seite heraustritt. Die Achſen der Räder ſind zugleich diejenigen der Motoren oder es findet eine Zahnradübertragung ſtatt, welche die Geſchwindigkeit der Räder mildert. Wenn man die Schienen genügend vom Erdboden iſolieren ſoll, ſo wird dies wenigſtens für lange Strecken ſehr teuer zu ſtehen kommen, und immer wird bei ſchlechtem Wetter ein ſo großer Kraftverluſt un - umgänglich ſein, daß die Schienenleitung nicht recht vorteilhaft erſcheint. Nimmt man eine dritte gut iſolierte Schiene zu Hilfe, wie das 1879 bei dem erſten Verſuche geſchah, ſo findet eine weitere Steigerung der Anlagekoſten ſtatt, welche dieſes Syſtem gar nicht hat in Aufnahme kommen laſſen.
Die oberirdiſche Zuführung des Stromes iſt auf die verſchiedenſten Weiſen verſucht worden. Bei dem älteren Syſtem von Siemens & Halske wird er in zwei geſchlitzten Röhren längs des Geleiſes zu - und weg - geführt. Auf dieſen Leitern, die an Säulen hingen und genügend iſoliert ſein mußten, ſchleifte ein Wägelchen, welches von dem Wagen mitgenommen wurde und dem Motor deſſelben den Strom durch einen Leiter zuſchickte. In einer neueren Ausführung bedarf es nur eines Drahtes, der über der Mitte des Geleiſes an ſeitlich ſtehenden Säulen aufgehängt iſt; eine an dem Motorwagen angebrachte Vorrichtung ſchleift an dieſem Draht und führt ihm den Strom zu. Die Drahtleitung iſt nur dünn und wäre für die eigentliche Zuleitung ungenügend. Dieſe Hauptzuleitung geſchieht vielmehr durch ſtärkere Leiter, welche an den ſeitlich ſtehenden Säulen befeſtigt ſind. Als Rückleitung dienen bei dieſer Anordnung die Schienen. So iſt die Verlängerung der Lichter - felder Bahn 1890 ausgeführt worden. Am vollkommenſten entwickelt iſt jetzt dieſe Art der Stromführung in den von Sprague und Thomſon - Houſton ausgebildeten Syſtemen. Nach dem erſteren iſt die Halleſche Straßenbahn gebaut. Unſer Bild (Fig. 155) zeigt die Halteſtelle derſelben auf dem Marktplatze. Die Arbeitsleitung, von der Feinheit der Telephondrähte, iſt durch Querdrähte mit der eigentlichen Stromführung verknüpft. Die Pfähle, an welchen dieſe angebracht ſind, beſtehen aus Schmiedeeiſen, beleidigen durch ihr Ausſehen das Auge nicht und können auch als Maſten für elektriſche Lampen dienen. Der Strom wird zum Wagen durch ein auf dem Dache angebrachtes Stahlrohr übergeführt, welches eine metallene Nutrolle von unten gegen den Leitungsdraht drückt und dadurch die Berührung recht innig macht.
Nun wird es an vielen Orten ſchwierig ſein, die Erlaubnis zu einer oberirdiſchen Stromführung zu erlangen. In größeren Städten vor allem wird wegen der Verkehrsſtörungen, die ſie im Gefolge haben können, eine Belaſtung der Straßen mit eiſernen Maſten nicht auf Entgegenkommen zu rechnen haben. Auf Chauſſeen, in Vororten und219Die elekriſchen Eiſenbahnen.
Halteſtelle der Halleſchen Straßenbahn.
bei Sekundärbahnen wird aber dieſe Methode ſchon ihrer Billigkeit wegen die richtige ſein. Im Innern der Großſtädte wird die unter - irdiſche Zuführung, die allerdings ſchon für recht viele Leitungen, wie die des Gaſes und Waſſers, in Anſpruch genommen iſt, die ange -220Die elektriſchen Erfindungen.brachte ſein. Wir zeigen in unſerem Bilde (Fig. 156.) das Schienenſyſtem der 1889 von Siemens & Halske in Budapeſt ausgeführten Eiſenbahn. Links ſieht man unter dem Schienenſtrange des Geleiſes einen Kanal, in welchem links und rechts je eine Stromleitung, die Hin - und die
Schienenſyſtem der Budapeſter Straßenbahn von Siemens & Halske.
Rückleitung, geſchützt gegen äußere Einflüſſe und von einander iſoliert, an - gebracht ſind. Der Kanal ſchließt an der Straße mit den Fahrſchienen ab, welche auf gußeiſernen Böcken gelagert und feſtgeſchraubt ſind. In dieſen ſind die beiden Stromleitungen mittels geeigneter Iſolatoren befeſtigt. Im Übrigen iſt der Kanal aus Beton hergeſtellt. An dem Wagen iſt unten eine Vorrichtung befeſtigt, welche durch den zwei - teiligen Schienenbau in den Kanal hinabreicht und ein Schiffchen mitnimmt. Dieſes ſchleift im Kanal zwiſchen den Stromleitungen und vermittelt auf dieſe Weiſe eine beſtändige Stromzuführung nach dem Wagen. Äußerlich gleicht die Bahn völlig einer gewöhnlichen Straßenbahn, da von den Kanälen und den Leitungen auf der Straße nichts zu ſehen iſt. Das Syſtem, welches ſich ausgezeichnet bewährt, iſt freilich auch das teuerſte. Trotzdem rentiert ſich eine ſolche Anlage immer noch beſſer als die Pferdebahn.
Das Ausſehen der elektriſchen Wagen gleicht äußerlich völlig dem - jenigen der Pferdebahnwagen, nur daß dieſe im allgemeinen einen größeren Raum einnehmen. Die Arbeitsmaſchine ſitzt, den Blicken des Beſchauers vollig verborgen, im Untergeſtell des Wagens. In der Mitte iſt der Motor angebracht, durch welchen der aufgenommene Strom in eine drehende Bewegung verwandelt wird; dieſe überträgt er durch ein Vorgelege auf die eine Wagenachſe und bewegt ſo den Wagen vorwärts. Statt221Die elektriſchen Eiſenbahnen.eines Elektromotors ſind z. B. auf der Halleſchen Straßenbahn zwei vorhanden, für jede der beiden Wagenachſen eine. Wie kann der Kutſcher die Bewegung des Wagens regulieren, wie wird die rückwärts gerichtete Bewegung des Wagens erhalten? Er kann dies alles durch Zuhilfenahme zweier Kurbeln leiſten, wie ſie ähnlich bei den Pferde - bahnen als Bremſen dienen. Durch die eine kann er ein gewöhnliches mechaniſches Bremſen bewirken. Die andere aber dient zum Ein - und Ausſchalten von metallenen Widerſtänden in die Stromleitung, wie wir ſie bei der Theaterbeleuchtung kennen lernten, ſowie zum Umſteuern für Her - und Hinfahrt der Lokomotive. Solche Wider - ſtände müſſen für die Regulierung vorhanden ſein, weil ſonſt beim An - und Abſtellen des Motors das zu ſtarke Anſteigen des Stromes die Bewickelungsdrähte ſchmelzen könnte; bei ihrer Einſchaltung wird der Strom durch Umſetzung in Wärme entſprechend abgeſchwächt. Dieſe Widerſtände nehmen auch von dem verfügbaren Raume nichts fort, weil ſie unter den Plattformen der Wagen in vier Gruppen verteilt liegen. Das Umkehren der Lokomotive wird dadurch bewirkt, daß man den Strom in umgekehrter Richtung durch den Motor leitet, was alles durch eine verſchiedene Stellung derſelben Kurbel zu erreichen iſt. Man braucht hier, am Endziele angekommen, nicht umzuſpannen, wie bei den Pferdebahnen, noch den Wagen zu wenden, wie bei den Dampfwagen. Der Kutſcher braucht nur ſeinen Platz am andern Ende des Wagens einzunehmen, um die Strecke überſehen zu können. Auch dort findet er zwei ebenſolche Kurbeln zur Bedienung. Die Betriebskoſten ſind für alle dieſe Bahnen weit geringer, als für die bisherigen Straßenbahnen; auf der halliſchen Bahn wird ſogar der Schaffner geſpart durch die Einführung des Zahlkaſtenſyſtems bei einem Einheitsſatze für alle Touren. Die Bahnen ſind auch in hygieniſcher Beziehung vollkommner als die Dampfbahnen, da ſie nicht den für die Lungen der Stadtbewohner ſchier unerträglich gewordenen Kohlendunſt noch vermehren.
Dies macht ſie ganz vorzüglich für unterirdiſche Betriebe ver - wendbar. Auf ſolche angewieſen ſind natürlich die Bergwerke. Die erſte elektriſche Grubenbahn wurde von Siemens & Halske 1883 im Zaukeroder Werk eröffnet, ihr folgte diejenige des Neuſtaßfurter Salz - bergwerkes, welche wir im Bilde (Fig. 157) veranſchaulichen. Dieſe hatte 1885 eine Länge von insgeſamt 1550 Metern. Die Stromzuführung von der über Tage aufgeſtellten Dampfmaſchine geſchieht durch die an dem Stollenfirſt ſichtbaren Schienen, an denen die Zuleiter ſchleifen. Dieſe Bahn dient dazu, das am Stollenende abgehauene Salz zu fördern. So wurden im Februar 1884 in 87 achtſtündigen Schichten 23868 Wagen in Zügen von meiſt 16 Wagen gefördert, zu denen der Waſſerwagen tritt, welcher die Geleiſe von dem ſchlüpfrigen Salzüberzug durch Waſſerberieſelung zu befreien hat. Es wurden ſo allein im Jahre 1884 an 140000 Tonnen Salz gefördert, die ſich bei222Die elektriſchen Erfindungen.
Elektriſche Grubenbahn von Siemens & Halske.
Anwendung von Pferden oder Menſchen weſentlich teurer geſtellt haben würden. Ein ebenfalls elektriſch getriebener Göpel bildet ſeit 1885 die Fortſetzung dieſer Bahn. Aus einem um 40 Grad geneigten Stollen holt der Förderwagen die Salze herauf, während gleichzeitig an dem Seile ein leerer Wagen heruntergleitet. Die Geſchwindigkeit dieſes Werkes und der Eiſenbahn brauchte nicht über wenige Kilometer in der Stunde hinausgetrieben zu werden. Das großartigſte Werk unter allen ähnlichen iſt dasjenige, welches jetzt von der Carolina Mining Company auf einer Silbergrube in Colorado in Betrieb iſt. Dieſe Grube liegt 3900 Meter über dem Meeresſpiegel, 100 Meter über der Schneegrenze. Eine Waſſerkraft iſt es, welche die Dynamomaſchinen treibt. Den eigentümlichen Verhältniſſen angepaßt ſind die Leitungen, welche gegen den Schnee geſchützt ſein müſſen und den Fall der die im Sturme brechenden Maſten zu ertragen haben. Hier werden die Pumpen, Förderſtühle, Erzwagen, Geſteinbohrer und Ventilatoren — wie auch an andern Stellen — elektriſch betrieben, — ein großartiges Beiſpiel dafür, daß die heutige Technik Hinderniſſe nicht mehr kennt.
So drängt ſich uns die Frage auf, ob nicht für den Betrieb der Straßenbahnen überhaupt der unterirdiſche derjenige der Zukunft ſei. Sind nicht die Straßen und Plätze der Großſtädte bereits genügend durch den Verkehr belaſtet und ſchließt nicht eine weitere Vermehrung223Die elektriſchen Eiſenbahnen.desſelben die ſchwerſten Gefahren für die Sicherheit der Bürger ein. Gerade unter Tage aber hat der Verkehr die ſchönſten Gelegenheiten zur Ausbreitung. Hier iſt Raum für Stadtbahnen, wie in anderen Ent - fernungen von der Erdoberfläche für die Leitungen des Waſſers, des Gaſes und der elektriſchen Kraft. Die einzige bisher wirklich unter Tage ausgeführte Stadtbahn mit elektriſchem Betriebe hat diejenige Metropole, welche längſt ſich durch Zuhilfenahme unterirdiſcher Räume von ihrem Verkehrsüberfluſſe entlaſtete, nämlich London. Die Stadtteile City und Southwark ſind jetzt hier elektriſch unter der Erde verbunden, und dieſe Bahn hat vor den ſonſtigen unterirdiſchen, die London aufweiſt, eben den großen Vorteil, daß der läſtige Qualm der Dampflokomotiven, für welchen dort nie genügender Abzug zu verſchaffen war, in Fortfall kommt. In anderen Großſtädten iſt dieſes ſicherlich einzige Mittel, neue Verbindungen zu ſchaffen, noch Projekt, unter anderen in Berlin, wo die Allgemeine Elektrizitätsgeſellſchaft ein ſolches ausgearbeitet hat, während Siemens & Halske durch eine Hochbahn die Entlaſtung herbeiführen möchten.
Übrigens muß erwähnt werden, daß die Elektrizität ſich zwar auf kürzeren Strecken, wie bei Stadtbahnen als Betriebskraft ſehr bewährt hat, daß aber für größere Entfernungen doch zuviel Kraft wegen der mangelhaften Iſolierung der Zuleiter verloren geht. Die bisher längſte elektriſch betriebene Strecke, iſt die von San Franzisko nach San Joſé in Kalifornien auf 128 Kilometern Länge. Sechs Dynamomaſchinen liefern hier den Strom und 30 Wagen mit 15 bis 25 pferdigen Motoren beſorgen den Verkehr. Eine noch größere, von 460 Kilometern, ſoll demnächſt St. Louis mit Chikago verbinden und nach einem beſonderen Syſtem betrieben werden.
Was noch in Großſtädten als ein beſonderer Mangel empfunden wird, das iſt das Fehlen eines bequemen Packetverkehrs und einer ſchnellen Beförderung von Poſtſachen von einer zur andern Großſtadt, welcher letztere Mangel der Telegraphie ihren ungeheuren Aufſchwung ſicherte. Vorſchläge, dieſen Mängeln abzuhelfen, ſind viele gemacht worden, und wenn ſie auch noch nicht zur Ausführung gelangten, ſo können wir ſie bei dem Intereſſe, das ſie beanſpruchen, kaum übergehen. Werner von Siemens kam vor einigen Jahren auf die Idee einer elektriſchen Bahnpoſt. An dem Körper der Bahnen ſollten eiſerne Röhren entlang führen, in deren Innerem kleine durch Elektrizität betriebene Wagen mit Briefen und kleinen Packeten auf Schienen laufen ſollten, natürlich viel ſchneller als die ſchnellſten Eiſenbahnzüge. In Amerika geht ein ähnlicher Gedanke jetzt ſeiner Verwirklichung entgegen, den Wemes in Baltimore auf einer Verſuchsſtrecke ausführte. In einem langen Kanal legt ein Wägelchen 800 Meter in der Minute zurück, ſo daß die Poſtſachen von New-York nach San Franzisko ſtatt wie bisher in ſechs Tagen in ebenſoviel Stunden dorthin gelangen könnten. Der Plan iſt bis ins Einzelnſte geiſtreich ausgearbeitet. 224Die elektriſchen Erfindungen.So wird von dem Maſchinenwerke aus der Wagen jeden Augenblick an der richtigen Stelle zum Stillſtand und zur Weiterfahrt zu bringen ſein. Ein dem Telephonnetz vergleichbares Schienennetz wird endlich das Port-Electric-Syſtem (von Dolbear 1889 erfunden) zur Aus - bildung bringen. Die an dasſelbe angeſchloſſenen Firmen werden durch Vermittelung eines Betriebsamtes ſich mit einer anderen eben - ſolchen verbinden und ihnen die gewünſchten Waaren in einem auf Schienen rollenden Wagen zuſenden.
Gegen den elektriſchen Verkehr auf dem Erdboden iſt derjenige zu Waſſer weſentlich zurückgeblieben. Das iſt auch nur zu erklärlich: die Zuführung des Stromes von einer Kraftſtation iſt ja im Waſſer nur in Ausnahmefällen möglich, da man im allgemeinen dem Schiffe nicht den Weg ſo genau wird weiſen können. Möglich iſt das z. B. bei der Kanalſchiffahrt, bei der man bisher ſchwere und durch ihre läſtige Rauchentwickelung die Nachbarſchaft ſtörende Schleppdampfer benutzte. Jetzt ſollen auf einen Vorſchlag des Ingenieurs Büſſer die Schlepp - ſchiffe durch eine feſte Leitung, ähnlich wie die Eiſenbahnen, mit Strom verſehen werden. Nimmt man aber eine Kraftquelle mit an Bord, ſo wiegt ſie, ſei ſie nun eine durch Dampf getriebene Dynamomaſchine oder eine Batterie, im allgemeinen ſo ſchwer, daß ſie das Gefährt zu keiner rechten Beweglichkeit gelangen läßt. Will man Dampfkraft mit - nehmen, ſo iſt es natürlich an ſich beſſer, dieſe auf die Schiffsſchraube direkt wirken zu laſſen, da bei der elektriſchen Übertragung immer Kraft verloren geht. Trotzdem iſt gerade die elektriſche Schiffahrt eine der erſten praktiſchen Anwendungen des Elektromotors. Jacobi, der Erfinder der Galvanoplaſtik war es, der ſchon vor 53 Jahren mit einem aus vier feſten und vier drehbaren Elektromagneten beſtehenden Motor das Schaufelrad eines Bootes drehte und mit ihm die Newa befuhr. Die feſten waren die Feldmagnete, die beweglichen bildeten den Anker, und der Strom, welcher die Bewegung hervorbrachte, ward natürlich aus einer Batterie entnommen. Batterien mitzunehmen iſt auch heute noch das einzige Auskunftsmittel, wenn man ſein Schiff elektriſch betreiben will. So war das Boot, welches Trouvé auf der Pariſer Ausſtellung 1871 betrieb, mit einer Bunſenſchen Batterie von 12 großen Elementen verſehen, die zuſammen 94 Kilogramm wogen. Zwei Kabel dienten dazu, den Strom an den Schraubenmotor zu ſenden und zugleich das Steuerruder zu regieren.
Einen etwas höheren Schwung konnte die elektriſche Schiffahrt erſt nehmen, ſeitdem die Sekundärbatterien eine allgemeinere Verbreitung fanden. Dieſelben haben zwar zwei ſchwerwiegende Nachteile, nämlich einmal, daß ſie ihre Kraft nicht dauernd behalten und alſo das Fahr - zeug nach einiger Zeit wieder einem primären Stromerzeuger zugeführt225Die elektriſche Schiffahrt.werden muß, ſo daß es eben nur kleinere Strecken zurückzulegen fähig iſt, und zweitens, daß dieſelben das Gewicht des Schiffes zu ſehr erhöhen. Das letztere iſt nun freilich ein wenig einzuſchränken. Jedes Schiff braucht Ballaſt, damit das Kentern erſchwert werde. Wenn man die Sammlerbatterie am Boden des Gefährtes anbringen kann, ſo erfüllt ſie damit auch den Zweck des Ballaſtes, und es erſetzt das Gewicht derſelben ja dasjenige der Kohlen, das hier in Fortfall kommt. Solche mit Akkumulatoren verſehenen Schiffe giebt es jetzt ſchon in großer Anzahl. Das der Firma Siemens & Halske gehörige Boot „ Elektra “befährt die Spree. In London ſind Sammlerboote etwas Gewöhnliches geworden, ſeitdem die Firma Immiſh eine ganze Flotille davon, die jetzt bis zur Zahl von 30 angewachſen iſt, für Bootfahrten auf der Themſe zur Vermietung ſtellte. Sie können 90 bis 100 Kilometer zurücklegen; dann müſſen die Sammler neu geladen werden. Der Elektromotor macht 700 bis 900 Umdrehungen in der Minute, und die Schiffsſchraube ſitzt auf ſeiner Achſe, ohne daß — wie bei den Eiſenbahnen — noch eine Übertragung nötig wäre. Der Führer des Boots iſt Steuermann und Maſchiniſt zugleich, da er mittels einer Kurbel die Geſchwindigkeit regeln kann, indem er von den Sammlern mehr oder weniger ein - ſchaltet und mit einer anderen Kurbel das Steuerruder regiert. Ab - fahren, Stoppen und Umkehren beſorgt er ebenfalls mit Hilfe der erſten Kurbel mit großer Leichtigkeit. Für Vergnügungsfahrten ſind dieſe Boote ganz ausgezeichnet, weil kein Qualm der Maſchine die Paſſagiere beläſtigt, die Gefahr von Exploſionen ausgeſchloſſen iſt, der Führer keiner langen Schulung bedarf und die Maſchine beim Verlaſſen des Fahrzeuges ſich ſelbſt überlaſſen werden kann. Sie müſſen freilich von Zeit zu Zeit mit Kraft verſorgt werden. Doch das geſchieht jetzt von den Unternehmern auf die einfachſte Art, nämlich durch ein größeres, zugleich die Reparaturwerkſtatt enthaltendes Schiff, welches die ſtrom - gebende Dynamomaſchine trägt. Die Boote finden ſich an einer beſtimmten Stelle auf dem Waſſer ein und empfangen dort ihre Ladung. Dieſes Schiff verſieht alſo für die elektriſchen Boote den - ſelben Dienſt wie die Tenderfahrzeuge, welche den Dampfſchiffen Kohle zuführen.
Eine ernſtere Bedeutung erhalten die elektriſchen Boote im Kriegs - dienſte. Die Beiboote der großen Kriegsſchiffe ſind leicht als Sammler - boote zu bauen, und da die Schiffe ſchon zum Zwecke der Beleuchtung Dynamomaſchinen haben, leicht mit Kraft zu verſehen. Ferner ſind ſie für die Beförderung von Truppen konſtruiert worden, und zwiſchen den Häfen Chatham und Sheerneß läuft jetzt das Boot „ Electric “, das, bei einer Länge von 15 und einer Breite von 3 Metern, 48 Soldaten in voller Ausrüſtung bei einer Geſchwindigkeit von 15 Kilometern in der Stunde hin - und herbefördert. Für die See - ſchiffahrt auf kürzeren Strecken ſind elektriſche Boote alſo brauchbar, und ſo hat auch eines bereits die Überfahrt von Calais nach DoverDas Buch der Erfindungen. 15226Die elektriſchen Erfindungen.gemacht; für weitere Seereiſen wird man ſich einſtweilen mit Dampfern beſcheiden.
Eine eigentümliche, mit den eben beſchriebenen Gefährten nicht vergleichbare Erfindung iſt das Sims-Ediſonſche lenkbare Torpedo. Sims hat die äußeren Einrichtungen dieſes furchtbaren Geſchoſſes, Ediſon den elektriſchen Apparat konſtruiert. Dieſer letztere iſt ein doppelter: der eine Teil ſoll das Fahrzeug vorwärts bewegen, es iſt alſo ein Motor, der ſeine Bewegung der Schraube mitteilt, der andere wirkt auf das Steuerruder. Man hat es in der Gewalt, von der Stelle aus, von der das Torpedo abgeſchickt iſt, fortwährend ſeine Richtung und Geſchwindigkeit zu ändern, und zwar durch eine Dynamomaſchine und eine einfache Batterie. Die Zuführung der beiden verſchiedenen Ströme geſchieht durch ein Doppelkabel, welches mit Hanf umwickelt und mit Theer getränkt wird, daß es gerade ſoviel als das Waſſer wiegt. Dieſes Seil iſt im Torpedo um eine Trommel geſchlungen, und wenn es während der Bewegung des Gefährtes ſich von dieſer abwickelt, ſo dringt Seewaſſer ein, macht aber das Fahrzeug aus dem angeführten Grunde weder ſchwerer noch leichter. Die Wirkungen dieſes Geſchoſſes ſollen ungeheure ſein, und es iſt zunächſt in den Dienſt der nordamerikaniſchen Küſtenverteidigung geſtellt worden, wird ſich aber für denſelben Zweck wohl auch in anderen Ländern einführen.
Die wichtigſte Erfindung, welche der Menſch gemacht hat, zugleich wahrſcheinlich die älteſte, iſt die der Sprache, jener — mit Wilhelm von Humboldt zu reden — „ ewig ſich wiederholenden Arbeit des Geiſtes, den artikulierten Laut zum Ausdruck des Gedankens fähig zu machen. “ Sie iſt es, die ihn über die Stufe des Tieres hinaushob. Wie ſie entſtand und ſich entwickelte, darüber liegen die Anſichten noch in heißem Kampfe. Das Kind, welches zuerſt durch Geberden ſich ver - ſtändlich zu machen ſucht und erſt ſpäter den Gebrauch ſeiner Sprach - organe lernt, es kann uns einen Anhalt geben, wie ſich jene Ent - wickelung vollzog. Den Gedanken in Gebärden auszudrücken war die erſte Kunſt der Menſchen, die Fähigkeit, mit verſchiedenen Lauten, welche die Sprachorgane hervorbringen, Begriffe zu verbinden, erſt die zweite. Woher die Mannigfaltigkeit der Laute und ihrer Ver - bindungen ſich her ſchreibt, dies genauer zu ſtudieren, war unſerem Jahrhunderte vorbehalten, welches die Lautphyſiologie erzeugte oder doch der kaum vorhandenen glänzende Förderung brachte. Was iſt ein Laut? Soviel weiß jeder, daß es etwas iſt, was die Sprach - werkzeuge hervorbringen und das Ohr wahrnimmt. Aber welches ſind227Der Phonograph.überhaupt die Werkzeuge der Sprache? Man hat früher den Kehlkopf für das einzige erachtet, und erſt die genaueren Studien dieſes Jahr - hunderts ergaben die Mitwirkung der verſchiedenen Mundteile, der Zunge und der Lippen ſelbſt für die Vokalbildung. Was dieſe zuſammen bewirken, der Stimmlaut, gelangt an unſer Ohr, und er kann dies offenbar nur durch Vermittelung der dazwiſchen befindlichen Luft, wie man einfach dadurch zeigen kann, daß man eine Schallquelle unter der Luftpumpe ihrer luftigen Umgebung beraubt; ſie wird jetzt viel weniger deutlich vernehmbar ſein. Die Bewegung der Luft iſt es, welche den Laut zu uns herüberträgt und in unſerem Ohre wieder andere Bewegungen hervorbringt. Das ſind Hin - und Hergänge des Trommelfelles und der dahinter liegenden Ohrteile, welche ſich ſchließlich bis zu den feinen Enden des Hörnervs verbreiten und dort die Em - pfindung des Gehörten hervorbringen.
Schwingungen, denen des Trommelfells ähnlich, zu erzeugen hält nicht ſchwer. Man braucht dazu nichts als eine Platte von Metall oder Holz, die man in ihrer Mitte befeſtigt. Ihr kann man durch Streichen mit einem Violinbogen die verſchiedenartigſten Töne entlocken, und wenn man dabei Sand auf die Platte ſtreut, ſo wird ſich dieſer, je nach dem Tone in immer anderer Weiſe anordnen und uns ſo die Schwingungen vergegenwärtigen, welche die Platte ausführt. Der Phyſiker Chladni, deſſen Namen dieſe Sandfiguren tragen, hat dieſelben genauer ſtudiert und dadurch nicht wenig zu der Erkenntnis der Natur des Hörens und Sprechens beigetragen. Es liegt nahe anzunehmen, daß am Ausgangspunkte der Stimmlaute ebenſolche Hin - und Hergänge von Körperteilchen ſtattfinden, und das iſt wirklich der Fall. Die Stimm - bänder bewegen ſich rythmiſch auf und nieder, und die in der Mund - höhle eingeſchloſſene Luft macht ähnliche Schwingungen durch. Das ſind alles Beobachtungen, die durch die Erfindung des Kehlkopfſpiegels und des akuſtiſchen Flammenzeigers erſt vor wenigen Jahrzehnten ermöglicht wurden. Sie legten den Gedanken nahe, dieſe Schwingungen auch irgendwo aufzeichnen zu laſſen und Mittel und Wege zu ſuchen, aus dieſen Aufzeichnungen wieder, nachdem das geſprochene Wort längſt verhallt ſei, es zum Ertönen zu bringen. Dieſer Plan war eigentlich nicht neu, aber ſeine Verwirklichung konnte erſt nach dieſem genauen Studium der Sprache gelingen. Bereits 1653 ſchreibt ein phantaſiereicher franzöſiſcher Schriftſteller, er habe von einem Bewohner des Mondes einen buchförmigen Kaſten zum Geſchenke erhalten. „ Als ich ihn öffnete, fand ich darin einen Metallgegenſtand, den Uhren ähnlich und voll von kleinen Federn und kaum ſichtbaren Maſchinen. Es iſt zwar ein Buch, aber ein Wunderbuch ohne Blätter und Schrift, kurz ein Buch, bei welchem man zum Leſen und Lernen der Augen nicht bedarf; man braucht nur Ohren. Wünſcht alſo jemand zu leſen, ſo ſpannt er dieſe Maſchine mit Hülfe einer Menge kleiner Sehnen, dann verſetzt er die Nadel nach dem Kapitel, welches er zu hören15*228Die elektriſchen Erfindungen.wünſcht, und es klingen ſofort, wie aus dem Munde eines Menſchen oder aus einem Muſikinſtrumente, alle die verſchiedenen Laute heraus, welche bei den Mondbewohnern als Sprache dienen. “
Der beſchriebene Apparat iſt der Phonograph, aber ſeine Erfindung wurde nicht früher als im Jahre 1877 gemacht, und der ſie machte, war wieder kein anderer als Ediſon, der ſich alſo auf akuſtiſchem Gebiete als ebenſo bewandert bewies, wie wir ihn in ſeinem eigentlichen Fache, der Elektrotechnik kennen gelernt haben. Der Apparat läßt an Einfachheit nichts zu wünſchen übrig. Die Worte, welche aufgeſchrieben werden ſollen, brauchen nur in einen Trichter gerufen zu werden, der unten mit einer elaſtiſchen Haut abſchließt. So weit iſt das Inſtrument offenbar unſerem Ohre nachgebildet: der Trichter iſt der Ohrmuſchel, die Membran dem Trommelfelle vergleichbar. Bei den verſchiedenen Lauten, die hineinſchallen, wird dieſe Haut verſchiedene ſchwingende Bewegungen durchmachen. Iſt die Stimme laut, ſo werden die Schwingungen ſtärker ſein, iſt ſie hoch, wie etwa die der Frauen, ſo werden ſie ſchneller erfolgen, als wenn ſie tief iſt, wie die der Männer, und alle Modulationen der Sprache werden ſich ſchließlich in den Beſonderheiten der einzelnen Schwingungen wiederſpiegeln.
Aber Worte ſind wie Hauch, den der Wind verweht. Iſt es nicht möglich dieſe Bewegungen der Membran irgend wie zu fixieren? Darf man nicht hoffen, den Apparat zur nachträglichen Wiederholung des geſprochenen Wortes zu veranlaſſen? Beides iſt möglich. Das Aufſchreiben geſchieht durch einen ſpitzen Stift, der an der außer - halb des Trichters befindlichen Seite der Membran ſitzt, und ſtatt des Papieres zum Schreiben bedient man ſich hier eines Blattes aus dünnem Zinn, wie es als Stanniol zum Einpacken vieler Dinge vermendet wird. Dieſes wird um eine Walze gewickelt, welche ſich drehen läßt. Beim Drehen bewegt ſie ſich zugleich im ganzen vorwärts, da in die Drehungsachſe ein Schraubengewinde eingeſchnitten iſt, welches ſich in eine feſtſtehende Schraubenmutter hineindreht. Ein Gewinde von der - ſelben Ganghöhe iſt auch in die Walzen eingeſchnitten. Der Stift an der Membran drückt das Stanniol gerade in dieſes Gewinde hinein. Wenn alles ruhig iſt, ſo drückt der Stift ſtets gleichmäßig gegen das Zinnblatt, und erſt wenn man hineinſpricht, ändert ſich durch die Auf - und Abbewegung des Stiftes die Tiefe der Schraubenlinie, deren Durchſchnitt jetzt wellig erſcheinen wird. Wir haben jetzt ſozuſagen das Geſprochene auf dem Zinnblatte abgebildet. Es iſt eine Schrift, die wir vor uns haben, aber eine viel vollkommenere als diejenige, die wir mit der Feder ſchreiben. Oder iſt es möglich, daß die ge - ſchriebene oder gedruckte Rede uns völlig den Eindruck der geſprochenen macht, merken wir die feinen Hebungen und Senkungen des Organs während des Leſens, durch welche der Redner ſeinen Worten Nach - druck leiht? Nein, aber der Phonograph hat alles dies mit auf - gezeichnet, er iſt ein ſo bedeutender Schnellſchreiber, wie keiner je in229Der Phonograph.Parlamenten gearbeitet hat. Er iſt auch fähig, uns das, was er ſich notiert hat, alles wieder vorzuleſen, ganz in dem Tonfall, der beim Sprechen angewendet ward. Dazu iſt nur nötig, durch Rückwärts - drehen die Walze an ihren Ausgangspunkt zurückzubringen, den Stift, der während dieſes letzten Vorgangs zurückgelegt war, an den Anfangs - punkt jener eigentümlichen Schrift zu ſetzen, und aus dem Sprachrohr, zu welchem das Schallrohr von vorhin geworden iſt, tönt uns die hineingeſprochene Rede wieder. Der Stift folgt nämlich allen Uneben - heiten des Stanniolblattes, die er ſelbſt erzeugt hat, und gerät da - durch in ähnliche Schwingungen, wie während des Schreibens, er überträgt ſein Zittern auf die elaſtiſche Haut, welche nun dieſelben Schwingungen wiederholt, die ſie vorher vollführte, und vor ſich die Luft im Trichter in Bewegung ſetzt, daß dieſe in unſer Ohr dringend uns zur Empfindung der Rede verhilft.
Aber freilich hatte dieſer Apparat, ſo einfach und ſo lehrreich er war, wenn er ſich auch zur Wiedergabe des Geſungenen und der mit Muſikinſtrumenten ihm anvertrauten Melodien ganz ebenſo eignete, auch ſeine ſchwachen Seiten, und der geniale Erfinder war nicht nur umſichtig genug, dieſelben herauszufinden, er war auch der Mann, die Schwierigkeiten, die ſich den Verbeſſerungen des Apparates in den Weg ſtellten, mit der zähen Energie, welche mit der Genialität gepaart den Erfinder Großes erreichen läßt, zu überwinden. Zwölf Jahre arbeitete er unausgeſetzt an den Verbeſſerungen ſeines Stimm - ſchreibers, dann übergab er der Welt einen Apparat, wie ſie ihn voll - kommener nicht wünſchen kann. Einmal war die Membran, die Ediſon damals verwandt hatte, nicht gleichmäßig elaſtiſch; heute verwendet er für dieſelbe ein dünnes Blatt aus Glas. Dieſer Körper, deſſen Zer - brechlichkeit ſprichwörtlich geworden iſt, den wir für ſo wenig bieg - ſam halten, beſitzt in Blattform die gleichmäßige Elaſtizität in allen Richtungen, welche ihn für den Phonographen geeignet macht. Anderer - ſeits war das Material der Walze zu ändern, da die Zinnfolie leicht nachgab und ihre Eindrücke nicht bleibend behielt, ſo daß ſie ſich nicht zum öfteren Gebrauche aufheben ließ. Jetzt iſt dieſelbe durch eine Walze erſetzt, die aus einem weichen Stoffe, man ſagt aus einer Miſchung von Wachs und Seife beſteht, die aber noch einige nicht allgemein bekannte Beimengungen enthält. Auf ihr werden die Spuren des Stifts auch nicht blos oberflächlich eingedrückt, vielmehr ſchneidet ein ſcharfes Meſſer, das denſelben erſetzt, in das weiche Material ein, ähnlich wie der Grabſtichel des Kupferſtechers in die Platte einſchneidet. Die Spähne können ſorgfältig weggenommen werden, ſo daß die Schrift höchſt ſorgfältig eingemeißelt erſcheint. Dieſe Walzen laſſen ſich nun aufheben, und jederzeit kann man die ihnen überlieferten Laute ſich wieder in die Ohren klingen laſſen. Das wird jetzt auch in viel ſaubererer Weiſe erreicht, als früher, da man die Maſchine mit der Hand bewegen mußte. Damals war der Gang niemals ſo230Die elektriſchen Erfindungen.gleichmäßig, daß nicht auch in der Wiedergabe der Töne Unreinheiten vorkamen. Heute geſchieht die Drehung der Walze durch einen unter ihr in einem Kaſten ſitzenden kleinen Elektromotor. Derſelbe dreht ſich ſo gleichförmig, daß auch in dieſer Richtung der Apparat vollkommen iſt.
Edijons neuer Phonograph mit Zubehör.
Wir erblicken in dem Bilde (Fig. 158) den Phonographen mit allem Zubehör, fertig, um zu uns zu ſprechen. Wollen wir ihn deutlich vernehmen, ſo kann dies durch das Einbringen zweier Hörſchläuche in unſere Ohren geſchehen. Aber er kann mit Hilfe des dahinter ſichtbaren Hörtrichters auch zu einer größeren Anzahl von Perſonen vernehmlich reden. Wir ſehen hier nur noch die Walze, den Motorkaſten, einen Teil der Übertragung und den die Schnelligkeit
Aufnahme von Tönen durch den Phonographen.
regulierenden Apparat auf der linken Seite. Unten ſtehen einige von den Walzen, welche zur Aufnahme des Geſprochenen dienen. Wie dieſe Aufnahme erfolgt, das zeigt dann die Fig. 159. Der Schall - trichter endigt bei d mit der Glas - platte a, die ihre Bewegungen auf den Grabſtichel b überträgt; m ſchließlich bedeutet die ſich drehende Walze. In der Fig. 160 ſehen wir den Stift b bei der Arbeit; er hat eine wellenförmige Vertiefung in die Walze einge - riſſen. Die Geſtalt dieſes Ein - ſchnittes kann eine ſehr verſchiedene ſein, wie ſie die Fig. 161 zeigt, welche die Buchſtaben A, B, C, D darſtellt. Selbſt wenn die Stärke und die Höhe eines Lautes die - ſelbe bleibt, ſo kommen noch jene Feinheiten hier zum Ausdruck,
Aufnahme von Tönen durch den Phonographen.
232Die elektriſchen Erfindungen.
Die Buchſtaben A, B, C, D in phonographiſcher Schrift.
welche die Stimmen der Menſchen von einander unterſcheiden laſſen.
Zu gleicher Zeit mit Edi - ſon hatten noch andere an der Vervollkommnung ſeines Appa - rates gearbeitet. In einer etwas anderen Richtung als jener iſt dabei E. Berliner vorgegangen, und der von ihm erfundene ſinn - reiche Apparat, das Grammo - phon (Fig. 162), verdient hier ſchon deshalb eine Beſprechung, weil er, ohne in der getreuen Wiedergabe der Sprache an den verbeſſerten Ediſonſchen Phonographen heranzureichen, durch ſeine Einfachheit ſich eine wohlverdiente Ver - breitung verſchafft hat. Der Aufnahme-Apparat iſt hier vom Wieder - gabe-Grammophon etwas verſchieden. Bei dem erſteren wird eine ſehr ebene Zinkplatte B mit einem dünnen Überzuge von Wachsfett bedeckt, welcher durch Ausziehen des Bienenwachſes in Petroleumbenzin hergeſtellt wird. Dieſe Platte ſoll die Schrift aufnehmen und ſie wird dazu um
Grammophon von Berliner.
eine ſenkrechte Achſe gedreht. Das Hörrohr und der Schreibſtift ſind hier etwas anders gegen ein - ander geſtellt, ſo daß der Stift ſeitliche Be - wegungen während des Schreibens ausführt, er kratzt dabei die dünne Wachsſchicht von der Zink - platte fort. Nun ſollte man glauben, daß bei dem fortwährenden Drehen der Stift immer auf derſelben Kreislinie bleiben müßte, aber es iſt dafür geſorgt, daß er etwas nach dem Innern der Scheibe fortſchreitet und ſo eine Spirale be - ſchreibt, von der er freilich kleine Spaziergänge nach rechts und links macht, die durch die Schwingungen der Membran F hervorgebracht werden. Dieſe iſt hier ein Gummiblättchen, der Stift aber beſteht aus der härteſten Metallmiſchung, die wir kennen, nämlich einer ſolchen von Osmium und Iridium. Iſt bei der Aufnahme durch den Stift die Wachs - ſchicht fortgeſchafft, ſo kann nunmehr die Platte durch Chromſäure geätzt werden. Dabei bilden ſich an den vom Überzuge befreiten Stellen Vertiefungen in der Platte, die man bis zu einem gewiſſen Maße treiben kann. Wenn man dann von der Platte einen galvano - plaſtiſchen Abzug herſtellt und dieſen in Hartgummi oder in Wachs, das beſonders präpariert wird, abdruckt, ſo erhält man ſo viele Ver - vielfältigungen der Aufnahmeplatte, als man irgend will, und das iſt ein Vorzug des Grammophons vor dem Phonographen, da deſſen233Der Phonograph.Aufnahmen eine Nachbildung nicht zulaſſen. Die Wiederholung der dem Grammophon diktierten Reden hat gar keine Schwierigkeit. Jede Stopfnadel, in einen Kork geſteckt, kann dazu dienen. Faßt man den Kork loſe an, ſo gleitet die Nadel über die Schrift und hält ſich durch die Reibung gerade über der Spirale. Sie macht alſo genau die Schwingungen durch, welche vorhin der Stift vollführte und teilt durch die Luft unſerem Ohre die längſt verhallte Rede wieder mit. Durch ein Schallrohr läßt ſich der Ton beliebig verſtärken. Die Einfachheit des Grammophons verſchafft ihm allmählich Eingang in Familien, wo er ein allezeit launenloſer Unterhalter iſt. Muſikſtücke, die ihm durch Spiel und Geſang jemals anvertraut wurden, weiß er ebenfalls mit der peinlichſten Genauigkeit wieder von ſich zu geben.
Praktiſche Anwendung dieſer Inſtrumente von beſonderem In - tereſſe ſind freilich bisher nicht gemacht worden — wenn wir von Spielereien abſehen, die von Amerika aus auch auf den europäiſchen Spielwaarenmarkt gelangten, wie jenen ſprechenden Puppen, die vermöge eines in ihrem Innern ſitzenden Phonographen einen früher hineingeſprochenen Satz wiederholen können. Aber er beſitzt für die Wiſſenſchaft einen unſchätzbaren Wert. Wie genau wird man jetzt die Sprachen der verſchiedenen Völker, die jemals und irgendwo er - klungen ſind, nach langer Zeit noch unterſuchen können! Wie wird es möglich ſein, den Aufbau der je von Muſikinſtrumenten oder vom Menſchenmund oder durch die Stimmen der Tiere hervorgebrachten Laute in ihre feinſten Details aufzulöſen und mit welcher Muße wird man ſich dieſem Studium hingeben können, welches ſonſt mit dem ſchwierigen Verſuche begann und endigte! Die Unterſuchung der menſchlichen Sprachen, das Feſthalten ſolcher, die dem Untergange anheimfallen, das ſind die Hauptdienſte, zu denen der Phonograph ſich darbietet.
Aber wie kommen wir gerade hier auf dieſen Apparat zu ſprechen, der doch ſeiner ganzen Natur nach keine elektriſche Erfindung dar - ſtellt, denn der Elektromotor, dem Ediſon die Führung der Phono - graphenwalze übertrug, kann ja ohne großen Schaden auch durch einen anderen Motor erſetzt werden. Wir ſind gerade hier näher auf ihn eingegangen, weil wir durch ihn über die Natur der Laute belehrt worden ſind, deren Übertragung auf weite Fernen eine Aufgabe iſt, für welche die Elektrizität ſich als einzig tauglich erwies. Sie iſt es, die mit ungeheurer Geſchwindigkeit ſich verbreitend, ſich als der pünktlichſte Bote für allerhand Übermittelungen erwieſen hat; auf ſie alſo mußte ſich vor allem das Augenmerk derjenigen Erfinder richten, denen ein Sprechen in weite Fernen als erſtrebenswertes Ziel galt. Der Schall, der in die Luft eindringt, pflanzt ſich wohl auch mit einiger Schnelligkeit fort, da er in drei Sekunden ein Kilometer zurückzulegen vermag. 234Die elektriſchen Erfindungen.Aber jeder weiß, daß er ſchon in geringer Entfernung nur noch un - deutlich vernehmbar iſt, und auf immer weitere Strecken eine direkte Verſtändigung ausgeſchloſſen iſt. Jedermann kennt aber ſchon das Spielzeug der Kinder, durch welches ſie ein beſſeres Verſtehen weit entfernter Schallquellen möglich machen, den geſpannten Hanffaden. Man braucht nur zwei Cigarrenkiſten durch eine hundert Meter lange Schnur zu verbinden und vermag am anderen Ende deutlich das Ticken einer Uhr zu vernehmen, deren Schall in der Luft kaum auf ein Meter[Entfernung] hörbar iſt. Die Hanfſchnur iſt, das ſchließen wir hieraus, ein beſſerer Leiter für den Schall als die Luft. Es ließe ſich vielleicht noch der eine oder andere beſſere Leiter finden, aber auf weitere Ent - fernungen ließ dieſe Methode, Nachrichten zu übermitteln, ſtets im Stiche.
Die Elektrizität, das ahnte man, mußte hierfür vorzüglich geeignet ſein, und ſie war auch längſt zur Übermittelung von Tönen verwendet worden. Man kann, um dies zu zeigen, ſich einfach zweier Stimm - gabeln bedienen. Auch dieſe ſchwingen hin und her, wenn man ſie mit dem Violinbogen ſtreicht, und das iſt die Urſache, weshalb ſie tönen. Man braucht nur den Finger an eine tönende Gabel zu legen und man wird dieſe Schwingungen ſofort fühlen. Man wird eine ſolche Gabel deshalb auch ſo ſtellen können, daß ſie bei ihrem Erzittern einen elektriſchen Strom fortwährend öffnet und ſchließt und ein weit entfernter Eiſenſtab, den der Strom umfließt, wird alſo abwechſelnd zum Magneten werden und ſchnell wieder ſeinen Magnetismus verlieren, und eine Stimmgabel in ſeiner Nähe wird in demſelben Rythmus hin - und herſchwingen, da ſie von dem Magneten in denſelben Pauſen angezogen wird, und wird alſo denſelben Ton wie jenes erſte Inſtrument hervorbringen — allerdings nur dann, wenn ſie genau auf denſelben Ton, wie die vorige Gabel abgeſtimmt iſt. Eine Gabel hat nämlich die Eigentümlichkeit, daß ſie nur immer einen beſtimmten Ton giebt oder höchſtens zweier ganz beſtimmter Töne fähig iſt. Das iſt ein großer Mangel, den ſie den Platten gegenüber beſitzt, welche wir im Phono - graphen bei ihren ſchwingenden Bewegungen ſahen. Ein Ton iſt außer - dem kein Laut und es iſt etwas anderes, die Töne eines Muſikinſtrumentes oder den Klang der menſchlichen Stimme auf Meilenweite zu übertragen. Der Ton jedes Muſikinſtrumentes erſcheint unſerem Ohre härter wie der Stimmlaut, der durch viele Nebentöne und