Thomas Savery

Delice Bette | Juli 7, 2023

Zusammenfassung

Thomas Savery (ca. 1650 – 15. Mai 1715) war ein englischer Erfinder und Ingenieur. Er erfand das erste kommerziell genutzte dampfgetriebene Gerät, eine Dampfpumpe, die oft als „Savery-Maschine“ bezeichnet wird. Saverys Dampfpumpe war ein revolutionäres Verfahren zum Pumpen von Wasser, das das Problem der Minenentwässerung löste und eine breite öffentliche Wasserversorgung ermöglichte.

Thomas Savery wurde im Herrenhaus von Shilstone in der Nähe von Modbury, Devon, geboren. Er wurde Militäringenieur, stieg 1702 zum Hauptmann auf und verbrachte seine Freizeit mit Experimenten im Bereich der Mechanik. Im Jahr 1696 meldete er ein Patent für eine Maschine zum Polieren von Glas oder Marmor an und ein weiteres für das „Rudern von Schiffen mit größerer Leichtigkeit und Schnelligkeit, als es bisher von irgendjemandem getan wurde“, das Schaufelräder beinhaltete, die von einem Spill angetrieben wurden, und das von der Admiralität nach einem negativen Bericht des Inspektors der Marine, Edmund Dummer, abgelehnt wurde.

Savery arbeitete auch für die „Sick and Hurt Commissioners“ und schloss einen Vertrag über die Lieferung von Medikamenten mit der „Navy Stock Company“ ab, die mit der „Society of Apothecaries“ verbunden war. Seine Aufgaben in deren Auftrag führten ihn nach Dartmouth in Devon, wo er wahrscheinlich mit Thomas Newcomen in Kontakt kam.

Dampfbetriebene Pumpe

Am 2. Juli 1698 ließ Savery eine dampfbetriebene Pumpe patentieren: „Eine neue Erfindung, um Wasser zu heben und alle Arten von Mühlen durch die impulsive Kraft des Feuers in Bewegung zu setzen, was von großem Nutzen und Vorteil für die Entwässerung von Bergwerken, die Versorgung von Städten mit Wasser und für den Betrieb aller Arten von Mühlen sein wird, wo weder Wasser noch konstante Winde zur Verfügung stehen.“ Er wurde als „Savery-Motor“ bezeichnet, obwohl es sich technisch gesehen nicht um einen Motor handelt. Er führte sie der Royal Society am 14. Juni 1699 vor. Das Patent enthielt keine Abbildungen oder gar eine Beschreibung, aber 1702 beschrieb Savery die Maschine in seinem Buch The Miner’s Friend; or, An Engine to Raise Water by Fire, in dem er behauptete, sie könne Wasser aus Minen pumpen.

Bei der Savery-Pumpe handelte es sich um eine kolbenlose Pumpe ohne bewegliche Teile außer den Wasserhähnen. Sie wurde betrieben, indem zunächst im Kessel Dampf erzeugt wurde; der Dampf wurde dann in eines der ersten Arbeitsgefäße geleitet, so dass er durch ein Fallrohr in das zu hebende Wasser geblasen werden konnte. Wenn das System heiß und damit voller Dampf war, wurde der Hahn zwischen dem Kessel und dem Arbeitsgefäß geschlossen und gegebenenfalls die Außenseite des Gefäßes gekühlt. Dadurch kondensierte der Dampf im Kessel, es entstand ein Teilvakuum, und der atmosphärische Druck drückte das Wasser durch das Fallrohr nach oben, bis der Kessel voll war. Dann wurde der Hahn unter dem Kessel geschlossen und der Hahn zwischen dem Kessel und dem Steigrohr geöffnet, und es wurde mehr Dampf aus dem Kessel eingeleitet. Der Dampfdruck stieg an und drückte das Wasser aus dem Behälter durch das Steigrohr nach oben.

Seine Pumpe hatte jedoch vier ernsthafte Probleme. Erstens wurde jedes Mal, wenn Wasser in das Arbeitsgefäß eingelassen wurde, ein Großteil der Wärme für die Erwärmung des gepumpten Wassers verschwendet. Zweitens wurde in der nächsten Phase des Prozesses Hochdruckdampf benötigt, um das Wasser nach oben zu drücken, und die Lötstellen der Pumpe hielten dem Hochdruckdampf kaum stand und mussten häufig repariert werden. Drittens: Obwohl diese Pumpe das Wasser mit positivem Dampfdruck nach oben drückte (wobei es theoretisch keine Begrenzung für die Höhe gab, auf die das Wasser mit einer einzigen Hochdruckpumpe gehoben werden konnte), bedeuteten praktische und sicherheitstechnische Erwägungen, dass in der Praxis eine Reihe von Pumpen mit mäßigem Druck erforderlich gewesen wäre, um das Wasser aus einer tiefen Mine von der untersten Ebene bis zur Oberfläche zu fördern. Viertens wurde das Wasser nur durch den atmosphärischen Druck in die Pumpe gepresst (die gegen ein „Vakuum“ aus kondensiertem Dampf arbeitete), so dass die Pumpe nicht mehr als 9,1 m über dem Wasserspiegel stehen durfte – was bedeutete, dass sie weit unten in den dunklen Minen installiert, betrieben und gewartet werden musste.

Feuerwehrgesetz

Saverys ursprüngliches Patent vom Juli 1698 gewährte einen Schutz von 14 Jahren; im folgenden Jahr, 1699, wurde ein Parlamentsgesetz verabschiedet, das seinen Schutz um weitere 21 Jahre verlängerte. Dieses Gesetz „zur Förderung von Thomas Saverys Erfindung zur Wassergewinnung und für alle Arten von Mühlenarbeiten“ wurde als „Fire Engine Act“ bekannt. Saverys sehr weit gefasstes Patent deckte alle Pumpen ab, die Wasser durch Feuer anhoben.

Der Architekt James Smith aus Whitehill erwarb die Nutzungsrechte an der Pumpe von Savery in Schottland. Im Jahr 1699 schloss er einen Vertrag mit dem Erfinder, und 1701 erhielt er vom schottischen Parlament ein Patent, das sich an Saverys Erteilung in England orientierte und für dieselbe Betriebsdauer ausgelegt war. Smith beschrieb die Maschine als „einen Motor oder eine Erfindung zum Anheben von Wasser und zum Bewegen von Mühlen durch die Kraft des Feuers“ und behauptete, sie so modifiziert zu haben, dass sie aus einer Tiefe von 14 Klafter oder 84 Fuß pumpen konnte.

In England war Thomas Newcomen aufgrund des Savery-Patents gezwungen, eine Partnerschaft mit ihm einzugehen. Bis 1712 trafen die beiden Männer Vereinbarungen, um Newcomens fortschrittlichere Dampfmaschine zu entwickeln, die unter Saverys Patent vermarktet wurde, und fügten Wassertanks und Pumpstangen hinzu, um tiefere Wassergruben mit Dampfkraft zu erschließen. Newcomens Maschine arbeitete ausschließlich mit atmosphärischem Druck und vermied so die Gefahren des Hochdruckdampfes. Er nutzte das 1690 von dem Franzosen Denis Papin erfundene Kolbenkonzept, um die erste Dampfmaschine zu bauen, die Wasser aus tiefen Minen fördern konnte.

Als Papin 1707 nach London zurückkehrte, wurde er von Isaac Newton, dem neuen Präsidenten der Royal Society nach Robert Boyle, einem Freund Papins, gebeten, mit Savery zusammenzuarbeiten, der fünf Jahre lang mit Papin zusammenarbeitete, dem französischen Wissenschaftler aber weder Anerkennung noch Einnahmen zukommen ließ.

Nach seinem Tod im Jahr 1715 gingen Saverys Patent und der Parlamentsakt in den Besitz einer Gesellschaft über, der „Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire“. Diese Gesellschaft vergab Lizenzen an andere für den Bau und den Betrieb von Newcomen-Maschinen und verlangte bis zu 420 Pfund pro Jahr an Patentgebühren für den Bau von Dampfmaschinen. In einem Fall zahlte eine Zeche den Inhabern 200 Pfund pro Jahr und die Hälfte ihres Nettogewinns „als Gegenleistung für ihre Dienste bei der Aufrechterhaltung des Betriebs der Maschine“.

Der Fire Engine Act trat erst 1733, vier Jahre nach Newcomens Tod, außer Kraft.

Anwendung der Dampfpumpe

Im März 1702 verkündete eine Zeitung, dass Saverys Pumpen einsatzbereit waren und mittwoch- und samstagnachmittags in seinem Arbeitshaus in Salisbury Court, London, gegenüber dem Old Playhouse besichtigt werden konnten.

Eine seiner Pumpen wurde in York Buildings in London aufgestellt. Späteren Beschreibungen zufolge erzeugte sie Dampf, der „acht- oder zehnmal stärker als gewöhnliche Luft“ war (d. h. 8-10 Atmosphären), aber die Verbindungen der Maschine aufsprengte, so dass er gezwungen war, die Verbindungen mit Zinn zu löten.

Eine weitere wurde zur Kontrolle der Wasserversorgung in Hampton Court gebaut, während eine weitere in Campden House in Kensington 18 Jahre lang in Betrieb war.

Einige Savery-Pumpen wurden in Bergwerken ausprobiert, wobei ein erfolgloser Versuch unternommen wurde, mit einer solchen Pumpe Wasser aus einem Becken namens Broad Waters in Wednesbury (damals in Staffordshire) und nahe gelegenen Kohlebergwerken zu fördern. Dieser war einige Jahre zuvor durch einen plötzlichen Wassereinbruch verschüttet worden. Die Pumpe konnte jedoch nicht zum Laufen gebracht werden. Die erzeugte Dampfmenge war so groß, dass sie „die ganze Maschine in Stücke riss“. Die Dampfpumpe wurde beiseite gelegt, und der Plan, Wasser zu fördern, wurde als undurchführbar verworfen. Dies könnte um 1705 geschehen sein.

Eine weitere Pumpe wurde 1706 von George Sparrow in Newbold in der Nähe von Chesterfield vorgeschlagen, wo ein Landbesitzer Schwierigkeiten hatte, die Zustimmung seiner Nachbarn für einen Brunnen zur Entwässerung seiner Kohle zu erhalten. Daraus wurde nichts, was vielleicht an der Explosion der Broad Waters-Pumpe lag. Es ist auch möglich, dass eine Dampfpumpe in Wheal Vor, einer Kupfermine in Cornwall, ausprobiert wurde.

Die Savery-Dampfpumpe war wesentlich preiswerter als die Newcomen-Dampfmaschine: Eine Savery-Pumpe mit 2 bis 4 PS kostete 150-200 GBP. Sie war auch in kleinen Größen erhältlich, bis hinunter zu einer Pferdestärke. Die Newcomen-Dampfmaschinen waren größer und viel teurer. Die größere Größe war darauf zurückzuführen, dass Kolbendampfmaschinen in kleinen Größen sehr ineffizient wurden, zumindest bis um 1900, als 2-PS-Kolbenmaschinen verfügbar waren. Savery-Pumpen wurden bis ins späte 18. Jahrhundert hinein hergestellt.

Mehrere spätere Pumpensysteme können auf der Savery-Pumpe beruhen. So war beispielsweise die Zweikammer-Pulsometer-Dampfpumpe eine erfolgreiche Weiterentwicklung der Pumpe.

Quellen

1. Thomas Savery
2. Thomas Savery
3. ^ Elizabeth H. Oakes, A to Z of STS scientists, Facts on File Inc – 2002, ISBN 978-0-8160-4606-5 archive.org, p. 267
4. Thomas Savery // Store norske leksikon (бук.) — 1978. — ISSN 2464-1480
5. Thomas Savery // Gran Enciclopèdia Catalana (кат.) — Grup Enciclopèdia, 1968.
6. Dickinson, H.W. A Short History of the Steam Engine (неопр.). — Cambridge University Press, 2011. — С. 28—40. — (Cambridge Library Collection – Technology). — ISBN 978-1-108-01228-7.
7. W.H.G. Armytage: A Social History of Engineering. Westview Press, 1976, ISBN 0-89158-508-7, S. 86.
8. J.A. Ewing: Encyclopaedia Britannica. 9. Auflage. Band 22. Charles Scribner’s Sons, New York 1887, S. 473.
9. «Thomas Savery – Encyclopædia Britannica». Consultado em 7 de novembro de 2017
10. «Thomas Newcomen – Encyclopædia Britannica -». Consultado em 7 de Novembro de 2017