1841: Joseph Whitworth schlägt ein Normgewinde vor

Bei einem Vortrag in der »Institution of Civil Engineers« schlug Joseph Whitworth 1841 ein Normgewinde vor. Rund 20 Jahre später hatte sich lt. Roe das Whitworth-Gewinde in England allgemein durchgesetzt ¹.

Es war dies der erste Versuch einer Normung überhaupt. Wenn man ferner bedenkt, dass das Whitworth-Gewinde auch heute noch in vielen Bereichen aktuell ist, erstaunt, wie wenig man zu der Entstehungsgeschichte in der Literatur findet. Whitworth hatte sich erst sieben Jahre zuvor überhaupt selbstständig gemacht und hatte bei weitem noch nicht den Ruf, den er später genoß (Der Titel einer der wenigen (sic!) Biografien bringt das auf den Punkt: »The World’s Best Mechanician«).

1841: Henry Rossiter Worthington erhält ein Patent auf eine direkt wirkende Kesselspeisepumpe

Zwar waren Kesselspeisepumpen bekannt, aber diese Konstruktionen waren immer mit der Hauptmaschine gekoppelt. Stand diese, konnte der Kessel nicht nachgespeist werden. Worthington hielt das für einen betrieblichen Nachteil, insbesondere auf Schiffen, fand aber zunächst kaum Kunden.

Worthington scheint dennoch beharrlich an der Verbesserung seiner Konstruktion gearbeitet zu haben. Er suchte nach Wegen, um den Schieber sicher in die Gegenlage zu bringen, bevor die Kolbenstange im Totpunkt angekommen war. Wurden anfänglich Federn genutzt, so entwickelte er letztlich die sog. »Relief Valve Motion«, bei der der Wasserkolben vom Druck entlastet wurde ².

Lt. Mueller hatte Worthington 1850 alle wesentlichen Konstruktionselemente entwickelt. Eine von ihm gebaute Pumpe wurde als Feuerlöschpumpe, als Deckwaschpumpe sowie als Reservespeisepumpe auf dem Dampfer »Washington« eingesetzt und als »Washington-Pumpe« bekannt.

Nun wurden Worthington’s Pumpen auch in Wasserwerken eingesetzt.

Ein sehr frühes Exemplar einer Washington-Pumpe ist auf eigentümliche Weise erhalten. Die USS Monitor, ein mit Eisen gepanzertes Kriegsschiff, wurde auf Seiten der Nordstaaten im amerikanischen Bürgerkrieg eingesetzt. Das Schiff sank 1862. Das Wrack wurde 1973 wieder entdeckt. Teile wurden geborgen, darunter auch zwei Worthington-Pumpen. Man hat versucht, diesen Fund zu konservieren und begonnen, eine Replik zu fertigen ^{3 4}.

Aus der Simplex-Pumpe wurde beginnend 1857 die Duplex-Pumpe, siehe Bild @fig:1841-1 ⁵.

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1841: James Sims erhält ein Patent auf eine Zweifach-Expansionsmaschine mit übereinander angeordneten Zylindern

Nachdem Arthur Woolf mit seiner Idee der Compound Engine in seiner Heimat keinen nachhaltigen Erfolg erzielt hatte [vergl. 1804: Arthur Woolf erhält ein Patent auf einen Kessel und eine Zwei-Zylinder-Verbund-Maschine], waren es andere, die diese Idee weiter verfolgten. Zu ihnen gehörte James Sims (1795-1862). Dieser wuchs in einem vom »Cornish Cycle« [vergl. 1812: Richard Trevithick baut auf Wheal Prosper einen Prototypen mit dem Cornish Cycle] geprägten Umfeld auf. Schon sein Vater William Sims (1762-1834) war Ingenieur, hatte mit Arthur Woolf gearbeitet und 1816, als Richard Trevithick England verließ, diesem ein Patent abgekauft ⁶. Der Sohn James erhielt 1841 ein Patent auf eine neuartige Anordnung einer einfach wirkenden Expansionsmaschine mit zwei Zylindern. Sims setzte den Hochdruckzylinder auf den Niederdruckzylinder auf, die beiden Kolben sitzen auf einer gemeinsamen Kolbenstange. Die Flächen der Zylinder verhielten sich dabei wie 1:4 ⁷.

Lt. Barton ist die Bauart von Sims mit Abstand am häufigsten ausgeführt worden. Auch die Maschinen, mit denen das Haarlemmermeer trocken gelegt wurde [vergl. 1845: Die Inbetriebnahme der Pumpmaschine Leeghwater im Haarlemmermeer beginnt] gehen auf die Sims’sche Bauform zurück.

1841: John George Bodmer erhält ein Patent auf hinterdrehte Gewindebohrer

Gewindebohrer als wesentliche Werkzeuge waren schon einmal Gegenstand dieser Synopsis [siehe 1794: John Jacob Holtzapffel fertigt genaue Gewindebohrer und Schneideisen]. Es scheint allerdings, als wenn die von Holtzapffel gefertigten Werkzeuge nicht hinterdreht waren (heute würde man wohl eher von »hinterschliffen» sprechen). Folgt man Buxbaum, so war es John George Bodmer, der als erster die Hinterdrehung ausführte ⁸. Er erhielt 1841 ein Patent auf hinterdrehte Gewindebohrer. Allerdings beläßt es Buxbaum bei einem Halbsatz zu dem Thema. Andere Technikhistoriker scheinen sich nicht mit diesem so wichtigen Werkzeug befaßt zu haben.

Eher zufällig bin ich in einem Katalog aus dem Jahre 1859 auf folgenden Eintrag gestossen ^{9 10}:

1. CONVOLUTE TAPS FOR CUTTING SCREW-THREADS IN NUTS. John George Bodmer. Letters Patent A.D. 1841, April 3, No. 8912. [Contributed for exhibition by Mr. B. Woodcroft.]

The tap, after having been finished to nearly the right measure on the screwing lathe, is subjected to the operation of a peculiar arrangement of mechanism on Mr. Bodmer’s tap-cutting lathe; whereby not only is the top of its thread eased in a convolute form (as usually done by hand), but likewise the bottom and the sides of the thread also are tapered or relieved in the same proportion, so that the tap cuts like an ordinary turning tool, instead of making its way through the nut by pressure. [No. 8912—10. 94.]

1. Einige Gewindebohrer für Mutterngewinde. Patent Nr. 8912 vom 3. April 1841. [Leihgabe von Herrn B. Woodcroft.]

Der Gewindebohrer, nachdem er mit etwas Übermaß auf der Schraubendrehbank fertiggestellt wurde, wird dann auf Herrn Bodmer’s Gewindebohrer-Drehmaschine mit einer besonderen Vorrichtung weiterbearbeitet; dabei wird nicht nur die Spitze des Gewindes verjüngt (was sonst üblicherwiese von Hand geschieht) sondern auch der Boden und die Seiten werden im gleichen Verhältnis derart zurückgesetzt, dass der Gewindebohrer wie ein normaler Drehstahl schneidet anstatt die Mutter mittels Druck zu durchdringen. [No. 8912—10. 94.]

John George Bodmer (1786-1864) stammte aus der Schweiz und war sowohl in England als auch in seinem Heimatland als Maschinenbauer tätig. Es gibt eine Vielzahl von Patenten von ihm. Einige seiner Entwicklungen waren seiner Zeit voraus und wurden erst später wieder aufgegriffen. Dazu gehört eine Dampfmaschinen-Steuerung, die lt. Matschoss 30 Jahre nach Bodmer vom Amerikaner Rider ausgeführt und unter seinem Namen bekannt wurde ¹¹ und eine Karussell-Drehmaschine, die Bodmer konstruierte und patentierte (»Circular Planer«, britisches Patent Nr. 8070), jedoch nicht ausführte ¹².

1841: Robert Willis veröffentlicht seine »Principles of Mechanism« und darin ein Zeichengerät für die Zahnform von Zahnrädern - den Odontographen

Graf von Seherr-Thoss schrieb 1965 ¹³:

Die klassischen Maschinenbau-Bücher bringen durchweg langatmige Abhandlungen über das Zeichnen von Zykloiden und Evolventen. Wer von den Autoren an die Praxis dachte, schlug Geräte zum Aufzeichnen von Zykloiden- und Evolventen-Zähnen vor.

Einer der ersten, die solche Schritte von der Theorie in die Praxis unternahmen, war Robert Willis (1800-1875). In seinem Buch, dem ab 1837 schon Vorträge und kürzere Veröffentlichungen voraus gegangen waren, widmete er sich ausführlich den Zähnen von Zahnrädern. Der von ihm vorgeschlagene »Odontograph« war ein Hilfsmittel, mit dem mehrere Kreise gezeichnet werden konnten, die dann die theoretische Idealkurve annäherten ^{14 15}. Das Bild @fig:1841-2 zeigt eine spätere Version. Die praktische Bedeutung dieser Hilfsmittel kann man nur indirekt ermessen. Im deutschsprachigen Raum scheint sie nicht ausgeprägt gewesen zu sein - Dingler’s Polytechnisches Journal behandelte nur 1877 kurz eine Variante von Willis’ Odontographen ¹⁶. Im englischsprachigen Raum dagegen findet sich noch 1890 eine in der dritten Auflage erschienene kleine Broschüre der »Lexington Gear Works«, in der auch Willis’ Odontograph beschrieben wird. Der gesamte Text mit seinen Abbildungen und Tabellen ist offenkundig für den Praktiker geschrieben ¹⁷.

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Auf Willis geht auch der Begriff des »Moduls« zurück, der ja noch heute benutzt wird ¹⁸. Willis definierte M=t/pi, wobei M den Modul bezeichnet, t die Zahnradteilung (also die Länge des Bogens von Zahnmitte zu Zahnmitte auf dem Wälzkreis (Teilkreis)) und pi die Kreiszahl. Der Modul ist also ein Maß für die Größe der Zähne. Statt wie Willis M verwenden wir heute ein kleines m als Formelzeichen für den Modul und die Teilung wird heute mit dem Buchstaben p benannt, so dass die Formel in heutiger Schreibweise m=p/pi lautet.

Es sei der Teilkreisdurchmesser d und die Zähnezahl z, dann ergibt sich m=d/z.

In den angelsächsischen Ländern benutzt man statt dessen den »Diametral Pitch«, den Willis mit klein m bezeichnete (heute oft Pd). Damit wird diejenige Zahl der Zähne bezeichnet, die auf einen 1 inch großen Teilkreisdurchmesser passt. Es ergibt sich so der Zusammenhang m=25,4/Pd.

Stand: 13.11.2018

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