LXX. Beschreibung des Zuppinger'schen Wasserrades; von G. Delabar. Mit Abbildungen auf Tab. IV. Zuppinger'schen Wasserrades. Nachdem ich in meinen beiden letzten ArtikelnPolytechn. Journal Bd. CLXXXIV S. 81 und 189. zwei ganz neue Wassermotoren zur Kenntniß der Leser dieses Journals gebracht habe, darf ich wohl hoffen, daß auch die vorliegende Mittheilung über das von dem rühmlichst bekannten Maschineningenieur Zuppinger (Director der Abtheilung hydraulischer Motoren, Getriebe und Mühlwerke in der Maschinenfabrik von Escher Wyß und Comp. in Zürich) erfundene und nach ihm benannte Wasserrad nicht ohne Interesse werde entgegen genommen werden. Zwar ist dieses Rad nicht mehr ganz neu, indem sich der Erfinder dasselbe schon im Jahr 1849 patentiren ließ, und es nach abgelaufenem Patent im württembergischen Gewerbeblatt von 1855 (daraus entnommen im polytechnischen Centralblatt ebenfalls von 1855) kurz beschrieben und nach dieser Quelle auch eine kurze Notiz in der 3. Auflage des Lehrbuches der Ingenieur- und Maschinenmechanik von Weisbach vom Jahr 1857 (II. Thl., S. 490) aufgenommen worden ist. Allein, wie es scheint, sind diese Veröffentlichungen nicht genugsam bekannt geworden, und zudem sind die Angaben und die Abbildung derselben etwas undeutlich, und was den Einlauf des Wassers betrifft, theilweise unrichtig, so daß eine nochmalige genaue Beschreibung und Darstellung dieses Rades gewiß manchem Leser dieses Journals erwünscht seyn dürfte. Vor einiger Zeit hatte ich nun Gelegenheit ein solches Rad in der Maschinenfabrik zu Ravensburg, einer ebenfalls von Zuppinger geleiteten Filiale des Escher'schen Etablissements, in Thätigkeit zu sehen und genau besichtigen zu können, und ich muß gestehen, daß dasselbe durch die Wirkungsweise, wie durch die ganze Anlage, einen sehr günstigen Eindruck bei mir hinterlassen hat. Dadurch zur vorliegenden Mittheilung veranlaßt, war ich bemüht, dieselbe mit einer genauen und vollständigen Abbildung versehen zu können. In den Figuren 1 und 2, welche ich nach einer Skizze anfertigte, die mir Hr. Zuppinger selbst zustellen ließ, ist das Rad im Verticalschnitt und im Grundriß mit theilweisem Horizontalschnitt dargestellt. Aus diesen Figuren ersieht man, daß dieses Rad aus einem Kranz A, B, C, D aus Gußeisen und einer entsprechenden Anzahl langgestreckter Blechschaufeln S, S besteht, die zu beiden Seiten (oder auch nur auf einer Seite) des Kranzes aufsitzen. Ebenso bemerkt man, daß das Rad mit einem gußeisernen Mantel E, G, H, J, K und gegen das Aufschlagwasser hin mit dem Blechmantel p, q umgeben ist, und daß in Folge dieser Anordnung das Wasser nicht von vorn, sondern nur auf beiden Seiten durch die in den Seitenwänden r¹ und r² des Mantels angebrachten Oeffnungen in die Radschaufeln gelangt und darin einzig durch sein Gewicht wirkt. Zur Vertheilung des Auflagwassers nach beiden Seiten des Rades ist unmittelbar vor diesem eine keilförmig dreiseitige Kröpfung u, t, v in den Zuflußcanal eingebaut. Das Zuflußwasser spaltet sich dadurch in zwei Arme und tritt durch die erwähnten Seitenöffnungen in das Rad ein, füllt die Schaufelräume der einen, dem Zuflußcanal zugewendeten Hälfte des Rades fast bis zum oberen Wasserspiegel L, M ganz, tritt erst wieder unter dem Mantel bei H, J im Unterwasser N, O aus demselben aus und gibt, während es durch sein Gewicht auf die Radschaufeln vom oberen bis unteren Wasserspiegel herabdrückt, dem Rade sein ganzes Arbeitsvermögen ab. – Den besten Effect gibt das Rad, wenn es sich nur sehr langsam umdreht; indessen arbeitet es bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 3 Fuß noch ganz gut. Ebenso ist, wie bei jedem Wasserrade, eine große Schaufelanzahl für den Nutzeffect günstig; doch genügen auch schon 12 bis 24 Schaufeln. Endlich fällt der Nutzeffect um so günstiger aus, je kleiner die Breite und Tiefe der Schaufeln und je passender der dreiseitige Kropf u, t, v ist. Zur Uebertragung und Fortleitung der dem Rade auf diese Weise mitgetheilten mechanischen Arbeit ist dasselbe einerseits mit einem Radkranz versehen, der in ein kleineres Stirnrad eingreift, wodurch die Bewegung auf die Transmissionswelle übertragen und weiter fortgeleitet wird. In Fig. 1 ist der Theilriß des Radkranzes durch den Hülfskreis vom Durchmesser xy und der des Kolbens oder kleinen Stirnrades ebenso durch den Hülfskreis vom Durchmesser xZ angedeutet. Aus Fig. 2 und der Skizze Fig. 3 ist endlich noch besonders zu entnehmen, wie die Radwelle w beiderseits zur Verminderung der Achsen- und Zapfenreibung auf Frictionsrollen ruht und in dieser Lage festgehalten wird. Damit das Rad in seiner Kröpfung auf die Dauer genau läuft, erfordert es in der Ausführung freilich große Genauigkeit, weßhalb es nicht wohl aus Holz gefertigt werden kann, sondern am besten aus einem Stück (aus Gußeisen) gegossen wird, was bis zu einem Durchmesser von circa 15 Fuß leicht geschehen kann. Beim Bau des Rades ist überdieß darauf zu achten, daß der innere Durchmesser des Rades genau gleich dem Gefälle vom Oberwasserspiegel bis zum Unterwasserspiegel gemacht wird, daß die Tiefe der Schaufeln der zufließenden Wassermenge entspreche, jedoch nie mehr als der Halbmesser des inneren Radringes betrage, und daß die Breite der Schaufeln, also die halbe Breite des zweiseitigen Rades, so gering sey, als es die per Secunde zufließende Wassermenge erlaubt, und andererseits 3 Fuß nicht übersteige. Für Localitäten, wo wenig Gefälle, dagegen viel Wasser verfügbar ist, und wo zugleich der Nutzeffect möglichst groß seyn soll, müssen, im Verhältniß des anzuwendenden Wassers, mehrere Räder gebaut und nebeneinander aufgestellt werden, weil bei einem einzigen Rade die Tiefe und Breite unverhältnißmäßig groß gemacht werden müßte, wodurch der Nutzeffect bedeutend kleiner aussiele. Dieser Umstand hat aber auch wieder das Gute, daß bei kleinem Wasser einzelne Räder abgestellt werden können und die übrigen alsdann mit dem wenigen Wasser einen verhältnißmäßig günstigeren Nutzeffect geben. Bei Localitäten wo das Wasser sehr veränderlich ist, kann überdieß durch Auswechseln der den Effect übertragenden Getriebe (Stirn- und Winkelräder) die Geschwindigkeit des Rades der Wassermenge noch mehr angepaßt werden, wodurch man den weiteren Vortheil erreicht, daß die Leistung des Rades um so günstiger ausfällt, je kleiner das arbeitende Wasser ist. Hr. Ingenieur Heinrich Muralt, der früher mit dem Zuppingerrad-Modell, auf welches sich unsere Abbildungen beziehen, mittelst des Prony'schen Zaumes Bremsversuche vorgenommen hat, fand den Nutzeffect desselben zu 74 bis 80 Procent des absoluten Effectes. Die Wassermenge wurde hierbei durch einen schmalen Ueberfall von circa 1 1/2 Fuß engl. Maaß gemessen und bei der Berechnung der Coefficient 0,405 angenommen. Wenn man bedenkt, daß bei dem Modelle der Wasserverlust zwischen Rad und Kropf jedenfalls bedeutend größer ist als bei einem größeren Rade, welches im Verhältniß zur Wassermenge keinen so großen Spielraum erhält, so darf man wohl annehmen, daß der Nutzeffect bei einem solchen eher noch höher befunden würde. Den anderen bekannten Wasserrädern gegenüber unterscheidet sich das Zuppingerrad vorzüglich dadurch, daß es nur durch sein Gewicht wirkt, daß damit noch Gefälle von bloß 1/2 Fuß vortheilhaft benutzt werden können, daß das Wasser in den Schaufeln beinahe so hoch ist als der obere Wasserspiegel, und daß sowohl der obere wie der untere Wasserspiegel, selbst ganz nahe am Rad, ziemlich ruhig und das Wasser ohne wirbelnde Bewegung bleibt; daß ferner bei diesem Rade die vollkommenste Ventilirung, d.h. Wegschaffung der Luft aus den Schaufeln vor oder während dem Eintritt des Wassers ohne Störung und Kraftverlust erreicht wird; daß ebenso die Geschwindigkeit des abfließenden Wassers, bei ganzer Eintauchung der Schaufeltiefe im Ablaufwasser, bedeutend kleiner seyn kann als die äußerste Umfangsgeschwindigkeit des Rades, ohne im Geringsten nachtheilig auf den Gang oder Nutzeffect zu wirken, und daß endlich der Austritt des Wassers ganz unter dem unteren Wasserspiegel stattfindet, ohne daß auch nur der kleinste Theil des Gefälles dabei verloren geht. Läßt sich auch nicht verkennen, daß dieses Rad genau construirt seyn muß, so bietet es den Turbinen und Tangentialrädern gegenüber dennoch den Vortheil größerer Einfachheit und leichterer Ueberwachung und Unterhaltung, sowie der billigeren Herstellung, und ist es auch wie diese an eine bestimmte Wassermenge gebunden, so ist es doch gegen Veränderungen und Verunreinigungen des Wassers bei weitem nicht so empfindlich wie die genannten hydraulischen Motoren. Mit dem oberschlächtigen Wasserrad verglichen, hat das Zuppingerrad den Vortheil, daß es bei bedeutend geringeren Gefällen in Anwendung kommen kann; auch theilt es mit demselben die Eigenschaft der für den höchsten Effect nothwendigen geringen Geschwindigkeit, und steht nur darin gegen dasselbe zurück, daß es wie die Turbinen nur für eine constante Wassermenge vortheilhaft und nur bis zu einer geringeren Höhe (bis circa 15') und Breite (circa 3 bis 6') ausgeführt werden kann, so daß man bezüglich der Gefällshöhen sagen kann, daß da, wo das oberschlächtige Rad nach unten aufhört, das Zuppingerrad von oben anfängt, während bezüglich der Breite eine Beschränkung in der Art eintritt, daß man da, wo man bedeutende Wasserkräfte benutzen will, mehrere durch Transmissionen verbundene Räder nebeneinander anwenden muß. Vor den unterschlächtigen Rädern (mit ebenen Schaufeln) hat das Zuppinger'sche Rad endlich den Vortheil bedeutend besserer Kraftausnutzung voraus, und ist nur bezüglich der beliebigen Vergrößerung dagegen im Nachtheil. Aus allem dem dürfte der Schluß gezogen werden, daß das Zuppingerrad namentlich für die zahllosen kleineren Wasserwerke mit geringem Zufluß und kleineren Gefällen mit Vortheil anwendbar ist und manchem kleineren Werke das Doppelte seiner bisherigen Triebkraft und unter Umständen selbst noch mehr verschaffen könnte. Die Herstellungskosten kommen etwa denen der übrigen aus Eisen gebauten Räder gleich, sind aber jedenfalls höher als für die einfacheren aus Holz gebauten Wasserräder. Gerade diesen größeren Anlagekosten, den übrigen allerdings weniger vollkommenen Wasserrädern gegenüber, und auch dem Umstande, daß bisher noch keine richtige Beschreibung desselben bekannt war, mag es zuzuschreiben seyn, daß dieses für die angegebenen Fälle sehr empfehlenswerthe Rad bis jetzt nicht häufiger ausgeführt worden und in bessere Aufnahme gekommen ist. Kann vorliegende Mittheilung etwas hierzu beitragen, so ist der Zweck derselben erreicht.