XLI. Zur Geschichte der Fourneyron'schen Kreiselraͤder. Zur Geschichte der Fourneyron'schen Kreiselraͤder. Die Verhandlungen des Vereins zur Befoͤrderung des Gewerbfleißes in Preußen enthalten in der vierten Lieferung (1837) S. 167–181 einen sehr schaͤzbaren Aufsaz des Hrn. Dr. und Professor Egen uͤber die Geschichte des ersten in Herford (in Preußen) erbauten Kreiselrades, welches zuerst verfehlt wurde, spaͤter aber gelang. Bei dem allgemeinen Interesse, welches die horizontalen Wasserraͤder gegenwaͤrtig erregen, glauben wir daraus ebenfalls folgenden (im Polytechn. Centralblatt, Nr. 70, enthaltenen) Aufsaz mittheilen zu muͤssen: Hr. Schoͤnfeld in Herford bestimmte sich 1834 zum Bau eines Kreiselrades, welches ein Gefaͤlle von 5 1/2 Fuß und einen Wasserzufluß von 64 Kubikfuß in Triebkraft verwandeln sollte. Nach Fourneyron's praktischen Regeln (Polytechn. Journal Bd. LIII. S. 274) betrug der innere Raddurchmesser 6,03', der aͤußere 7,43'; die Schaufelzahl 42, die Hoͤhe derselben 10'', der Winkel am aͤußeren Radumfange mit der Tangente = 40°; 8 Leitcurven schlossen mit der Tangente einen Winkel von 30° ein. Das Rad badete ganz im Unterwasser, und sollte in der Minute 32 Umlaͤufe machen. Dabei glaubte man auf 32 Pferdekraͤfte rechnen zu koͤnnen. – Nach Versuchen von Carliczeck machte das Rad rastlos 27 Umlaufe, und gab bei 12 Umlaufen und 50 Kubikfuß Wasserverbrauch der ersten Welle nur 5 Pferdekraͤfte. – Bei so traurigem Resultate wurde Egen consultirt, welcher schon fruͤher den Hauptfehler der Construction darin zu finden geglaubt hatte, daß die Wasserfaͤden bei der angegebenen Construction der Leitcurven nicht den Weg nahmen, den ihnen die Theorie zuschreibt. Jede Leitcurve stand mit ihrem Ende senkrecht gemessen 11'' von der convexen Seite der naͤchsten ab; die Schuͤze wurde hoͤchstens 4 1/2'' gezogen, die Schuͤzenbretter waren nur 3'' dik. Außer diesem Hauptfehler bestand noch ein anderer, naͤmlich der zu große Winkel, welchen die Schaufeln mit dem aͤußeren Radumfange einschlossen. Egen verordnete zunaͤchst, in die Schaufeln Holzkeile einzusezen, durch welche der zulezt erwaͤhnte Winkel von 40° auf 18° gebracht wurde, und außerdem die Schuͤzendike auf 8'' zu verstaͤrken. Bei den persoͤnlich angestellten Untersuchungen zeigte sich, daß durch unvortheilhafte Herstellung der Wasserzufuͤhrungscanaͤle das moͤgliche Gefalle von 7' 4'' um 35,4 Proc. gekuͤrzt worden war, und daß (mit schwimmenden Weinflaschen ermittelt) 55 K' Wasserzufluß State fanden. Die systematisch angestellten Versuche zeigten, daß bei einem Wasserstrahle, dessen Breite die Hoͤhe vielfach uͤbertrifft, die Wasserfaden nicht parallel bleiben und die Richtung des lezten Elementes der concaven Seite der Leitcurven annehmen; das Wasser kam daher nicht in der vorgeschriebenen Richtung auf die Schaufeln. Es wurde nun die rohe consumirte Kraft zu 26,3 Pferdekraͤften bestimmt, und die von dem Rade ausgeuͤbte zu 11 Pferdekr. bei 25 Umdrehungen der liegenden Welle,   9,7   –  –   12       –  –       –    – folglich war im ersten Falle der Wirkungsgrad 42 Proc., im zweiten 37 Proc. Sollte das Rad beibehalten werden, so ließ sich das Gefaͤlle auf 6 Fuß, folglich die rohe Kraft auf 42,7 Pferdekr. steigern; 42 Proc. davon betragen 17,0; davon gehen ab als ermittelter Widerstand der Betriebstheile: 7 Pferdekr.; folglich bleiben zur eigentlichen Verwendung 10–11 Pferdekr. uͤbrig. Der Zapfen des Rades lag im Wasser, und das Rad konnte nicht gehoben werden. Alles dieß empfahl eine ganz neue Radconstruction. Fourneyron wurde nach den Bedingungen gefragt, unter welchen er die Construction uͤbernehmen wolle, und forderte 2000 Fr. Reisekosten nebst billigem Honorar fuͤr Bemuͤhungen, 11,000 Fr. fuͤr das Rad, das in Niederbronn bei Vv. Dietrich und Sohn gebaut werden sollte; er versprach 18 Pferdekr. Leistung (kaum 60 Proc.) und wollte sie nur dann verbuͤrgen, wenn der Preis auf 14,000 Fr. erhoͤht wuͤrde. Solche uͤbertriebene Forderungen schrekten ab. Carliczeck sammelte auf einer Reise folgende Angaben uͤber Kreiselraͤder: In Niederbronn fand er ein Rad im Bau fuͤr ein Gefalle von 3,050 Meter. Der aͤußere Durchmesser betrug 1,416, der innere 1,066 Met., die Schaufelhoͤhe 2,290 Met.; das Rad sollte 36 Schaufeln und 24 Leitcurven erhalten; es war fuͤr die Consumtion von 25 K' Wasser und fuͤr 51 Umdrehungen berechnet. Der Zapfen war fast so construirt, wie an dem neuen Herforder Rade, und sollte durch ein Rohr von Unten mit Oehl gespeist werden. Das Rad war fuͤr ein Geblaͤse der Maschinenwerkstatt selbst bestimmt. – In Loͤrrach waren bei den HH. Koͤchlin zwei Kreiselraͤder aufgestellt, und zwar in demselben Gerinne, bei 4 1/2 bis 5 Fuß Gefalle und 25 K' Aufschlagwasser fuͤr beide Raͤder zusammen. Das eine Rad hatte 0,800 Met. inneren, 1,100 Met. aͤußeren Durchmesser, 0,130 Met. Schaufelhoͤhe, 26 Schaufeln und eben so viel Leitcurven. Der Zapfen war construirt wie der in Niederbronn. Das zweite Rad hatte 3' inneren Durchmesser und 7–8'' Schaufelhoͤhe; auch dieses Rad hatte 26 Schaufeln und 26 Leitcurven. Die Raͤder treiben die Maschinen einer Drukerei. Mehr Daten konnten nicht ermittelt werden. – In St. Blassen war das eine Rad, welches eine Baumwollspinnerei treibt, seit 1 1/2 Jahre im Betriebe. Es hat 17'' inneren, 28'' aͤußeren Durchmesser, 18''' Schaufelhoͤhe, 36 Schaufeln und 18 Leitcurven, deren leztes Element mit dem Radius einen Winkel von 90° bildet. Bei 70' Gefaͤlle werden 7 K' Aufschlagwasser verbraucht. Das Rad macht 350 bis 370 Umlaͤufe, und hat bei 58 Proc. Nuzeffect eine Kraft von 70 Pferden. Der Zapfen kann geschmiert werden. Das zweite Rad wird fuͤr ein Gefalle von 360' und fuͤr ein Wasserquantum von 2 K' erbaut. Es wird 0,100 Met. inneren, 0,158 Met. aͤußeren Durchmesser erhalten. Es bekommt 36 Schaufeln und 36 Leitcurven. Die Zahl der Umlaufe war von Hrn. Fourneyron auf 2210, und die Kraft auf 62 Pferde vorbestimmt worden. Die Zapfen liegen unter Wasser, haben aber eine abgeschlossene Oehlkammer, so daß sie in Schmiere gehalten werden koͤnnen. Die mathematische Theorie der Kreiselraͤder ist sicher begruͤndet und vollstaͤndig; es kommt daher nur darauf an, die Bedingungen gehoͤrig anzuordnen, unter welchen das Rad gerade so wirkt, wie es soll. Eine der ersten Bedingungen ist, daß die Hoͤhe jeder Schuͤzenoͤffnung ihre Breite mehrfach uͤbertreffe, und daß die Schuͤzenbretter dik genug sind, um dem Wasser einen Canal von hinreichender Laͤnge darzubieten. Bei der neuen Radconstruction wurden nach Egen 28 bis 30 Leitcurven beplant; jede Schuͤzenoͤffnung ist so 2,82'' breit, 4'' lang und bei vollem Schuͤzenzuge 6–7'' hoch, die untere Seite der Schuͤzen ist nach Innen zu abgerundet. Die Oeffnungen erlangten auf diese Art die Gestalt, welche fuͤr moͤglichste Verminderung der Contraction am guͤnstigsten ist. Bei einem Versuche betrug die wirkliche Ausflußgeschwindigkeit 86 Proc. der theoretischen. – Die Leitcurven sollten einen Winkel von 60° mit dem Radius bilden, und das Rad mit halber Geschwindigkeit des ausstroͤmenden Wassers sich bewegen. Die innere Peripherie des Rades betrug 14,7', die Ausflußgeschwindigkeit war eben so groß; folglich mußte das Rad 30 Umgaͤnge in der Minute machen. saͤmmtliche Ausflußoͤffnungen des Rades betragen im Querschnitte 4,81 □' und sind gegen 53 Proc. groͤßer als die gesammten Schuͤzenoͤffnungen bei 5 3/4'' Hoͤhe. Der gußeiserne Ring, an welchen sich die Schuͤzenliederung anlegt, wurde auf 4 1/4' verengt und dadurch die leichte Beweglichkeit der Schuͤze hervorgebracht. Der innere Durchmesser des Rades wurde auf 4' 8'' festgesezt und dem Rade eine Breite von 10'' gegeben. Nach den Versuchen von Carliczeck betraͤgt bei dem seit 6 Monaten befriedigend gehenden Rade der Nuzeffect 68 2/3 Proc. bei 32 Umlaͤufen, 6'' Schuͤzenzug, 5' 7'' Gefaͤlle und 47,1 K' Wasserverbrauch. Ueber die Kraftverluste gibt Egen folgende werthvolle Notizen: Wenn angenommen werden darf, daß in den Schuͤzenoͤffnungen keine Contraction Statt findet, d.h., daß die Wasserstrahlen daselbst parallel liegen, so betraͤgt die wirkliche Ausstroͤmungsgeschwindigkeit 86 Proc. von der theoretischen. Dann verhaͤlt sich die theoretische Wasserkraft zur Kraft des in die Schaufeln einstroͤmenden Wassers wie (100)² : (96)² = 100 : 74, so daß also das Wasser schon 26 Proc. an Kraft verloren hat, bevor es auf die Schaufeln trifft. Will man einwenden, der Geschwindigkeitsverlust sey geringer, so muß man zugeben, daß dann die Wasserstrahlen nicht parallel liegen, und also nicht unter dem vorausgesezten Winkel die Schaufeln treffen, wodurch ein anderer Kraftverlust herbeigefuͤhrt wird, der dem bestrittenen leicht nahe kommen mag. – Ein zweiter Kraftverlust ergibt sich dadurch, daß die meisten Wasserstrahlen unter Winkeln auf die Schaufeln zugehen, die von den vorgeschriebenen Neigungswinkeln mehr oder weniger abweichen. Der Verfasser wagt es nicht, diesen Verlust zu schaͤzen. Ferner wird dadurch noch Kraft eingebuͤßt, daß das Wasser in den Schaufeln Widerstand findet und daß es nicht in der Tangentialrichtung das Rad verlaͤßt. Endlich noch koͤnnen die Schuͤzenbloͤke nicht genau schließen, es muß sich Wasser durch die Zwischenraͤume hindurchdraͤngen und auf den Ausfluß stoͤrend einwirken. Alle diese Kraftverluste muͤssen unerwartet gering seyn, wenn ein Nuzeffect von 70 Proc. uͤbrig bleiben soll, den das Herforder Rad bei 30 Umlaͤufen vielleicht erreicht. Wo von einem bedeutend hoͤheren Effecte solcher Raͤder die Rede ist, kann man sich des Mißtrauens nicht erwehren. Fourneyron selbst spricht, nach dem er seine Raͤder verbessert hat, nicht mehr von einem Effecte von 80 Proc. und mehr. Und wie sollten seine fruͤheren Raͤder, mit nur 10 oder 12 Leitcurven, einen Effect von 83 und 87 Proc. haben leisten koͤnnen? Es ist gar zu leicht, sich bei hydraulischen Versuchen der Selbsttaͤuschung hinzugeben, oder unwillkuͤrlich derselben anheim zu fallen. Unter den Augen sachkundiger Maͤnner werden jezt in einem beruͤhmten Bergwerksbezirke Deutschlands (Freiberg?) zwei Kreiselraͤder gebaut, die unzweifelhaft in allen Theilen zwekmaͤßig ausgefuͤhrt werden. Hoffentlich wird man ihren Effect genau untersuchen, so daß unsere Kenntniß uͤber den Werth solcher Raͤder recht bald einen erwuͤnschten Zuwachs zu erwarten hat. Eine Vergleichung der Leistung und Kosten von einem Poncelet'schen und Fourneyron'schen Kreiselrade in dem angegebenen Falle fuͤhrt zu folgendem Resultate: waͤre ein Poncelet'sches Rad gebaut worden, dessen Wellenfortsezung sich unmittelbar an den Koͤnigsbaum anschloß, so wuͤrde das Bewegungsmoment dieses Rades nebst Welle gegen 1 Pferdekraft ausgemacht haben. Nimmt man ferner den Nuzeffect des Poncelet'schen Rades zu 64 Proc., so wie des Fourneyron'schen Rades zu 70 Proc. an, so lassen sich die Leistungen beider Raͤder fuͤr 55 K' Aufschlagwasser in folgender Art mit einander vergleichen: Gefaͤlle Poncelet'sches Rad Fourneyron'sches Rad. Bruttokraft. Nettokraft Bruttokraft. Nettokraft 4 3/4 Fuß 21,6 Pferdek. 20,6 Pferdek. 23,7 Pferdek. 19,7 Pferdek. 6       – 27,3   – 26,3   – 29,9   – 25,9   – 6 1/2 – 29,6   – 28,6   – 32,4   – 28,4   – Das Poncelet'sche Rad wuͤrde also in Beziehung auf Kraftbenuzung dem Kreiselrade nicht nachgestanden haben. Die Anlagekosten des Poncelet'schen Rades wuͤrden die folgenden gewesen seyn, wenn es ganz in Eisen gebaut worden waͤre: I. An Gußeisen waren erforderlich: fuͤr die Wasserradachse   4830 Pfd.  –  14 Radarme   4900  –  –    3 Radkraͤnze 13000  –  –  den Kammring   3600  –  –    2 Streben im Gerinne   1200  –  –    2 Zapfenlager   1000  –  –  den Regulator   1000  – ––––––––––  Thlr. Sgr. Pf. in Summa 29530 Pfd. zu 50 Thlr. = 1476  15   – II. An Schmiedeisen waren erforderlich: Thlr. Sgr. Pf. fuͤr die Schaufeln 4928 Pfd. zu 90 Thlr. = 443    6   3 –  14 Streben 1200 – –   3  Sgr.  = 120    –   – –  Schrauben   500 – –   4   –     =   66  20   – –  Achsen   480 – –   4   –     =   64    –   – –––––––––––––––––––   693   26   3 III. An Rothguß 60 Pfd. zu 15 Sgr.     30    –    – IV. An Modell- und Aufstellungskosten   200    –    – –––––––––– In Summa 2400   11   3 Dagegen hat das neue Kreiselrad gekostet:   Thlr. Sgr. Pf. 1) Zapfenlager zur Radwelle 500 Pfd. zu 50 Thlr.     25   – – 2 Keile dazu 8 Pfd. zu 5 Sgr.       1 10 – 2) Die stehende Radwelle 2152 Pfd. zu 56 Thlr.   120   5 4 Schmiedeisen daran 28 Pfd. zu 10 Sgr.       9 10 – Messingene Buͤchsen 31 Pfd. zu 24 Sgr.     24 24 – Durchbohrung zum Behuf des Schmierens       5   – – 3) Rohr um die Radwelle 3182 Pfd. zu 56 Thlr.   178   5 9 Schmiedeisen daran 28 Pfd. zu 7 Sgr.       6 16 – 4) Kreiselrad 2097 Pfd. zu 60 Thlr.   125 25 – Die 44 Schaufeln 559 Pfd. zu 4 Sgr.     74 16 – 5) Leitscheibe 1293 Pfd. zu 60 Thlr.     67 17 – Die 28 Leitcurven 413 Pfo. zu 4 Sgr.     55 12 – 6) Schuͤzenring 696 Pfd. zu 60 Thlr.     41 23 – Liederung, die Holzbloͤke u.s.w.     36   6 – 7) Ring, in welchem die Schuͤzenliederung auf- und    abgeht, 2166 Pfd. zu 56 Thlr.   121   9 – 8) Kreuz fuͤr den Schuͤzenzug 266 Pfd. zu 50 Thlr.     13   9 – Die Stangen dazu 567 Pfo. zu 6 Sgr.   113 12 – 9) Vorrichtung zum Aufziehen des Rades bei    Reparaturen 74 Pfd. zu 6 Sgr.     14 24 – 10) Die Schraube fuͤr den Schuͤzenzug 211 Pfd. zu 10 Sgr.     70 10 – 11) Zapfen der Radwelle 40 Pfd. zu 12 Sgr.     16   – – Stahlstuͤke dazu 7 Pfd. zu 25 Sgr.       5 25 – 12) Die Roͤhre zum Schmieren     10   – – 13) Das conische Rad auf der Radwelle ungefaͤhr    700 Pfd. zu 50 Thlr.     35   – – 14) Der eisenblecherne Gerinnkasten   100   – – 15) Der Regulator   200   – – 16) An Aufstellungskosten   200   – – ––––––––––– In Summa 1671 19 1 Es wuͤrde demnach allerdings das Poncelet'sche Rad 730 Thlr. theurer geworden seyn, als das Kreiselrad, wenn man ersteres ganz in Eisen haͤtte bauen wollen. Wenn man aber Arme und Radkraͤnze aus Holz baute, so wuͤrde der Preis des Kreiselrades kaum erreicht worden seyn. Die Herstellungskosten der Gerinne und Wassergraͤben moͤgen fuͤr beide Arten von Raͤdern ziemlich dieselben bleiben. Endlich schließen wir unsere Mittheilungen mit Egen's werthvollen Bemerkungen uͤber die Kreiselraͤder, die unter der besonderen Ruͤksicht aufgestellt worden sind daß die Leistungen dieser Raͤder unter den sehr verschiedenen Verhaͤltnissen, in denen sie zur Anwendung kommen koͤnnen, noch wenig sicher constatirt zu seyn scheinen. 1) Das Kreiselrad unterscheidet sich dadurch wesentlich von allen uͤbrigen Wasserraͤdern, mit Ausnahme des Reactionsrades (von Seegner), daß es bei allen Fallhoͤhen, von der niedrigsten bis zur hoͤchsten, zur Anwendung gebracht werden kann. Die gewoͤhnlichen Wasserraͤder werden schon bei Gefallen von 30 Fuß sehr unbehuͤlfliche und trage gehende Kraftmaschinen. Das Kreiselrad wird unstreitig fuͤr so hohe und hoͤhere Gefaͤlle kuͤnftig sehr haͤufig mit großem Vortheile zur Anwendung gebracht werden koͤnnen. In Gebirgsgegenden und beim Bergbau kann man haͤufig sehr hohe Gefaͤlle zur Benuzung bringen, die darum unberuͤksichtigt blieben, weil gewoͤhnliche Wasserraͤder nicht angewendet werden konnten. 2) Bei Gefaͤllen von 9–30° Hoͤhe geben die ruͤken- und oberschlaͤchtigen Raͤder einen um 5–15 Proc. hoͤheren Effect, als Kreiselraͤder, und werden also schwerlich von denselben verdraͤngt werden. Besonders moͤchten Kreiselraͤder fuͤr den Betrieb von Hammer- und Walzwerken weniger geeignet befunden werden. Wenn aber in einzelnen Faͤllen eine sehr große Winkelgeschwindigkeit, oder Ersparung von Raum, von besonderem Werthe seyn sollte, so wuͤrden fuͤr sie Kreiselraͤder zu empfehlen seyn. 3) Fuͤr Gefaͤlle von 6–9 Fuß koͤnnen Poncelet'sche Raͤder nicht zwekmaͤßig mehr zur Anwendung gebracht werden. Ruͤkenschlaͤchtige und Brustraͤder muͤssen bei bedeutenderem Wasserzuflusse sehr breit gebaut werden; sie haben eine geringe Winkelgeschwindigkeit und uͤbertreffen hier kaum nur noch die Kreiselraͤder im Nuzeffecte. In vielen Faͤllen werden fuͤr diese Fallhoͤhen Kreiselraͤder mit Vortheil zur Anwendung gebracht werden koͤnnen. 4) Fuͤr Gefaͤlle von 3–6° Hoͤhe moͤchte im Allgemeinen noch immer den Poncelet'schen Raͤdern der Vorzug einzuraͤumen seyn. Nur wo eine große Winkelgeschwindigkeit von groͤßerem Werthe ist, oder wo die Welle des Kreisels zu gleicher Zeit als Koͤnigsbaum fuͤr das Triebwerk benuzt werden kann, treten die Kreiselraͤder mit entschiedenem Vortheile auf. 5) Fuͤr ein Gefaͤlle unter 3' Hoͤhe moͤchte ebenfalls ein Kreiselrad vor dem Poncelet'schen Rade entschiedenen Vortheil haben, weil bei Anwendung des lezteren Rades der halbe Schuͤzenzug an: Gefaͤlle verloren geht, was hier schon 16 Proc. und mehr ausmachen kann. 6) Poncelet'sche und gut gebaute ruͤkenschlaͤchtige Raͤder koͤnnen ohne besonderen Nachtheil 2–3' tief im Unterwasser baden. Nun betragen aber bei Fluͤssen von mittlerer Groͤße (Oder, Spree, Lippe, Ruhr u.s.w.) die haͤufiger vorkommenden Veraͤnderungen der Wasserhoͤhen mehr als 3', und dabei werden oft auf solchen Fluͤssen nur geringe Gefalle benuzt. Unter solchen Umstaͤnden wird das Kreiselrad mit großem Vortheile anzuwenden seyn, so daß kuͤnftig alle Raͤder mit Pansterzeugen wegfallen sollten. Das Kreiselrad ist aber unter allen Wasserraͤdern am schwierigsten im Entwuͤrfe genau und zwekmaͤßig den vorhandenen Verhaͤltnissen anzupassen, am schwierigsten auszufuͤhren und am schwierigsten in gutem Betriebe zu erhalten. Wer ein solches Rad anlegen will, vertraue den Entwurf und den Bau nur sachkundigen und umsichtigen Haͤnden an, wenn er des guten Erfolges gewiß seyn will.