Von Dionysius Papin bis James Watt.

Wir wenden uns nunmehr dem zweiten Abschnitt der vor James Watt liegenden Entwicklung der Dampfmaschine zu. Derselbe steht durchaus im Namen Dionysius (Denis) Papins. Er unterscheidet sich von dem ersten, Jahrtausende umfassenden Abschnitt dadurch, daß an die Stelle des Tastens und unsicheren Suchens allmählich ein zielbewußtes, auf das gewissenhaft ausgeführte und zutreffend beurteilte Experiment gestütztes Streben tritt.

Wohl war das Ventil, der in dem Zylinder bewegliche Kolben, die Expansions- und Druckkraft des Dampfes und die Kondensation des Dampfes bekannt. Auch war bereits der Vorschlag gemacht worden, die Expansionskraft des explodierenden Pulvers zur Bewegung eines Kolbens zu benutzen. Allen diesen Tatsachen gegenüber, von denen übrigens nicht feststeht, inwieweit sie Papin bekannt waren, besteht dessen großartiges Verdienst darin, daß er den ersten erfolgreichen Schritt auf dem Wege zur Herstellung der Dampfmaschine im Sinne der Jetztzeit tat.

Nachdem Papin, wie wir auf S. 57 berichteten, sich mit der Erforschung des Wesens des Luftdrucks beschäftigt hatte und das Ergebnis derselben in einer Huygens gewidmeten Schrift im Jahre 1674 niedergelegt hatte, ging er dazu über, auch die Natur des Wasserdampfes zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind niedergelegt in der im Jahre 1681 in London erschienenen Schrift: „A New Digester or Engine for softning Bones, containing the Description of its Make and Use in Cookery, Voyages at Sea, Confectionary, Making of Drinks, Chymistry and Dying etc.“

Der in dieser Schrift beschriebene Digester ist der bekannte in Abb. 20 dargestellte Papinsche Topf. Bis auf den heutigen Tag ist derselbe als sparsame und zweckdienliche Kochvorrichtung im Gebrauch, aufgebaut auf der Abhängigkeit des Siedepunktes vom Druck.

Für die Entwicklung der Dampfmaschine ist diese Schrift nicht nur wegen der erweiterten Kenntnis des Wesens des Wasserdampfes von hohem Wert, sondern auch um deswillen, weil hier, wie unsere Abbildung erkennen läßt, das so überaus wichtige Sicherheitsventil mit veränderlicher Belastung zuerst in die Erscheinung tritt. In Abb. 20 ist dasselbe mit LMN bezeichnet. Im Jahre 1681 machte Huygens den Vorschlag, die Gase des explodierenden Pulvers zum Auftrieb eines in einem Zylinder beweglichen Kolbens zu verwenden und alsdann die Gase zu kondensieren. Die Abwärtsbewegung des Kolbens sollte durch den Überdruck der Luft bewirkt werden[43].

Inzwischen ruhte auch in England die Erfindertätigkeit nicht. Das Jahr 1681 brachte die Gewährung zweier Patente, die, wenn auch nicht als Dampfmaschinenpatente benannt, dennoch von uns erwähnt werden müssen.

Abbildung 20. Papinscher Topf. Aus „A New Digester“. London, 1681.

Es ist dies das Patent Nr. 212 vom 25. Juni 1681. Dasselbe ist an William Pawley und Edward Dallow erteilt und betrifft einen neuen Weg oder Kunst zum Entwässern von Bergwerken. Das zweite Patent ist am 19. August 1681 unter Nr. 215 an John Joachim Becher, Henry Serle, Henry Vincent, John Weale und Samuel Weale erteilt und betrifft eine Maschine, um Wasser zu heben und in den größten Mengen aus Bergwerken und aus den größten Tiefen hinauszufördern mit großem Erfolg und geringem Aufwand an Arbeit.

Im Jahre 1682 machte Hautefeuille den bemerkenswerten Vorschlag, an Stelle der Pulvergase Alkoholdämpfe als Treibmittel für den Kolben zu benutzen. Der Alkohol sollte abwechselnd verdampft und kondensiert werden[44].

Auch in diesem Jahre wurden mehrere hier zu erwähnende englische Patente erteilt: Nr. 218 vom 12. Mai 1682 John Tredenham, Charles Vivian, John Threwren, William Harris: Eine neue Maschine, um Wasser auf leichtere und vorteilhaftere Weise zu heben als bisher, die sich zum Gebrauch für die Entwässerung der Zinngruben von Cornwall und anderer Bergwerke eignet; Nr. 219 vom 16. Juni 1682 Robert Aldersey: eine Maschine, um schneller und leichter Wasser aus den größten Tiefen zu heben.

Im Jahre 1683 verfaßte dann der bereits auf S. 57 erwähnte Sir Samuel Morland eine Schrift[45] über das Heben von Wasser durch Maschinen aller Art.

Diese Schrift wird im Manuskript in der Harleiansammlung des Britischen Museums zu London aufbewahrt. Hier heißt es:

„Die Prinzipien der neuen Kraft des Feuers, im Jahre 1682 von dem Ritter Morland erfunden und im Jahre 1683 Seiner christlichen Majestät unterbreitet.

Wird Wasser mit Hilfe des Feuers verdampft, so nehmen diese Dämpfe sofort einen größeren Raum ein (ungefähr das Zweitausendfache), als das Wasser zuvor einnahm, und werden, wenn man ihnen keinen Ausweg bietet, sogar ein Kanonenrohr zersprengen. Werden sie aber nach der Lehre vom Gleichgewicht geleitet und nach den Regeln der Wissenschaft behandelt, so werden sie friedlich (wie gute Lastpferde) ihre Bürde tragen und auf diese Weise der Menschheit großen Nutzen stiften, insbesondere beim Heben von Wasser gemäß der folgenden tabellarischen Zusammenstellung, welche die Zahl von Pfunden angibt, die in einer Stunde 1800mal um 6 Zoll gehoben werden können mittels zur Hälfte mit Wasser gefüllter Zylinder“.

ZylinderZu hebendes Gewicht in Pfunden

Durchmesser in FußenHöhe in Fußen

12 15

24 120

36 405

48 960

510 1875

612 3240

Zahl der Zylinder von 6 Fuß Durchmesser und 12 Fuß Höhe 1 3240

2 6480

3 9740

412960

516200

619440

722680

825920

929160

1032400

Aus dem Gesagten geht hervor, daß Morland ziemlich umfangreiche Versuche angestellt hat. Wenngleich die Wirkungsweise des Dampfes in den Zylindern nicht angegeben ist, so liegt doch die Auffassung nahe, daß Morland sich an die Vorrichtung des Marquis of Worcester angelehnt hat und daß das Wasser in die Zylinder hineingelassen und mittels des Druckes des Dampfes aus diesen hinausgepreßt wurde.

Während seines Aufenthaltes in Frankreich verfaßte dann Morland noch ein anderes größeres Buch über das Heben von Wasser. In diesem Buche ist aber nichts von der Verwendung der Dampfkraft enthalten.

Morland starb im Jahre 1696.

In den Jahren 1684–1687 führte Papin als Curator of Experiments der Londoner Royal Society zahlreiche Versuche aus, die sich zum Teil auf die Verwertung des Luftdrucks bezogen. Auf Grund dieser Versuche schlug er vor, in einem Zylinder einen Kolben auf- und abwärts verschiebbar anzuordnen und die unterhalb des Kolbens befindliche Luft durch eine Luftpumpe abzusaugen, infolgedessen dann der Kolben unter dem Überdruck der Atmosphäre abwärts bewegt wurde[46].

Da die Royal Society diesen Vorschlag nicht annahm, leistete Papin einem Ruf des Landgrafen Karl von Hessen als Professor der Mathematik an der Universität Marburg Folge.

Hier setzte er seine Versuche, eine Luftdruckmaschine zu erbauen, fort. Hierbei kam er bald auf den Plan, die von Huygens ausgenutzte Kraft der Pulvergase durch die Expansivkraft des Wasserdampfes zu ersetzen.

Seine diesbezüglichen Arbeiten wurden unter dem Titel „Nova methodus ad vires validissimas levi pretio comparandas“ (Neues Verfahren, um die größten Kräfte auf billige Weise zu erzielen) im August 1690 in den „Actis Eruditorum“ und in dem „Fasciculus dissertationum de novis quibusdam Machinis atque aliis argumentis philosophicis quorum seriem versa pagina exhibit authore Dionysio Papin“ (Marburg 1695) veröffentlicht.

Hier geht Papin von der Beobachtung aus, daß bei den Pulvermaschinen unterhalb des Kolbens sich die zum Hinabdrücken des Kolbens erforderliche Luftleere nicht erzielen läßt. Er fährt dann wörtlich wie folgt fort:

„Ich habe daher versucht, denselben Erfolg auf einem anderen Wege zu erreichen: Da das Wasser die Eigenschaft besitzt, nachdem es durch Feuer in Dampf verwandelt ist, eine federnde (elastische) Kraft wie die Luft zu besitzen und später unter der Einwirkung von Kälte sich wieder so vollkommen in Wasser zu verwandeln, daß es keinerlei federnde Kraft mehr besitzt, glaubte ich, daß sich mit Leichtigkeit Maschinen bauen lassen, in denen das Wasser unter mäßigem Wärmeaufwand und mit geringen Kosten jene völlige Luftleere hervorbringt, die sich mit Hilfe des Schießpulvers niemals erzielen ließ. Unter allen denjenigen Vorrichtungen, die zu diesem Zwecke ersonnen werden können, scheint mir die nachstehend beschriebene am geeignetsten.

AA (Abb. 21) ist ein Rohr, das überall denselben lichten Durchmesser besitzt und an seinem unteren Ende dicht verschlossen ist. BB ist ein dem Rohre angepaßter Kolben. DD ist eine an dem Kolben befestigte Stange. E ist ein eiserner Stab, der um F drehbar ist. G ist ein elastisches Blättchen, das auf die Stange E derart drückt, daß diese in die Öffnung H der Kolbenstange DD hineingepreßt wird, sobald der Kolben und die Kolbenstange so weit in dem Zylinder nach oben gelangt sind, daß die Öffnung H der Kolbenstange oberhalb des Deckels II liegt. L ist ein im Kolben befindliches Loch, durch welches die Luft aus dem unteren Teile des Rohres AA entweichen kann, wenn der Kolben in dem Rohre nach unten gedrückt wird.

Abbildung 21. Papins erste Dampfmaschine. Aus: Fasciculus Dissertationum. Marburg 1695.

Die Benutzung der Maschine erfolgt nun in nachstehend beschriebener Weise: In das Rohr AA wird eine kleine Menge Wasser, etwa 3 bis 4 Linien hoch, eingebracht und der Kolben so weit abwärts geführt, daß eine Kleinigkeit des in den Hohlraum eingebrachten Wassers durch das Loch L empordringt. Hierauf wird dieses Loch L durch den Stab MM verschlossen. Hierauf wird der mit den erforderlichen Öffnungen versehene Deckel II aufgebracht, und nachdem man dann ein mächtiges Feuer angefacht hat, erwärmt sich das aus dünnem Metall hergestellte Rohr. Das in diesem enthaltene Wasser verwandelt sich in Dampf und übt einen so starken Druck aus, daß es den Druck der Atmosphäre überwindet und den Kolben BB so weit emporhebt, bis die Öffnung H der Kolbenstange DD über den Deckel gelangt und der Stab E mit einigem Geräusch von dem elastischen Blättchen G in die genannte Öffnung H hineingestoßen wird. Nun muß sofort das Feuer beseitigt werden. Die Dämpfe, die in dem dünnwandigen Rohre enthalten sind, werden unter dem Einfluß der Kälte in kurzer Zeit wieder in Wasser verwandelt. Der Stab E wird nun aus der Öffnung H hinausgezogen und gestattet also der Kolbenstange den Abstieg. Zugleich wird auch der Kolben BB unter dem vollen Druck der Atmosphäre nach unten gedrückt. Hierbei erfolgt diese beabsichtigte Bewegung um so energischer, je größer der lichte Durchmesser der Röhre ist. Es steht außer Zweifel, daß der Atmosphärendruck seine ganze Kraft in derartig ausgestatteten Röhren zu äußern vermag.“

Papin ist also hier mit voller Absichtlichkeit dazu übergegangen, die Verdichtung des Dampfes und die dadurch bewirkte Luftleere zum Antrieb einer Kolbenmaschine zu benutzen.

Als Verwendungszweck seiner Maschine gibt Papin an: die Förderung von Wasser und Erz aus den Bergwerken, das Schleudern eiserner Kugeln auf weiteste Entfernungen hin, den Antrieb von Schiffen gegen den Wind. Sonstige Möglichkeiten der Verwendung werden sich nach Papins Meinung von Fall zu Fall von selbst ergeben.

Papin hatte vor allem die Verwendung seiner Maschine zum Antrieb von Schiffen im Auge. Er hatte nämlich während seines Londoner Aufenthalts ein dort auf Befehl des Pfalzgrafen Rupert erbautes Schiff gesehen, das mit Schaufelrädern ausgestattet war, die mittels eines durch Pferde bewegten Göpels angetrieben wurden. Dieses Schiff hatte die mit 16 Ruderern besetzte Barke des Königs an Schnelligkeit weit überholt. Papin schlug vor, die gezahnten Kolbenstangen von drei oder vier der von ihm erfundenen Zylinder in Zahnräder eingreifen zu lassen, die auf der Welle der Schaufelräder angebracht waren. Dieser Eingriff sollte abwechselnd geschehen, um ununterbrochen drehende Bewegung der Welle zu erzielen. Die Triebräder sollten sich, wenn die Kolben aufwärts gingen, auf der Achse lose drehen, um aber dann, wenn sie auf die Achse einwirken sollten, mittels Sperrklinken anzugreifen.

Papin erblickte die größte der Verwertung seiner Erfindung entgegenstehende Schwierigkeit in der Herstellung hinreichend großer Zylinder, glaubte aber, daß sich die Überwindung dieser Schwierigkeit bezahlt machen werde, da die Zylinder zu den verschiedensten Zwecken dienen könnten.

Des allgemeinen Interesses halber möge hier eingeschoben werden, daß sich Papin in der folgenden Zeit u. a. mit Erfolg dem Bau eines Unterwasserbootes widmete, der ihn bis zum Mai 1692 in Anspruch nahm. Um diese Zeit wendete sich Papin allmählich wieder der Dampfmaschine zu, indem er zunächst bestrebt war, Verbrennungseinrichtungen zu schaffen, die eine tunlichst weitgehende Ausnutzung der Brennstoffe ermöglichten. Die Anregung hierzu erhielt er von dem Grafen von Sayn-Wittgenstein.

Papin gelangte bei seinen Untersuchungen über das Wesen der Verbrennung fast 100 Jahre vor der Entdeckung des Sauerstoffes zu Auffassungen, die auch jetzt noch als für den Bau von Feuerungsanlagen maßgeblich gelten. Die zur vollständigen Verbrennung erforderliche Luftmenge wollte Papin mittels Zentrifugalventilators dem Brennstoff zuführen. Hierbei trug er schon dem Umstand Rechnung, daß ein Übermaß von zugeführter Luft schädlich wirken muß. Auch wärmte er die zugeführte Luft vor.

Weitere Anregungen erhielt Papin in den Jahren 1692 und 1693 durch die Grafen Zinzendorf und Solms, deren Bergwerke außerordentlich unter dem Andrange von Wasser zu leiden hatten. Dem erstgenannten empfahl er die Aufstellung einer atmosphärischen Dampfmaschine.

Der Landgraf von Hessen beauftragte inzwischen Papin mit den verschiedenartigsten Versuchen und mit der Beantwortung der verschiedenartigsten Fragen. Eine im Jahre 1697 gestellte Frage bezog sich auf die Ursachen des Salzgehaltes der salzigen Quellen. Diese Frage konnte beantwortet werden, sofern es gelang, größere Mengen Wasser auf große Höhen zu heben. Hierzu aber erschien am geeignetsten die Gewalt des Feuers.

Inzwischen ließen die in England erteilten Patente erkennen, daß man auch dort den Vorrichtungen zum Heben von Wasser andauernd ein lebhaftes Interesse entgegenbrachte. Wenngleich aus den veröffentlichten Patentschriften nicht unmittelbar zu ersehen ist, daß sie die Verwendung der Dampfkraft betreffen, so ist doch die Art und Weise, in welcher die betreffenden Vorrichtungen gekennzeichnet werden, in hohem Maße geeignet, die Auffassung zu erwecken, daß es sich um Wasserhebevorrichtungen handelt, die sich in den Bahnen, die der Marquis of Worcester gewiesen hatte, bewegten.

Am 11. Januar 1692 erhielt Thomas Gladwyn das Patent Nr. 287 auf eine neue Maschine, um Wasser (besser als mittels Kettenpumpen) aus Schiffen herauszupumpen, Feuer auf Schiffen und in Häusern zu löschen und Bergwerke zu entwässern.

Des weiteren sind hier folgende Patente zu nennen: Nr. 312 vom 31. Januar 1693, erteilt an Marmaduke Hudgeson: ein Motor, Anlage oder Maschine, um Wasser und andere Flüssigkeiten in den größten Mengen zu heben und fortzuführen, und zwar aus den größten Tiefen zu den höchsten Höhen, ohne die Kräfte von Menschen, Pferden, Wind, Strömung zu benutzen. Nr. 321 vom 27. April 1693, erteilt an John Bushnell: Verfahren, um Flüsse, Häfen, Kanäle usw., welche mit Sand und Schlamm angefüllt sind, auszuspülen. Nr. 324 vom 19. September 1693, erteilt an Cornelius Losvelt: eine neue Maschine zum Heben von Wasser, Waren und anderen Dingen durch einen künstlichen Zufluß und Rückfluß (flux and reflux) von Wasser.

Nr. 327 vom 24. November 1693, erteilt an John Poyntz: Verschiedene Instrumente aus Holz, Eisen, Stahl und anderen Stoffen, um Wasser sowohl aus stehenden wie fließenden Gewässern zu heben und ständig im Lauf zu erhalten für Fabrikzwecke.

Nr. 338 vom 13. Dezember 1694, erteilt an Nicholas Barbon: Neue Maschine und Verfahren, um Wasser aus der Themse oder anderen Flüssen, die innerhalb der Ebbe und Flut liegen, zu heben ohne Hilfe von Pferden oder anderen Tieren.

Nr. 348 vom 24. Januar 1696, erteilt an Jones: Eine Maschine, die an Leichtigkeit und Schnelligkeit und Kraft ihrer Bewegung alle bisher gebräuchlichen Maschinen zum Entwässern von Gruben, zum Betriebe von Gebläsen der Metallhammerwerke und Metallschmelzwerke übertrifft und verwendbar ist, um beim Fehlen von Windkraft und Wasserkraft die Nachteile der Windstille und des Wassermangels von den Fabrikanlagen fernzuhalten.

Nr. 349 vom 6. März 1696, erteilt an Samuel Buttall: Ein neues Verfahren und Maschine, um Wasser aus Gruben, Schiffen usw. durch Röhren zu entfernen.

Nr. 355 vom 19. Juli 1698, erteilt an John Yarnald: Maschine zum Entwässern von Bergwerken, Morästen usw. und zur Wasserversorgung von Städten, Dörfern und Häusern.

In demselben Jahre wurde ein Patent erteilt, das ausdrücklich angibt, daß es sich um die Verwendung von Feuer handelt, und das einen Markstein in der Entwicklung der Dampfmaschine bildet. Dasselbe (Nr. 356) ist unter dem 25. Juli 1698 an Thomas Savery erteilt und betrifft „Eine neue Erfindung zum Heben von Wasser und zur Hervorbringung von Bewegung (Antrieb) für alle Arten von Fabriken durch die Triebkraft des Feuers, welche von großer Wichtigkeit sein wird für die Trockenlegung von Bergwerken, zur Wasserversorgung von Städten und für den Betrieb von Fabriken aller Art, welche sich keiner Wasserkraft oder ständiger Kraft der Winde erfreuen“.

Savery führte am 14. Juni 1699 der Royal Society ein Modell seiner Maschine vor. Die Verhandlungen der Gesellschaft (1699, Nr. 253, Bd. 21) berichten hierüber kurz wie folgt: „Herr Savery unterhielt am 14. Juni 1699 die Gesellschaft, indem er eine Maschine vorzeigte, die Wasser mit Hilfe der Kraft des Feuers hob. Er erhielt den Dank der Gesellschaft für seine Vorführung, die den Erwartungen entsprach und Beifall fand.“

Papin, der zu jener Zeit mit der Vervollkommnung seiner Dampfmaschine beschäftigt war, erhielt, wie Gerland[47] berichtet, von Dr. Slare aus London eine briefliche Mitteilung, welche sich offenbar auf die Saverysche Maschine bezog und im Gegensatz zu dem soeben Gesagten ausführte, daß in Gegenwart einer Parlamentskommission eine Maschine versucht worden sei, die Wasser mit Hilfe von Feuer hob, jedoch mit durchaus unzureichendem Erfolg.

Um nach Ablauf des auf 14 Jahre erteilten Patents nicht der Früchte seiner Arbeit verlustig zu gehen, erhielt Savery auf Antrag im Jahre 1699 jenes Patent durch Parlamentsakte auf weitere 21 Jahre verlängert.

Bevor wir auf die Saverysche Maschine des näheren eingehen, müssen wir noch einige Anwendungen der Dampfkraft für Zwecke der Bewegung anführen, die in das letzte Jahrzehnt des 17. Jahrhunderts fallen.

Diese sollen durch Grimaldi und Periera im Jahre 1694 zu Peking vor dem Kaiser Chang Hi erfolgt sein[48], und zwar zum Antrieb eines Wagens und eines Schiffes. Erstere geschah wie folgt: Auf einem leichten hölzernen Wagengestelle wurde ein Kohlenfeuer unterhalten, oberhalb dessen sich eine Äolipile befand, deren Dampfstrahl gegen ein Schaufelrad prallte und dieses in Drehung versetzte. Von diesem Rade führte eine Treibstange zu der einen Achse des Wagens, der hierdurch in Bewegung gesetzt wurde. Da für den Vorwärtsgang des Wagens genügender Raum nicht zur Verfügung stand, waren Einrichtungen getroffen, die den Wagen im Kreise fahren ließen. Das Schiff trug zwei Äolipilen, durch welche unter Vermittlung von Schaufelrädern, von denen je eins vor jeder Äolipile angebracht war, vier Ruderräder angetrieben wurden.

Im Jahre 1699 schlug Guillaume Amontons eine als „Feuerrad“ benannte Rotations-Dampfmaschine vor. Dieselbe ist in Abb. 22 dargestellt und war nach Leupolds Theatrum Machinarum Generale (Leipzig 1724) § 397 wie folgt gedacht:

„Amontons Rad, durch Feuer, Wasser und Lufft eine große Krafft und Vermögen zu schaffen.

Der Inventor ist der sonst durch seine besondere Mechanische Erfindungen und Schrifften genugsam bekannte Amontons, dessen bey der Friction schon Meldung gethan worden. Er calculiret und gibt vor, daß man mit dieser Machine so viel thun könne, als 39 Pferde oder 234 Menschen, und daß sie aller Orthen und allezeit einerley Effect behalte.

Die Beschreibung ist diese:

ABDEF usf. sind metallene Kasten, welche aller Orten fest verschlossen sind, bis auf eine Röhre, diese Kasten sind voll Lufft ABCDE etc. etc. K ist ein Feuer, welches die Lufft im Kasten A erwärmt und expandiret, daß solche einen Ausgang suchen muß, und durch die Röhre H hinaustritt in den Siphonem JJ und presset das Wasser, treibt das Ventil in 18 zu, und stößet die Ventile 7, 8, 9 auf, und treibet das Wasser gegen Y, nachdem nun das Wasser von unten hinaufgestiegen, und das Rad auf dieser Seite schwehrer gemacht, muß es nothwendig von B nach A heruntergehen, und kommt der Kasten A ans Feuer, MN aber ins Wasser, und also ferner mit allen Kasten.

Abbildung 22. Amontons Feuerrad. Aus: Leupold, Theatrum Machinarum Generale. Tab. 53, Fig. 2. (Die horizontale Schraffur deutet Wasser an.)

Das Rad soll im Diametro von 20, 24 bis 30 Fuß seyn, und die Tiefe 12 Fuß. Wenn die Hitze in AB einem siedenden Wasser gleich, so würde sie so viel als 39 Pferde thun. Eine weitläuftige Beschreibung hiervon zu geben, erachte ich nicht nöthig, weil man schon ziemlichermasen die Methode sehen kann, und ad praxin zu bringen, sich's keiner unterstehen wird, selbe zu verfertigen; denn ich halte es vor unmöglich, solche accurat nachzumachen, und wenn es auch wäre, würde die Arbeit und Mühe noch grösser seyn, die Fehler zu finden und solche zu repariren.

Inzwischen bin dadurch bewogen worden eine gantz leichte und simple Art, die viel stärcker arbeiten muß, zu erdenken. Ich werde mir aber ausbitten solche nicht eher zu communiciren, bis genugsame Proben damit abgeleget; und habe ich nur wegen der Zeit noch eines oder das andere zu untersuchen. Ich glaube zwar, daß Amontons Machine soviel Kraft gehabt hat als 37 Pferde: ob die Pferde aber in einem Tage mehr thun können als das Rad? ist eine andere Frage. Denn ich kan zwar ein Heb-Zeug machen, da ich mehr heben kan als 100 Mann; alleine, wenn die 100 Mann mit mir zugleich einen Tag arbeiten solten, würde es mit mir übel aussehen; denn was sie einen Tag machten, müßte ich 100 Tage dazu haben, und weil die Kasten 6 Fuß tieff seyn sollen, und 12 breit, so gehöret viel Zeit dazu, ehe einer erwärmet wird, absonderlich weil solche wegen der ungeheuren Größe und Gewalt des Feuers und Lufft auch stark von Metall seyn müssen.“

Das von Leupold verbesserte Amontonssche Feuerrad ist in Abb. 23 dargestellt und war wie folgt geplant:[49]

„Nachdem ietzo bey dem Druck die fünffzigste Tafel noch beygebracht, so habe nebst diesem resolviret, dennoch einen Entwurff von meinem Feuer-Rad zu geben, doch nur in so weit, daß man die Art sehen kan, wie es tractiret wird, und von des Amontons unterschieden ist. Die Figur stehet in Profil, da a ein Umschweiff von Meßing oder Kupffer in die 8 bis 9 Zoll tieff und 12 Zoll breit ist, daß dieser Umschweif und Kasten justement in 12 Theile oder besondere Kästen abgeteilet, und jeder wohl verwahret, daß keine Lufft, ohne durch eine besondere Röhre, die jeder Kasten hat, heraus, und in einen anderen daran befestigten Kasten weichen kann, wie bey A die Röhre bc ist, und mit dem Theil c in dem anderen Kasten stehet; dieser Kästen sind gleichfalls zwölf, und auch verwahret, daß weder Wasser noch Lufft weichen kann, ohne durch die Röhre die von dar durch's Centrum des Rades in einem andern gegenüber stehenden Kasten gehet, und ist hier die Röhre aus dem Kasten cde, die äußerlichen Kästen Afghil etc. etc. haben nur blose Lufft in sich, von den inwendigen zwölffen sind aber derer sechs mit Wasser gefüllet. Die zwei Umschweiffe oder 24 Kästen nebst denen 12 Röhren sind wohl und genau mit einander verbunden, und in ein Gehäuse und Welle gefasset, wie ein ordinair Wasser-Rad. Anstatt des Wassers aber ist bei C ein Ofen also angerichtet, daß das Feuer die drey Kästen von K bis n mit seiner Flamme bestreichet, und dadurch die Lufft in denen gemeldeten Kästen erwärmet, verdünnt und ausbreitet, daß solche durch die kleinen krummen Röhren in die Wasser-Kästen tritt, und das Wasser in die gegenüber stehenden Kästen treibt; als das Wasser aus o gehet durch die Röhre pq im Kasten m, aus c durch de im Kasten r, und so fort an. Und auf solche Art wird das Rad bey dem Feuer allezeit leichter, und gegenüber schwehrer; also wenn das Rad genugsam Grösse hat, und das Feuer vollkommene Stärke, sehr große Gewalt kan damit effectuiret werden, ja wo alles wohl observiret wird, es allen Machinen wo nicht zuvor, doch gleich thun kan. Und ist nur das größte Impediment, daß solche Machine noch nicht in grossen aufgerichtet, die grosse Consumtion des Holtzes, welches ohnedem überall mangelt. Deswegen ich auch solche Invention bereits nun etliche Jahre ruhen lassen.“

Abbildung 23. Leupolds verbessertes Amontonssches Feuerrad. Aus: Leupold, Theatrum Machinarum Generale, Tab. 50, Fig. 11.

In demselben Jahre, 1698, in welchem Savery ein Patent auf seine Dampfmaschine erhielt, hatte Papin den Auftrag empfangen, bei Kassel eine Pumpe aufzurichten, die mit Hilfe der Kraft des Feuers Wasser aus der Fulda pumpen sollte. Bis Ende August 1698 hatte er festgestellt, daß er durch die Ausdehnung des Dampfes das Wasser auf eine Höhe von 70 Fuß heben könne und daß bei geringer Vermehrung der Wärme dieser Betrag sich noch erhöhen lasse. Diese Feststellung war aber um die Hälfte zu hoch, wie Papin später selbst erkannte. Wie dieser am 13. März 1704 an Leibniz schrieb, war die Maschine aus zwei Gefäßen zusammengesetzt, die unter Zwischenschaltung eines Hahnes miteinander in Verbindung standen. Das eine dieser Gefäße wurde mit Hilfe der Kondensation des Dampfes evakuiert und dann durch den äußeren Luftdruck mit Wasser gefüllt, während das in dem zweiten Gefäß befindliche Wasser durch Dampfdruck emporgeschafft wurde. Leider riß der Eisgang der Fulda die Maschine fort. Da außerdem andere Aufgaben seiner harrten, ließ Papin seine auf die Ausnutzung der Dampfkraft abzielenden Arbeiten vorläufig ruhen.

Inzwischen war Savery eifrigst bestrebt, seine Maschine zu vervollkommnen. Ihr wesentlichster Übelstand bestand darin, daß sie keinen ständigen, ununterbrochenen Betrieb ermöglichte, da, wenn der Dampfinhalt des Dampfkessels verbraucht war, gewartet werden mußte, bis wieder eine hinreichende Menge Dampf zur Verfügung stand. Den ununterbrochenen Betrieb erzielte Savery in der Weise, daß er neben dem eigentlichen Betriebsdampfkessel einen kleineren Kessel aufstellte, aus welchem in jenen warmes Wasser hinübergedrückt wurde.

Savery war nebenbei außerordentlich rührig und eifrigst bestrebt, die Vorzüge seiner Maschine weitesten Kreisen näher zu bringen. Zu diesem Zwecke veröffentlichte er im Jahre 1702 eine mit Abbildungen ausgestattete Druckschrift: The Miners Friend[50]. Als Motto setzte er derselben das Wort Senecas vor: Pigri est ingenii contentum esse his, quae ab aliis inventa sunt: Ein träger Geist begnügt sich mit dem, was andere erfanden.

Dieses Motto scheint absichtlich gewählt zu sein, weil von verschiedenen Seiten gegen Savery der Vorwurf erhoben wurde, er sei lediglich ein Nachahmer des Marquis of Worcester. Dem trat er sehr entschieden entgegen, indem er behauptete, er habe seine Erfindung dem Zufall zu verdanken. Einst habe er einen in einer Flasche enthaltenen Weinrest erhitzt und die Flasche, nachdem der Wein vollkommen in Dampf verwandelt war, mit ihrem Halse in kaltes Wasser getaucht. Hierbei sei das Wasser in der Flasche emporgetrieben worden, eine Beobachtung, die er dann in seiner Maschine praktisch verwertet habe.

Die Druckschrift „The Miners Friend“ ist dem König gewidmet, dem Savery ein kleines Modell seiner Maschine in Hampton Court vorgeführt hatte, ferner der Royal Society und den Bergwerksbesitzern Englands. Die in derselben abgebildete und beschriebene Maschine weist die in Abb. 24 dargestellte verbesserte Anordnung auf. In dem zweiten Kapitel der Druckschrift sind die verschiedenen Verwendungsgebiete der Maschine aufgeführt: Betrieb von Mühlen, Wasserversorgung von Palästen und Edelsitzen von einem im Dachstuhl aufgestellten Behälter aus; Wasserversorgung von Städten; Entwässerung von Sümpfen und Mooren; Entwässerung der Bergwerke. Auch für Schiffe empfiehlt Savery seine Maschine, ohne jedoch anzugeben, in welcher Weise. Er geht auf diese Verwendungsart nicht näher ein, sondern überläßt dieselbe den Fachleuten.

Abbildung 24. Saverys Dampfmaschine. Aus: The Miners Friend.

Im dritten Kapitel wird angegeben, in welcher Art die Maschine für die vorgenannten Verwendungszwecke anzuordnen ist.

Den Schluß bildet ein sehr eingehendes Zwiegespräch zwischen dem Erfinder und einem Bergwerksbesitzer, in welchem ersterer die gegen die Maschine erhobenen Bedenken entkräftet.

Die der Maschine (Abb. 24) gewidmete Beschreibung hat folgenden Wortlaut:

„Eine Beschreibung des Ganges der Maschine zum Heben von Wasser durch Feuer.

B₁ B₂ sind zwei Feuerungen.

C ist der Schornstein oder die Esse.

D ist der kleine Kessel.

E ist dessen Dampfrohr mit Hahn.

F ist die Verbindungsmutter zwischen Kessel und Dampfrohr.

G ist ein enges Rohr mit Hahn, das in das Innere des Kessels bis 8 Zoll über dem Boden hineinragt.

H ist ein weiteres Rohr, das auf dieselbe Tiefe hinabragt.

I ist ein Ventil in dem Rohre H.

K ist ein Rohr, das von dem Gehäuse dieses Ventils in den großen Kessel, etwa einen Zoll tief, hineinführt.

L ist der große Kessel.

M ist eine Schraube mit der Reguliervorrichtung.

N ist ein enges Rohr mit Hahn, das bis zur Hälfte in den großen Kessel hineinragt.

O₁ O₂ sind Dampfrohre, deren eines Ende mit der Reguliervorrichtung, deren anderes Ende mit den Zwischenbehältern (Receivers) verschraubt ist.

P₁ P₂ sind die sogenannten Receivers.

Q sind Schrauben, mittels welcher die Rohrleitungen und Ventile an der Vorderseite der Maschine angebracht werden.

R₁ R₂ R₃ R₄ sind Rotgußventile, die mit Schrauben versehen sind, um sie bei Gelegenheit öffnen und zugänglich machen zu können.

S ist das Druckrohr.

T ist das Saugrohr.

X ist ein Wasserbehälter.

Y ist ein Hahn am Boden dieses Wasserbehälters.

Z ist der Handhebel der Reguliervorrichtung.

Wie die Maschine zu handhaben ist.

Zunächst ist erforderlich, daß die Maschine in einen guten Doppelofen eingebaut wird, der so eingerichtet ist, daß die Flamme Ihres Feuers rundherum streichen und beide Kessel ebenso gut befeuern kann, wie dies bei den Braupfannen der Fall ist. Bevor Sie das Feuer anfachen, öffnen Sie die beiden an den Kesseln angebrachten Hähne G und N. Sodann füllen Sie den großen Kessel L zu zwei Drittel mit Wasser und den kleinen Kessel D ganz voll Wasser. Sodann verschließen Sie die Hähne G und N so fest wie möglich. Nunmehr setzen Sie die Feuerung B₁ in Gang. Wenn das Wasser im Kessel L kocht, müssen Sie den Handhebel Z so weit als möglich von sich fortdrehen. Infolgedessen strömt der gesamte aus dem Wasser in L sich entwickelnde Dampf mit unwiderstehlicher Gewalt durch O₁ nach P₁, hierbei mit Geräusch alle Luft durch das Ventil R₁ hinaustreibend. Und wenn alle Luft hinausgezogen ist, wird der Boden des Gefäßes P₁ sehr heiß werden. Dann ziehen Sie den Handhebel der Reguliervorrichtung zu sich heran. Hierdurch schließen Sie O₁ ab und Sie treiben den Dampf durch O₂ nach P₂, bis dieses Gefäß die in ihm enthaltene Luft durch das Ventil R₂ zu dem Druckrohr übertreten ließ. Inzwischen ist, da der Dampf in dem Gefäß P₁ sich niederschlug, ein Vakuum oder eine Luftleere erzeugt. Infolgedessen muß das Wasser mit Notwendigkeit durch das Saugrohr T emporsteigen, wobei es das Ventil R₃ anhebt und das Gefäß P₁ füllt.

Inzwischen ist das Gefäß P₂ der in ihm enthaltenen Luft entledigt, und nunmehr drehen Sie den Regulatorhebel wiederum von sich fort. Alsdann ruht Druck auf der Oberfläche des Wassers in P₁, die durch den Dampf erwärmt wird und diesen daher nicht niederschlägt. Der Dampfstrom drückt mit federndem Druck, gleich dem Luftdruck, auf das Wasser und überwindet schließlich das Gewicht der Wassersäule und treibt diese in dem Druckrohr S empor, durch das nun das im Gefäß P₁ enthaltene Wasser sofort hinausbefördert wird. Ist einmal die Maschine im Gange, so ist es für jedermann ein leichtes. auch für den, der niemals die Maschine zuvor gesehen hat, nach einem halbstündigen Probieren, einen ständigen Wasserstrom vom vollen Querschnitt des Rohres S ins Freie zu fördern. Denn an der Außenseite des Gefäßes P₁ werden Sie den Gang des Wassers verfolgen können, wie wenn das Gefäß durchsichtig wäre. Denn das Gefäß ist, soweit der Dampf in demselben steht, vollständig trocken und so heiß, daß man es kaum mit der Hand berühren kann. So weit aber in dem Gefäß das Wasser reicht, ist das Gefäß feucht und kalt, als ob Wasser auf dasselbe hinabgerieselt wäre. Diese Feuchtigkeit und Kälte verschwinden aber, so weit der Dampf das Wasser im Innern des Gefäßes verdrängt. Wenn Sie aber alles Wasser hinausdrücken, so wird der Dampf, und zwar schon eine kleine Menge desselben, indem er durch R₁ hindurchtritt, das Ventil zum Schnarren bringen und hierdurch Euch auffordern, den Regulatorhebel zu Euch heranzuziehen. Sogleich beginnt der Dampf das Wasser aus dem Gefäß P₂ hinauszudrücken, ohne daß der austretende Strahl sich ändert. Nur wird der Wasserstrahl dann etwas stärker ausfallen als bisher, wenn Sie den Regulatorhebel bewegten, bevor eine größere Menge Dampf durch das Ventil R₁ austrat. Aber es ist besser, keinen Dampf austreten zu lassen (denn dies ist mit Kraftverlust verknüpft). Dem kann leicht dadurch vorgebeugt werden, daß man den Regulatorhebel etwas früher bewegt, bevor das Druckgefäß vollständig entleert ist. Ist dies geschehen, so drehe man sofort den Hahn des Kaltwasserbehälters X so, daß er sich oberhalb P₁ befindet. Dieser Hahn ist in der Zwischenstellung geschlossen, jedoch stets offen, wenn er über P₁ oder über P₂ eingestellt ist. Das aus dem Behälter X auf P₁ hinabrieselnde Wasser läßt den Dampf, der soeben noch eine so große Kraft äußerte, sich niederschlagen, infolgedessen Luftleere entsteht. Infolgedessen füllt sich das Gefäß P₁ durch den Druck der äußeren Atmosphäre oder, was dasselbe besagt, durch Saugwirkung, sofort wieder mit Wasser, während sich P₂ entleert. Ist dieses geschehen, so bewege man den Regulatorhebel von sich fort und bringe hierdurch den Dampfdruck in P₁ zur Wirkung. Zugleich wird das Condenswasserrohr über das Gefäß P₂ gebracht. Infolgedessen schlägt sich der in diesem Gefäß befindliche Dampf nieder, so daß dieses Gefäß sich füllt, während sich das andere entleert.

Die Arbeit, die mit dem Drehen der zwei Maschinenteile, nämlich des Regulators und des Kaltwasserhahnes, verknüpft ist, sowie die Wartung der Feuerung, überschreitet nicht das Maß dessen, was ein Knabe täglich leisten kann, und ist ebenso leicht zu erlernen wie das Treiben eines Pferdes an einer Kettenpumpe. Dennoch aber würde ich Erwachsene vorziehen, da bei ihnen mehr Sorgfalt vorauszusetzen ist als bei Knaben. Der Unterschied im Kostenaufwand ist nicht nennenswert und kommt angesichts der großen Vorteile, die der Gebrauch der Maschine mit sich bringt, nicht in Betracht.

Der sachkundige Leser wird hier nun vielleicht den Einwand erheben, daß, da der Dampf die Ursache der Bewegung und der Kraft ist und dieser Dampf nur verflüchtigtes Wasser ist, der Kessel L nach Verlauf einer gewissen Zeit leer werden muß, so daß also der Gang der Maschine unterbrochen werden muß, um den Dampfkessel wieder zu füllen, will man den Boden des Kessels nicht der Gefahr des Verbrennens oder Schmelzens aussetzen.

Als Antwort hierauf bitte ich, sich den Gebrauch des kleinen Kessels D zu merken. Sobald die die Maschine bedienende Person bemerkt, daß es Zeit ist, den großen Dampfkessel wieder zu füllen, dann schneide man durch Drehung des Hahnes des kleinen Kessels E jegliche Verbindung zwischen S, dem großen Druckrohr, und D, dem kleinen Kessel, ab. Macht man dann noch ein kleines Feuer unter B₂, so hat man innerhalb kurzer Zeit mehr Dampfkraft zur Verfügung als aus dem großen Kessel. Denn da der in dem großen Kessel enthaltene Dampf ständig verbraucht wird und hinausgeht, während der Druck in dem anderen Kessel zunimmt, überschreitet der in D herrschende Druck bald den in L; da nun also das in D enthaltene Wasser durch seinen eigenen Dampf gedrückt wird, muß es notwendigerweise sich in dem Rohr H heben, hierbei das Ventil I öffnend und dann durch das Rohr K nach L hinübertretend, bis der Wasserspiegel in D die Unterkante des Rohres H erreicht. Das Zusammentreffen von Dampf und Wasser ergibt die Gewißheit, daß D sich entleert hat nach L hinein bis auf 8 Zoll oberhalb des Bodens. Und da nun in dem Raum zwischen der Spitze von D bis zur Unterkante des Rohres H so viel Wasser enthalten ist, um L um einen Fuß zu füllen, so kann man sicher sein, daß L wiederum um einen Fuß aufgefüllt ist. Dann öffnen Sie den Hahn I und füllen sofort D, so daß ständige Bewegung herrscht, ohne daß man irgendwelche Störung des Betriebes der Maschine zu fürchten hat. Wenn man zu beliebiger Zeit wissen will, ob der große Dampfkessel L mehr als zur Hälfte entleert ist, dann drehe man den kleinen Hahn N, dessen Rohr mit seiner Unterkante bis zur halben Höhe des Kessels hinabreicht und Wasser gibt, wenn dieses höher als die Unterkante des Rohres im Kessel steht; ist letzteres nicht der Fall, so gibt der Hahn N Dampf. Ebenso zeigt der Hahn G an, ob mehr oder weniger als 8 Zoll Wasser im Kessel D stehen, so daß nur törichte und böswillige Nachlässigkeit oder Absicht den Gang der Maschine zu stören vermag. Und wenn der Besitzer den Verdacht hat, daß der Wärter seine Pflicht nicht tut, so kann dieses leicht mit Hilfe der Ventile festgestellt werden. Denn wenn er an die im Gange befindliche Maschine herantritt und sieht, daß der Wasserspiegel in L tiefer liegt als die Unterkante des Rohres N, oder der Wasserspiegel in D tiefer als die Unterkante von G, so verdient der Wärter einen Tadel, obgleich noch drei Stunden verfließen können, bevor der Gang der Maschine gestört wird oder die Kessel sich entleeren. Übrigens erfüllen die Ventile der Wasserwerke ihre Aufgabe um so besser, je länger sie sich im Gebrauch befinden.

Sind nun alle Teile meiner Maschine richtig beschaffen und die Feuerung aus Sturbridge- oder Windsorziegeln oder feuerfesten Steinen ausgeführt, so halte ich es für ausgeschlossen, daß meine Maschine nicht viele Jahre aushalten werde. Denn die Ventile, Gehäuse, Probierrohre, der Regulator und die Hähne sind sämtlich aus Rotguß angefertigt; und die Gefäße sind alle aus dem besten Kupfer hergestellt, von solcher Stärke, daß sie den bei dem Arbeiten der Maschine auftretenden Anforderungen genügen. Kurz gesagt: die Maschine ist dem, was sie leisten soll, derart natürlich angepaßt, daß sie unter den verschiedensten Verhältnissen, ohne Schaden zu erleiden, jahrelang arbeiten kann, es sei denn, daß jemand es auf ihre Zerstörung abgesehen habe. Ist die Maschine aufgestellt und in Betrieb gesetzt, so kann ich in aller Bescheidenheit die Versicherung abgeben, daß der Minenbesitzer oder Aufseher von den ewigen Kosten und Unannehmlichkeiten befreit ist, welche bei den anderen jetzt in den Bergwerken gebräuchlichen Wasserhebemaschinen ständig auftreten.“

Saverys Rührigkeit war von Erfolg gekrönt; seine Maschine fand trotz des hohen Dampfverbrauchs, der aus der unmittelbaren Berührung des Dampfes mit dem kalten Wasser sich ergab, Eingang in die englischen Bergwerke. In der Tat ist die Saverymaschine die erste die Ausnutzung der Spannkraft des Wasserdampfes anstrebende Vorrichtung, die weit aus dem Rahmen des Versuches hinaustrat und sich in gewissem Maße auch bewährte. Großes Mißtrauen erweckte allerdings eine Explosion, der zu Broadwaters eine Savery-Maschine zum Opfer fiel.

Bei Papin und dessen fürstlichem Gönner wurde der Anlaß, sich von neuem mit der Dampfmaschine zu befassen, durch Leibniz gegeben. Dieser sandte nämlich am 6. Januar 1705 an Papin die Zeichnung einer Saverymaschine, und zwar ohne Beschreibung. Papin legte diese Zeichnung dem Landgrafen vor und erhielt von diesem den Auftrag, eine Dampfmaschine zum Antrieb einer Mahlmühle zu entwerfen. Offenbar sollte, da die Dampfmaschine hier nur als Pumpenmaschine in Betracht kam, diese das Wasser auf eine gewisse Höhe schaffen, von der es dann herabfallen und ein Wasserrad antreiben sollte.

Papin ging eifrigst ans Werk und faßte, nachdem er ein kleines Modell fertiggestellt hatte, den Wunsch, eine Maschine größerer Leistung für die Herrenhäuser Wasserkunst ausführen zu können. Er wandte sich daher an Leibniz mit der Bitte, dieser möge ihm bei dem Kurfürst von Hannover den Auftrag auf eine derartige Maschine zum Preise von 300 Talern erwirken. Da aber bei den Herrenhäuser Anlagen Wasserkraft zur Verfügung stand, erfuhr Papins Bitte eine Ablehnung.

Nunmehr suchte Papin seine Maschine weiteren Kreisen dadurch näher zu bringen, daß er sie in einer Druckschrift veröffentlichte. Endlich gelang ihm dies. Die Druckschrift ist betitelt: Ars nova ad aquam ignis adminiculo efficacissime elevandam. Autore Dionysio Papin, Med. Doctore, Mathes. Profess. Publ. Marburgensi, Consiliario Hassiaco, ac Regiae Societatis Londinis Socio. Casellis (Francoforti a. M.) 1707.

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

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

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

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

Ferner ist ein Tubus GG, durch welchen das Wasser in den Cylinder D gelassen wird, der Diameter soll 7 Zoll weit seyn und 6 Zoll höher stehen, als das Epistomium n, durch welches das überflüssige Wasser in D wieder ablaufen kan. Der Tubus G aber gehet in die krumme Röhre HH, und diese in den Cylinder DD. Der Embolus oder Kolben FF ist ein hohler Cylinder von Metall, und wohl verwahret, daß kein Wasser hineinkan, und so leicht, daß er auf dem Wasser schwimmt. In diesem Kolben ist ein hohler Cylinder ii, der oben in i offen, unten aber zugemacht ist. Durch die Achse dieses Cylinders gehet dieser Tubus hindurch bis auf den Boden, und ist so verwahret, daß kein Wasser durch kan.

Dieser Tubus dienet hierzu: Durch die Öffnung L wird ein heißes oder glüendes Eisen gelassen, welches im oberen Theil der Antlia bleibet, welches nützet, daß die nassen Vapores aus der Kugel A, wenn sie darauf stossen, sich mehr erhitzen, und ausbreiten. Die Öffnung L wird gleichfalls wie C mit einem wohl eingepasseten metallenen Deckel verwahret, und durch den Hebel und Gewicht a aufgepresset, welches Gewichte man nach Verlangen hin und her schieben kan, nachdem die Schwehre nöthig. An dem engen Theil des Tubi H stehet ein anderer Tubus MM, welcher in einen größeren und weitern Cylinder NN, der allenthalben geschlossen ist, und nur in X eine Öffnung hat, gehet. Der Cylinder M ist 3 Fuß hoch und 23 Zoll weit, 1 Fuß Höhe hält 200, das gantze Gefäß aber 600 Pfund Wasser, also, daß wenn die 200 Pfund Wasser aus dem Cylinder DD hinangetrieben werden, die Lufft in NN um ⅛ zusammengepresset wird, gleich wie das Wasser von 64 Fuß hoch thut. Damit nun das Wasser nicht wieder durch die Röhre GG zurück kan, ist in S ein Ventil, desgleichen auch bey T. Bei X ist ein Rohr angemachet, aus dem Cylinder N 2 Zoll breit, durch welches das Wasser N in die Höhe steigen soll. Es ist darum so enge, daß das Wasser erstlich in 2 Secunden auslauffen kan, weil in jeden 2 Secunden eine neue Operation oder neues Wasser folgen soll.

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

Der Arbeitsgang dieser zweiten Papinschen Maschine vollzog sich folgendermaßen: Durch den Trichter G wird Wasser in den Zylinder DD eingelassen; infolgedessen hebt sich der Kolben nach aufwärts. Hat dieser seine Höchstlage erreicht, wird der Lufthahn n geschlossen und durch Öffnen des Dampfhahns E Dampf oberhalb des Kolbens in den Zylinder DD eingeführt. Der Dampf drückt den Kolben abwärts, infolgedessen das unterhalb des letzteren befindliche Wasser in dem mit Ventil ausgestatteten Steigrohr M aufwärts gefördert wird. Alsdann wird der Dampf abgesperrt, der Lufthahn n wiederum geöffnet und von neuem Wasser in den Trichter G geschüttet, worauf sich der Vorgang wiederholt. Von der Saveryschen Maschine unterscheidet sich Papins Maschine wesentlich dadurch, daß sie die großen bei der Berührung des Dampfes mit dem Wasser auftretenden Dampfverluste durch Zwischenschaltung des Kolbens zwischen Dampf und Wasser vermeidet. Zur weiteren Verhütung von Wärmeverlusten wurde der hohle Kolben durch einen erwärmten eisernen Bolzen geführt, und der verbrauchte Dampf wurde nicht niedergeschlagen, sondern durch den Lufthahn n abgeführt und zur Vorwärmung des in den Trichter G eingebrachten Wassers verwertet.

Papin blieb nun aber nicht dabei stehen, diese Maschine nur zum Heben von Wasser zu benutzen, er hatte vielmehr schon deren Verwendung für motorische Zwecke im Auge. Zu diesem Zwecke umgab er das Steigrohr M mit einem Windkessel NN, in welchem das gehobene Wasser ein Kissen stark gepreßter Luft erzeugte, die durch das Rohr X fortgeleitet und zum Antrieb eines Schaufelrades benutzt werden konnte. Des weiteren wollte er die Maschine zum Antrieb von Schiffen benutzen.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Gleichzeitig mit Savery und Papin hatte sich auch Thomas Newcomen mit der Verbesserung der Dampfmaschine beschäftigt, und zwar in Gemeinschaft mit John Cawley. Beide lebten in Dartmouth.

Die von beiden erfundene Maschine ist in Abb. 26 dargestellt. Oberhalb des eingemauerten Dampfkessels A liegt der Dampfzylinder PQ. Beide sind durch ein senkrechtes Rohr DE miteinander verbunden. Der Kolben R ist mittels einer Kette an dem einen Arme Z des Balanciers ZaY aufgehängt, an dessen anderem Ende das Pumpengestänge k und die Kolben nml angebracht sind. Das oben an der Säule des Balanciers angebrachte Gefäß M enthält Kühlwasser, das durch das Rohr NN und den Hahn K unterhalb des Kolbens R in den Zylinder eingeführt werden kann und die Kondensation des Dampfes bewirkt.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Die Figur zeiget sich meist im Profil, da A der große Kessel, dessen Diameter 7 Fuß seyn soll, und 200 Eymer Wasser halten, muß allezeit ¾ voll Wasser, und das übrige voll Dampf seyn. Dieser Kessel ist gleichsam mit einem Ofen eingefasset, und mit Rost und Windfang versehen, wie es die Kunst erfordert. BC eine metallene Platte, so mit Schrauben an dem Kessel A befestiget, und in solcher eine dergleichen Röhre DE, so in D und E offen ist, bey E gekrümmt und erhoben, daß das kalte Wasser nicht hineinfallen kann, bei D aber mit einer Klappe versehen, die, vermöge des Gewichts F, die Öffnung D zuschliesset. Von dem Hintertheil dieser Klappe gehet ein starker Draht, der in der Platte BC wohl eingeschmergelt und außenher an den Hebel CH befestiget ist, damit wenn der Balcken oder Arm sich in die Höhe hebet, solcher mit dem Ansatz an diesen Hebel Gq anstösset und die Klappe F zuschliesset, auch zugleich den Hahn K eröffnet, durch den Arm L, daß das kalte Wasser aus dem Kasten M durch die Röhre NN und Öffnung O durch viel subtile kleine Löcherlein als ein Regen herausspringet, den ganzen Zylinder P erkältet und den Dampf niederschläget und ein Vacuum machet. PQ ist der Zylinder, so in die 32 oder gar 36 Zoll in Diametro seyn soll, 8 Fuß hoch, und in die 30 Zentner wägen, R ein metallener Kolben, so auf denen Seiten mit Schrauben versehen, daß man Leder oder Holz dazwischen schrauben kan, damit der Kolben wohl anschliesset und kein Wasser durchlässet, die Bewegung dieses Kolbens soll 7 Fuß seyn; oben auf diesem Cylinder stehet noch ein Gefässe feste, in welchem allezeit kaltes Wasser aus dem Kasten M durch die Röhre R lauffet, und den Kolben mit dem Leder bedecket, und wenn der Kolben in die Höhe kommet, das Wasser in die Röhre S lauffet, aus welcher es, vermittelst eines Hahnes, so starck es nöthig ist, in die Röhre T bey V in den Kessel lauffet, und den Abgang des Wassers, so durch den Brodem hinwegziehet, ersetzet. Das Wasser, so durch die Röhre NO in den Cylinder PQ spritzet, und dasjenige, so sich durch den Brodem sammlet, lauffet durch die Röhre WW wieder ab, welches in die 5 Zoll in den Cylinder beträget; derohalben oben ein sehr starker Zugang, nämlich eine dreyzollige Röhre X voll Wasser von einer Höhe zufließen soll, wo es aber die Natur nicht zuführet, muß Anstalt gemachet werden, daß die Kunst selbst so viel Wasser hinauf hebet. Die Application zum Rohr oder Pumpen-Werk geschiehet vermittelst eines sehr starken in die 21 Fuß langen und 18 Zoll dicken Waag-Balcken YZ, an beyden Enden sind zwey Cirkel-Stücken YZ, deren Centrum die Achse a ist, über den Bogen Z gehet eine sehr starke Kette bcd, davon ein jedes Glied 10 Pfund wägen soll, an eine drey Zoll dicke eiserne Kolben-Stange def, und auf dem Bogen Y ist eine dergleichen starke Kette gb an die Stange ik befestigt, an diese aber drey Kolben-Stangen lmn angehangen, also daß, wenn der Kolben in der großen Röhre PQ niedergehet, er die Stange ik nebst denen drey Kolben-Stangen nach sich ziehet und die Wasser hebet. Damit aber die Schwehre der Kolben und Gestänge ins aequilibrium gebracht werde, ist noch ein andrer kleiner Waag-Balcken opq angeordnet, dessen Achse q über die beyden Bogen-Stücken aber gleichfalls zwey Ketten rs und tu gehn, davon die erste an das Kolben-Gestänge, die andere aber an das Gewicht w von 30 Centnern befestiget ist. Alles übrige Holtz- und Mauer-Werk oder Stellage ist weggelassen, damit man die Haupt-Stücke desto deutlicher fassen und sehen kan, die dann wohl ein jeder, wann es anders im Haupt-Werk richtig, noch eher anordnen kan. W und X sind zwey Hähne, dadurch den Zufluß des Wassers zu moderiren. Aus der Röhre ss fließet das Wasser in einen Trichter yT und von da in den Kessel. Was die Öffnung und Wiederzuschließung der Röhren betrifft, sowohl den Dampf aus dem Kessel bei D zu lassen, als frisches Wasser durch die Röhre O in Cylinder zu spritzen, kömmet solches mit des Herrn Potters Invention nicht überein, denn weil ich mir aus der Zeichnung kein rechtes Concept formiren können, so habe lieber eine andere Art anweisen wollen, nicht daß ich solche besser achte, sondern vielmehr dem Leser ein Concept hiervon zu machen, beydes muß sich zugleich öffnen und schließen; denn so bald sich FD schliesset, muß sich KO öffnen, und also auch im Gegentheil.

Es geschiehet aber hier also: F ist der Deckel oder Klappe so in 1 ein Charnier hat und darhinder einen Lappen, auf welchem eyn nach dem Cirkel gebohrtes und in die Platte wohl eingeschmergeltes Eisen aufruhet, solches Eisen ist mit einem Charnier an dem Waag-Balcken 2, 3 befestigt, der Waag-Balcken oder Hebel hat bei 4 seine Achse und bey 5 ist er wieder an einen Arm 5, 6 mit zwey Charnieren befestiget, so bey 6 einen Hebel 6, 7 fasset, der bey 7 an dem Würbel des Hahnes befestiget, und die Röhren NO auf- und zuschliesset, auf dem Hebel 2, 3 ruhet eyn Gewicht 8, so den Hebel bey 3 niederdrücket, und bey 2 erhebet, daß sich die Klappe F öffnen kan, das Gewicht 8 aber hanget an einer kleinen Kette, die am Balcken 7 befestiget ist, und wenn solche hoch genug erhoben, das Gewicht erhebet, daß es nicht mehr den Hebel niederdrücket, sondern das Gewicht 9 die Oberhand behält, und den Hebel in 2 und also auch die Klappe durchs Eisen 1 niederdrücket, und die Röhre DE zuschliesset, hingegen vermittelst des Armes 5, 6 den Hahn K eröffnet, daß das kalte Wasser in den Cylinder spritzet, und sobald das große Gewicht bey eher abfallender Stange I wieder auf dem Hebel ruhet, wieder die Klappe F öffnet und den Hahn K schliesset. Welches, wie es accurat anzuordnen, einen jedern die Praxis selber lehret; genug wenn so viel gewiesen habe, wie es geschehen soll oder muß. Solche Machine soll in 24 Stunden 24000 Eymer heben.

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

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

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

Um die Ausbildung der Einzelteile der Newcomen-Cawleyschen atmosphärischen Maschine machte sich Smeaton besonders verdient.

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

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

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

A ist der Kessel, darüber ein Hahn, vermittelst dessen einmahl der Dunst aus A in Cylinder C, und die Lufft aus D durch die Öffnung EF kan gelassen werden. Also auch, wenn die Öffnung aus A nach E gewendet wird. Jeder Kolben hat an seiner Kolben-Stange einen Waag-Balcken GH, der auf der anderen Seite wieder eine Stange zum Kolben eines Druck-Werkes hat, und das Wasser durch die Steigröhren IK in die Höhe treibet.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Das unter Nr. 496 am 6. Mai 1728 an Case Billingsley erteilte Patent betrifft eine zweckmäßige und starke Maschine zum Heben von Wasser.

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

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

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

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

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

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

P ist das vom Dampfkessel zum Dampfzylinder Q führende Dampfrohr. R ist der Dampfzuleitungshahn. S ist der Hahn für die Zuführung des Kühlwassers. U ist ein Seil, an welchem der im Zylinder Q auf und ab bewegliche Kolben aufgehängt ist. Da, D und Db sind drei Seilscheiben, die auf einer quer zum Schiff liegenden wagerechten Welle befestigt sind. Ha und Hb sind zwei Seilscheiben, die auf der Welle des Schaufelrades III ... mittels Sperräder und Klinken derart lose angebracht sind, daß sie die Welle nur in einer Richtung, im Sinne des Uhrzeigers, also im Sinne der Vorwärtsbewegung des Schiffes, in Drehung versetzen.

Das Seil Fb führt von Hb nach Db derart, daß, wenn die Räder Da, D und Db sich nach vorwärts drehen, auch die Schaufelradwelle sich nach vorwärts dreht. An dem Rade D ist das den Kolben tragende Seil U aufgehängt. Das Seil Fa führt von dem Rade Ha zu dem Rade Da derart, daß, wenn die Räder Da, D und Db sich nach vorwärts drehen, das Rad Ha und das Seil F ein an letzteres angehängtes Gewicht heben, während die Seilscheibe Hb die Schaufelwelle vorwärts dreht. Ist nunmehr das Gewicht gehoben, und drehen sich alsdann die Räder Da, D und Db rückwärts, so wird das Seil Fa freigegeben und das an F befestigte Gewicht dreht die Seilscheibe Ha vorwärts. Auf diese Weise wird bewirkt, daß die Schaufelradwelle sich stets nach vorwärts bewegt, mag der an der Rolle D angreifende Kolben sich auf- oder abwärts bewegen, oder mögen sich die Scheiben Da, D und Db nach vorwärts oder rückwärts bewegen.

In seinem im Jahre 1738 erschienenen Werke Hydrodynamica schlug Daniel Bernouilli vor, für den Antrieb von Schiffen die Reaktionskraft des am Heck unterhalb der Wasseroberfläche ausgetriebenen Wassers zu benutzen.

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

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

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

Die Dampfkessel hatte man bis zum Jahre 1740 meist aus Kupfer und aus Blei hergestellt. In diesem Jahre erfand Parrot eine bessere Vernietung der Eisenplatten, infolgedessen das Eisen das teure Kupfer und Blei verdrängte.

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

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

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

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

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

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

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

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

Im Jahre 1757 suchte Keane Fitzgerald die Verdampfung dadurch zu beschleunigen, daß er in das im Dampfkessel enthaltene Wasser Luft durch Gebläse einführte.

Im Juni 1757 veröffentlichte Professor John Robison im „Universal Magazine“ eine Dampfmaschine mit umgekehrt angeordnetem Zylinder.

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

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

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

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

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

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

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

1. Aufstellung der Dampfmaschine getrennt vom Dampfkessel;

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

3. die Anordnung einer Pumpe für das Einspritzwasser;

4. die Zuführung bereits erhitzten Wassers zum Kessel.

Das nunmehr folgende Dampfmaschinenpatent enthält ebenfalls eine Anzahl wichtiger Neuerungen. Trotzdem ist dasselbe in den Abridgements of Specifications, relating to the Steam Engine nicht enthalten. Dieses Patent ist unter Nr. 762 am 20. Mai 1761 an Michael Mainzies verliehen. In demselben wird u. a. der Vorschlag gemacht, maschinell angetriebene Vorrichtungen zum Loslösen der Kohle vor Ort zu benutzen. Weit wichtiger sind jedoch die auf die Dampfmaschine bezüglichen Vorschläge. Der erste derselben geht dahin, die Abnutzung und Zerstörung der Roststäbe der Dampfkesselfeuerungen dadurch zu vermeiden, daß die Roststäbe hohl gestaltet und in ihrem Innern durch Wasser gekühlt werden, das in den Dampfkessel übertritt. Auf diese Weise werden nicht nur die Roststäbe geschont, sondern auch die Verdampfung wesentlich gefördert. Ein zweiter nicht minder wichtiger Vorschlag geht dahin, die Beschickung der Feuerung mit Brennmaterial nicht durch den Heizer, sondern durch mechanische Vorrichtungen zu bewirken.

Das folgende Jahr, 1762, ist um deswillen bemerkenswert, weil in dessen Verlauf das dem Marquis of Worcester erteilte Patent ablief.

In demselben Jahre verließ Hindley die bisher übliche Anordnung, bei welcher ein Balancier benutzt wurde, um die von dem Dampfkolben ausgehende Bewegung zu übertragen. Er stellte die zu betreibende Pumpe unterhalb des Zylinders auf und verband die Kolbenstange des Zylinders mit der der Pumpe durch einen Rahmen, der durch den Dampfkolben wie ein Schiebefenster auf und ab bewegt wurde. Nach Hindleys Tode vollendete Smeaton eine solche Maschine für die Wasserwerke zu Kingston upon Hull.

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

Am 10. Oktober des Jahres 1763 erhielt Joseph Oxley das Patent Nr. 795 auf eine Vorrichtung zum Fördern von Kohlen aus Gruben und zu anderen Zwecken mit Hilfe einer Feuermaschine. Die Konstruktion der letzteren war hierbei gleichgültig. Es handelte sich vielmehr lediglich um die Vorrichtung, zu deren Antrieb die hin und her gehende Bewegung des Balanciers durch eine Anzahl von Zwischenvorrichtungen, so z. B. ein Wendegetriebe, in eine stetige Drehbewegung umgesetzt wurde. Nach Angabe der Abridgements soll diese Einrichtung während einiger Jahre in Seaton Delaval in Betrieb gewesen sein. Allerdings wird hier als Erfinder nicht Joseph, sondern John Oxley genannt.

Über den damaligen Stand des Dampfmaschinenbaues machten die Annales of Newcastle vom 26. Februar 1763 eine interessante Mitteilung. Sie berichten über die Ankunft eines riesigen Dampfzylinders, der 10½ Fuß lang war, in der Bohrung 74 Zoll maß und mit Boden und Kolben gegen 11 Tonnen wog. Die Maschine (nach Newcomen) hebe bei jedem Hub 15⅓ Tonnen Wasser. Ohne Kolben und Boden wog der Zylinder 6½ Tonnen. Die Bohrung war völlig rund ausgeführt, schön poliert und machte dem ausführenden Werke Colebrook Dale in Shropshire alle Ehre.

Im folgenden Jahre, 1764, begegnen wir in der Geschichte der Dampfmaschine zum ersten Male dem Namen James Watts.

Dieser, seines Zeichens Mechaniker[53], erhielt zu jener Zeit den Auftrag, das Modell einer Newcomen-Dampfmaschine, das an der Universität Glasgow zu Vorlesungszwecken benutzt wurde, zu reparieren. Hierbei erhielt Watt die Anregung zu einer Reihe von Verbesserungen, die ihm später den Ruhm eintrugen, der Schöpfer der modernen Dampfmaschine zu sein. Bis zu dem Zeitpunkt aber, wo er zum Abschluß seiner bahnbrechenden Arbeiten gelangte, wurden noch anderen Verbesserern der Dampfmaschine und des Dampfkessels englische Patente erteilt.

Unter dem 9. Mai 1766 erhielt Robert Fall das Patent Nr. 844 auf ein billiges Verfahren, alle Sorten von Flüssigkeiten zu erhitzen, und auf eine neue mechanische Einrichtung, durch welche Feuer in einer bisher nicht benutzten Weise angewendet wird. Fall legte in das Innere des Dampfkessels eine Rohrschlange ein, durch welche die Feuergase hindurchgeführt und auf diese Weise nach Möglichkeit ausgenutzt wurden. Fall ging jedoch noch weiter, indem er die Wärme der Feuergase mehrfach ausnutzte. Zu diesem Zweck ordnete er mehrere Kessel nebeneinander in der Weise an, daß die Feuergase, nachdem sie den einen Kessel durchstrichen und beheizt hatten, in schlangenförmige Feuerzüge des anderen Kessels hinübertraten. Auffallenderweise findet sich dieses wichtige Patent in den Abridgements nicht verzeichnet.

Am 9. Oktober 1766 erhielt William Blakey das Patent Nr. 848 auf Verbesserungen der Saverymaschine. Diese Verbesserungen bestanden im wesentlichen darin, daß er in dem oberen Teile des Zwischengefäßes (Receiver) eine durchbrochene Platte einlegte und, um die Kondensation des auf das zu hebende Wasser einwirkenden Dampfes zu verhüten, zwischen beiden eine Ölschicht einfügte.

Am 3. Januar 1767 erhielt John Stewart das Patent Nr. 859 auf eine außerordentlich umständliche Einrichtung, um die hin und her gehende Bewegung des Balanciers in eine drehende Bewegung umzusetzen. Im Jahre 1767 wurde bei Grosetto, in der Nähe von Castiglione in Toskana, auf einer Saline eine Saverymaschine zum Heben von Wasser errichtet.

In demselben Jahre (am 25. März 1767) wurde an John Barber das Patent Nr. 865 auf ein neues Verfahren erteilt, um Wasser aus Gruben und Schiffen zu fördern, sowie Städte und andere Orte mit Wasser zu versorgen und Lasten aller Art, insbesondere Kohle, mit Hilfe von Feuer, von Wasser oder durch beides zu heben. Leider lassen Beschreibung und Zeichnung die Wirkungsweise der in Vorschlag gebrachten Einrichtungen nicht klar erkennen.

Daß die damaligen im Betriebe befindlichen Dampfmaschinen sehr kostspielig waren, geht u. a. auch aus dem Patent Nr. 875 (Duncombe und Polile) hervor. In diesem Patent tritt der allgemein beobachtete Mißstand der damaligen Dampfmaschine, im Betriebe unwirtschaftlich zu sein, in die Erscheinung. Die Erfinder geben als Zweck ihrer Maschine den Antrieb von Bratspießen und das Fördern von Wasser aus Bergwerken an. Zugleich aber weisen sie darauf hin, daß durch ihre Maschine den Grubenbesitzern die hohen Kosten der Feuermaschinen und anderen Maschinen erspart werden sollen.

Am 5. Juli 1768 erhielt Joseph Hateley unter Nr. 895 ein Patent auf „eine neue Feuermaschine mit Kessel, beide von besonderer Art“. Das Wesentliche der Maschine bestand darin, daß der Zylinder mit einem Mantel versehen war, in welchem zur Beschleunigung der Kondensation des Dampfes Kühlwasser zirkulierte. Auch der Kolben besaß einen zur Aufnahme von Kühlwasser dienenden Hohlraum. Bei dem Dampfkessel hatte Hateley sich es angelegen sein lassen, die Feuergase tunlichst auszunutzen. Zu diesem Zwecke wurden diese nicht allein um den Kessel herumgeleitet, sondern auch mittels eines in den Kessel eingenieteten Rohres durch das Innere des Kessels hindurchgeführt. Die Maschine sollte zum Betriebe von Getreidemühlen, Walzwerken und Bohrmaschinen zum Ausbohren von Zylindern, Geschützrohren und sonstigen Rohren dienen.

Ein am 14. März 1768 unter Nr. 897 an Samuel Wise erteiltes Patent betrifft eine Vorrichtung, um die hin und her gehende Bewegung des Balanciers in eine drehende umzuwandeln. Von dem Balancier aus wurde mittels einer Kette eine wagerechte Welle in eine hin und her gehende Bewegung versetzt. Auf dieser Welle waren zwei Zahnräder befestigt, die nur auf der Hälfte ihres Umfanges Zähne besaßen und abwechselnd in ein an einer stehenden Welle angebrachtes, ebenfalls nur auf der Hälfte seines Umfanges mit Zähnen versehenes Rad eingriffen und die Welle in stetige Drehung versetzten.

In demselben Jahre schlug R. Lovel Edgeworth vor, Wagen mit Hilfe des Dampfes zu treiben.

Um diese Zeit beschäftigte sich auch Nicolaus Cugnot in Paris mit der Konstruktion eines Dampfwagens, den er dann auch unter Beihilfe des Kriegsministers im Jahre 1770 vollendete. Dieser Dampfwagen konnte 12–15 Minuten lang mit einer Stundengeschwindigkeit von 4 km laufen, mußte aber dann anhalten, um von neuem Dampf zu schaffen. Auf dem Vorderteile des Wagens stand der sehr einfach eingerichtete Dampfkessel, dahinter die Dampfmaschine, die mittels eines Sperrwerkes das Vorderrad in Drehung versetzte. Der Wagen hatte nur drei Räder, eins vorn, zwei hinten. Die Dampfmaschine besaß zwei Zylinder von je 330 mm Durchmesser. Die Steuerung der Maschine bestand in einem mit entsprechenden Bohrungen versehenen Hahn, der von dem Kolben aus mit Hilfe einer Kette bewegt wurde.

Inzwischen hatte nun bereits die Tätigkeit desjenigen Mannes begonnen, dem es beschieden sein sollte, auf Grund der vervollkommneten Kenntnis des Wesens des Wasserdampfes und auf Grund eigener Versuche, in hohem Geistesfluge seinen Zeitgenossen weit vorauseilend, die Dampfmaschine zu dem gewaltigen Rüstzeug des Fortschritts zu machen, das sie hinfort bilden sollte. Schon im Jahre 1759 hatte James Watt auf Anregung Robisons sich mit dem Plan, die Dampfkraft zum Antrieb von Fahrzeugen zu verwenden, befaßt, ohne sich jedoch hierfür erwärmen zu können. So ließ er sich noch im Jahre 1769 in einem an Dr. Small gerichteten Briefe über einen derartigen Plan des Londoner Leinenhändlers Moore wie folgt aus: „Wenn der Leinenhändler Moore nicht meine Maschine anwendet, um seine Wagen zu treiben, so kann er überhaupt zu keinem Ergebnis kommen, und wenn er es tut, werde ich ihn daran hindern.“

Wir sind in unseren bisherigen Mitteilungen mehrfach Versuchen begegnet, in die Erkenntnis des Wesens des Wasserdampfes einzudringen. Wenngleich das Altertum einen Unterschied zwischen Dampf und Luft nicht kannte, so mußte sich dennoch schon bei den von Heron von Alexandrien beschriebenen Vorrichtungen dieser Unterschied unwillkürlich geltend machen. Jedoch auch Salomon de Caus huldigte, wie wir gesehen haben, noch den Anschauungen des Altertums, insbesondere denen des Aristoteles.

Papins unsterbliches Verdienst war es, durch Benutzung des Kolbens als Kraftaufnehmer der späteren Entwicklung der Dampfmaschine, wie sie sich zuerst durch Newcomen und Cawley vollzog, die Wege gewiesen zu haben. Leider gelang es Papin nicht, des größten Fehlers seiner Maschine, des hohen Dampfverbrauchs, Herr zu werden. Der von ihm in Vorschlag gebrachte, durch einen eisernen Bolzen erwärmte Kolben (Abb. 25) konnte für einen sparsameren Dampfverbrauch bei weitem nicht genügen. Auch mußte die Maschine stets zum Stillstand gebracht werden, wenn ein erwärmter Bolzen von neuem in den Kolben eingebracht werden mußte. Allerdings bot die Dampfmaschine von Newcomen und Cawley gegenüber derjenigen Papins erhebliche Vorzüge, die im wesentlichen rein baulicher Natur waren, sich aber bezüglich der Ausnutzung der Dampfkraft sehr vorteilhaft bemerkbar machten. Hier ist die gute Abdichtung des Kolbens im Dampfzylinder besonders hervorzuheben, die ein Hinübertreten des Kühlwassers über den Kolben hinaus und hiermit eine Abkühlung des Zylinders bis zu einem gewissen Grade verhütete. Jedoch auch diese Maschine nutzte den Dampfdruck nur mangelhaft aus; sie erforderte daher Zylinder von großem Durchmesser.

Vom Beginn des 17. Jahrhunderts ab, also zu einer Zeit, die ohnehin schon der Dampfmaschine eine kräftige Förderung brachte, vollzog sich auch ein großer Fortschritt auf dem Gebiete der Kenntnis der luftförmigen Körper: Johann Baptist van Helmont (geb. 1577, gest. 1644) unterschied zwei Arten von Luft, nämlich eine solche, die ihre luftförmige Beschaffenheit auch dann beibehält, wenn sie abgekühlt wird, und eine solche, welche, um luftförmig zu bleiben, der Zufuhr von Wärme bedarf, anderenfalls aber sich verdichtet, kondensiert. Die erste Art von Luft bezeichnet van Helmont als Gas.

Halley (geb. 1656, gest. 1742) erklärte das Wesen des Wasserdampfes dahin, daß dieser aus kleinen hohlen Wasserbläschen bestehe, die mit verdünnter Luft gefüllt seien. Infolgedessen steige der Dampf, da er leichter als die atmosphärische Luft sei, in dieser in die Höhe. Derhem wollte diese Wasserbläschen unter dem Vergrößerungsglase erkannt haben. Der Kanzler der Universität Halle, Chr. Wolf (geb. 1679, gest. 1754), versuchte den Grad der Verdünnung der Luft in den Wasserbläschen festzustellen. Christian Gottlieb Kratzenstein (geb. 1723, gest. 1795) befaßte sich ebenfalls mit der Erforschung der Wasserbläschen und gab ihren Durchmesser zu ¹/₅₀₀₀₀ Zoll an.

Das Streben der Physiker, sich mit dem Wesen des Wasserdampfes zu befassen, erfuhr eine erfreuliche Anregung durch ein Preisausschreiben, das die Akademie der Wissenschaften zu Bordeaux im Jahre 1743 ausschrieb für die Erklärung des Umstandes, daß der Wasserdampf nach aufwärts steigt. Aus der Zahl der eingegangenen Preisbewerbungen wurden zwei mit einem Preise bedacht. Den einen Preis erhielt Kratzenstein, der bereits den Durchmesser der Wasserbläschen berechnet hatte und sich auf den Boden der Bläschentheorie Halleys stellte.

Einen hiervon völlig abweichenden Standpunkt nahm die andere Preisarbeit ein, deren Verfasser Georg E. Hamberger war. Nach Hambergers Auffassung löst sich das Wasser in der Luft in derselben Weise wie das Salz im Wasser. Auf dieser Lösungstheorie weiter bauend, wies dann Charles le Roy (geb. 1726, gest. 1779) darauf hin, daß in derselben Weise, wie man in Wasser nur eine beschränkte Menge Salz zu lösen vermöge, auch die Luft nur eine beschränkte Menge Wasser aufnehmen könne. Er erkannte also bereits das Wesen der Sättigung und bezeichnete Luft, die Wasser nicht mehr aufzunehmen vermag, als gesättigt, wie man eine Salzlösung, die weiteres Salz nicht mehr aufnehmen kann, als gesättigt benennt.

Das einer gesättigten Lösung zugeführte Salz löst sich nicht auf, sondern setzt sich auf dem Grunde der Lösung ab. Die gleichartige Erscheinung tritt ein, wenn man in den gesättigten Wasserdampf weitere Dampfmengen einführt; alsdann schlägt sich dieser Dampf zu Tropfen nieder. Entsprechend der Tatsache, daß warmes Wasser mehr Salz auflöst als kaltes Wasser, kam le Roy zu der Erkenntnis, daß warme Luft mehr Wasser löst als kalte Luft, also mehr Dampf enthält als diese. Sinkt die Temperatur der Luft, so scheidet sich der in dieser enthaltene Wasserdampf als Tau ab.