Geschichte der Dampfmaschine bis auf Watt.
Abb. 1. Püstrich.
(Aus Feldhaus, Ruhmesblätter der Technik.)
Abb. 2. Vorrichtung zum Öffnen von Tempeltüren.
(Aus Feldhaus, Ruhmesblätter der Technik.)
Mindestens seit fünftausend Jahren hat die europäische und asiatische Menschheit in oft riesigen bauchigen Gefäßen, die, mit Wasser gefüllt, über dem Feuer hingen oder standen, sich Dampf entwickeln sehen. Unmittelbar vor Augen hatten da denkende Köpfe ein Beispiel für die auch sonst in der Natur beobachtete Verwandlung eines Stoffes in einen anderen, von Wasser in Luft, — denn der Dampf wurde noch vor einigen Jahrhunderten eben als Luft bezeichnet, — von Feuer oder Wärme in Wasser — denn das Wasser nahm die Wärme, das Feuer also, in sich auf, — und daß das Wasser Erde in sich enthält, lehren die Flüsse: Ägypten z. B. ist ja ein Geschenk des Niles! Den umgekehrten Weg der Stoffverwandlung beobachtete man beim Gewitter: aus der Regenwolke (dem Dampfe) fällt Wasser und Feuer herunter; Wasser scheint, zumal in heißen Ländern, die Pflanzen plötzlich zu nähren; die Pflanzen wieder, die Hölzer, geben Feuer! So bildete sich bereits vor mindestens dreitausend Jahren hier und da, bei Indern und Griechen nachweisbar, wohl auch bei Babyloniern und Ägyptern und später auch bei den Germanen, die Einheitslehre, daß das Feuer das Urelement der Welt sei, das Feuer, das in den Gestirnen, in der Sonne, im Blitz, im Wolkenwasser, im Bauch der Tiere und Menschen sitzt, das Feuer, das aus den roten Rosen und anderen gelben oder flammroten Blüten hervorlodert. Erst heute fassen wir, belehrt durch älteste Mythologie, Philosophie und Dichtung, bei vergleichender Betrachtung dieser Gebiete, welch große Denkarbeit bereits von scheinbar kindlichen Zeitaltern geleistet worden ist. Aber noch weit war der Weg, den Urgott, das Urelement Feuer, in der Feuermaschine (wie die Dampfmaschine noch im vorigen Jahrhundert hieß) uns dienstbar zu machen. Erst hat sich der Feuergott reichlich verehren und von den Priestern zu mancherlei Volksbetrug mißbrauchen lassen, ehe im alexandrinischen Zeitalter, nachdem eine vielhundertjährige Aufklärungsarbeit durch griechische Philosophen geleistet war, Gelehrte ohne Schaden für ihr leibliches Wohl, gewissermaßen ohne Furcht vor der Rache des verratenen Feuergottes, so manches Priesterkunststückchen in ihren Büchern beschreiben konnten, bei dem unter Benutzung von Dampf oder erhitzter Luft dem Volke Wunder vor Augen geführt wurden. Ja, wenn wir heute dank babylonischer Forschungsarbeit erkennen, wie selbst ausgeprägte Religionslehren und Kultgebräuche in merkwürdiger, auffallender Übereinstimmung sich von Vorderasien bis nach Nordeuropa hin erstrecken, — wenn wir in den Püstrichen des germanischen Mittelalters ([Abb. 1]) noch Nachkommen jener Dampfmaschinerien erblicken dürfen, mit denen man Götterfurcht erzeugte, dann möchte man fast glauben, daß der Dampf im Geheimwissen der Priester bereits seit fünftausend Jahren eine völkerbezwingende Rolle spielte. Vielleicht hat sich mit seiner Hilfe das Priestertum vom Ganges-, Nil- und Euphratgebiet bis nach Britannien hin organisiert. Freilich geben uns zu solchen fast tollkühn scheinenden Vermutungen erst Forschungsergebnisse der jüngsten Vergangenheit die Berechtigung. Heron von Alexandria, der zu einer Zeit lebte, wo er von Arminius und den ersten Christen gehört haben konnte, beschreibt uns ein Modell, bei dem mit Hilfe des Druckes, den eingeschlossene und erwärmte Luft ausübt, ein Gewicht abwärts bewegt und dadurch zwei Tempeltüren geöffnet werden ([Abb. 2]). Er beschreibt uns auch eine Turbine oder, wenn man will, Dampfmaschine, die auf dem Rückstoß ausströmenden Dampfes beruht. Der Äolipile oder dem Äolsball strömten aus einem Wassergefäß durch seitlich einmündende Röhren Dämpfe zu. Die gleichen Dämpfe entwichen dann aus angelöteten Röhrchen und führten eine Drehung herbei. Dergleichen kann man ja heute bei Rasensprengern in Gärten beobachten. Übrigens hatte man nicht erst die Vorgänge im Heronsball ([Abb. 3]) nötig, um das Erdbeben unter Berufung auf Dampfausbrüche zu erklären. Schon das Bullern des siedenden Wassers im Kessel leistete diesen Dienst. Sicher hat das Mittelalter noch manche Kunde von Dampfmechanismen aus dem Altertum besessen, die verloren gegangen sind. Eine Dampfkanone, den Erzdonnerer, beschreibt uns Leonardo da Vinci, der gewaltige, seiner Zeit oft um ein halbes Jahrtausend vorauseilende Denker, Künstler und Forscher, der schon ein Jahrhundert vor Galilei eindringlich experimentelle Naturwissenschaft trieb und sie dem Wortgelehrtentum der Aristoteliker entgegensetzte. Leonardo schreibt die Dampfkanonen einem als bekannt vorausgesetzten Archimedes zu, der aber nicht unbedingt identisch zu sein braucht mit dem großen griechischen Mathematiker und Verteidiger von Syrakus. In einen erhitzten Raum wurde Wasser eingelassen, so daß es plötzlich verdampfte und eine Kugel vom Gewicht eines Talentes sechs Stadien, also rund einen Kilometer, weit schleuderte. Wieder hundert Jahre später beschreibt uns der Italiener Branca, ein Zeitgenosse Galileis, in einem Werke über seine verschiedenen Maschinen einen Turbinenapparat ([Abb. 4]). Aus dem Munde eines Mannskopfes hervorströmender Dampf treibt ein Schaufelrad, wie ein Waldbach das Rad einer Mühle. Diese Drehung wird dann zum Drehen von Bratspießen verwendet, und es lag nahe, entsprechende Variationen zu ersinnen, zum Beispiel ein kleines Farbenstampfwerk treiben zu lassen. Wenn Giambattista della Porta in seinem 1606, also noch vor Branca erschienenen Buche einen Apparat beschreibt, womit durch den Druck des Dampfes Wasser gehoben wird, so war dies auch im Prinzip nichts andres als jene von Heron beschriebene Heißluftverwendung zum Öffnen von Tempeltüren; Dampf war ja bis in die Neuzeit hinein nichts anderes als »Luft«.
Abb. 3. Heronsball (Äolipile).
Abb. 4. Brancas Dampfrad 1629.
Daß bei genauerem Durchsuchen der älteren Literatur immer mehr Schriftsteller gefunden werden, die von fern her in die Geschichte der Dampfmaschine gehören, darf nicht wundernehmen. Sie haben aber meist nur das Verdienst, ein Problem am Einschlafen verhindert zu haben. Ein Salomon de Caus verschwindet unter dieser neueren Betrachtung fast ganz aus der Vorgeschichte der Feuermaschine, nachdem er durch Dokumentenfälscher zu einem Märtyrer der Technik und Forschung geworden war. Was es für eine Bewandtnis mit der Maschine des Engländers David Ramseye hat, der 1630 ein Patent auf die Erfindung nahm, Wasser aus tiefen Gruben durch Feuer zu heben, wissen wir nicht. Ebensowenig ist man sich darüber klar, was es mit der Maschine des Engländers Edward Somerset, Marquis of Worcester, auf sich hat. Dieser tief in die politischen Kämpfe seiner Zeit verwickelte Edelmann kam in der Kerkerhaft dazu, unter hundert angeblich von ihm erfundenen Maschinen und Vorrichtungen auch eine »wunderbare und höchst kraftvolle Art zu erwähnen, Wasser durch Feuer in die Höhe zu treiben.«
Vieles Phantastische in den 1663 veröffentlichten »Hundert Namen und Proben« solcher Erfindungen, die er versucht und vollkommen gemacht zu haben sich rühmt, machten den katholischen Royalisten in den Augen nüchterner Forscher seiner Zeit verdächtig, es mehr auf Geld und Reklame als auf Ehre abgesehen zu haben. Indessen scheint doch der Marquis nur einem verständnislosen Zeitalter gegenüber gestanden zu haben, denn daß die größten Gelehrten ihn verwarfen, darf nicht irremachen; auch in den letzten Menschenaltern haben »größte Gelehrte« gediegenste Erfindungen und Entdeckungen verworfen oder nicht zu würdigen verstanden. Merkwürdig ist noch, daß der 1667 verstorbene unglückliche Marquis sich eines deutschen Mechanikers Kalthof bei seinen Erfindungen bediente; vielleicht war gerade dieser Mechaniker der spiritus rector, wie man denn auch im 19. Jahrhundert Mechanikererfindungen, um ihnen besseren Absatz zu sichern, mit Professorennamen taufte. Gerade das höchst unglückliche Schicksal des Marquis spricht wohl dafür, daß er ein bedeutender Kopf war, der sich bei wirklichen Schwindelabsichten leicht ein besseres Dasein hätte schaffen können.
In einer 1683 erschienenen Schrift über die Hebung von Wasser durch Maschinen schreibt der Engländer Samuel Moorland, das durch die Kraft des Feuers verdampfte Wasser werde sogleich einen zweitausendmal größeren Raum als zuvor einnehmen, so plötzlich, daß es, nach den Gesetzen der Statik regiert und von der Wissenschaft dem Gesetze von Maß, Druck und Gleichgewicht unterworfen, als Dampf seine Last tragen werde, »guten Pferden vergleichbar«.
Wie man sieht, ziehen sich durch das ganze 17. Jahrhundert Versuche hin, Wasser durch Feuer zu heben. Kein Wunder, denn schon im 16. Jahrhundert waren die Schriften Herons von Alexandria wieder im Druck erschienen. Daß man wesentlich über die Künste des Altertums auf diesem Gebiete hinauskam, hing aber nunmehr mit der Forschungstätigkeit Galileis zusammen. Er hat die Gesetze der Bewegung und der Kraftbetätigung mathematisch und durch Versuche festgestellt, hat dem Verstand, der in Anbetung des Aristoteles erstarb, durch Widerlegung der Aristotelischen Weisheit bezüglich des freien Falles wieder Lust und Vertrauen zu sich selber geschaffen, auch bewiesen, daß die Luft Gewicht habe, und sich die Krone des Märtyrers erworben, als er die kopernikanische Lehre vertrat und stützte. Von seinen Bewegungsgesetzen führt eine ununterbrochene Linie zur rasend beschleunigten Bewegung von Gütern, Menschen und Gedanken im 19. Jahrhundert.
Aristoteles hatte gelehrt, daß die Luft absolute Leichtigkeit, d. h. das Bestreben habe, sich in gerader Richtung vom Mittelpunkte der Erde fortzubewegen. Galilei meinte, dann müsse verdichtete Luft noch leichter sein als gewöhnliche denn das Bestreben nach oben sei stärker. Durch Abwägen aber stellte er fest, daß ein Glaskolben mit hineingepreßter, also verdichteter Luft schwerer ist als bei Füllung mit gewöhnlicher Luft! Die Aristoteliker lehrten, um das Saugen, das Aneinanderhaften von Platten, das Aufsteigen von Flüssigkeiten in Pumpen zu erklären, die Natur habe einen Abscheu vor dem leeren Raum, den bekannten »horror vacui«. Galilei suchte durch Versuche die Größe des Widerstandes zu bestimmen, den dieser angebliche Horror bietet. Und es machte ihn stutzig, daß das Wasser in Pumpen trotz allen Abscheus nicht mehr in die Höhe stieg, wenn das Saugrohr über zehn Meter lang war. Sein Schüler Torricelli verfolgte die Sache weiter. Da mit einer Wassersäule von zehn Metern Höhe nicht leicht zu experimentieren war, so ersann er den Versuch, wie groß der Abscheu der Natur bei der Benutzung von Quecksilber wäre. Man nahm eine mit Quecksilber gefüllte Glasröhre von einem Meter Länge und stülpte sie über ein mit Quecksilber gefülltes flaches Gefäß, so daß ein Teil des Quecksilbers aus der langen Röhre auslief. Es zeigte sich, daß die lange Röhre noch etwa zu drei Vierteln gefüllt war, das leere Viertel mußte einen richtigen leeren Raum darstellen, hier war also der Beweis erbracht, daß die Natur nicht immer die Leere scheut. Offenbar hielt die Quecksilbersäule in der langen Röhre einer Luftsäule vom gleichen Querschnitt und von der Höhe der Atmosphäre das Gleichgewicht. Der Franzose Pascal ließ dann gleich im nächsten Jahre durch einen Versuch auf dem Puy de Dome feststellen, daß die Länge der Quecksilbersäule in der Glasröhre um so mehr abnimmt, je höher man sich über den Meeresspiegel erhebt. Das Barometer war damit erfunden.
Um die gleiche Zeit machte Magdeburgs Bürgermeister, Otto v. Guericke, ebenfalls Versuche über den »horror vacui«. Er erfand dabei die Luftpumpe und erregte durch das bekannte Experiment mit den Magdeburger Halbkugeln das größte Aufsehen. Diese Leistungen Torricellis und Guerickes fielen um die Mitte des 17. Jahrhunderts. Jetzt fehlte nur noch die erste Verwertung dieser Entdeckungen, die um so erstaunlicher waren, als sie einen fast zweitausendjährigen Aberglauben beseitigten. Die Luft, von der man sich bisher nur hatte Segel blähen und Windmühlen treiben lassen, mußte nun zum ersten Male dem Menschen auch bei völliger Windstille Dienste leisten, ohne erst angefeuert, das heißt erwärmt zu werden, wie es in jenen Heißluftmaschinen, die Heron beschrieb, erforderlich war. Der französische Mechaniker Hautefeuille beschreibt in einem 1678 erschienenen Buche, wie er durch Pulverexplosion in einem geschlossenen Behälter unter Verdrängung der Luft einen luftverdünnten Raum schafft, in den der äußere Luftdruck Wasser hineindrücken soll. Ferner beschreibt er die erste Gaskraftmaschine, wie sie erst im vorigen Jahrhundert zur Ausbildung gekommen ist. Drei Jahre später schlug Huygens vor, die Fliehkraft der Pulvergase für eine Kolbenmaschine nutzbar zu machen. Das war das gleiche, was Hautefeuille wollte. Huygens Schüler und Assistent aber war Denis Papin, der die erste den Namen mit Recht tragende Dampfmaschine entwarf und erprobte.
Es lassen sich im Leben oft genug Beispiele beobachten, wie Leutchen kleinen Talentes, aller Stümpereien ungeachtet, immer nur die Treppe hinauffallen, Beförderung auf Beförderung erlangen, ohne es verdient zu haben. Umgekehrt gibt es nicht selten begabte Menschen, die mit jeder noch so fruchtbaren Idee, jeder noch so tüchtigen Leistung sich nur die Treppe hinabbefördern, Leute, die sich gewissermaßen mit jedem Werk ihres Geistes ein Gewicht mehr schaffen, das sie beim Schwimmen im Lebensstrom in die Tiefe zu ziehen trachtet. Solch ein Genie war der 1647 in Blois in Frankreich geborene Denis Papin. Ein außerordentlich fruchtbarer Erfinder, reich an Gedanken und an praktischem Geschick, ein scharfer Denker und Freund von Huygens, Boyle, Leibniz, ist er schließlich in London verschollen. Von ihm ging der Gedanke aus, statt des explodierenden Pulvers zur Herstellung eines luftverdünnten Raumes die Spannkraft des Wasserdampfes zu benutzen, der einen Kolben fortzudrücken hätte. Sein Digestor, in dem er größere Dampfspannungen zum Garmachen unter Heizmaterialersparnis verwendete, seine Zentrifugalpumpe, der Zentrifugalventilator, ein Entwurf zur Kraftübertragung, die Verbesserung der Luftpumpe, der Versuch eines Unterseeboots, das Modell eines Dampfwagens und noch eine Menge andrer Erfindungen und Ideen zu solchen begründen seine Ansprüche auf dauernden Nachruhm. Nur ist es falsch, ihm das erste Dampfschiff zuzuschreiben, und dafür ist ihm in Kassel sogar ein Denkmal errichtet worden. Anfangs ließ sich Papins Laufbahn gut an, insofern er unter einem so großen Mathematiker und Physiker wie Huygens, dem Erfinder der Pendeluhr, als dessen Assistent arbeiten durfte. Noch ehe ihm die Aufhebung des Ediktes von Nantes den Aufenthalt in Frankreich unmöglich machte, ging er nach London und hatte auch dort den Beifall der Besten für sich. Aber allzugut mögen seine Leistungen nicht honoriert worden sein, sonst wäre er nicht einem Rufe des Landgrafen von Hessen nach Marburg gefolgt. In der kleinen hessischen Universitätsstadt und später in Kassel verbrachte er, wenigstens der allerdrückendsten Nahrungssorgen einigermaßen enthoben, die fruchtbarsten Jahre seines Lebens. Eine Berufung nach London schlug er aus, da ihm gerade damals gute Aussichten auf Verwirklichung seiner Lieblingspläne winkten. Aber es kam anders. Enttäuschungen folgten auf Enttäuschungen, so daß er schließlich sich aufmachte, in London nochmals sein Glück zu versuchen. Das Schiff, mit dem er die Weser hinabfuhr, wurde ihm von der Schiffergilde im Streit um die Durchfahrt zerstört. Die Privilegien der Gilde gestatteten nicht, daß jemand, der nicht zur Gilde gehörte, die Weser befuhr. Wie Watt, der Vollender, so mußte Papin, der Beginner, die Gegnerschaft jener Zünfte erfahren, deren Dasein gerade durch die Dampfmaschine untergraben worden ist. In London wollte man aber den Mann, den man erst zu gewinnen gesucht hatte, seinem Schicksale, das heißt dem Untergange, überlassen. Die Königliche Akademie der Wissenschaften ließ alle Gesuche Papins unbeachtet. Nicht einmal eine Stelle als Physiklehrer erhielt er. Gerade, daß er lange mit Leibniz in Verbindung gestanden hatte, schadete ihm hier. Leibniz war in den Augen der Briten der, der ihrem Newton die Differentialrechnung entwendet hatte. Im tiefsten Grunde waren es wieder die engherzigen und neidischen Gelehrten, die einen Beweis eigner Überlegenheit zu liefern wähnten, wenn sie einen überlegenen Mann elend verkommen ließen. Unter welchen Umständen Papin 1712 aus dem Leben schied, wissen wir nicht genau. Es besagt genug, wenn er im letzten uns erhaltenen Briefe klagt, selbst wenn er das Beste leiste, ziehe er sich nur Feindschaft zu. Achten wir darauf, daß die Orte seines Wirkens Paris, London und Marburg waren, so erinnert uns das an den Schicksalsverwandten Giordano Bruno, der gleichfalls von Paris über London nach Marburg ging, stets das Gegenteil der Sippe, die die Treppe hinauffällt, zum Scheiterhaufen schließlich klaglos bereit, weil ihm das Leben genügend verleidet war.
Abb. 5. Papins Pulvermaschine 1688.
Huygens Pulvermaschine hatte Papin durch Anbringung einer Zündpfanne verbessert ([Abb. 5]). Aber das erzielte Vakuum war zu gering und der Betrieb zu gefährlich. Statt des Pulvers versuchte es nun der Gelehrte mit dem Wasserdampf. Ein zylindrisches Gefäß wurde zum geringen Teile mit Wasser gefüllt, auf dessen obere Fläche sich der Kolben aufsetzte. Die Kolbenstange führte durch den Deckel des Gefäßes. Eben durch diesen Deckel konnte auch durch eine Öffnung Luft entweichen. Wurde das Wasser verdampft, so schob der Dampf den Kolben in die Höhe, drängte die Luft aus dem Zylinder und drückte den Kolben so weit nach oben, bis eine Klinke in die Nut der Kolbenstange einschnappte und den Kolben jetzt festhielt. Durch Entfernung der Feuerung kam der Dampf zur Verdichtung. Es entstand ein luftverdünnter Raum. Gab man jetzt die Kolbenstange wieder frei, so wurde sie durch den äußeren Luftdruck heruntergetrieben. Dabei konnte sie ein Gewicht hochziehen, das mit ihr durch eine über Rollen geleitete Schnur in Verbindung stand ([Abb. 6]). Papin wollte bereits seine Maschine für den Bergwerkbetrieb verwenden, sie sollte Wasser und Erze aus den Gruben schaffen, aber auch unter Benutzung von Schaufelrädern Schiffe gegen den Wind treiben. Die Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung in eine Drehbewegung sollte durch eine Vorrichtung geschehen, die im vorigen Jahrhundert Otto, der Erfinder der atmosphärischen Gasmaschine, benutzte: eine gezahnte Kolbenstange griff beim Heraufgehen in Triebräder ein, die lose auf ihrer Achse liefen, beim Herabgehen des Kolbens aber durch Sperrklinken mit der Welle gekuppelt wurden, so daß die auf der Welle sitzenden Räder, Schaufelräder oder Wagenräder, zur Drehung gelangten. Die Ausführung dieser Maschine gelang aber Papin nicht, weil es weder geeignete Werkleute noch eine zulängliche Technik zur Herstellung der großen Zylinder gab. Hatte noch zwei Menschenalter später ein Watt trotz seiner Verbindung mit Englands größten Industriellen ein Jahrzehnt nötig, um nur geeignete Zylinder zu erhalten, so war Papin in noch schlimmerer Lage. Schon 1690 empfahl er daher die Errichtung einer Fabrik für große Zylinder. Dazu hätten aber Geld, sichere Absatzaussichten und weitblickende Männer gehört, und das war alles nicht vorhanden.
Abb. 6. Papins atmosphärische Kolbenmaschine 1690.
Papin baute eine zweite Maschine, in der er den Dampf zum Heben des Wassers benutzte, ohne dabei das Hinströmen der Luft nach einem luftverdünnten Raume zu verwenden. Die Hilfe des Landgrafen von Hessen, in dessen Diensten er zwanzig Jahre stand, und der eine Maschine zum Wasserheben wünschte, erlangte er nach anfangs mißlungenen Versuchen erst wieder, als von England die Nachricht kam, dort baue Savery eine Maschine, die im Bergwerkbetriebe Verwendung finden solle. Wir wollen uns also zunächst zu Saverys Dampfdruckmaschinen wenden.
Savery, um die gleiche Zeit wie Papin geboren, entstammte einer in Devon ansässigen Familie, war also nicht weit von dem großen Bergwerksgebiet Cornwall entfernt, in dem seine, Newcomens und Watts Maschinen der Reihe nach ihre erste Verbreitung fanden. Als Ingenieuroffizier machte er verschiedene Erfindungen, aber mit seinem Schaufelradboot fand er beim Marineamt keine Gegenliebe, wohl aber Anlaß zu bitteren Beschwerden über das Beamtentum und seinen grünen Tisch. Die Not des Cornwaller Bergbaus mit den die Gruben ersäufenden Wassern veranlaßte Savery, der ja in dieser Gegend aufgewachsen war, sich um eine geeignete Maschine zu bemühen. Dabei machte man ihm den Vorwurf, er habe Worcesters Gedanken benutzt. Selbst wenn das geschehen ist, so bleibt ihm immer das Verdienst der praktischen Ausgestaltung, die ja immer noch wahre Erfindungsarbeit im kleinen und Unvorhergesehenen erheischt. Ein Patent auf eine Feuermaschine zum Wasserheben aus Bergwerken, zur Wasserversorgung von Städten, zum Mühlenbetriebe und andern Zwecken erhielt er 1698 auf 14 Jahre, eine Frist, die ihm später noch verlängert wurde, da er nachwies, wieviel Geld und Arbeit ihn die Maschine gekostet habe. In der Schrift »Der Freund des Bergmanns« beschrieb er 1702 die Maschine, die sich in der tatsächlichen Ausführung folgendermaßen gestaltete ([Abb. 7]). In zwei eichelförmigen kupfernen Behältern wurde abwechselnd, das heißt innerhalb desselben Behälters und zwischen den beiden Behältern abwechselnd, durch Dampfeinlaß und Dampfverdichtung ein luftverdünnter Raum erzeugt. Dieser saugte von unten durch die Saugröhre Wasser herauf, das dann durch neuen Dampf weiter nach oben in die Druckröhre gehoben wurde. Der Dampfzutritt nach den kupfernen Eicheln wurde durch eine auf dem Deckel des Dampfkessels befindliche schwingende Platte geregelt, das älteste Dampfverteilungsorgan, das, durch eine Stange von der Hand bewegt, im selben Augenblick den Dampf von der einen Eichel absperrte, wo es dem Dampf zum andern Arbeitsraum, zur andern Eichel, den Zutritt öffnete. Die Dampfverdichtung erfolgte durch Übergießen der Eicheln mit Wasser, das aus einem über die Eichel gerückten Rohrende strömte.
Diese Maschine des Thomas Savery wurde vielfach für Wasserversorgung von Städten und Schlössern verwandt; für die Bergwerke war ihr Betrieb meist zu teuer und nicht wirksam genug. Auch schreckten häufige Explosionen ab. Immerhin war sie ein großer Fortschritt. Savery kannte auch schon die Expansionswirkung, das Vermögen des Dampfes, bei der Ausdehnung noch Arbeit zu leisten. Er führte als Maß der Arbeitsleistung die Pferdestärke ein, denn die Pferde wurden beim Göpelbetriebe verwandt, mit dem man Wasser, Erze und Gesteine aus den Schächten heraufbeförderte, die Dampfmaschine aber ersetzte die Arbeit der Pferde.
Abb. 7. Saverys Dampfpumpe.
Als die erste Zeichnung einer Saveryschen Maschine durch Leibnizens Vermittlung an Papin gelangte, vermochte dieser den hessischen Landgrafen zu überzeugen, daß jene Maschine im Prinzip mit der von Papin geplanten übereinstimme. Er erhielt die Mittel zu weiteren Versuchen, bei denen er aber von Dampfverdichtung und luftverdünntem Raume absah. Die 1707 beschriebene Konstruktion war eine Dampfdruckpumpe ohne Kondensation ([Abb. 8]). Aus dem links befindlichen Kessel, der mit Ventil versehen ist, strömt der Dampf in den in der Mitte stehenden zylindrischen Arbeitsraum, wo er eine Kolbenfläche nach unten drückt. Dadurch wird Wasser in einen (rund einen halben Dezimeter breiten und fast vierzehnmal so hohen) Zylinder gehoben, von wo aus es ein Wasserrad oder dergleichen in Bewegung setzen kann. Die Kolbenbreite oder der Schwimmer im mittleren Gefäß hatte eine Vertiefung, in die von außen glühendes Eisen gehalten wurde, um die Spannkraft des Dampfes zu erhöhen. Hatte der Dampf unter Entspannung Arbeit geleistet, so konnte er durch einen Hahn am mittleren Zylinder entweichen. Leibniz machte Papin darauf aufmerksam, daß der Abdampf verwandt werden könnte, die Luft in dem Behälter rechts zu erwärmen, die dann auch ihrerseits das Wasser noch weiter heben oder drücken könnte. Auch wies Leibniz darauf hin, daß das Öffnen und Schließen der Hähne bei dieser Maschine durch deren Gang selbsttätig bewirkt werden könnte. Das wird besonders jetzt betont, seit man die Erfindung des Knaben Potter, die automatische Steuerung, ins Reich der Fabeln verweisen zu müssen glaubt. Eine im Jahre 1706 dem Landgrafen vorgeführte Maschine hob Wasser ein Stockwerk hoch. Aber die ungünstigen politischen Verhältnisse wendeten das Interesse des Fürsten von der Technik ab, und Papin, der meist sein eigner Zeichner, Schmied und Monteur gewesen war, schiffte sich im nächsten Jahre nach England ein, wo man ihn wohl nicht nur als den Freund von Leibniz, sondern auch als den Rivalen Saverys jeder Hilfe oder auch nur vom Anstand gebotenen Unterstützung verlustig gehen ließ, so daß er dort im Elend verkam.
Abb. 8. Papins Dampfpumpe 1707.
Gleich Savery stammt aus der Gegend von Cornwall auch Newcomen, der nächste in der Reihe der Männer, die Watts Vorläufer waren. Er wurde zu Dartmouth an der Südküste Cornwalls geboren. Einem Newcomen als Grobschmied und Eisenhändler kam es zustatten, daß er bei seinen Schmiedearbeiten nicht auf fremde Leistungen angewiesen war. Von seinem Leben wissen wir sonst wenig. Er soll als frommer Baptist selber sonntäglich gepredigt haben und für Savery ein Gegenstand der Ausnutzung gewesen sein.
Da er in der Nähe Saverys lebte, so ist es glaubhaft, daß er von dessen Bemühungen um eine Maschine für den Cornwaller Bergbau Kunde bekam, zumal Savery stets nach geschickten Werkleuten suchte. Andererseits wird auch berichtet, Newcomen sei bei der Patentierung seiner Maschine von dem einflußreichen Savery überholt und verdrängt worden. Ob er mit seinen Maschinen viel verdiente, wissen wir nicht. Aber seine Maschine war für Watt die nachhaltige Anregung und der Anlaß zu einer Reihe von weittragenden Verbesserungen. Bemerkt sei noch, daß Newcomen geschäftlich mit einem Glaser namens Cawley verbunden war, der sehr rührig und verständnisvoll dem schlichten und frommen Maschinenbauer beistand. Als Newcomen im Jahre 1729 in London starb, war seine atmosphärische Maschine schon ziemlich verbreitet. Nur zögernd aber hatte sie sich vom Jahre 1712 ab Eingang verschafft. Newcomen soll sich, als er sich mit der Absicht trug, eine Maschine eigner Erfindung zu bauen, zunächst an den berühmten Gelehrten Hooke gewandt haben. Dieser verwies ihn — wie man erzählte — auf Papins Versuche (die Newcomen aber wahrscheinlich gekannt hat) und riet ihm im ganzen von Bemühungen gerade in dieser Richtung ab. Newcomen muß wohl den gelehrten Herrn trotz dessen Berühmtheit richtig eingeschätzt haben. Denn er baute seine Maschine doch, und wenn sie im Prinzip gar nichts anderes ist als die erste Papinsche Kolbenmaschine mit Erzeugung luftverdünnten Raumes, so bleibt ihm doch der Ruhm, das Projekt zur Lebensfähigkeit gebracht und im großen ausgeführt zu haben. Er lief damit ja eine Gefahr, deren Größe wir aus den uns näher bekannten Schicksalen Watts ermessen können, und die wir wahrlich nicht gering veranschlagen dürfen.
Abb. 9. Newcomenmaschine 1712.
Bei Newcomen dürfen wir auch nicht übersehen, daß er eben nur ein Grobschmied war und nicht zur Zunft derer gehörte, die gelehrte Geschichte schreiben. Sonst würde er wohl längst unter die genialen Erfinder gerückt worden sein, denn, wie wir noch sehen werden, hat er durch eine Beobachtung und ihre richtige Deutung sowie praktische Verwertung die Dampfmaschine bedeutend leistungsfähiger gemacht. In der Dampfmaschine Newcomens ([Abb. 9]) strömt der Dampf aus dem Kessel in den Zylinder und schiebt dort einen dicht abschließenden Kolben in die Höhe. Dabei wird der Kolben gleichzeitig durch das Pumpengestänge, das vom andern Ende des Schwingbalkens oder Balanciers in die Tiefe des Schachtes hinabhängt, hochgezogen. Hat der Kolben seine Höchstlage erreicht, so wird der darunter befindliche Dampf verdichtet. Anfangs geschah dies nur durch Kühlung des Kupferbehälters von außen durch Einlaß von Wasser in den Zwischenraum zwischen dem Zylinder und einem ihn umschließenden Mantel. Unter dem Kolben entstand ein luftverdünnter Raum. Damit erhielt aber die oben auf den Kolben drückende Luftsäule über das Pumpengestänge das Übergewicht und drückte den Kolben hinab. Das entgegengesetzte Ende des Balancier genannten Wagebalkens ging gleichzeitig in die Höhe und damit auch das Pumpengestänge, das unten im Schacht das zu hebende Wasser ansaugte und in die Höhe beförderte. Eines Tages fiel es Newcomen auf, daß seine Maschine plötzlich viel schneller arbeitete. Er forschte der Ursache nach und prüfte, ob der Kolben überall noch gut abdichte. Es fand sich ein Loch im Kolben, durch das Wasser von der über dem Kolben zur besseren Dichtung befindlichen Wasserschicht in den luftverdünnten Raum dringen konnte. Sofort soll Newcomen sich gesagt haben, daß das eindringende Wasser die Verdichtung des Dampfes beschleunigte und es deshalb rätlich sei, regelrecht Wasser in den Arbeitsraum des Dampfes und nachfolgenden Vakuums einzuspritzen. Dieser Gedanke, mag er nun dem Zufall oder der Überlegung entsprungen sein, erwies sich außerordentlich wertvoll. An Stelle der Oberflächenkondensation des Dampfes trat jetzt die Einspritzverdichtung. Das vermehrte die Hubzahl der Maschine bedeutend. Die beiden Hähne, von denen der eine den Dampf vom Kessel nach dem Zylinder, der andre das Einspritzwasser in den dampfgefüllten Zylinder strömen ließ, wurden sehr bald derart mit der Bewegung des Wagbalkens oder Schwingbaums verbunden, daß die ganze Steuerung der Maschine selbsttätig arbeitete. Daß der berühmte Knabe Humphrey Potter zuerst die Hebel der von ihm gewarteten Hähne mit dem Balancier verbunden hat, wird jetzt stark angezweifelt, doch auch nicht genügend widerlegt. Und man fragt vergebens, ob sich eine derartige Überlieferung habe aus der Luft greifen lassen. Noch zu Newcomens Lebzeiten wurde durch Henry Beighton die selbsttätige Steuerung folgendermaßen gestaltet ([Abb. 10]). Ein sogenannter Steuerbaum hing vom diesseitigen Hebelarm des Balanciers herunter und bewegte sich mit ihm auf und ab. Zapfen an diesem Steuerbaum drückten auf die Steuerhebel, brachten Überfallgewichte zum Kippen und bewirkten dadurch ein schnelles Öffnen oder Schließen der Dampf-, bzw. Einspritzöffnung.
Abb. 10. Beightons Steuerung 1718.
Beim Dampfeinlaß wurde eine Platte, die sich auf der Innenseite des Kessels befand und sich mit einer durch die Kesselwand gehenden beweglichen Achse drehte, weggeschoben. Diese Achse wurde mittelbar durch den Steuerbaum hin und her gedreht. Ebenso ließ sich der Einspritzhahn durch Hin- und Herdrehen einer Achse unter Vermittlung des Steuerbaums bewegen. Abbildung [10] veranschaulicht die selbsttätige, von Beighton eingeführte Steuerung sehr klar. Links den Steuerbaum mit den quergesteckten Zapfen denke man sich aufwärts bewegt. Der oberste Zapfen wird dann den gebogenen Hebelarm heben und dadurch die obere Steuerwelle drehen, so daß das oben befindliche Gewicht kippt und der eine Gabelarm des umgekehrten Ypsilons in den Querzapfen einer wagrecht angeordneten Zugstange eingreift. Man verfolge nun den Weg zum Dampfeinlaß. Dann wird man leicht bemerken, daß die gestrichelt gezeichnete schwingende Dampfeinlaßplatte sich innen im Kessel vor den Dampfauslaß stellen muß. Der untere Zapfen am Steuerbaum aber wird beim Hinaufgehen den Hebel in die Höhe drücken, der die zweite Steuerwelle dreht. Daran befindet sich ein Zahnradabschnitt. Dieser gezähnte Sektor greift in einen zweiten gleichartigen Zahnradabschnitt ein und betätigt den Hahn der Kühlwassereinspritzleitung. Schon vor Smeaton, dem Rechtsanwaltssohn, der die Newcomenmaschine durch systematische Forschung bedeutend verbesserte, wurde ein Organ zur Regulierung der Hubzahl oder Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine verwandt, Katarakt (Wasserfall) genannt ([Abb. 11]). Der Gang der Maschine war abhängig vom Tempo der Kühlwassereinspritzung. Diese Einspritzung wurde ausgelöst durch das Emporgehen des links unten in dem Behälter befindlichen schräg gestellten Hebelarms des Winkelhebels. Sein senkrechter Winkelarm trägt ein Trichtergefäß, das von oben durch Wasserfluß so weit gefüllt wird, bis es umkippt und den nach unten gerichteten Hebelarm in die gestrichelt gezeichnete höhere Lage bringt. Dadurch wird unten eine Klinke ausgehoben und der Kühlwassereinlaß geöffnet. Die Hubzahl konnte daher durch Einstellung des kleinen Zuflußhahnes über dem Katarakt beliebig bemessen werden. Im Munde der Bergleute hieß der Katarakt scherzweise »Jack in the box« (»Hans in der Büchse«). Das Einspritzwasser, das seine Arbeit getan hatte, wurde durch eine Abflußröhre aus dem Zylinder entfernt. Die Luft gelangte durch das sogenannte Schnüffelventil aus dem Dampfarbeitsraum ins Freie, indem sie ein Ansatzrohr am unteren Zylinderende passierte und, Blasen werfend, durch das Wasser entwich, das sich über dem Klappventil befand, um das Eindringen der äußeren Luft zu verhindern. Aus unserer Beschreibung geht zur Genüge hervor, daß sich an dieser atmosphärischen Maschine vor dem Eingreifen Watts bereits mancher höchst sinnreiche Mechanismus befand, daß das Ganze sich überhaupt schon der Papinschen Vakuumkolbenmaschine gegenüber im Verhältnis des etwas noch plumpen, aber doch ausgewachsenen Mannes zum unbehilflichen, aber alle Anlagen enthaltenden Kindlein befand.
Abb. 11. Katarakt.