Wann wurde im alten China erfunden das Wasserrad

Wasserräder

Von der Antike gibt es drei allgemeine Arten von Wasserrädern bestanden haben: die horizontale Rad und 2 Variationen der vertikalen Rad (siehe Abbildung 1). Ein typisches Wasserrad wurde verwendet, um einen Mühlstein zu fahren.

Illustration 1. Wasser Räder-Designs in der Reihenfolge der Komplexität und Effizienz zu erhöhen. Norse Räder (links) drehen Mühlsteine ​​direkt, unter Räder (Mitte) erfordern Zahnräder und Räder überfahren (rechts) auch einen erhöhten Strom erfordern (von Scientific American Zeichnung).

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Technologie

Die horizontale Rad hat Schaufeln aus einem Holz Rotor vorsteht. Ein Wasserstrahl dreht den Rotor. In der modernen Europa wurde das Design in axialer Richtung verändert, wie Luft, Wasser zu verwenden Bewegung durch ein Windrad fließt, eine Wasserturbine zu schaffen. Räder mit gekrümmten Schaufeln auf dem die Strömung wurde axial gerichtet sind, in einer arabischen Abhandlung des 9. Jahrhunderts beschrieben. Ein horizontales Rad dreht sich direkt ein Mühlstein.


Die leistungsstärkeren vertikale Räder kommen in zwei Ausführungen: Unterschreiten und Überschreiten. Ersteres ist ein Schaufelrad, das unter dem Impuls der Wasserstrom dreht. Diese Technologie erfordert Getriebe eine typische Mühlstein zu fahren. Wenn die Pegel der Flüsse in der Trockenzeit fallen, und ihre Strömung abnimmt, verlieren unter Räder einen Teil ihrer Macht. In der Tat, wenn sie an den Ufern der Flüsse festgelegt sind, ihre Paddel oberhalb der Wasserfluss enden. Eine Möglichkeit, dieses Problem gemildert wurde, war durch die Wasserräder Montage an den Anschlägen von Brücken und nehmen vor der dort fließen. Eine weitere gemeinsame Lösung von der Schiffmühle, angetrieben durch unter Rädern montiert auf der Seite der Schiffe ankern in Midstream (siehe Abbildung 2) zur Verfügung gestellt wurde.

Illustration 2. Unterschlächtiges Rad auf einer Schiffmühle.

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Das oberschlächtige Rad erhält Wasser von oben, die oft aus speziell konstruierten Kanäle; es fügt den Impuls der Schwerkraft zu der des Stroms. Ein oberschlächtigen Rad erfordert Getriebe und einen erhöhten Wasserstrom.

Eine interessante theoretische nehmen auf Wasserräder wird von Edward Bowser zur Verfügung gestellt. ein langjähriger Professor für Mathematik an der Rutgers University. In seinem Lehrbuch ein elementarer Treatise on Hydromechanik Titel (erstmals 1885 veröffentlicht, mit der letzten Ausgabe im Jahr 1921 gedruckt), immer wieder knallen Mittelalterliche Maschinen auf. Bowser zeigt, wie eine mittelalterliche Wasseruhr zu kalibrieren und berechnet die Wertentwicklung eines Klappenventils Pumpe (die Art von Matrosen verwendet, um Bilgenwasser, Post-Columbus-Pumpe). Aber die eigentliche Überraschung ist eine lange Diskussion über jede Art von Wasserrad. Heute Bowsers Buch, mit der vorderen Abdeckung im mittelalterlichen Europa und der hinteren Abdeckung in der industriellen Amerika, scheint viel älter als seine 100 Jahre.

Römer

Die erste Beschreibung eines Wasserrades, das definitiv als vertikale identifiziert werden kann, ist von Vitruvius, ein Ingenieur der augusteischen Alter (31 BC – 14 AD), der über alle Aspekte der römischen Technik eine 10 Volumen Abhandlung zusammengesetzt. Vitruv beschrieb ein unter Rad, aber bemerkte, dass es unter den war "Maschinen, die nur selten verwendet wird." Einer der Gründe für seine spärliche Anwendung Hypothese war die Verfügbarkeit von billigen Sklavenarbeit, die die Römer von der Entwicklung alternativer Energiequellen vermieden.

Einer der bemerkenswertesten römischen Anwendung eines Wasserrad war bei Barbegal. in der Nähe von Arles in Südfrankreich. Es stammt aus dem 4. Jahrhundert nach Christus war die Fabrik ein riesiger Getreidemühle, die 16 Wasserräder überschritten eingesetzt.

Es gab mindestens zwei andere mit mehreren Rädern römischen Mühlen, aber weder war so ehrgeizig wie die am Barbegal. Man war bei Chemtou in West Tunesien, wo eine Kombination Brücke / Damm des Medjerda spannt. Drei horizontale Wasserräder, Seite an Seite, wurden in die Brückenpfeiler gesetzt. Die andere Mühle war in Israel auf einem Damm am Crocodile River in der Nähe von alten Caesarea, auf halbem Weg zwischen Haifa und Tel Aviv. Hier gab es zwei horizontale Rollen, die jeweils an der Unterseite eines penstock. Nach Hodges (S. 111).: "Weder Installation wurde vollständig untersucht, aber zusammen bleiben sie die einzige bekannte Parallelen zu Barbegal." Aber er fühlt sich stark, dass es wahrscheinlich andere römische Mühlen sind, die entdeckt werden bleiben. "Andere Barbegals muss warten sicherlich Entdeckung in den entfernteren und weniger erforschten Teilen des Römischen Reiches. Wenn dies eine Mitteilung bis 1940 entkommen konnte, was für Meisterwerke können noch versteckt liegen im Irak und in Nordafrika, wo jetzt Wüstensand die Reste der römischen Städte einhüllen?"

Antikes China

Wasserkraft war wichtige Energiequelle im alten China Zivilisation. Eine der interessantesten Anwendungen war für den Eisenguss (siehe Abbildung 3). Nach einer alten Text, in 31 AD der Ingenieur Tu Shih "erfand eine wasserbetriebene reciprocator für das Gießen von [Eisen] landwirtschaftliche Geräte." Smelters und Rollen waren "angewiesen, das Rauschen von Wasser zu verwenden, um ihre Wellen arbeiten."

Wasserkraft wurde auch zu einem frühen Zeitpunkt zu Mahlen von Getreide eingesetzt. Große Rotationsmühle erschienen in China etwa zur gleichen Zeit wie in Europa (2. Jahrhundert BC). Aber während Jahrhunderten Europa stark auf Zwangs- und Esel betriebene Mühlen verlassen, in China war das Wasserrad eine kritische Stromversorgung.

Chinesische Wasserräder waren in der Regel horizontal. Die vertikale Rad wurde jedoch bekannt. Es wurde verwendet, Reise Hämmer zum Enthäuten Reis und Zerkleinern Erz (siehe Abbildung 4) zu betreiben. Der Rand-Runner Mühle war eine andere häufig verwendete Brechvorrichtung. Mit diesem einen runden Stein am Rand um einen unteren Mühlstein ausgeführt wurde verwendet, um pulverisieren. Der Randläufer erschien im 5. Jahrhundert nach Christus in China. Sowohl die Reise Hammer und Kanten Läufer wurden erst acht Jahrhunderte später in Europa verwendet.

Während der ersten 13 Jahrhunderten AD, gefiltert technologische Innovationen langsam, aber stetig von den fortgeschrittenen Osten nach etwas mehr nach hinten Westen. zunächst durch Zentralasien über die 4.000-Meile Silk Route kommen und später auf dem Seeweg wurden einige Neuerungen schnell exportiert, während andere (wie Wasserrad Utensilien) Jahrhunderte dauerte.

Abbildung 3. Metallurgische Balg, angetrieben durch eine horizontale Wasserrad, von der chinesischen Arbeit von 1313 AD.

Medieval Europe

Im mittelalterlichen Europa, sozialen und wirtschaftlichen Bedingungen erhöht die Notwendigkeit für die manuelle Arbeit mit angetriebenen Maschinen zu ersetzen. Mehrere Gründe für die verstärkte Nutzung der Wasserkraft wurden vorgeschlagen: (1) der Anstieg des Mönchtums (siehe unten); (2) einen Mangel an Arbeitskräften, die durch die schwarze Tod um und anderen Katastrophen; und (3) die Fülle an guten Standorten für Wasserräder.

Ab dem 10. Jahrhundert dort war stetige Fortschritte bei der Landgewinnung. Gebiete in Nord- und Westeuropa, einmal dünn besiedelt, kam unter den Anbau. Korn war eine wichtige Kultur, und das meiste davon wurde von Wassermühlen gemahlen. Historische Aufzeichnungen vermitteln nützliche Erkenntnisse. Die Domesdaybook eine Umfrage vorbereitet in England im Jahre 1086 AD, listet 5624 Wassermühlen (diese Zahl ist gering, da das Buch unvollständig ist). Ein Jahrhundert früher, weniger als 100 Mühlen wurden gezählt.

Französisch Aufzeichnungen erzählen eine ähnliche Geschichte. Im Aube Bezirk, betrieben 14 Mühlen im 11. Jahrhundert, 60 in der 12.. und fast 200 in den 13 th. In der Picardie 40 Mühlen im Jahr 1080 stieg auf 245 von 1175. Boat Mühlen, unter den Brücken von frühmittelalterlichen Paris und anderen Städten vor Anker, begann im 12. Jahrhundert durch Strukturen Brücken dauerhaft ersetzt werden verbunden.

Gezeitenmühlen waren offenbar eine mittelalterliche Erfindung. Sie wurden zuerst in England und Frankreich im 12. Jahrhundert erwähnt. Ihre Zahl erhöhte sich jedes Jahrhundert bis in die Neuzeit. Diese Mühlen wurden in niedrig gelegenen Gebieten in der Nähe des Ozeans gebaut. Dams enthält geschwungen Tore wurden entlang flachen Bächen gebaut. Als die Flut kam, schwang sich die Tore nach innen öffnen. Wasser füllte den Bereich hinter dem Damm. Wenn das Blatt wendete sich, schwang die Tore geschlossen, das Wasser zwingt seawardly durch die Mühle Rennen der Gezeitenmühle zu fließen.

Der offensichtliche Nachteil zu Gezeitenmühlen ist, dass die Zeit der Gezeiten jeden Tag verschiebt. So hatten die Müllern keine andere Wahl, als von den Gezeiten bestimmt Stunden zu arbeiten. Diese Mühlen scheinen nur benutzt worden zu sein Korn zu mahlen (obwohl die Wasserräder auf der London Bridge auf jeden Fall durch die Gezeitenwirkung auf der Themse betroffen waren). Es gab sie nie viele im Vergleich zu "gewöhnlich" Wasserräder.

Zisterziensern

Im Jahr 1098 wurde das Zisterziensermönchsorden gebildet. Vierzehn Jahre später, nahm St. Bernard verantwortlich für die Ordnung und bewegt es in eine Richtung, die technologische Innovation fördern würde. Die Zisterzienser waren eine strenge Zweig des Benediktinerordens, die weltlichen Versuchungen floh zu leben "entfernt von der Wohnung des Mannes."

Bis zur Mitte des 12. Jahrhunderts fuhren die um den neuesten Stand der Wasserkraft und der Landwirtschaft. Ein typisches Zisterzienserkloster gespreizt einen Mühlgraben (Fließ-). Dieser Strom lief in der Nähe der Klosterläden, Wohnräume und Mensen, Kraft zum Fräsen, Schneiden von Holz bietet, Schmieden, und Oliven Zerkleinerung. Es bot auch fließendes Wasser zum Kochen, Waschen und Baden, und schließlich Abwasserentsorgung.

Zisterzienserklöster wurden in Wirklichkeit die besten organisierte Fabriken der Welt je gesehen hatte – vielseitig und abwechslungsreich. Der Zisterziensermönch / Ingenieure entwickelt, um ihre neuen Technologien und verteile sie in ganz Europa. Sie bastelten und innoviert.

Bergbau und andere Verwendungen

Während des späten Mittelalters, fuhr die steigende Nachfrage nach Metallen Knappen tiefer in die Erde. Alt-Mining-Methoden waren nicht mehr ausreichend. Miners gestartet Wasserräder mit Wasser aus den Minen zu pumpen, schleifen Erz, am Hochofen laufen Blasebalg, und arbeiten Hämmer in der Schmiede der Kunstschmied.

Ein gutes Bild der Metallurgie und Wasserräder können von De Re Metallica erhalten werden. von Georgius Argicola, veröffentlicht im Jahr 1556. Eine ausgezeichnete Übersetzung dieser Arbeit wurde von Herbert Hoover (Bergbauingenieur und künftige Präsident) und seine Frau vorbereitet (die erste Frau, Geologe von der Stanford University zu absolvieren). De Re Metallica ist mit Holzschnitten illustriert (siehe Abbildung 5). Agricola war einer der ersten, Bergbau- und Hütten Praktiken aufzunehmen und in so hat uns Technologie beeindruckende Bilder von Wasserrad tun gelassen.

Zu den weiteren Funktionen der Technologie Wasserrad enthalten die Walk- Stoff, Reis Schäl-, Papier-, und Aufschließen von Zuckerrohr. Die übliche Methode der Wasserräder für solche Zwecke der Anpassung war es, die Achse und fit Nocken, um es zu erweitern. Die Nocken verursacht Reise-Hämmern auf das Material (siehe Abbildung 4) zu fallen angehoben und dann freigegeben werden. Wasserräder wurden auch zu pumpen Wasser (die Wasserräder auf der London Bridge) verwendet.

Abbildung 5. Der Nocken Prinzip wurde in einem Felsen-Zerkleinerungsmühle illustriert von Georgius Agricola De Re Metallica (1556) angewendet.

Quelle: waterhistory.org

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