XCVI. Ueber verbesserte Heber und Pumpen zum Ausschoͤpfen des Wassers aus Niederungen. Von Hrn. R. Cowen.Hr. Cowen hat fuͤr diese Vorrichtung die goldene Vulcanmedaille erhalten. – Er hat sie zwar nur zur Trokenlegung seines Steinbruches zu Carlisle angewendet; sie laͤßt sich aber uͤberall anwenden, wo Wasser aus den Tiefen uͤber Hoͤhen gehoben werden soll. A. d. U. Aus dem XLV. B. der Transactions of the Society of Arts etc. in Gill's technological Repository. Maͤrz 1828. S. 150. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Cowen, uͤber verbesserte Heber und Pumpen zum Ausschoͤpfen des Wassers aus Niederungen. Obschon die Theorie des Hebers allgemein bekannt ist, so wurde dieses Instrument doch noch nicht gehoͤrig zur Leitung des Wassers uͤber Hohen so angewendet, wie es nach den Gesezen der Theorie und des atmosphaͤrischen Drukes moͤglich ist. Obschon das Gewicht der Atmosphaͤre bei dem hoͤchsten Druke derselben das Wasser auf eine Hohe von 32 Fuß emporzuheben vermag, so sind doch, so viel ich weiß, 12 bis 14 Fuß die hoͤchste Hohe, zu welcher man das Wasser mittelst des Hebers in der Praxis gehoben hat. Wenn ein Heber von beliebiger Hohe mit Wasser gefuͤllt ist, so kann er der Theorie nach als Torricellscher leerer Raum betrachtet werden, und man darf nur einen Schenkel desselben unter die Hoͤhe einer Wassersaͤule, die mit dem Druke der Atmosphaͤre im Gleichgewichte steht, abkuͤrzen, um dem anderen ein Uebergewicht zu geben, und das Wasser wird anfangen aus dem laͤngeren Schenkel auszufließen, und der Theorie nach zu fließen fortfahren. Wasser hat jedoch eine Verwandtschaft zur Luft und zu einigen Gasarten; und wenn sie diesen unter dem Druke der Atmosphaͤre ausgesezt ist, so verschlingt sie einen Theil derselben. Diese Verwandtschaft kann, wie ich glaube, als eine gegebene Kraft betrachtet werden. Diese Kraft wird durch Kochen zerstoͤrt, sobald die Luft dadurch aus demselben ausgetrieben wird; sie wird auch dadurch vermindert, daß man den atmosphaͤrischen Druk entfernt, und ein Theil der Luft wird schon bei weniger als dem halben Druke der atmosphaͤrischen Saͤule frei. Das Gewicht der entgegengesezten in den beiden Schenkeln des Hebels enthaltenen Wassersaͤulen muß nothwendig den Druk der Atmosphaͤre an dem obersten Theile des Buges des Hebers vermindern, und zwar im umgekehrten Verhaͤltnisse zu der Hohe des kuͤrzeren Schenkels. Wenn diese zwoͤlf bis vierzehn Fuß uͤbersteigt, so wird Luft frei, und diese vertreibt das Wasser aus dem hoͤchsten Puncte des Buges des Hebers, theilt es so in zwei Theile, und hindert jenes ununterbrochene Ausstroͤmen, welches Statt haben wuͤrde, wenn das Wasser keine Luft oder kein Gas enthielte. Diesem Nachtheile ist nun durch gegenwaͤrtige Verbesserung abgeholfen. In Fig. 15. ist, A, A, ein Theil des Steinbruches, welcher ausgeschoͤpft oder troken gelegt werden soll. B, ist die Stelle, wo das gehobene Wasser hingeleitet werden soll. Sie liegt tiefer als, A, A, und 100 Klafter von demselben entfernt. c, ist der hoͤchste Punct, uͤber welchen das Wasser geleitet werden muß. d, e, u. f. sind drei verschiedene Erhoͤhungen, uͤber welche die Roͤhren laufen muͤssen, die aber weiter von einander entfernt liegen, als hier gezeichnet ist. g, g, h, h, ist die bleierne Roͤhre, welche hier die beiden Schenkel des Hebers bildet, i, ist eine gewoͤhnliche Drukpumpe, die unter der Oberflaͤche des Wassers befestigt ist, und bei, j, Fig. 16. eine Angelklappe und eine offene Werkbuͤchse mit einer aͤhnlichen Klappe wie, k, hat. Die beiden Klappen, j, und, k, werden, wenn der Heber in Thaͤtigkeit ist, durch die Gewalt des durch die Pumpe in den Heber ausstroͤmenden Wassers geoͤffnet, l, ist der Zuggriff oder Hebel, mit welchem die Pumpe bearbeitet wird. Er ist so gestellt, daß er bei jeder Wasserhohe hinlaͤnglich hoch uͤber der Oberflaͤche des Wassers zu stehen kommt, m, ist ein geschlossener eiserner Behaͤlter, den man in Fig. 17. deutlich sieht, wo an einem Ende, an der unteren Seite, bei, n, der kuͤrzere oder aufsteigende Arm des Hebers, g, g, eintritt, und an dem anderen Ende, bei, o, der laͤngere oder niedersteigende Schenkel, h, h, auslaͤuft. Oben an demselben sind an beiden Enden zwei Roͤhren, p, p, angebracht, die klein seyn koͤnnen, und sich mit der Heberroͤhre bei ihren hoͤchsten Biegungen, hier bei, d, e, und, f, vereinigen, jedoch so, daß sie in einer regelmaͤßigen Neigung gegen den Behaͤlter hin ansteigen, und die Luft in denselben gelangen lassen, die sonst bei diesen hoͤchsten Biegungen der Roͤhre sich anhaͤufen wuͤrde. q, ist eine kleine Klappe an dem hoͤchsten Puncte des Behaͤlters, m, durch welche alle Luft aus demselben entweichen kann, wenn das Wasser durch die Drukpumpe in denselben hinaufgetrieben wird. Zu diesem Ende muß die Pumpe, i, und die Roͤhre, g, das Wasser schneller herbeifuͤhren, als die Roͤhre, h, dasselbe abzuleiten vermag. Um nun den Heber in Thaͤtigkeit zu sezen, darf man bloß das Wasser in diesen Behaͤlter hinaufpumpen, um die Luft durch die Klappe, q, und auch aus dem laͤngeren Schenkel des Hebels auszutreiben. Der Heber wird dann so lang fortziehen, bis der Behaͤlter wieder mit Luft gefuͤllt ist, welche durch einige wenige Zuͤge an der Pumpe ausgetrieben werden kann: dieß ist, wenn die aufsteigende Hoͤhe nur zwischen 12 bis 14 Fuß betraͤgt, nur alle 12 Stunden noͤthig, und aͤndert sich auch nach dem Wechsel des Drukes der Atmosphaͤre. Wo die Hoͤhe aber die obige Angabe nicht uͤbersteigt, fließt das Wasser ganz nach dem Geseze des Hebers ununterbrochen fort. Bemerkungen uͤber das Legen des Hebers unter verschiedenen Verhaͤltnissen. 1) Bei dem Legen der Heberroͤhren muß man dafuͤr sorgen, denselben immer ein regelmaͤßiges Aufsteigen gegen den Behaͤlter, m, zu verschaffen, damit die Luft sowohl zu den hoͤchsten Biegungen als in den Behaͤlter vorwaͤrts kann. Entweder muß jede hoͤchste Biegung ihren eigenen Behaͤlter haben, oder eine Rohre muß von diesen aus die Luft in den Behaͤlter leiten. 2) Wenn von beiden Seiten des Luftbehaͤlters aus hinlaͤnglicher Abfall vorhanden ist, sind keine Luftroͤhren nothwendig. 3) In Faͤllen, wo die Roͤhren uͤber mehrere Hoͤhen laufen muͤssen, und die zweite derselben hoͤher ist, als die erste, ist fuͤr jede dieser Hoͤhen ein eigener Luftbehaͤlter noͤthig. Wenn daher mehr als ein Luftbehaͤlter nothwendig wurde, so muß folgende Vorrichtung getroffen werden, um die Klappen nach und nach zu schließen, wie die Luft naͤmlich aus jedem Behaͤlter ausgetrieben wurde. Erklaͤrung von Fig. 18. und 19. In Fig. 18. ist, r, die untere Klappe des Behaͤlters, s, welche durch die Kraft des durch die Pumpe eingetriebenen Wassers gehoben wird, und durch welche die Luft entweicht. t, ist eine umgekehrte Klappe mit einem Schwimmer, v, der auf der Spindel dieser Klappe in dem Mittelpuncte des Bechers, u, befestigt ist. So lang bloß Luft ausgetrieben wird, bleibt die umgekehrte Klappe offen; wenn aber Wasser ausgetrieben wird, und dieses den Becher, u, fuͤllt, so hebt sich der Schwimmer, und die Klappe wird zugleich geschlossen. Das Wasser kann also nicht ausfließen und wird in den naͤchsten Behaͤlter getrieben, der auf eine aͤhnliche Weise vorgerichtet ist. w, ist eine sehr kleine Auslaßroͤhre im Grunde des Bechers, u, durch welche das Wasser langsam entweichen kann. Wie sich der Becher, u, leert, sinkt der Schwimmer wieder, und die umgekehrte Klappe wird wieder geoͤffnet: diese Stellung muß sie naͤmlich wieder einnehmen, wenn die Luft bei dem naͤchsten Pumpen entweichen soll. Eine andere Methode zum Schließen der Klappe. In Fig. 19. ist, q, eine Klappe in einem Becher, wie in Fig. 15. Auf dem Becher befindet sich ein Hebel mit einem Gegengewichte, x, an einem Ende, und mit einem kleinen haͤngenden Gefaͤße an dem anderen Ende, y. z, ist eine an dem Rande des Bechers befindliche Roͤhre, um das uͤberfließende Wasser in den Behaͤlter zu leiten, der, so wie er sich fuͤllt, die Klappe druͤkt, und die weitere Entweichung des Wassers hindert, folglich dasselbe in den naͤchsten Behaͤlter zu laufen zwingt. Da sich's erwarten laͤßt, daß der erste Luftbehaͤlter alle Luft, oder wenigstens den groͤßten Theil derselben aufnimmt, so koͤnnen die uͤbrigen verhaͤltnißmaͤßig immer kleiner seyn. Bei den Gefuͤgen der bleiernen Roͤhren bediente ich mich verzinnter kupferner Reifen, machte die Gefuͤge selbst vierekig, und verloͤthete sie auf die gewoͤhnliche Weise. Fig. 20. zeigt diese (wie Hr. Gill sie nennt, vortreffliche) Methode, Roͤhren zusammenzufuͤgen. Die Gefuͤge des Luftbehaͤlters sind mit Eisenmoͤrtel verkittet, dem etwas Mennig, gepuͤlvert, zugesezt wird. Statt des Wassers wird Oehl genommen, und das Gefuͤge nach der bei Eisenmoͤrtel gewoͤhnlichen Art verstrichen. Hr. Cowen bemerkt in einer Nachschrift, daß, da das Wasser in dem Heber durch den Luftbehaͤlter durchlaufen muß, es auch nothwendig einige Zeit uͤber in demselben verweilen muß, und zwar eine Viertel oder eine halbe Stunde lang im Verhaͤltnisse der Menge des in dem Behaͤlter enthaltenen Wassers zur Menge des ausfließenden Wassers. Diese Ruhe ist dem Wasser nothwendig, damit die Luft sich aus demselben ausscheiden kann, indem die Verwandtschaft des Wassers zur Luft in dem Verhaͤltnisse zunimmt, als die Menge der in dem Wasser enthaltenen Luft abnimmt, und umgekehrt: uͤberdieß ist auch, außer der Verminderung des Drukes, noch Zeit noͤthig, eine vollkommene Abscheidung der Luft zu bewirken. Wenn das Wasser nicht Zeit genug hat, in dem Behaͤlter zu verweilen, sammeln sich Luftblasen in dem absteigenden Schenkel des Hebers, und vermindern die Menge des ausfließenden Wassers bedeutend. Bei dem ersten Versuche hatte ich einen kleinen Behaͤlter mit einer Kappe oder mit einem aufgeschraubten Pfropfen auf der hoͤchsten Erhoͤhung des Hebers und eine zolldike Roͤhre mit einem Sperrhahne zwischen dem Heber und dem Behaͤlter, um die Verbindung abzusperren, damit die Menge Luft, die sich waͤhrend einer bestimmten Zeit anhaͤufte, bemessen werden konnte. Unter dieser Vorrichtung hoͤrte der Heber aber nach und nach auf zu ziehen, und in drei Stunden stoß nichts mehr. Die beiden Schenkel des Hebels wurden nun zugestopselt, die Verbindung mittelst des Sperrhahnes unterbrochen, die Kappe abgeschraubt, und die Menge der in dem Behaͤlter enthaltenen Luft untersucht. Die Kappe und der Sperrhahn wurden wieder aufgesezt, und der absteigende oder laͤngere Schenkel des Hebers von dem unteren Ende gegen den Behaͤlter hin aufwaͤrts etwas geschuͤttelt. Der Sperrhahn wurde wieder geschlossen, und der Behaͤlter wie vorher untersucht: es fand sich eine bedeutende Menge Luft mehr, und das Wasser stieg folglich in der Roͤhre nieder, und hatte den Raum ausgefuͤllt; woraus sich, wie es scheint, folgende drei Thatsachen ergeben: 1) daß Luft aus dem Wasser ausgeschieden wurde, waͤhrend es durch die Roͤhre floß; 2) daß diese nicht vorwaͤrts getrieben wurde, sondern sich in kleinen Blaͤschen innenwendig in der Roͤhre anlegte; 3) daß diese Luftblaͤschen die Reibung so sehr vermehrten, daß sie beinahe den Ausfluß des Wassers hinderten. Dieser Versuch wurde wiederholt, und gab mit geringer Abweichung dasselbe Resultat. Nun wurde die Groͤße des Luftbehaͤlters bestimmt, den ich anfangs doppelt so groß machen wollte: ich hatte urspruͤnglich zwei Gefaͤße mit einander verbunden; eines hatte aber einen Fehler, und ich bediente mich bloß des anderen. Nach zwoͤlf Stunden vermindert sich der Ausfluß, der lange Zeit ununterbrochen fortgeht, um ein Zehntel oder Achtel. Daher die Notwendigkeit, das Wasser eine hinlaͤngliche Zeit uͤber in dem Behaͤlter zu halten, eine hinlaͤngliche Menge desselben in dem Behaͤlter aufzufassen, und daher die Nothwendigkeit eines im Verhaͤltnisse zu den Roͤhren großen Behaͤlters. Ich muß bemerken, daß der Heber drei volle Wochen lang im Gange war, ohne daß irgend eine Luft sich in demselben anhaͤufte, so daß auch keine durch die Pumpe ausgetrieben werden durfte. Dieß geschah jedoch unter folgenden sonderbaren Umstaͤnden. Am 3. und 4. Maͤrz fiel eine außerordentliche Menge Schnees, den ein starker Wind in den Steinbruch trieb, so daß dieser beinahe bis oben an ganz damit gefuͤllt wurde. Ein schnell eintretendes und mit anhaltendem starken Regen verbundenes Thauwetter fuͤllte den Steinbruch bis zu einer unerhoͤrten Hoͤhe mit Wasser, so daß das Wasser in dem kuͤrzeren oder aufsteigenden Arme beinahe um 8, 5 bis 9 Fuß vermindert wurde. Nach dieser Zeit war kein Pumpen noͤthig, bis die Wassersaͤule 14 Fuß erreichte, wo sich wieder Luft in dem Behaͤlter anhaͤufte, und Morgens und Abends gepumpt werden mußte. Das Barometer stand aber fruͤher um 5/4 Zoll niedriger, als jezt, was allerdings einigen Unterschied erzeugt, der in Rechnung gebracht werden muß, ohne jedoch den ganzen Unterschied hinlaͤnglich zu erklaͤren, der wahrscheinlich uͤber zwei Fuß betragen muß, da der Heber vom Anfange des ersten Versuches an Luft sammelte, und das Minimum des Drukes, unter welchem Luft ausgeschieden worden seyn mochte, nicht bestimmt werden konnte. Es ist also nicht gewiß, daß zwoͤlf Fuß das Minimum der Hoͤhe ist, unter welcher Luft entwikelt wird, wenn das Wasser vollkommen gesaͤttigt ist. Unter solchen Umstaͤnden geschieht es wahrscheinlich bei einem noch viel geringeren Druke, wie obiger Fall beweist, wo der Heber so lang ohne Pumpen zog und Schneewasser fuͤhrte. Mehrere ausgezeichnete Chemiker (Gay-Lussac und Humboldt ausgenommen) nehmen an, daß Schneewasser wenig oder keine Luft enthaͤlt, und wenn das Einsaugungsgesez, welches Henry und Dalton aufstellten, richtig ist, daß die Menge, welche das Wasser einsaugt, im Verhaͤltnisse zum Druke steht, d.h. daß das Wasser unter einem Druke von 2 Atmosphaͤren 50 einsaugt, wenn es unter einem Druke von Einer Atmosphaͤre 25 einsaugt, so wird dieses Gesez auch bei abnehmendem Druke von Einer Atmosphaͤre bis zum leeren Raume gelten; so daß wir annehmen koͤnnen, daß vollkommen gesaͤttigtes Wasser in einem Heber Luft bei einem weit geringeren Druke fahren laͤßt. Ob nun aber entweder das Wasser nicht vollkommen gesaͤttigt ist, oder Luft vorwaͤrts gefuͤhrt wird, wenn das Wasser schnell durch den Heber laͤuft, wie bei einem kurzen Heber, der in seinem laͤngeren Schenkel einen bedeutenden Fall hat, wage ich nicht zu bestimmen; in der Praxis sammelt sie sich unter solchen Umstaͤnden in einem gewoͤhnlichen Heber von einer Hoͤhe von 5 bis 6 Fuß nicht. Es ist noch einige Erfahrung und wiederholte Beobachtung nothwendig, um das Minimum von Hoͤhe zu bestimmen, unter welchem Luft sich aus dem Wasser ausscheidet; und dieses Minimum wird wahrscheinlich nach dem Verhaͤltnisse der in dem Wasser enthaltenen Luft, der Temperatur, der laͤnge des Hebers, der Schnelligkeit der Bewegung des Wassers in demselben und vielleicht auch nach anderen Umstaͤnden verschieden seyn. Hr. Cowen fuͤhrt nun Zeugnisse uͤber den guten Gang seiner Hebevorrichtung an, durch welche er, obschon die Roͤhre nur Einen Zoll im Durchmesser haͤlt, in 24 Stunden im Durchschnitte 30,000 Pf. Wasser hebt. Ein Junge darf nur einige Minuten des Tages uͤber an der Pumpe ziehen, um die Luft aus dem Behaͤlter zu treiben, die waͤhrend 24 Stunden zwischen 6 bis 10 Kubikfuß betraͤgt.