Neuere Anwendungen von Wassersäulenmaschinen. Mit Abbildungen auf Tafel 28. Davey's Neuerungen an Wassersäulenmaschinen. Diese lang vernachlässigte Gruppe von Kraftmaschinen scheint neuerdings wieder zu Ehren zu kommen; speciell für den unterirdischen Betrieb in Bergwerken finden sie gerade in neuerer Zeit vielfache Anwendung. Die englische Firma Hathorne, Davey und Comp. in Leeds hat auch auf dem Continent schon vielfach Wassersäulenmaschinen ihres Systemes geliefert und, obwohl dieselben keine principiellen Neuerungen an sich tragen, zeigen sie doch in der rationellen Ausbildung aller Details einen bemerkenswerthen Fortschritt gegenüber den bisher allgemein copirten älteren Mustern. Wir entnehmen einem ausführlichen Vortrage in der Institution of Mechanical Engineers von Heinrich Davey nach Engineering, 1880 Bd. 29 S. 358 und Engineer, 1880 Bd. 49 S. 313 folgende Notizen. Der Vortragende weist zunächst darauf hin, wie durch Sammlung des Regenwassers in geeigneten Hochbehältern in ausgedehntestem Maſse eine Kraftquelle geschaffen werden kann, welche in vielen Fällen bedeutend billiger zu stehen kommt als der Betrieb einer Dampfmaschine. In dieser Form wurden zahlreiche Anlagen ausgeführt, besonders im Wirthschaftsbetrieb zur Förderung von Trinkwasser oder zum Heben gröſserer Wassermassen mittels einer kleinen Menge hochgespannten Druckwassers. Die letztere Art der Anwendung führt zu den im gröſsten Maſsstab ausgeführten Wasserhaltungen in Bergwerken, welche als das wichtigste Gebiet der Anwendung von Wasserhaltungen erscheinen und besonders in schief einfallenden Gängen und an allen solchen Stellen, wo das Pumpengestänge der Hauptwasserhaltung nicht hingeführt werden kann, an ihrem Platze sind. Auf Taf. 28 stellt Fig. 1 die Anordnung der unterirdischen Wasserhaltung auf der „Griff“-Zeche bei Nuneaton (England) dar. Hier handelt es sich um das Auspumpen eines vom Wasserhaltungsschacht C unter 1 : 6 schief einfallenden Ganges G, was mit Hilfe von zwei direct wirkenden Wassersäulenpumpen A und B bewerkstelligt wurde; dieselben dienen jetzt, im tiefsten Punkt aufgestellt, zur Drainirung dieses Ganges. Bei Beginn des Auspumpens wurde die Maschine A knapp an dem Wasserspiegel aufgestellt und mit einem verlängerten Saugrohr in Thätigkeit erhalten, bis der Wasserspiegel um 8m gesunken war. Dem gesunkenen Wasserspiegel war inzwischen die zweite Pumpe B nachgerückt und übernahm nun die Arbeit, während die Pumpe A neuerdings vorgeschoben wurde; hierdurch war eine ununterbrochene Fortsetzung der Arbeiten ermöglicht. Das geförderte Wasser wird durch das Steigrohr, in welches gleichzeitig das gebrauchte Wasser der Arbeitscylinder läuft, dem im Schacht C befindlichen Sumpf der groſsen Wasserhaltungsmaschine zugeführt und von dieser gemeinschaftlich mit den übrigen Grubenwässern zu Tage gefördert. Der thatsächliche Arbeitsdruck des Druckwassers ist somit gleich der Höhendifferenz zwischen dem ober Tag befindlichen Druckbehälter und dem Wasserspiegel im Wasserhaltungsschacht C. Nachdem nun allerdings das Arbeitswasser auch wieder zu Tage gefördert werden muſs, so bleibt schlieſslich als reine Nutzarbeit nur der Werth des Gefälles bis zum Auswurf der Wasserhaltungsmaschine übrig; – doch handelt es sich in solchen Fällen auch nie darum, der centralen Wasserhaltungsanlage gewissermaſsen Concurrenz zu machen, sondern ihr das Wasser von dort zuzuführen, wo es weder durch natürliches Gefälle, noch durch eine Abzweigung des Pumpengestänges den Saugsätzen zugeführt werden könnte. Darum kann es sogar unter Umständen vortheilhaft sein, direct ober Tag das Aufschlagwasser für die Wassersäulenmaschinen zu entnehmen; ebenso bestehen Anlagen, wo die Grubenwässer höherer Horizonte gesammelt und einer Wassersäulenmaschine zugeführt werden, um ihre verfügbare Arbeit, da sie doch dem Sumpf zuflieſsen müssen, vorher noch thunlichst auszunutzen. In dem vorliegenden Falle hat die Druckleitung bei 125mm lichtem Durchmesser eine Länge von etwa 600m; das Steigrohr hat 190mm Durchmesser und 250m Länge bis zum Sumpf der Wasserhaltungsmaschine. Die Leistung einer Pumpe beträgt 0cbm,67 in der Minute, was bei 220mm Pumpendurchmesser, 760mm Hub und unter der Annahme eines 75procentigen Nutzeffectes 15 Doppelhübe in der Minute ergibt; die effective Druckhöhe beträgt 140m die Steighöhe etwa 50m. Die allgemeine Anordnung der Pumpe ist aus Fig. 2 ersichtlich und hierbei zunächst die Ausbüchsung des Pumpencylinders zu erwähnen, welche es ermöglicht, bei geringen Druckhöhen durch Herausnehmen der Büchse und Verwendung eines gröſseren Kolbens die Wasserförderung der Pumpe zu verdoppeln; sowohl der groſse Cylinder als die Büchse sind mit Metallfutter versehen. – Pumpenkolben und Ventile sind in Fig. 3 und 4 im vergröſserten Maſsstabe gegeben und bieten nichts bemerkenswerthes. Der Arbeitscylinder hat 160mm Durchmesser und den gleichen Hub von 760mm wie der Pumpencylinder; er hat gleichfalls Metallfutter, die gleiche Kolbenconstruction wie die Pumpe und wie diese die Kolbenstange mit einem darüber gezogenen Messingrohr geschützt; beide Kolbenstangen sind mit einander durch einen aufgekeilten Muff verbunden, welcher gleichzeitig die Anschläge für den Hilfsschieber der Steuerung trägt. Letzterer ist im Grundriſs Fig. 6 des vergröſsert herausgezeichneten Ventilkastens ersichtlich; er wird am Ende eines jeden Hubes durch die erwähnten Anschläge nach rechts oder links geschoben und bewirkt so das abwechselnde Spiel der Ausström- und Einströmventile, indem er die Räume oberhalb der Steuerkolben mit Druckwasser oder mit Austrittwasser in Verbindung setzt. Die Anordnung der Ventile für die vorliegende doppelt wirkende Kolbenmaschine ist aus den Skizzen Fig. 5 und 6 ersichtlich, und da für die einfach wirkende Plungermaschine genau dasselbe Steuerungssystem zur Anwendung kommt, mit dem einzigen Unterschiede, daſs eben nur ein Einström- und ein Ausströmventil vorhanden ist, so bezieht sich unsere Beschreibung gleichzeitig auch auf den Ventilkasten Fig. 7 der einfach wirkenden Wassersäulenmaschinen. Das Einströmventil ist ein einfaches, nach unten öffnendes Tellerventil, dessen Spindel an ihrem oberen Ende mit einem durch Leder gedichteten Kolben verbunden ist. Der Sitz dieses Ventiles ist jedoch nicht fest, sondern mit einem Rohrkolben beweglich, welcher in seiner unteren Fläche gleichfalls ein Ventil bildet und hier auf einen festen Sitz trifft. Indem nun der den unteren Theil des Rohrventiles umgebende Raum mit der Ausströmung communicirt, so wirkt dasselbe gleichzeitig in seinem äuſseren Umfange als Ausströmventil, wie in seiner Bohrung als Führung des Einströmventiles. Das Druckwasser strömt in der oberen Hälfte des Ventilgehäuses zu und ist dem entsprechend das Rohrventil zwischen Ein- und Ausströmung durch einen Lederstulp abgedichtet. In Folge dieser Anordnung wird sowohl das Rohrventil nach abwärts gegen seinen festen Sitz gepreſst, als das Einströmventil durch Vermittlung seines Steuerkolbens nach aufwärts wider seinen beweglichen Sitz. Diese Kräfte heben sich nahezu auf; doch bleibt für das ganze System ein geringer Ueberdruck nach aufwärts bestehen. Wenn daher der Raum oberhalb des Steuerkolbens durch den mittels Anschlägen bewegten Hilfsschieber mit der Abfluſsleitung in Verbindung tritt, so heben sich, da unterhalb des Einströmcylinders gleichfalls ein höherer Druck herrscht, beide Ventile gemeinsam mit dem Steuerkolben nach aufwärts und eröffnen so die Ausströmung der betreffenden Cylinderseite (links in Fig. 5). Andererseits wird, sobald oberhalb des Steuerkolbens Druckwasser zutritt, eine nach abwärts gerichtete Bewegung erfolgen, vermöge deren sich das Einströmventil von dem auf seinem festen Sitze verbleibenden Rohrventil trennt und durch dasselbe hindurch die Einströmung in den Cylinder vermittelt (rechts in Fig. 5). Das Spiel der Steuerventile ist hiernach vollständig erklärt und es erübrigt nur noch auf eine besondere Eigenthümlichkeit dieser Steuerung einzugehen, welcher Davey den gröſsten Werth beilegt. Vermöge der unelastischen Natur des Wassers entfällt bei seiner Anwendung in Motoren die Möglichkeit der Compression und Expansion, oder läſst sich wenigstens nur in sehr beschränktem Maſse und unter Anwendung besonderer Vorkehrungen durch Windkessel ersetzen. Es müſste somit in den todten Punkten momentan der Wechsel von Ein- und Ausströmung erfolgen oder vielmehr, da dies praktisch unmöglich ist, die Einströmung des anderen Cylinderendes noch während des Kolbenhinganges bei geöffneter Ausströmung stattfinden, um das Auftreten gefährlicher Stöſse in der Druckleitung zu vermeiden. Thatsächlich findet sich diese einen ganz uncontrolirbaren Wasserverlust bedingende Anordnung bei fast allen gröſseren Wassersäulenmaschinen. Die Davey'schen Maschinen leiden an diesem Uebelstande nicht, da ihre Steuerung derart arbeitet, daſs weder ein directes Ueberströmen vom Druckrohr zum Austrittrohr, noch eine vollständige Stauung im Druckrohr stattfindet, und sie können daher, ungeachtet der durch keine Kurbel gemilderten plötzlichen Bewegungsübergänge direct wirkender Maschinen, selbst die Ventilwindkessel entbehren und dennoch mit beträchtlichen Tourenzahlen arbeiten. Dies wird dadurch erreicht, daſs im Moment des Hubwechsels und absolut gleichzeitig mit dem Absperren des Einströmventiles dem zuströmenden Druckwasser ein anderer Ausweg gegeben wird; statt den Arbeitskolben, welcher im Hubwechsel einen Augenblick stillsteht, weiterzutreiben, drückt es den Steuerkolben der einen Cylinderseite nach aufwärts und erfüllt den so gewonnenen Raum, während auf der anderen Seite durch den Niedergang des zweiten Steuerkolbens das Druckwasser thatsächlich keinen Raum verliert, da es ja gleichzeitig oberhalb dieses Kolbens zur Wirksamkeit gelangt. Hiermit wird der Moment des Stillstandes glücklich überschritten und der Zufluſs findet hinter dem inzwischen wieder zur Bewegung gelangten Arbeitskolben weiter statt. So läſst sich durch entsprechende Dimensionirung der Steuerkolben thatsächlich ein ruhiger und stoſsfreier Gang dieser Maschinen erzielen und der empfindlichste Uebelstand der Wassersäulenmaschinen fast vollständig beheben. Daſs auch hier ein geringer Wasserverlust stattfindet, nämlich bei jedem Hubwechsel das Volumen eines Steuercylinders, kann dem System nicht zum Vorwurfe gemacht werden, da ja dieser Wasserverbrauch gleichzeitig mit einer effectiven Arbeitsleistung, der Bewegung der Steuerung, verbunden ist. Wenn wir noch als weitere Eigenthümlichkeit dieser Steuerung betonen, daſs die Anordnung des Einströmventiles in dem Ausströmventile unter allen Umständen die absolute Gleichzeitigkeit von Schluſs der Einströmung und Beginn der Ausströmung sichert und daſs sich diese Construction auch ohne weiteres zum Ersatz der Dreiweghähne durch Ventile eignet, können wir zu den weiteren Constructionen Davey'schen Wassersäulenmaschinen übergehen. Die bis jetzt beschriebene doppelt wirkende Kolbenmaschine entspricht nicht der normalen Praxis der oben genannten Firma, welche vielmehr, wo immer es angeht, statt der schwer zu erhaltenden Kolben die einfachen Plunger verwendet und selbstverständlich sowohl für den Arbeitscylinder, als für den Pumpencylinder je zwei Plunger anordnet. Während somit die Construction Fig. 2 nur ausnahmsweise gewählt wurde, um behufs des Transportes auf Rädern möglichst leicht und compendiös zu sein, stellt Fig. 8 die normale Construction stabiler Wassersäulenmaschinen dar. Die Details der Steuerung, welche durch Fig. 7 erläutert werden, stimmen vollständig mit der doppelt wirkenden Maschine überein und erfordern kein weiteres Eingehen. Bemerkenswerth ist, daſs für das verbrauchte Arbeitswasser eine eigene Druckleitung über Tag führt neben dem eigentlichen Steigrohr und der vom Accumulator führenden Druckleitung. Die vorliegende Maschine pumpt in der Minute 0cbm,3 Salzsoole auf 300m und erhält das Druckwasser unter Vermittlung eines mächtigen Accumulators. Ein interessantes Problem wurde durch die in Fig. 9 skizzirten örtlichen Verhältnisse gegeben und durch die Maschine Fig. 10 gelöst. Im Punkte A eines Schachtes P trat Wasser auf an einer Stelle, wo die Anbringung einer Pumpe unmöglich war; der einzige mögliche Platz für dieselbe war an der Sohle des Schachtes und hier wurde somit die Pumpe aufgestellt. Als Druckwasser wurden die in einem Seitenschacht S angesammelten Grubenwässer verwendet, welche unter allen Umständen zur Sohle von P geflossen wären. Das Saugrohr führt von A nach abwärts, das Steigrohr von der Pumpe bis zur Oberfläche; die effective Leistung in gehobenem Wasser entspricht der Höhe a – b, die Druckhöhe ist gleich h. In dem gegebenen Falle ist a rund 270m, b =z 150m, h = 80m. Der Pumpendurchmesser ist selbstverständlich kleiner wie der des Arbeitscylinders; ersterer hat 102mm, letzterer 155mm. Der gemeinsame Hub beträgt 380mm, die normale Geschwindigkeit 6½ Doppelhübe in der Minute. Der Arbeitscylinder, welcher, wie aus Fig. 10 hervorgeht, mit der charakteristischen Steuerung versehen ist, hat einen einfach wirkenden Plunger, die Pumpe dagegen einen Kolben, auf dessen kleinere Fläche beständig die Druckhöhe b des Saugrohres wirkt. Beim arbeitenden Rechtsgang unterstützt dieser Druck die Leistung des Arbeitscylinders, den Rückgang dagegen besorgt unter dem Einflüsse des nachdrängenden „Saug“-Wassers lediglich der durch die Flächendifferenz der beiden Seiten des Pumpenkolbens entstehende einseitige Druck. Die Kolbenstange ist daher entsprechend dick zu machen, damit die auftretenden Reibungswiderstände überwunden werden. Fig. 11 und 12 veranschaulicht ein artiges Kunststück, darin bestehend, daſs das Druckrohr einer Pumpe gleichzeitig als deren Steigrohr benutzt wird. Es handelt sich darum, das Wasser von einem niederen zu einem höheren Horizont zu befördern, mittels von oben kommenden Druckwassers. Zu diesem Behufe ist in das Druckrohr beim oberen Horizont ein Dreiwegventil der eingehend beschriebenen Construction eingeschaltet, das einerseits mit dem Druckbehälter, andererseits mit dem Sumpf des oberen Horizontes und endlich mit der zur Pumpe führenden Leitung communicirt. Das von hier nach abwärts führende Druckrohr, welches gleichzeitig ais Steigrohr dienen soll, theilt sich bei der Pumpe in zwei Arme, von denen die eine direct zu den beiden Arbeitsplungern A führt, der andere dagegen horizontal abzweigend in das Druckventilgehäuse des Pumpenkolbens P einmündet (Fig. 12). Die beiden Arbeitsplunger sind mit dem zwischen ihnen befindlichen Pumpenplunger durch einen gemeinsamen Kreuzkopf verbunden, schwer genug, um die Druckhöhe des oberen Horizontes auf die drei Plungerflächen zu überwinden, dagegen unter dem Einflüsse des Arbeitsdruckes auf die beiden äuſseren Plunger gehoben. In der gezeichneten Stellung der drei Plunger ist das am oberen Horizont befindliche Dreiwegventil, welches durch einen Drahtzug mit dem gemeinsamen Kreuzkopf verbunden ist, so gestellt, daſs die volle Druckhöhe auf die beiden Arbeitskolben A zur Wirkung kommt. Dadurch wird der Kreuzkopf sowie der Pumpenplunger gehoben und demselben nach strömt durch das Saugventil das Wasser des unteren Sumpfes. Haben die Plunger den höchsten Stand erreicht, so wird durch den Drahtzug das Dreiwegventil umgesteuert, die obere Druckleitung abgeschlossen, der Auslaufstutzen zum oberen Sumpf eröffnet und das unter den drei Plungern enthaltene Wasser wird unter dem Einflüsse des niedersinkenden Kreuzkopfgewichtes zum oberen Horizont gepreſst. Neben dieser hauptsächlichsten Anwendung der Wassersäulenmaschinen zur Wasserhaltung wurden dieselben auch wiederholt zu Förderzwecken verwendet. Fig. 13 und 14 stellen eine derartige Maschine dar, mit zwei horizontalen Wassercylindern, welche, unter rechten Winkeln gekuppelt, gemeinsam ein kleines Vorgelege und mit diesem das Stirnrad der Windetrommel antreiben. Die Cylinder haben 140mm Durchmesser, 405mm Hub und machen 19½ Touren in der Minute. Die Steuerung verwendet gleichfalls in einander arbeitende Ventile; doch sind hier die beiden Einströmventile zu einem Stücke verbunden und werden von einem gemeinsamen Excenter bewegt. Die an beiden Enden befindlichen Kolben dienen dem Zwecke der Entlastung und haben nicht mehr die oben erörterte Aufgabe der Continuitätserhaltung des Druckwassers; darum ist hier auch an den Hubwechseln ein Augenblick des directen Ueberströmens vom Druckrohr zum Austritt – so lange, bis die vier Ventile umgestellt sind, was hier nicht momentan, sondern nach einander in einem gewissen Zeitraum geschieht. W.