Zu meinem vierten Modell mit einem Balancier gibt es ein prominentes Original, welches sogar im Museum besichtigt werden kann.

Es ist die sog. Smethwick Engine, eine frühe Maschine von James Watt. Sie ging im Juni 1779 in Betrieb und pumpte dann für 112 Jahre Wasser in ein Schleusensystem des Birmingham Canal, der damals einer der ersten Kanäle Englands war. 1897 wurde die Maschine in ein eigens errichtetes Gebäude auf dem Gelände der Birmingham Canal Navigation Company umgesetzt. Bild 1 zeigt das Original-Maschinenhaus bei den Abbrucharbeiten.

1919, anläßlich des 100. Todestages von James Watt, wurde die Maschine mittels eines portablen Kessels im Betrieb vorgeführt. Mittlerweile gehört die Maschine zur Sammlung des Birmingham Science Museums und ist eine der Attraktionen im sog. “Thinktank”. Mehrfach im Jahr wird sie mit Dampf betrieben. Bild 2 wurde im Thinktank aufgenommen.

David K. Hulse hat in seinem Buch “The Early Development of the Steam Engine” einiges zur Smethwick Engine geschrieben. Dadurch bin ich erstmalig auf die Maschine aufmerksam geworden. Er hat auch ein detailliertes Modell im Maßstab 1:16 gebaut. Dabei war ihm der Kontakt zu Dr Jim Andrew, der über viele Jahre Mitarbeiter des Birmingham Science Museums war, nach eigenem Bekunden eine große Hilfe. Andrew hat auch wissenschaftlich über die Smethwick Engine gearbeitet. Leider ist es mir nicht gelungen, hier Antwort auf verschiedene Fragen zu erhalten. Also konnte ich für mein Modell im Maßstab 1:24 nur das zugrunde legen, was in der Literatur und im Netz verfügbar ist. Verschiedene Details habe ich hier zusammengetragen.

Eine der ersten Baugruppen war der Zylinder. Bei den ganz frühen Maschinen war Watt noch der Überzeugung, er könne die Leistung steigern, wenn er den eigentlichen Zylinder mit einem zweiten Zylinder umschließt und den so gebildeten Hohlraum (ca. 2,5 cm) von Frischdampf durchströmen läßt. Der äußere Zylinder wird als “steam jacket” bezeichnet. Ich habe versucht, dies im Modell darzustellen.

Im Laufe der langen Betriebsdauer hat die Smethwick Engine nicht nur einen neuen Zylinder (1803, dann ohne steam jacket) bekommen, sondern auch neue Ventile und eine neue Steuerung. Die Steuerung, wie man sie heute im Museum in Funktion sehen kann, ist noch keine 30 Jahre alt. Dr. Andrew hat sogar die Vermutung geäußert, daß schon 1919, bei der Gedächtnisfeier zu Watt’s 100. Todestag, die Maschine von Hand gefahren wurde.

Lt. John Farey ist Watt im Jahr 1778 dazu übergegangen, seine Maschinen mit einem dritten Ventil, einem Einlaß-Ventil, zu versehen. Weitere Details dazu finden sich hier. Im Modell habe ich nur versucht, das Äußere der Ventilkästen darzustellen (das Modell wird mit Luft betrieben).

Bei meinem Modell der Smethwick Engine wollte ich gern auch die Arbeitsmaschine, also die Pumpe, sowie Kondensator und nasse Luftpumpe darstellen. Diese Baugruppen sind oft kaum zu sehen, daher habe ich auch eine Kelleretage im Modell dargestellt.

Anders als bei der typischen Pumpmaschine für die Wasserhaltung von Minen war der Balancier der Smethwick Engine auf einem eigenen Ständer gelagert, der im Gebäude verankert war. Damit befand sich auch die Pumpenseite innerhalb des Maschinenhauses.

Die Bilder zeigen dann noch ein besonders kritisches Bauteil: Das Zudampf-Ventil wird von einem Überfallgewicht bewegt, welches durch den auf- und abgehenden Balancier angeregt wird. In der alten englischen Fachliteratur wird dieses Gewicht als Loggerhead oder “Tumbling Bob” bezeichnet. Heute versteht man unter “to be at loggerheads” das, was man im Deutschen mit “sich in den Haaren liegen” übersetzen würde. Tumbling bezeichnet heute eine Variante des Trampolinturnens, Tumbling Bob the Builder ist ein Kinderspiel.

“In den Haaren liegen” war für mich treffend, da ich lernen mußte, daß dieses Bauteil ein schwer zu beherrschendes Schwingungsverhalten mitbringt. Ich habe lange aber letztlich vergeblich versucht, das Modell mit zwei Ventilen zu steuern. Heute läuft das Modell mit einem Ventil, welches in der einen Stellung den Kolben mit Druckluft versorgt, in der anderen die Verbindung zur Atmosphäre herstellt. D.h. natürlich auch, daß beim Aufwärtsgehen des Kolbens nur das Gewicht auf der Pumpenseite hilft und damit die Kompression nicht zu hoch sein darf. Daraus resultiert ein vergleichsweise hoher Luftverbrauch. Bei meinen diversen Versuchen habe ich zwar schon einmal einen schöneren Bewegungsablauf erzielt, aktuell ist aber mein Vorrat an Geduld erschöpft.

Hier ein Video des Modells:

https://www.youtube.com/watch?v=W98LrwDmJmA

Und hier noch eines des Originals im Thinktank Birmingham:

https://www.youtube.com/watch?v=-vbDSXnM1mE

In diesem Video kann man auch ganz gut sehen, daß die neu gebaute Steuerung dem Stand von 1803 nachempfunden wurde. In “James Watt and the Steam Engine” von Dickinson und Jenkins kann man im Detail verfolgen, wie sehr in dieser frühen Entwicklungsperiode sich gerade die Steuerung verändert hat. Weitere Details dazu habe ich hier zusammengetragen.

[Mai 2015]

Nachtrag Mai 2016: Das Smethwick Modell, Benni und die Niephaus Schaltwippe

Benni ist ein kleiner Junge, der vor einigen Monaten ein wenig mit meinem Modell der Smethwick Engine gespielt hat. Leider mochte die Maschine danach nicht mehr. Es gelang mir nicht, wieder die richtige Einstellung zu finden und ich habe das Modell erst mal weggepackt. Gerd N. steuerte dann die Idee bei, die starre Kopplung des Überfallgewichts mit der Ventilspindel aufzubrechen und statt dessen das Überfallgewicht mit zwei Stiften zu versehen, die geeignet auf eine Art Schaltwippe auf der Ventilspindel wirken, siehe das letzte Bild. Diese Idee hat mich dann wieder mobilisiert.

Erneut hat es geraume Zeit gebraucht, aber nun läuft das Modell wieder. Letztlich werden nun zwei Ventile betätigt. Es war nötig, ganz neue, schneller schaltende Ventile zu konstruieren. Mit der gezeigten Schaltwippe ergibt sich dann ein passabler Bewegungsablauf:

https://youtu.be/COiYhjXVMJI

Dank an Gerd !

Beim nächsten Besuch von Benni werde ich das Modell wohl nicht aus den Augen lassen - die Smethwick Engine in 1:24 ist auch jetzt noch eine empfindliche Maschine. Sie hat mir äusserst viel Geduld abverlangt und die Grenzen aufgezeigt, an die man mit einer Modellmaschine stoßen kann.

Stand 31.5.2016