Wasserrad

[911] Wasserrad, 1) Kraftmaschine zur Aufnahme der Wasserkraft, bei welcher das Wasser am Umfange eines Rades (vgl. dagegen Wassersäulenmaschine), wirkt u. das Rad in Umdrehung versetzt, worauf die Triebkraft entweder unmittelbar vom Rade, vermittelst eines damit verbundenen Zahnkranzes, od. von dessen Welle weiter nach der Arbeitsmaschine fortgepflanzt wird, z.B. zu einem Mühlwerk, Pumpwerk (dann Kunstrad), Hammerwerk u. dgl. Das Aufschlagwasser (s.d.) wird gewöhnlich aus einem Bach, Fluß, See od. Teich entnommen u. meist durch eine besondere Wasserleitung (s.d., vgl. Oberwasser) dem W. zugeführt. Das den Flüssen entnommene Wasser wird gewöhnlich durch ein Wehr bes. aufgestaut, um das auf eine größere Strecke des Flusses vertheilte Gefälle gewissermaßen anzusammeln u. an einem Orte zu vereinigen. Nur selten kann das W. in den Fluß selbst eingehängt werden, wie bei den Schiffsmühlen; häufiger muß eine Wasserleitung angelegt werden, bei deren Einmündung man meist einen Regulirungsschützen, seitliche Ablässe (Fluther) des überflüssigen Wassers ins Flußbett u. andere Sicherheitsmaßregeln anwendet. Das W. befindet, sich häufig in einer besonderen Radstube (s.d.). Über die Leistung u. den Wirkungsgrad der W-er s.u. Wasserkraft. Rücksichtlich ihrer Einrichtung u. sonstigen Anordnung lassen sich die W-er eintheilen in verticale W-er od. W-er im engeren Sinne, bei welchen die Welle in der Regel horizontal steht u. das Wasser nur an einem Theile des Umfangs wirken kann, u. horizontale W-er od. Turbinen, deren Welle gewöhnlich vertical, seltener horizontal liegt, welche sich also gewöhnlich in einer horizontalen Ebene drehen u. an welchen das Wasser am ganzen Umfang des Rades wirken kann.

I. Verticale W-er. Die Bestandtheile sind die Welle, die Arme u. die Kränze mit den Schaufeln u. beziehungsweise einem Boden. Die Welle ist von Holz od. Eisen u. liegt mit ihren beiden Zapfen in Lagern, welche aus einer gewöhnlich gußeisernen Pfanne u. aus dem Unterlager (Angewäge, Angewelle) bestehen; die Dicke der Welle richtet sich theils nach ihrer Länge, theils nach dem Gewichte des mit Wasser gefüllten Rades, also nach der Größe der vom W. aufzunehmenden u. zu übertragenden Kraft; die hölzernen Wellen sind im Querschnitte rund, vier-, sechs- od. achteckig, die eisernen gewöhnlich rund, oft mit besonderen Ringen versehen, häufig hohl. Das W. hat meist zwei ringförmige Kränze; diese sind bisweilen aus Eisen, häufiger aus Holz u. bestehen dann aus einzelnen Felgen, u. zwar liegen bei größeren Rädern immer 2–3 Felgen neben einander u. sind durch hölzerne Nägel od. Schraubenbolzen mit einander zu einem Kranze verbunden; auch die beiden Kränze des W-es sind mit einander durch die sogenannten Hängenägel verbolzt. Zur Verbindung der Kränze mit der Welle dienen die radialen Arme; bei den hölzernen Rädern werden die Arme entweder, u. zwar bei leichten od. schwachen Rädern, durch die durchlochte Welle hindurchgesteckt, in welchem Falle das W. ein Sternrad heißt; od. die vier Arme (daher Armgeviere) umschließen sich überschneidend die zu diesem Zwecke vierkantig bearbeitete Welle, sind auf dieselbe aufgekeilt u. bilden das Schloß, u. das W. heißt dann ein Sattelrad od. Jochrad; im letzteren Falle reichen bei hohen Rädern die vier paarweise parallelen, das Armgeviere bildenden Hauptarme zur vollkommenen Unterstützung der Kränze noch nicht aus, sondern es werden zwischen ihnen noch Helfarme angebracht, welche an den Hauptarmen in den sogenannten Viertelstöcken eingesetzt sind u. je einen Hauptarm kreuzen. Bei den eisernen Rädern sitzt auf der Welle eine mit Leisten od. schuhartigen Vorsprüngen versehene Scheibe (Rosette), an welche die in die Schuhe eingesteckten Arme angeschraubt sind. Der ringförmige Raum zwischen den Kränzen ist durch die Schaufeln (Paletten) in mehre Abtheilungen getheilt; die Schaufeln sind entweder aus Holz od. aus Blech; erstere werden in die auf der Innenfläche der hölzernen Kränze eingearbeiteten Nuthen (Larven) eingesetzt, letztere werden bei eisernen Kränzen an Rippen angeschraubt, welche auf der inneren Kranzfläche angegossen sind. Die Schaufeln stehen ganz, od. nahezu radial, wenn das Wasser blos stoßend auf sie wirken soll, u. das W. ist dann ein Schaufelrad; wenn dagegen das Wasser im Rade zugleich od. blos drückend (durch sein Gewicht) wirken soll, so müssen die Schaufeln mehr tangential stehen, gebrochen od. gekrümmt sein, so daß sie eine Art von Trögen (Zellen) bilden, in denen das Wasser zurückgehalten wird, u. das W. ist dann ein Zellenrad. Bei den Zellenrädern ist der Raum zwischen den Kränzen nach der Wolle hin durch einen Boden od. auch durch ein herumgebogenes Stück (Kies od. Bodenschaufel) der Schaufeln geschlossen. Der Raum in einer Zelle heißt auch Wassersack. Je nach dem Orte, wo das Wasser in das W. eintritt, theilt man die W-er in ober-, mittel-, rücken- u. unterschlächtige W-er ein. Das Wasser wirkt in diesen verschiedenen Rädern verschieden, in den einen blos durch sein Gewicht (drückend), in den andern durch die seiner Geschwindigkeit entsprechende lebendige Kraft (stoßend), od. drückend u. stoßend zugleich. Beim Bergbau, bei der Förderung durch Göpel (s.d. II. C) mit Wasserrad, wendet man oft ein sogenanntes Kehrrad an, welches zwei mit einander verbundene, aber entgegengesetzt geschaufelte u. beaufschlagte Kränze besitzt, so daß sich seine Welle nach links od. nach rechts herum dreht, je nachdem das Wasser auf den einen od. den andern Kranz gelassen wird. Das größte W. ist zu Laxey auf der Insel Man bei einer Bleigrube; es hat 72 Fuß Durchmesser, 6 Fuß Breite, 169 Schaufeln von 19 Zoll Tiefe, deren jede 9 Gallonen Wasser faßt; seine Mittelachse u. Kurbel wiegen 33 Tonnen; es hebt das Wasser aus 484 Yards Tiefe u. macht 4 Umdrehungen in 1 Minute. A) Oberschlächtige W-er sind immer Zellenräder, bei denen das Wasser nahezu an der höchsten Stelle (Scheitel) des Rades in das Rad eintritt u. vorzugsweise od. allein durch sein Gewicht wirkt, indem es im Rade eine gewisse Höhe durchfällt. Die mit Wasser gefüllten Zellen bilden nämlich gleichsam einen ringförmigen Wasserkörper (den wasserhaltenden Bogen), dessen Übergewicht über die andere, nicht mit Wasser gefüllte Radhälfte die Umdrehung des W-es bewirkt. Je größer dieser wasserhaltende Bogen, desto größer ist das Übergewicht od. die im Rade vom Wasser durchfallene Höhe, desto größer also auch die Leistung des Rades. Da die Centrifugalkraft das Wasser früher aus den Zellen herausschleudert, so läßt man die W-er nur langsam umgehen; die Umfangsgeschwindigkeit[911] beträgt bei mittlern Rädern etwa 5, bei großen 10 Fuß. Am besten wird die Wasserkraft in einem oberschlächtigen W. ausgenutzt, wenn man das Wasser mit derselben Geschwindigkeit in das W. eintreten läßt, mit der das W. sich umdreht. Wichtig sind die Kranzbreite, Radweite, Schaufelzahl u. Schaufelform. Die Kranzbreite od. Radtiefe ist die Erstreckung des Kranzes in radialer Richtung; man macht dieselbe gewöhnlich 10–12 Zoll. Die Radweite od. Radbreite, d.h. die Länge des Kranzes parallel zur Welle, muß nun nach der Wassermenge bemessen werden, welche das W. aufnehmen soll; dabei muß der Fassungsraum des W-es so groß genommen werden, daß die Zellen nur etwa 1/5-1/3 (Füllungscoefficient) mit Wasser gefüllt werden. Die Schaufelzahl nimmt man möglichst groß. Ist der Halbmesser des W-es R Fuß, so nimmt man die Schaufelzahl 5 bis 6 mal so groß als R. Bezüglich der Schaufelungsmethode ist bes. die Lage des am äußeren Radumfange liegenden Schaufelendes wichtig; je größer der Winkel (Dockungs- od. Deckungswinkel) ist, welchen dieses Schaufelende mit dem zugehörigen Radhalbmesser macht, desto später kommt dieses Ende horizontal zu stehen, desto später fließt daher das Wasser aus der Zelle, desto kleiner wird aber auch die Öffnung, durch welche das Wasser in die Zelle eintritt. Man wählt entweder gekrümmte Schaufeln (bes. bei Blechschaufeln), od. gebrochene, u. nennt bei letzteren den am Umfange liegenden äußeren Theil die Stoß-, Wasser- od. Satzschaufel, den inneren Theil die Riegel- od. Kropfschaufel; beide stoßen in einem Punkte des Theilkreises zusammen, welcher entweder in der Mitte der Kranzbreite liegt od. bis zu 1/3 gegen den inneren Kranzumfang hinrückt. Ist n die Zahl der Schaufeln, so nennt man 360°: n den Theilwinkel des W-es. Bei einer gewöhnlichen u. sehr einfachen Schaufelung stellt man die Riegelschaufel radial u. legt das Ende der Setzschaufel in den Radius, in welchem die nächst vorhergehende Riegelschaufel liegt. Da die oberschlächtigen W-er nicht ventilirt werden, d.h. keine Öffnungen im Radboden erhalten, durch welche die Luft aus den Zellen entweichen könnte, so darf der eintretende Wasserstrahl in keinem Momente die Mündung einer Zelle ganz ausfüllen. Man läßt das Wasser entweder frei aus dem Gerinne (Freigerinne) in das W. eintreten, od. man ertheilt ihm durch ein etwas geneigtes Bret (Schußgerinne) eine bestimmte Richtung, od. man spannt es vor dem Eintritt durch eine Spannschütze an, um die Eintrittsgeschwindigkeit durch die Druckhöhe zu reguliren. Die Spannschützen haben entweder ein horizontales, od. verticales od. schief stehendes Schutzbret, welches durch Schrauben od. Hebel verstellbar ist. Die oberschlächtigen W-er macht man gern so groß, als das vorhandene Gefälle zuläßt; hat man nur ein kleines Gefälle, aber viel Aufschlagwasser, so wird das W. niedrig, aber sehr breit u. heißt dann ein Walzenrad. B) Die rückenschlächtigen W-er (Brusträder) unterscheiden sich von den oberschlächtigen nur durch die Art der Beaufschlagung, indem das Wasser zwischen dem Radscheitel u. Radmittel in die Schaufeln eintritt, doch näher dem Scheitel; daher liegt bei den rückenschlächtigen Rädern das Gerinne nicht über, sondern neben dem W., u. die Radhöhe ist größer als das vorhandene Gefälle; auch dreht sich die untere Radhälfte in derselben Richtung, in welcher das Wasser zufließt, während sie sich bei den oberschlächtigen in entgegengesetzter Richtung umdreht. Man wendet rückenschlächtige W-er bes. an, wenn der Wasserstand im Aufschlags- od. Abführungsgraben sehr veränderlich ist; im letzteren Falle schadet das Waten (s.d.) des W-es wenig, weil sich das Rad in der Abflußrichtung des Wassers umdreht; im ersteren Falle kann eine Schutzvorrichtung mit stellbarer Ausmündung angewendet werden, wodurch die Ausmündung immer in eine bestimmte Tiefe unter den Oberwasserspiegel gelegt u. so die Einflußgeschwindigkeit des Wassers unverändert erhalten werden kann. Die Schützen sind hier gewöhnlich Coulissenschützen (s.u. Schutzbret 1), u. die Zellen dann zu ventiliren C) Bei den mittelschlächtigen W-ern (Griechische Räder, Sackräder) tritt das Wasser in der Nähe des Radmittels in das W. ein, unter Anwendung einer Überfallschütze, Coulissenschütze od. Spannschütze; die obere Schützenkante od. die Leitschaufel der Überfallschütze ist nach der Parabel gekrümmt, welche die darüber fließenden Wasserelemente bei ihrer freien Bewegung beschreiben würden; die Spannschützen sind unten abzurunden, um die Contraction des Wasserstrahls zu verhüten, a) Gemeine mittelschlächtige W-er sind Zellenräder; da der Arbeitsverlust durch das zu zeitige Austreten des Wassers aus den Zellen in der unteren Radhälfte statthat, so stellt sich dieser Verlust gerade bei diesen W-ern bes. ungünstig heraus u. bewirkt, daß diese Räder einen geringeren Wirkungsgrad (s.u. Wasserkraft) haben, als die ober- u. rückenschlächtigen; um daher möglichst wenig Verlust zu haben, wählt man einen großen Deckungswinkel (s. oben A), od. man führt das Wasser von der Innenseite des Kranzes aus in das Rad, wobei der Deckungswinkel den Eintritt nicht beeinflußt. Diese W-er müssen ventilirt werden. b) Die Kropfräder sind mit einem Mantel od. Kropf (s.d. 7) umgebene Schaufelräder; die Schaufeln bestehen nur aus einem Stücke u. der Kropf steht nicht mehr als 1/2-1 Zoll vom Radumfange ab, damit durch den bleibenden Zwischenraum möglichst wenig Wasser entweiche; die Schaufeln stellt man nicht gern radial, sondern lieber so schief, daß sie in dem Augenblicke, wo sie aus dem Unterwasser austreten, vertical stehen u. so kein Wasser emporwerfen; auch hier macht man die Schaufelzahl möglichst groß (5–6 mal so groß als der Halbmesser des W-es Fuß enthält). Bei hölzernen Rädern u. hölzernem Kropf muß der Zwischen- od. Spielraum zwischen W. u. Kropf größer genommen werden als bei eisernen Rädern mit steinernem Kropf, weil im ersteren Falle leichter eine merkliche Formänderung (Werfen, Verziehen) eintreten kann, als im letzteren. In der Regel befestigt man auf den Kropfdielen noch besondere Wasserbänke, d.h. Breter, welche das Rad zu beiden Seiten umfassen u. so das seitliche Entweichen des Wassers verhüten. Bezüglich der Art u. Weise, wie die Schaufeln im Kranz befestigt sind, unterscheidet man Staberräder u. Straubräder; bei den Staberrädern sitzen die Schaufeln zwischen zwei Kränzen in Nuthen, bei den Straubrädern dagegen auf kurzen Armen (Kolben od. Schaufelarmen), welche radial aus dem Radkranze vorstehen; schmale Straubräder haben blos einen, breite haben zwei Kränze, welche aber schmäler sind als die Kränze der Staberräder;[912] die Schaufeln sind gewöhnlich von Holz u. auf ihre Arme aufgeschraubt; der Radboden liegt auf dem äußern Umfang des Kranzes u. umschließt das Rad nicht vollständig, sondern es sind Spalten zum Entweichen der Luft ausgespart, D) Die unterschlächtigen W-er sind in der Regel niedriger u. breiter als die oberschlächtigen; bei ihnen geht das Wasser unter dem W. hinweg u. überträgt seine ihm innewohnende lebendige Kraft blos od. doch vorzugsweise durch den Stoß auf das W., weshalb bei ihnen auch die Leistung od. der Wirkungsgrad am kleinsten ausfällt. Man hat sehr verschiedene Arten derselben: a) Das Kropfrad od. unterschlächtige W im Kropfgerinne hat auch einen das Rad am Umfang u. seitlich umschließenden Kropf, welcher indessen nur wenige (3–4) der gewöhnlichen radial stehenden Schaufeln umfaßt; die vom Kropf u. den Schaufeln gebildeten Zellen dieser W-er läßt man sich bis zur Hälfte od. 2/3 anfüllen; um das Überlaufen des Wassers über die Bodenschaufeln zu vermeiden od. einen größeren Fassungsraum zu erhalten, macht man die Radtiefe oft ziemlich groß (11/4-11/2 Fuß); man wendet gewöhnlich eine geneigte Spannschütze mit abgerundeter, unterer Kante an, um das Wasser tangential eintreten zu lassen u. die Contraction des eintretenden Wasserstrahls zu verhindern, b) Die unterschlächtigen W-er im Schnurgerinne, d.h. in einem ebenen, theils geneigten Gerinne, welches das W. tangirt, geben die geringste Leistung, weil das Wasser in ihnen nur stoßend wirkt u. außerdem viel Wasser unbenutzt fortgeht; sie kommen daher nur bei sehr geringen Gefällen (unter 4 Fuß) vor; sie haben 12–24 Fuß Höhe u. 24–48 meist radiale Schaufeln, welche dreimal so breit sind als der ankommende Wasserstrahl dick ist. Der Zwischenraum zwischen W. u. Gerinne soll weniger als 1–2 Zoll betragen; es sollen immer 4–5 Schaufeln in das Wasser eintauchen. Um den Rückstau des Wassers unmöglich zu machen, bringt man oft unter dem W. einen Absatz im Gerinne, od. eine besondere Vorrichtung (Pansterzeug u. daher Pansterräder, s.u. Panstermühle) zum Heben u. Senken des W-es od. nach Befinden auch des Gerinnes an. Oft vertheilt man eine vorhandene Wasserkraft auf mehre Räder, entweder weil ein W. zu groß u. schwer werden würde, od. um die Arbeitsmaschinen unabhängig von einander in u. außer Gang setzen zu können. c) Die freihängenden Räder sind von gar keinem Gerinne umschlossen, sondern hängen im Flusse selbst, entweder als Schiffsmühlenräder aus zwei Kähnen od. Schiffen, od. als Pansterräder; die Schiffsmühlenräder sind nur 12–15 Fuß hoch, haben blos 12 u. mehr Schaufeln, welche sehr lang u. breit u. oft ohne Kranz unmittelbar auf den Armen befestigt u. untereinander verstrebt sind, d) Die Schaufeln der Ponceleträder sind so gekrümmt, daß der eintretende Wasserstrahl an der hohlen Seite derselben hinströmen u. dabei gegen dieselben drücken kann ohne zu stoßen; das Wasser muß in einem Kreisevolventenbogen in das Rad eingeführt werden; hat sich das Rad ein Stück gedreht, so fließt das Wasser wieder an der Schaufel herab u. drückt nochmals gegen dieselbe; das Rad hat 10–20 Fuß Höhe, 32–48 Schaufeln u. einen sich wenigstens auf zwei Schaufeltheilungen erstreckenden Kropf; es soll nicht im Unterwasser waten. E) Andere verticale W-er sind: a) die in den Pyrenäen u. Alpen häufigen kleinen Stoßräder (s.d. 1), 21/2-3 Meter hoch, mit 24 Schaufeln; bei Mühlen u. Hammerwerken, b) Mary's Rad hat einen Kranz aus Eisenblech u. 6 elliptische Blechschaufeln, es hängt in einem eng anschließenden Gerinne u. sein Kranz bewegt sich in einem Spalt zwischen Eisenplatten; das Oberwasser steht an der einen Seite des Rades hinauf bis zum Scheitel. c) Zupinger's Rad hat nur einen Kranz u. langgedehnte gekrümmte Blechschaufeln auf einer od. beiden Seiten des Kranzes; der eiserne Mantel führt das Wasser von vorn u. von der Seite zu; die innere Radhöhe ist dem Gefälle gleich, d) Das schwimmende W. von Colladon in Genf hängt im unbegrenzten Strome wie ein Schiffsmühlenrad u. besteht der Hauptsache nach aus einem hohlen auf dem Wasser schwimmenden Blechkessel, auf dessen Mantelfläche lange durch kreisförmige eiserne Reisen verbundene Blechschaufeln vorstehen, gegen welche das Wasser durch eine Art unter dem Rade aufgehängten Kropf hingewiesen wird; die Welle des Rades ist in einem Hebel eingelagert, auf welchem mehre Zahnräder sitzen u. die Bewegung fortpflanzen.

II. In den Turbinen od. Kreiselrädern wirkt daß Wasser durch Stoß, Druck od. durch Reaction (s.d. 2), nie aber durch sein bloßes Gewicht. Es gibt demnach drei Arten von Turbinen, welche sich bes. in der Form u. Anordnung der Schaufeln zwischen den beiden Radkränzen unterscheiden. Während die Stoßturbinen ebene od. ausgehöhlte Schaufeln haben, gegen welche das Wasser mehr od. weniger rechtwinklig aufschlägt u. stößt, haben die Druck- u. Reactionsräder gekrümmte Schaufeln, an denen das Wasser blos hinläuft, um drückend od. durch Reaction zu wirken. Die durch die Schaufeln gebildeten Kanäle sind im erstern Falle vom Wasser nicht ganz ausgefüllt, bei den Reactionsrädern dagegen muß das Wasser sie ausfüllen u. am besten tangential ausfließen. Während das Wasser sich bei den Stoßrädern auf den Schaufeln nach allen Seiten hin ausbreitet, strömt es bei den Druck- u. Reactionsrädern nur nach einer Seite. Bei den Druck- u. den Reactionsrädern bewegt sich das Wasser entweder in horizontaler Richtung (von innen nach außen od. umgekehrt), od. in einer gegen den Horizont geneigten Richtung (von oben nach unten od. umgekehrt) durch das W. Im ersteren Falle wird die Bewegung durch die Centrifugalkraft, im zweiten Falle durch die Schwerkraft mit beeinflußt. An Größe stehen die Turbinen den verticalen Wasserrädern meist beträchtlich nach, drehen sich dafür aber viel schneller als jene. Die Turbinen lassen sich bei Gefällen von 1–500 Fuß anwenden. Von besonderer Wichtigkeit ist der Zapfen der Turbinen u. dessen Auflagerung, weil das Reibungsmoment in Folge des großen Gewichts u. der schnellen Umdrehung sehr groß ist; man macht daher die Zapfen sehr dick u. sorgt für eine vollkommene Ölung. Die Zapfen sind aus gehärtetem Stahl u. laufen auf Spurplatten aus Bronze od. Stahl. Horizontale Wasserräder werden schon im 15. Jahrh. von Jaques Besson u. im 16. Jahrh. von Ramelli u. von Faust erwähnt. A) Die Stoßturbinen: a) Die Stoßräder (s.d. 2) mit achteckigen Schaufeln kommen in den Alpen, den Pyrenäen u. in Algier bei Gefällen von 10–20 Fuß häufig vor u. treiben Mahlmühlen, wobei der Läufer unmittelbar auf der verticalen Welle des W-es aufgesteckt ist. b) Bei den [913] Muschel- od. Löffelrädern sind die Schaufeln wie Löffel od. Muscheln ausgehöhlt od. wenigstens mit vorstehenden Leisten eingefaßt; dadurch wird die Wirkung des Wasserstoßes (s.d.) vergrößert. Wenn man die Schaufeln größer macht u. so aushöhlt, daß sie unten nahezu horizontal auslaufen, so kann das Wasser außer der Stoßwirkung, auch noch eine Druckwirkung hervorbringen, indem es an der Schaufel niederfließt, u. der Wirkungsgrad wird dann größer. B) Die Reactionsturbinen schließen sich in ihrer einfachsten Form an Segners W. (s.u. Reaction 2) an. Die Schaufeln der vollkommneren werden gewöhnlich nach Kreisbögen gekrümmt; bei den Leitschaufeln (s. unten e) reicht ein Bogen aus, zu den Radschaufeln nimmt man zwei tangential an einander stoßende Bögen. Die Reactionsturbinen kommen auch auf horizontaler Achse, also als verticale Räder, vor. a) Das von Althans construirte einfache Reactionsrad in Vallendar bei Ehrenbreitstein hat eine stehende Welle mit zwei Schwungröhren; die Welle ist von unten herauf hohl u. geht mittels einer Stopfbüchse in das eine Schnauze bildende Ende der das Wasser zuführenden, vertical aufwärts gebogenen Einfallröhre; diese führt das Wasser in die Schwungröhren, an denen sich nahe am Ende je eine seitliche rechteckige Mündung befindet, aus welcher das Wasser ausfließt u. in Folge dessen das Ganze in Umdrehung versetzt. Die Öffnungen lassen sich durch kleine mit Hebeln verbundene Schieber von einem Regulator aus mehr od. weniger verschließen u. dadurch die Geschwindigkeit der Umdrehung reguliren. b) Die Schottische Turbine von Whitelaw u. Stirrat weicht von dem früher von Manouri in Frankreich ausgeführten Reactionsrade nicht wesentlich ab; sie hat 3–4 gekrümmte Schwungröhren, denen das Wasser ebenfalls, von unten zugeführt wird u. deren Ausflußmündungen durch eine bewegliche Seitenwand erweitert od. verengert werden können. Wegen der großen Breite der Schwungröhren tritt das Wasser zum Theil mit Stoß in das Rad. Dieses W. eignet sich bes. für große Gefälle u. wenig Wasser. Wenn man anstatt der getrennten Schwungröhren einen Schwungring mit abgerundeten conoidischen Mundstücken, aus denen das Wasser ausfließt, setzt, so steigt der Wirkungsgrad des W-es merklich. Ganz ähnlich ist die Parkersche Turbine c) Das Reactionsrad von Combes erhält das Wasser auch von unten zugeführt, hat aber eine große Zahl durch Schaufeln zwischen zwei Kränzen gebildete Kanäle, in denen das Wasser von der verticalen Welle nach außen fließt; hier ist kein wasserdichter Abschluß zwischen dem Rade u. dem Einfalls- od. Zuleitungsrohre, also keine Stopfbüchse nöthig. Um das Wasser in einer bestimmten Richtung in das W. einzuführen, versieht man dasselbe oft mit Leitschaufeln, d) Die Turbine von Cadiat ist ebenfalls ohne Leitschaufeln, von oben beaufschlagt u. die Einfallsröhre an der Eintrittsstelle entsprechend abgerundet; das Rad ist äußerlich durch eine kreisförmige Schütze umgeben, welche den Ausfluß regulirt; die stehende Welle umgibt man mit einer Röhre, welche unten einen Teller trägt, u. dieser sperrt das Wasser nach unten ab, indem er vom inneren Radumfange umschlossen wird, u. fängt so den sonst auf die Schale des Rades kommenden Wasserdruck auf e) Die Turbine von Fourneyron in Besançon geht entweder unter Wasser od. in freier Luft u. ist entweder Nieder- od. Hochdruckturbine. Bei der erstern fließt das Wasser in das oben offene Ausflußreservoir mit freier Oberfläche zu; bei der letztern ist das Zuflußreservoir oben geschlossen, u. das durch ein hohes Gefälle mit hohem Druck versehene Wasser wird durch eine Einfallröhre von der Seite zugeführt. Das eigentliche Rad besteht aus zwei horizontalen eisernen Kränzen, welche durch einen Teller od. Schale mit der stehenden Welle verbunden sind; auf dieser Schale sitzen cylindrisch gebogene Bleche (Leitschaufeln) u. führen das Wasser in einer bestimmten Richtung in die durch die eigentlichen Radschaufeln gebildeten Kanäle zwischen den Kränzen; indem das Wasser diese von innen nach außen durchläuft u. tangential ausfließt, setzt es das Rad durch Reaction in Umdrehung. Der Zufluß des Wassers wird durch ein am inneren Radumfange angebrachtes, stellbares, cylindrisches, unten abgerundetes Schutzbret regulirt. Damit das Wasser nicht auf den Radteller drücke u. dadurch die Zapfenreibung vergrößere, wendet man auch hier (wie bei d) eine die Welle umschließende Röhre mit einem Teller an. Um den Übelstand, daß bei tieferem Schützenstande, also bes. auch bei vorhandenem Wassermangel, der Wirkungsgrad der Turbinen kleiner wird, da das Wasser mit einem Stoß in das Rad eintritt, zu beseitigen u. den vollen Ausfluß zu erhalten, wandte Fourneyron Etagenräder an, bei denen die Kanäle der Höhe nach durch ringförmige Scheidewände in 2 od. 3 Abtheilungen abgetheilt sind. Combes wandte blos eine, aber stellbare solche Scheidewand an. f) Reactionsräder mit äußerer Beaufschlagung wurden von Howd construirt u. von Francis verbessert; bei ihnen fließt das Wasser von außen nach innen; das Leitschaufelsystem liegt also am äußeren Radumfange. Dieses W. besitzt bei 19 Fuß Gefälle 230 Pferdekräfte. C) In die Druckturbinen tritt das Wasser ohne Stoß ein u. wirkt darin nur durch Druck, indem es an gekrümmten Schaufeln hinfließt. a) Bei der Borda'schen Turbine fließt das Wasser an, aus 3 Holzbretchen zusammengesetzten Schaufeln zwischen 2 aus Dauben gebildeten, mit Reisen gebundenen Mänteln nieder. Das Wasser wird durch eine geneigte Schlotte zugeführt u. nur auf einige Schaufeln geleitet. b) Die Kufenräder, welche schon Belidor beschrieb, ähneln den Löffelrädern (s. oben II. A) b), sind 1 Meter im Durchmesser, haben 9 krumme Schaufeln, welche aus 2 Stücken zusammengesetzt u. mit eisernen Reisen gebunden sind; das W. sitzt am unteren Ende eines cylindrischen Schachtes, in welchen das Wasser mit großer Geschwindigkeit seitlich zugeführt wird, worauf es an den Schaufeln niederfließt, zum Theil drückend, zum Theil stoßend, zum Theil zwischen den Schaufeln durchfließend ohne zu wirken, c) Die Turbinen von Burdin unterscheiden sich von den Bordaschen dadurch, daß das Wasser an mehren Punkten zugleich eintritt u. die Ausmündungen auf 3 concentrische Kreise vertheilt sind; die durch die Schaufeln gebildeten Kanäle sind oben senkrecht, unten ziemlich horizontal u. beinahe tangential; die unteren Mündungen der Kanäle liegen abwechselnd genau unter den Einmündungen od. mehr nach innen od. außen. Man hat auch verticale Burdinsche Turbinen; man steckt dann gewöhnlich zwei solche Räder auf dieselbe horizontale Welle, von denen das eine das Wasser links, das andere rechts ausfließen läßt. d) Bei der Turbine von Henschel befindet sich der[914] Leitschaufelapparat über (nicht neben) dem Rade, in welchem das Wasser an den in dem Radkranze befindlichen krummen Schaufeln durch die Schwerkraft von oben nach unten fließt. Von der Henschelschen unterscheidet sich die Fontainesche Turbine dadurch, daß bei ihr die Oberfläche des Unterwassers unmittelbar unter od. über dem Rade steht, während bei der Henschelschen das dem Rade entströmende Wasser eine Wassersäule über der Oberfläche des Unterwassers bildet, welche aber genau so wirkt, als ob sie über dem Rade stünde. Bei der Jonvalschen Turbine theils über, theils unter dem Rade, wirkt also theils drückend, theils saugend. Das Rad der Fontaineschen Turbine ist mit seiner hohlen verticalen Welle über eine feststehende Säule aufgesteckt u. dreht sich um dieselbe, wobei die Welle über der Säule sich zu einem Auge erweitert u. mit einem stählernen Stift in einer stählernen Pfanne im Kopfe der Säule umläuft; der Leitschaufelapparat ist an seinem Umfange fest aufgelagert u. enthält in seinem Teller ebenfalls ein Lager für die Turbinenwelle. Die Schaufeln bilden windschiefe Flächen. Auch Jonvalsche Turbinen hat man als verticale W-er construirt u. zwar ebenfalls als Doppelturbinen, e) Die Schraubenturbine von Plataret steht der Henschelschen Turbine sehr nahe, nur werden die Kanäle bei ihr blos durch 2–4 sehr lange Schaufeln gebildet, welche als Schraubenflächen rings um die verticale Welle herumlaufen, f) Das Schraubenrad ist im Wesentlichen eine Burdinsche Turbine mit horizontaler Achse, ohne Leitschaufeln u. mit theilweiser Beaufschlagung, doch wird ihm das Wasser in Richtung seiner Achse durch den Aufschlagkanal unmittelbar zugeführt; das eigentliche Rad ist wie das der Fontaineschen Turbine mit schraubenförmigen Schaufeln construirt u. hängt in einem steinernen Einbau, von welchem es an der unteren Hälfte seines Umfangs concentrisch umschlossen wird. Zur besseren Zu- u. Abführung des Wassers ist die Radachse vorn u. hinten kegelförmig verlängert u. in ähnlicher Weise weist der Einbau durch einen Blechmantel das Wasser nach den Radschaufeln. Solche Räder eignen sich für kleine Gefälle bei viel Aufschlagwasser; sie arbeiten bei hohem u. niederem Wasserstande gleich gut, da die Tiefe des Wassers auf dessen Wirkungsweise keinen Einfluß hat. Vgl. Girard, Nouveau récepteur hydraulique dit Roue-hélice, Par. 1855. g) Die Tangentialräder sind Räder theils mit horizontaler, theils mit verticaler Welle, welche sich von den Reactionsturbinen nur in der Schaufelung u. in der Wirkungsweise des Wassers unterscheiden u. bei denen auch das Wasser nur an einer Stelle in das Rad einfließt, so daß es dieselben nicht alle u. nicht voll ausfüllt, sondern nur in abgesonderten, strahlartigen Partien an den krummen Schaufeln hinfließt u. demnach die ihm innewohnende Leistung drückend an die Schaufeln absetzt. Man hat sie mit innerer u. mit äußerer Beaufschlagung; das Wasser nähert od. entfernt sich in ihnen von der Drehachse, u. deshalb ist bei der Bestimmung ihrer Leistung die Wirkung der Centrifugalkraft nicht außer Acht zu lassen. Das Wasser wird stets so eingeführt, daß es nicht gegen die Schaufeln stößt, sondern an ihnen hinfließt; es muß sich also die Eintrittsgeschwindigkeit in zwei Componenten zerlegen lassen, deren eine die Richtung des letzten Schaufelelementes hat, während die andere mit der Umfangsgeschwindigkeit des Rades an der Eintrittsstelle zusammenfällt. Man krümmt die zwischen zwei mit der Welle durch Arme verbundenen Kränzen befestigten Schaufeln meist so, daß das Wasser, nachdem es gewirkt hat, theils am innern, theils am äußern Radumfang abfließt. Tangentialräder mit äußerer Beaufschlagung construirte zuerst Zupinger in Zürich, doch hat die erste Idee dazu schon Poncelet (1826) gehabt; das Wasser wird dabei aus der neben dem Rade liegenden Einfallsröhre durch einen aus drei Kanälen bestehenden Leitschaufelapparat in die Radkanäle geführt; die stehende Welle läuft unten mit einem Stahlstift in einer stählernen Pfanne, oben in einem Halslager. Tangentialräder mit horizontaler Welle u. innerer Beaufschlagung construirte zuerst Schwamkrug; das Rad ist durch ein einseitig daran sitzendes Armsystem u. eine Rosette mit der Welle befestigt; das Wasser tritt nahe am Radtiefsten aus der Einfallsröhre durch einen mittels Klappen verstellbaren Leitschaufelapparat in das Rad ein. Die Tangentialräder empfehlen sich bes. bei großem Gefälle. h) Die Danaiden haben nahezu die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels; schon Belidor erwähnt sie; das Rad besteht aus einer stehenden Welle mit zwei kegelförmigen Mänteln, wobei der Raum zwischen den Mänteln durch verticale od. geneigte ebene, od. durch schraubenförmig gekrümmte Scheidewände in, von oben nach unten laufende Kanäle getheilt ist. Das Wasser fließt durch ein Gerinne oben zu u. unten ab u. wirkt im Rade bes. durch sein Gewicht. Vgl. außer den unter Hydraulik genannten Schriften noch: d'Aubuisson, Hydraulique à l'usage des ingénieurs, deutsch bearbeitet von Fischer, Lpz. 1815; Poncelet, Cours de mécanique industrielle, Metz 1829; Armengaud, Traité pratique des moteurs hydrauliques et à vapeur, Par. 1858; Morin, Expériences sur les turbines, Metz1838; Expériences sur les roues hydrauliques à aubes planes et à augents, à axe vertical, appellées Turbines, Metz 1836 u. 1838; Redtenbacher, Theorie u. Bau der Turbinen, Manh. 1844; Derselbe, Theorie u. Bau der W-er, ebd. 1846, 2. A. ebd. 1858; Combes. Recherches sur les roués à reaction ou à tuyaux, Par. 1843; Poncelet, Théorie de la Turbine-Fourneyron, Par. 1838; Taffé, Application de la mécanique aux machines roues par l'eau, etc., 3. A. Par. 1843. S.u. Feuerwerk.

Quelle:
Pierer's Universal-Lexikon, Band 18. Altenburg 1864, S. 911-915.
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