Titel: | Ueber die archimedische Schraube im Allgemeinen und die von J. A. Letellier erfundene mit comprimirter Luft oder sogenannte Wassertrompete; von Fr. Malepeyre. |
Fundstelle: | Band 107, Jahrgang 1848, Nr. I., S. 1 |
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I.
Ueber die archimedische
Schraube im Allgemeinen und die von J. A. Letellier erfundene mit comprimirter Luft oder sogenannte
Wassertrompete; von Fr. Malepeyre.
Aus dem Moniteur industriel, 1847 Nr. 1174 u. 1175.
Malepeyre, über eine archimedische Schraube mit
comprimirte Luft.
Die nach dem berühmten Archimedes
benannte Schraube, welche wahrscheinlich vor ihm schon von den
Aegyptern zum Trockenlegen überschwemmten Landes benutzt wurde,
ist seit 20 Jahrhunderten nicht mehr wesentlich verbessert
worden. Man erhält eine genügende Vorstellung von derselben,
wenn man sich eine Röhre über die Oberfläche eines Cylinders
spiralförmig gewunden denkt; bringt man das Ende dieses
Cylinders in einen Behälter mit Wasser und neigt die Achse des
Cylinders gegen den Horizont, so muß das Wasser offenbar in die
untern Windungen der Röhre, welche in das Wasser tauchen,
eintreten und sich daselbst in statisches Gleichgewicht setzen,
d.h. wenn es in diese Windungen eintritt, auf gleiches Niveau
mit dem Wasser im Reservoir steigen und dieselbe horizontale
Fläche annehmen. Denken wir nun, vorausgesetzt daß diese Röhre
sich von der Rechten zur Linken um den Cylinder winde, daß der
Cylinder mit der ihn umgebenden Röhre von links nach rechts
umgedreht werde, so wird das Gleichgewicht gestört und das in
den untern Windungen befindliche Wasser, der schiefen Ebene,
welche diese bilden, folgend, und beinahe immer wieder seine
Horizontalität annehmend, mit jeder Umdrehung um die ganze Höhe
einer Windung über sein Niveau im Reservoir gehoben werden. Nach
einer gewissen Anzahl von Umdrehungen wird dieses Wasser also um
eine der Anzahl der Windungen entsprechende Höhe gestiegen seyn
und sich, wenn eine Oeffnung zu seiner Entleerung vorhanden ist,
in ein oberes Reservoir ergießen.
Die allgemein gebräuchliche archimedische Schraube besteht aus
einem hohlen Cylinder oder der Hülle, Röhre genannt, aus zusammengefügten, auf hölzerne
Reife fest genagelten Dauben. Innerlich wurde diese Röhre
sorgfältig spiralförmig gegergelt, d.h. man machte auf ihre
concave Oberfläche eine schraubenförmig gewundene Nuth von
bestimmtem Gang. Das zweite Stück dieser Schraube ist ein in der
Mitte befindlicher voller Cylinder, die Spindel, welcher ebenfalls mit einer der obigen
entsprechend schraubenartig laufenden Nuth versehen wird.
Zwischen diese, in concentrischen und mehr oder weniger gegen
die Achse geneigten Spiralen laufenden Nuthen werden die sich
windenden Brettchen oder Gänge eingesetzt, welche die Schraube
bilden; kurz, die Wasserschnecke ist ein zwischen zwei Cylindern
sich fortsetzender Schraubengang.
Die Neigung, welche man den Gängen gibt, ist sehr verschieden,
von 45 bis 78°; in der Regel aber wird sie in Paris und
den meisten Maschinenfabriken zu 60° gegen die Achse
gewählt.
Eine andere ziemlich allgemeine Regel ihrer Construction ist, dem
Cylinder einen innern Durchmesser von einem Zwölftel seiner
Länge zu geben; so erhält eine 5 Meter lange Schraube einen
innern Durchmesser von 0,40 Meter; doch wird diese Regel nicht
immer beobachtet und es gibt Schrauben von ziemlich derselben
Länge mit 0,32 bis 0,65 Meter Durchmesser.
Der Durchmesser der Spindel ist immer ein Bruchtheil von jenem
der äußern Hülle, welcher 30 bis 40 Proc., gewöhnlich aber 1/3
desselben beträgt.
Der größern Leichtigkeit wegen wird diese Spindel ebenfalls von
Dauben zusammengefügt, die von eisernen Ringen zusammengehalten
werden; oben hat sie eine Verlängerung und endigt mit einer
viereckigen Achse, an welche die mit der Triebkraft in
Verbindung gesetzte Kurbel gesteckt wird; unten hat sie einen
Zapfen, welcher sich in einer Pfanne dreht. Die Schraube mit
allen ihren Theilen ist mit einem hölzernen Rahmengestell
umgeben, das sie vor Stößen schützt und die Arbeit erleichtert,
wenn sie versetzt werden soll, auch ihre Achse während des
Gebrauchs unverrückt erhält.
Den Theoretikern und vielen Ingenieuren zufolge ist die
archimedische Schraube eine gute hydraulische Maschine. Das
Wasser, sagen sie nämlich, tritt in den schraubenförmigen Canal
ohne Stoß ein und ohne besondere Geschwindigkeit wieder aus; es
geht also dabei keine lebendige Kraft verloren. Noch zwei andere
Vorzüge hat dieselbe; daß sie nämlich wenig Raum einnimmt und
ihre Construction nicht kostspielig ist. Diesen Vorzügen
gegenüber veranlassen leider mehrere Mängel, die bisher noch
nicht beseitigt werden konnten, einen Kraftverlust, wodurch ihr
praktischer Nutzeffect weit hinter dem theoretischen
zurückbleibt.
Erstens kann die archimedische Schraube das Wasser nicht bis auf
ihre eigene Höhe erheben und muß, um ihren Dienst zu thun, in
einem Winkel von 30 bis 45° geneigt werden; folglich wird
die Hebung des Wassers im Verhältniß des Sinus dieses
Neigungswinkels zum Radius reducirt.
Zweitens geht ein Theil der Kraft schon durch die Trägheit des
Systems verloren, weil dasselbe beständig mit der darin
enthaltenen Wassermasse umgedreht werden muß.
Die an den Hälsen und in der Pfanne stattfindende Reibung unter
einer so bedeutenden Neigung verzehrt überdieß einen Theil der
Kraft.
Die Schraube kann nicht in rasche rotirende Bewegung gesetzt
werden, ohne daß sich dabei das Verhältniß ihres Nutzeffects zum
Effect des Motors vermindert. Die Schraube scheint nämlich in
diesem Falle dem Wasser im Reservoir eine rotirende,
hinunterdrückende oder wegschleudernde Bewegung mitzutheilen,
welche nicht nur einen Theil der Kraft consumirt, sondern
überdieß das heranfließende Wasser, welches die untere Mündung
aufnehmen kann, vermindert.
Endlich muß, abgesehen von allem diesem, die Schraube sich
oberhalb des Reservoirs entleeren, d.h. das Wasser muß, um die
Schraube zu entladen, in einen Canal oder in einen Behälter
fallen, wodurch ebenfalls an Höhe verloren geht oder der
Nutzeffect vermindert wird.
Diese Fehler haben schon zahlreiche Versuche und Vorschläge zu
ihrer Abhülfe veranlaßt, welche aber, wahrscheinlich weil sie
ihren Zweck nicht erreichten, nicht in die Praxis übergingen; es
wäre daher nutzlos, hier auf sie zurückzukommen. Der einzige
Fortschritt, welchen man in diesem Theil der Mechanik seit
einiger Zeit gemacht hat, besteht darin, daß man die
Wasserschnecke sorgfältiger und genauer construirte und sie auch
als Gebläsemaschine oder als Treibapparat für Schiffe
anwandte.
Hr. J. A. Letellier ersuchte uns
unlängst eine wichtige Verbesserung zu constatiren, die er an
der archimedischen Schraube gemacht haben will.
In den Lehrbüchern der Mechanik wird bemerkt, daß wenn die untere
Oeffnung der gewöhnlichen Schraubenröhre nicht ganz in das
Reservoir taucht, zu gewissen Zeiten ihrer Umdrehung Luft
eintritt und die aufsteigende Wassersäule unterbricht, so daß
durch die obere Mündung Wasser und Luft zugleich austreten.
Diese Thatsache ist richtig und leicht zu begreifen.
Auch fand man, daß bei der Construction dieses Apparats die
Dauben des äußern Cylinders so genau zusammengefügt werden
müssen, daß das Wasser nicht hindurch kann, daß sie aber
gleichwohl der Luft gestatten müssen, durch die Spalten hindurch
ins Innere zu dringen. Diese innere Luft soll das Functioniren
der Maschine sehr erleichtern, weil sonst die in den Windungen
enthaltene Luft sich verdünnen würde, was bald rasches
Eindringen von Luft zur Folge hätte, welche dann durch alle mit
Wasser gefüllten Windungen streichen würde. Die auf obige Weise
eintretende Luft soll hingegen der Erfahrung gemäß die Wirkung
des Motors erleichtern.
Navier in seinen: „Leçons sur les
machines“ scheint diese Ansicht zu theilen;
er glaubt nämlich, daß die Luft, welche mit dem Wasser durch die
Mündung eindringt, wenn das untere Ende der Schraube im
Reservoir nicht ganz unter Wasser steht, vorher comprimirt wird,
dann, von Windung zu Windung übergehend, sich allmählich
ausdehnt und in der letzten ihre ursprüngliche Spannung wieder
annimmt. Diese Beimischung von Luft hat nach ihm den Vortheil,
daß keine Centrifugalkraft erforderlich ist, um das Wasser von
einer Windung zur andern steigen zu machen. Wenn, setzt er
hinzu, das Ende der Schraube ganz unter Wasser steht, so darf
das Wasser in jeder Windung ein gewisses Volum nicht
übersteigen, damit die Luft durch die obere Oeffnung eindringen
und von da in alle Windungen gelangen, oder durch die Fugen
eindringen kann.
Dieß ist alles, was man bisher über die Zweckmäßigkeit des
Gemisches von Luft und Wasser bei der Wirkung der archimedischen
Schraube wußte. Doch gelang es Hrn. Letellier, von diesen Ideen ausgehend, die
bedeutendste Verbesserung zu Stande zu bringen, welche an diesem
Apparat seit seiner Erfindung gemacht wurde.
Wenn man, so dachte er, das Wasserschöpfen einer Schraube
intermittirend macht, d.h. die untere Oeffnung abwechselnd in
Wasser und dann in Luft tauchen läßt, so wird die Maschine
offenbar bei jeder Kurbeldrehung einen Schluck Luft und einen
Schluck Wasser machen und beide Flüssigkeiten, so lange der
Apparat umgedreht wird, ohne Unterbrechung abwechselnd von
demselben aufgenommen werden.
Wenn nun beim Aufsteigen der beiden Flüssigkeiten während des
Umdrehens der Schraube der spiralförmige Canal derselben in
seiner ganzen Ausdehnung eine gleiche Querschnittsfläche
darbietet, so ist klar, daß – abgesehen von einigen
Wirbeln, welche von unbedeutenden Verdichtungen und Verdünnungen
herrühren – die beiden Flüssigkeiten den Canal
durchlaufen ohne an Dichtigkeit zuzunehmen, an der
Austrittsmündung auslaufen und dabei abwechselnd in
derselben Ordnung wie sie eintraten, aufeinanderfolgen
werden.
Wenn aber die Querschnittsfläche gegen das obere Ende der
Schraube immer kleiner wird, so verhält sich dieß ganz anders.
Da in jeden Schraubengang ein gleiches Volum Wasser und Luft
gelangte, so muß offenbar, wenn die Höhe einer Windung abnimmt,
ihr Umfang aber gleich bleibt, die darin eingeschlossene
Wassermasse zunehmen, denn da das Wasser beinahe
unzusammendrückbar ist, so wird die Luft in Folge ihrer
Elasticität den Raum an das Wasser abtreten, indem sie sich
comprimirt und auf ein kleineres Volum reducirt.
Da die Windungen Reihen bilden, welche an Rauminhalt immer
abnehmen, so wird die Luft, indem sie von einer Windung zur
andern übergeht, sich immer mehr comprimiren; ihre Elasticität
wird auf die innern Wände der Schraube und das in ihnen
eingeschlossene Wasser wirken und zuletzt, an der
Austrittsmündung angekommen, wird die comprimirte Luft, da sie
nichts mehr zu überwinden hat, als den atmosphärischen Druck,
sich ausdehnen, um ihr natürliches Volum wieder einzunehmen und
in Folge davon das vor ihr befindliche Wasser auf eine ihrem
Druck proportionale Höhe heben; endlich kann man das Wasser
mittelst einer auf die Austrittsmündung der Schraube gesteckten
Röhre ausströmen lassen.
Dieß ist das richtige und sinnreiche Princip, durch welches Hr.
Letellier den Nutzeffect der
Schraube vergrößert; aber noch zwei weitere Vortheile werden
dadurch erreicht:
1) die Schraube braucht, um vortheilhaft zu wirken, nicht mehr um
30 bis 40° geneigt zu seyn; er stellt die seinige in
einen Winkel von 70 bis 75° zum Horizont; das Wasser wird
also damit höher gehoben als durch die gewöhnliche Schraube;
2) da die Schraube abwechselnd Luft und Wasser aufnehmen muß, so
taucht sie gar nicht tief in das untere Reservoir; 14–15
Centimeter Wasser genügen für sie schon; es wird also auch
dadurch an Höhe gewonnen, auf welche das Wasser gehoben wird,
folglich am Nutzeffect, abgesehen von der Erleichterung im
Schöpfen.
Uebrigens wurden hinsichtlich der Letellier'schen Schraube noch keine Versuche mit dem
Dynamometer angestellt, und man ist also hinsichtlich ihres
Effects auf einige Data der Erfahrung beschränkt.
Es wird allgemein angenommen, daß ein Arbeiter an einer Kurbel
eine Kraft ausüben kann, welche einem auf 0,75 Meter gehobenen
Gewicht von 8 Kilogr., oder 6 Kilogrammeter per Secunde entspricht und daß er
diese Arbeit 8 Stunden lang fortsetzen kann, was für den Tag
172,800 Kilogr., auf 1 Meter gehoben, ausmacht. Diese
theoretische Berechnung scheint uns etwas hoch zu seyn, denn in
der Praxis ist es sehr schwierig, mittelst einer Kurbel diese
Leistung zu Stande zu bringen.
Die in Hachette's Mechanik angeführten
Resultate wirklicher Versuche, sowie die von Morin in seinem Aide-Mémoire de
mécanique pratique berechnete Leistung eines
Mannes an der archimedischen Schraube ergeben nur 53 bis 76
Proc. des theoretischen Effects; selbst diese Versuche scheinen
nur für Ausnahmsfälle und bei ununterbrochener Beaufsichtigung
der Arbeiter hinsichtlich ihrer beständigen Thätigkeit einen
Anhaltspunkt zu gewähren; gewöhnlich aber scheint die Leistung
noch tiefer unter obigen Voraussetzungen stehen zu bleiben.
Dafür spricht wenigstens folgendes Beispiel. Hr. Mongrard, Unternehmer der
Hafenarbeiten bei Havre, fand, daß beim Wasserausschöpfen eine
in der Minute 25 Umdrehungen machende und von 6 Mann gedrehte
Schraube im Durchschnitt nur 1 Kubiktoise, oder 7,404 Liter
Wasser in der Stunde lieferte, welche auf 2,66 Meter gehoben
wurden, was 19,695 Liter auf 1 Meter gehoben, und für 5
Arbeitsstunden 98,475 Liter, oder 16,412 Liter auf 1 Meter
gehoben, für die Arbeit eines Mannes ausmacht, wonach die
Schraube nur 10 Proc. vom Effect des Motors realisiren
würde.
Uebrigens wissen wir schon aus der täglichen Erfahrung, daß nur
das Ausschaufeln des Wassers durch Menschenkraft und die
Pumpenarbeit höher zu stehen kommen als die Arbeit mit der
archimedischen Schraube; alle andern Wasserschöpfmaschinen aber,
wie die Paternosterwerke, Treträder, Schöpfeimerräder,
holländische Mühlen etc. wohlfeiler arbeiten. In ihrem
bisherigen Zustand also kann die archimedische Schraube als
keine gute Ausschöpfmaschine betrachtet werden, was auch
Theoretiker und Ingenieure wegen ihrer anscheinenden Einfachheit
und ihrer leichten Einsetzung und Versetzung zu ihren Gunsten
vorgebracht haben mögen.
Versuche mit Letellier's Schraube.
Folgendes ist das Resultat der Versuche, welche wir unter unsern
Augen mit Letellier's verbesserter
Schraube anstellen lassen zu müssen glaubten.
Hinsichtlich der Berechnung des Effects dieser Maschine stießen
wir auf dieselbe Schwierigkeit wie mit der gewöhnlichen
archimedischen Schraube. Diese Schraube mit comprimirter Luft
war zwar in ziemlich großem Maaßstab ausgeführt, aber weder zu
einer lange andauernden Arbeit, noch zum Heben einer großen
Wassermasse aus einem tiefern auf ein höheres Niveau angewandt
worden. Wir konnten folglich weder alle zur Berechnung ihres
Effects erforderlichen Daten ermitteln, noch in verschiedenen
Epochen ihrer Thätigkeit ein Dynamometer anbringen, welches uns
das Maaß des zu ihrer Ingangsetzung erforderlichen Kraftaufwands
hätte angeben können. Wir mußten uns also mit einigen Proben
begnügen, welche zwar mit Sorgfalt angestellt wurden, jedoch
ungenügend sind, um den Werth des Apparats vollkommen zu
erheben, die wir aber nichtsdestoweniger mit ihren Details und
allen daraus abzuleitenden Folgerungen hier mittheilen.
Die von Hrn. Letellier uns zur
Verfügung gestellte Schraube war im Winkel von 75° zur
Horizontale geneigt; sie hatte 1 Meter Höhe, eine Röhre von 0,70
Durchmesser und eine Spindel von 0,50 Durchmesser. Auf sie war
ein 1,20 Meter hohes Rohr gesteckt, aus dessen oberem Ende das
auf 2,20 Meter gehobene Wasser ablief. Die Anzahl der
Schraubengänge war 22 1/2 und der Apparat wurde mittelst eines
Winkelrads mit 50 Umgängen per
Minute leicht in Gang gesetzt.
Um die Schraube umzudrehen und das Wasser bloß die Gänge
hinaufsteigen zu machen, braucht man nur die Kraft von 1 Kilogr.
auf den Griff einer Kurbel von 0,40 Meter Radius wirken zu
lassen; um aber eine ununterbrochene Entleerung des Wassers am
Gipfel der Röhre zu bewirken, ist, wie wir uns überzeugten, ein
Kraftaufwand von 4,50 Kilogr. auf diese Kurbel erforderlich.
Bei diesem Kraftaufwand lieferte die Maschine ungefähr 4 1/2
Liter bei jeder Kurbeldrehung und ein länger fortgesetzter
Versuch ergab, daß im Durchschnitt auf 26 Liter Wasser gerechnet
werden konnte, die in 6 Kurbeldrehungen 2,20 Meter hoch
geschafft wurden, so daß man 4,33 Liter per Drehung erhält.
Wir gehen nun zu den Folgerungen aus diesen Daten über.
Da wir wissen daß, um die Maschine in Bewegung zu setzen, ein
Kraftaufwand von 4,5 Kilogr. auf einen 0,40 Meter langen
Kurbelarm nöthig und zu jeder Umdrehung 1 1/5 Secunde Zeit
erforderlich sind, ist die Leistung des Motors gleich 2 ×
4,5 × 0,8 × 50/60 = 6 Kilogr. welche in 1 Secunde
auf 1 Meter, oder 21,600 Kil. die in 1 Stunde auf 1 Meter
gehoben werden, was in 5 Arbeitsstunden 108,000 Kilogrammeter
beträgt. Da nun die Maschine 4,33 Liter Wasser 2,20 Meter hoch,
oder 9,533 Liter 1 Meter hoch mit 1 Kurbeldrehung hebt, und in
der Minute 50 Umdrehungen macht, so hebt sie ungefähr 477 Liter
Wassers 1 Meter hoch in der Minute, 28,620 Liter in der Stunde,
und in 5 Stunden 143,100 Liter oder Kilogr. Wasser, was
ungefähr 133 Proc. vom Effect des Motors ausmacht.
Daraus geht hervor, daß die Schraube mit comprimirter Luft, mit
welcher wir die Versuche anstellten, und die von einem einzigen
Mann in Bewegung gesetzt wurde, in 5 Arbeitsstunden nahezu 83
Procent des Effects liefert, welchen ein Arbeiter hervorbringt,
der täglich 8 Stunden an einer Kurbel dreht, und daß sie während
dieser 5 Stunden über 173 Procente von der Leistung der Arbeiter
an der gewöhnlichen archimedischen Schraube hätte vollbringen
können.
Ueber diese Resultate werden sich die Mechaniker verwundern;
allein wir bemerkten schon, daß wir dieselben nur unter
Vorbehalt mittheilen, daß wir es hier nicht mit einem in
ununterbrochener Thätigkeit arbeitenden Apparat zu thun hatten;
daß an demselben keine kraftmessenden Instrumente während eines
regelmäßigen Ganges angebracht werden konnten; wir fügen noch
hinzu, daß die auf die Kurbel wirkende mittlere Kraftäußerung
nur auf 7 1/2 bis 8 Kil. erhöht zu werden brauchte, um die
Leistung dem Arbeits-Aufwand gleich zu machen –
ein schon sehr beachtenswertes Resultat, welches uns zum noch
sorgfältigem Studium dieser merkwürdigen Erfindung auffordern
mußte.
Um gerecht zu seyn, müssen wir auch erwähnen, daß während unserer
Versuche, in Folge eines Verlustes an Wasser im untern
Reservoir, die Schraube des Hrn. Letellier nicht tief genug ins Wasser reichte, daß der
in die Flüssigkeit eingetauchte Bogen sogar dem in der Luft
circulirenden nicht gleich war, während zu einer guten Arbeit
letzterer größer als ersterer seyn sollte, d.h. das Ende der
Schraube länger im Wasser als in der Luft sich drehen müßte;
dann liefert der Apparat ein beträchtlicheres Product ohne
merklich größeren Kraftaufwand des Motors.
Eine andere eben im Bau begriffene Schraube nach demselben
System, mit welcher also keine Versuche angestellt werden
konnten, soll nach einigen von Hrn. Letellier angestellten Proben noch außerordentlichere
Resultate liefern.
Diese Schraube hat 1 Meter Länge, 0,56 Meter äußern Durchmesser,
0,40 Meter Durchmesser der Spindel, 0,08 Weite und 0,04 Höhe der
Gänge. Sie zählt 28 1/2 Windungen; man läßt sie 50 Umgänge per Minute machen. Sie schaffte mit
einem mittlern Kraftaufwand von 2,5 Kilogr. auf die Kurbel 2,400
Kilogr. per Kurbeldrehung auf eine
Höhe von 3,20 Meter. Daraus folgt, daß wenn die auf die Kurbel
wirkende Kraft 2,5 Kilogr. ist, die Leistung in 5 Stunden gleich
ist 60,000 Kilogr. auf 1 Meter gehoben; und da sie per Kurbeldrehung 2,4 Liter
3,20 Meter hoch, oder 115,200 Liter in 5 Arbeitsstunden 1 Meter
hoch hob, so folgt, daß sie nahezu zweimal den Effect des Motors
vollbrachte.
Dieses sind die ermittelten und zu unserer Kenntniß gelangten
Resultate hinsichtlich der Letellier'schen Schraube mit comprimirter Luft. Wir haben
nun nur noch einige Betrachtungen über die eigenthümlichen
Vorzüge dieser Vorrichtung daran zu knüpfen.
Merkwürdig ist, wie wir oben schon andeuteten, daß man den Körper
der Schraube anfüllen, d.h. 19 bis 20 Drehungen machen kann,
indem man auf den Arm der Kurbel einen Kraftaufwand von nicht
mehr als 1 Kilogr. wirken läßt, daß aber, sobald man diese
Umdrehungen durchgemacht hat und das Wasser die Röhre
hinaufzuziehen beginnt, man sogleich eine Vermehrung des
Widerstandes empfindet, so daß man den Kraftaufwand auf 4 1/2
Kilogr. steigern muß. Daraus scheint klar hervorzugehen, daß
nicht nur das Wasser, welches unterbrochen schluckweise
eintritt, gar keinen Druck auf das Wasser im untern Reservoir
ausübt, sondern auch die Compression der zwischen den
Wasserschichten eingeschlossenen Luftvolume ohne Kraftaufwand
von Seite des Motors erfolgt, sowie auch ohne Druck auf das
Wasser im Reservoir.
Der größere Kraftaufwand, welcher auf die Maschinerie ausgeübt
werden muß, sobald das Wasser in die Röhre zu gelangen beginnt,
beweist, daß von da an der atmosphärische Druck zu überwinden
ist, nach Abzug desjenigen, welchen die eingesperrte Luft auf
ihrem Weg durch die Schraube erlitt; wirklich macht die
Schraube, wenn man sie sich selbst überläßt, 2–3
Umdrehungen in umgekehrter Richtung und bleibt dann, obschon sie
wenigstens noch 80 Kilogr. Wassers enthält, stehen, d.h. sie
befreit sich von dem einzigen Druck, dem sie ausgesetzt ist,
nämlich demjenigen der über ihr stehenden Wassersäule, welche in
die Schraube zurückkehrt, wahrscheinlich alle Wasserbögen
nacheinander zurückdrückend.
Vermuthlich ist dieser Compression, welche die Luft zwischen
jeder Wasserfläche erleidet, und welche, wie gesagt, von selbst
und ohne Kraftaufwand von Seite des Motors stattfindet, der
größere Nutzeffect der Letellier'schen Maschine zu verdanken. Diese comprimirte
Luft muß, wenn sie aus der Schraube in die Röhre gelangt, sich
ausdehnen, um sich mit der äußern Luft ins Gleichgewicht zu
setzen, und dieser von ihrer Ausdehnung herrührende Kraftaufwand
ist es, welcher das Wasser höher hinauftreibt, als es stiege,
wenn man sich zu seiner Hebung einer gewöhnlichen archimedischen
Schraube bediente.
Eine wichtige Bemerkung ist nothwendige Folge vorstehender
Beobachtung. Um nämlich das Wasser die 22 1/2 Schraubengänge
hinauf zu treiben, waren nur 19 bis 20
Kurbeldrehungen mit einem Kraftaufwand von etwa 1 Kilogr. auf
die Kurbel erforderlich, während, um dieses Wasser 1,20 Meter
höher hinaufzutreiben, der Kraftaufwand auf 4 Kilogr. gesteigert
werden mußte; es folgt daraus, daß es viel vortheilhafter ist,
das Wasser bei der einfachen Höhe der Schraube ablaufen zu
lassen, weil dann bei besagter Schraube nur 1/4 vom Effect des
Motors erforderlich ist, während die Höhe, auf welche es so
gebracht wird, die Hälfte der ganzen Höhe ist. So oft man (was
bei den gewöhnlichen Ausschöpfungs- oder
Wässerungs-Arbeiten in der Regel der Fall ist) das Wasser
nur auf eine mäßige Höhe zu heben hat, dürfte es daher am
vortheilhaftesten seyn, die Letellier'sche Schraube von derselben Höhe zu verfertigen,
auf welche das Wasser gehoben werden soll, wo man dann eine
hydraulische Maschine von großer Kraft und Vollkommenheit
besitzt, die einen äußerst kleinen Kraftaufwand erheischt, um
sehr bedeutende Wasservolume zu liefern.
Zu folgender Betrachtung veranlaßt uns ferner die Letellier'sche Schraube.
Bei der gewöhnlichen archimedischen Schraube tritt das Wasser
ohne oder beinahe ohne Stoß in den schraubenförmigen Canal ein
und aus der Schraube ohne besondere Geschwindigkeit aus. In die
Letellier'sche Schraube tritt das
Wasser zwar ebenfalls ohne Stoß, sein Austritt aus derselben
aber geschieht mit einer gewissen Geschwindigkeit in Folge der
Absperrung der Luft welche zwischen den aufeinanderfolgenden
wasserhaltenden Bögen comprimirt wurde; diese Compression der
Luft, welche, wie gesagt, ohne Kraftaufwand von Seite des Motors
erfolgte, dient dann zum Heben des Wassers auf eine größere
Höhe, ohne merklich auf die abwechselnden, in den
Schraubengängen eingeschlossenen Luft- und Wassermassen
zurückzuwirken. Die größere Leistung der neuen Schraube hängt
sonach von dem Grad der Compression ab, auf welche die Luft in
den Windungen des schraubenförmigen Canals gebracht wurde, und
es ist wahrscheinlich, daß ein einfaches Verhältniß stattfindet
zwischen dem Grad des Drucks, auf welchen die Luft gebracht
wird, und der Höhe, auf welche das Wasser mit Vortheil geschafft
werden kann.
Wir haben ferner oben bemerkt, daß die Letellier'sche Schraube bei einer gewissen
Geschwindigkeit das Wasser nur auf eine bestimmte Höhe schaffen
kann. Wenn man aber ihre Geschwindigkeit oder den Kraftaufwand
vergrößert, so wird das Wasser sehr hoch gehoben, und zwar, wie
es scheint, proportional der neuen Geschwindigkeit. Da nun in
diesem Fall das Verhältniß der successiven Luft- und
Wasserschlucke dasselbe bleiben muß, dieselben nur
schneller aufeinander folgen, und sich nichts verändert, als die
Centrifugalkraft der Wassermassen, welche größer wird: so folgt
wohl hieraus, daß diese Centrifugal-Geschwindigkeit auf
den Druck Einfluß haben muß, welchen die eingesperrten
Luftmassen erleiden, und daß dieser Druck mit der
Geschwindigkeit zunehmen muß. Uebrigens könnte der größere Druck
der zwischen zwei Wassermassen eingesperrten Luft auch Folge der
Trägheit dieser Massen seyn, welche nicht unmittelbar dem ihnen
gegebenen Impuls folgen, nicht bei jeder Drehung der Schraube
auf einer ihnen dargebotenen geneigten Ebene vorschreiten, und
folglich auf einer gewissen Höhe der Schraube sich anhäufen auf
Kosten der von der Luft eingenommenen Räume, wodurch diese Luft
mehr zusammengedrängt und einem stärkern Druck unterworfen wird.
Wenigstens spricht dafür die Thatsache, daß bei großen
Geschwindigkeiten, um das Wasser in das obere Abflußrohr
gelangen zu machen, anfangs eine größere Anzahl von
Schraubenumgängen erforderlich ist als bei kleinen
Geschwindigkeiten.
Jedenfalls eröffnet die Letellier'sche
Schraube wegen ihres in diesem Theil der Mechanik durchaus neuen
Princips ein neues Feld der Untersuchung. Um dieselbe in großem
Maaßstab ausführen und anwenden zu können, sind aber noch sehr
wichtige Probleme zu lösen, von welchen wir folgende
anführen.
Welche Höhe und welche Durchmesser der Röhre und der Spindel sind
die vortheilhaftesten, um ein gegebenes Wasservolum auf eine
bestimmte Höhe zu heben?
Wie viele Windungen sind dem schraubenförmigen Canal zu geben, um
die größte Wirkung hervorzubringen?
In welchem Verhältniß müssen die Windungen der Schraube
allmählich abnehmen, um den größten Nutzeffect
hervorzubringen?
Welches Verhältniß soll zwischen den Luft- und den
Wasserschlucken am Anfang und bei jeder Umdrehung dieser
Schraube stattfinden, oder vielmehr, welches ist die relative
Zeit während einer Umdrehung, in welcher die untere Oeffnung der
Schraube in der Luft circuliren und im Wasser sich drehen
soll?
Mit welcher Geschwindigkeit müßte man die Schraube drehen, um
ihren größten Nutzeffect zu erreichen, oder welches ist das
Verhältniß zwischen dem Druck der Luft, der Geschwindigkeit der
Luft, und der Höhe auf welche das Wasser gebracht wird?
Bei welcher Neigung arbeitet die Schraube am
vortheilhaftesten?
Wir gehen hier nicht auf weitere Untersuchungen ein, auch nicht
auf die Berechnungen des Erfinders, wonach ein übermäßiger
Nutzen von dieser Maschine zu ziehen wäre, wenn man sie in großen
Dimensionen und mit großen Motoren anwendete, und beschränken
uns nur auf das, wovon wir uns thatsächlich überzeugen konnten.
Schlüßlich wollen wir unsere Ansicht in wenigen Worten
zusammenfassen.
Hr. Letellier wandte auf die
Construction der archimedischen Schraube ein sehr sinnreiches
und in diesem Theil der Mechanik ganz neues Princip an, welches
den Nutzeffect dieses hydraulischen Apparats beträchtlich
erhöht.
Seine Maschine vermag das Wasser viel höher zu heben, als die
gewöhnliche Schraube; mittelst einer um die Hälfte kürzeren
Schraube hebt sie eine größere Wassermasse höher als jene.
Auch nimmt sie weniger Platz ein als jene Schraube, und ist
wenigstens ebenso leicht und schnell zusammenzusetzen, an eine
andere Stelle zu bringen und zu behandeln.
Ihr Anschaffungspreis scheint bei gleicher Kraft nicht
bedeutender zu seyn; sie ist ebenso leicht zu construiren und
mit geringeren Kosten zu unterhalten.
Sie erheischt, um mit Vortheil zu wirken, eine Wassertiefe von
nur 14 bis 18 Centimeter.
Die Reibungen und passiven Widerstände scheinen geringer zu seyn
als bei der gewöhnlichen Schraube.
Endlich ist sie eine hydraulische Maschine welche die Wassersäule
beinahe vertical hebt, ohne alle Ventile, Klappen, Hähne
etc.