Schon früh erkannten die Menschen, dass Wasser nicht nur zu Trinken, Waschen, Kochen und zum Bewässern der Felder dient, sondern man sich auch die Kraft des Wassers zum Antrieb unterschiedlichster technischer Einrichtungen zu Nutze machen kann. Wasser dient ebenso der Verdünnung verschiedenster Flüssigkeiten, so wie der Lösung von Salzen und Süßstoffen.

Wasser wurde zum Antrieb von Mühlen, Hammerwerken und ähnlichem genutzt. Als man erkannte, dass Wasser im Aggregatzustand „Dampf“ eine ungeheure Kraft besitzt, war der Siegeszug dampfgetriebener Maschinen nicht mehr aufzuhalten. Erstaunlich ist, dass die Kraft des Dampfes bereits vor über 2000 Jahren bekannt war, aber diese Kraft kaum genutzt wurde und werden konnte. Es fehlte an geeigneten Konstruktionen, jedoch hatte Heron von Alexandria in der Zeit um Christi Geburt bereits den Vorläufer der heutigen Dampfturbine gebaut. Ein Modell dieser Dampfturbine findet sich in der Ausstellung.

Die KlasseTechnik GmbH stellte auf dem Neusser Pegelfest zum Thema Wasser und Technik aus. In den folgenden Abbildungen sehen Sie einen Teil der Exponate.

Heronsball, ein Vorläufer der Dampfturbine

Heron von Alexandria war Mathematiker und Ingenieur. Er wurde der Mechanicus genannt und lebte etwa zwischen  200 v. Chr. und 300 n. Chr. Leider sind seine Lebensdaten sehr ungenau. Heron hat sich unter anderem mit Dampfantrieben beschäftigt. Eine seiner Konstruktionen war der Heronsball, ein Vorläufer der heutigen Dampfturbine. 

Was hier zu sehen ist, ist ein Nachbau des Heronballs aus getriebenem Kupfer.

Aus Kupferblechen wurden Halbkugeln (annähernd) getrieben, und mittels eines Kupferbandes verbunden. An zwei gegenüberliegenden Punkten wurden zwei gewinkelte Messingröhrchen angebracht. Der Gesamtdurchmesser dieser Röhren muss kleiner sein als das Messingrohr für die Dampfzufuhr.

Durch das Zentrum des Kupferballs wurde ein Messingrohr geführt, dessen Aufgabe es ist einerseits die Achse zu bilden, andererseits der Dampfzufuhr zu dienen.

Besonders schwierig ist hierbei die Forderung eine sich leicht drehende Konstruktion mit möglichst wenig Druckverlust an der Achse zu erfüllen. Grundsätzlich sind das eigentlich gegenläufige Forderungen.

In einem Kessel wird Wasserdampf erzeugt. Da Wasserdampf das 1600- fache des Volumens des Wassern hat, 1 Liter Wasser = 1600 Liter Wasserdampf, entsteht hoher Druck. Der Wasserdampf wird nun über das Messingrohr in die Kugel eingeleitet. Durch die gewinkelten Messingröhrchen strömt der Dampf nach außen und erzeug dabei einen Rückstoß. Dieser Rückstoß versetzt den Heronsball in eine Drehbewegung.

Leider hat das nachgebaute Modell dieselben Probleme wie das Original, Aufwand und Nutzen stehen in keinem Verhältnis. Für einen längeren Betrieb des Heronballs wären ein riesiger Kessel und eine großes Feuer von Nöten.

Putt- Putt Boot und Dampfboot

In dem Putt- Putt Boot befindet sich ein kleiner, flacher Behälter mit den Maßen von ca. 2cm x 3cm x 3mm. Der „Deckel“ des Behälters besteht aus einer dünnen Kupfer- Beryllium Folie.

Man füllt Wasser durch eines der Auspuffrohre in den Behälter, und zwar so viel, bis es an dem anderen Auspuffrohr wieder heraus läuft. Das eine Aufpuffrohr hält man zu, so dass das Wasser nicht mehr herauslaufen kann. Dann setzt man das Boot ins Wasser, zündet die kleine Kerze an und platziert sie unter dem Behälter. Wenn das Wasser im Behälter durch die Kerze erhitzt wird dehnt es sich aus. Dabei verbiegt sich die Kupfer- Beryllium Folie, auch Membrane genannt, nach außen.

Da die Kupfer- Beryllium Folie aber eine Federwirkung hat, ist sie bestrebt den ursprünglichen Zustand wieder zu erlangen und schnellt dabei schlagartig zurück. Durch das Zurückschnellen wird das erwärmte Wasser durch eines der Auspuffrohre plötzlich nach außen gedrückt. Es entsteht dabei ein Unterdruck in dem Behälter. Durch den Unterdruck wird neues Wasser durch das andere Auspuffrohr angesaugt.

Der beschriebene Vorgang wiederholt sich so lange wie die Kerze als Energielieferant brennt. Bei dem Vorgang entsteht durch die schlagartige Bewegung der Membrane das typische Knattergeräusch von dem das Putt- Putt Boot seinen Namen hat.

Das Dampfboot funktioniert in ähnlicher Weise wie das Putt- Putt Boot. Hierbei fehlt allerdings die Kupfer- Beryllium Membrane. Stattdessen besitzt das Dampfboot eine Spirale aus einem Messingrohr. Gefüllt wird diese Spirale in genau derselben Art wie die Befüllung des Putt- Putt Boots. Bei der Erwärmung des Wassers in der Spirale dehnt sich das Wasser aus und wird aus dem einen Auspuffrohr herausgedrückt; neues Wasser wird durch das andere Auspuffrohr angesaugt.

Artesischer Brunnen

In den oberen Kupferbehälter wird Wasser eingefüllt, das soll den Regen simulieren. Durch den Schlauch läuft das Wasser in den unteren Kupferbehälter. Damit wird das Durchsickern von Wasser durch Erd- und Gesteinsschichten simuliert. Der untere Kupferbehälter stellt eine unterirdische Kammer dar, in der sich das Wasser sammelt.

Wenn diese Kammer voll ist, drückt das Wasser nach oben. Der Grund ist: Flüssigkeiten haben immer das Bestreben einen Pegelausgleich zu erreichen. In dieser Kammer befindet sich ein Steigrohr, das bis an den Boden der Kammer reicht. In der Natur sind das meist Spalten im Fels, oder Zwischenräume zwischen Steinen. Das Wasser tritt nun an der oberen Öffnung des Steigrohrs aus und sprudelt wie eine Quelle.

Die Stärke des Sprudelns ist von der Höhe des oberen Kupferbehälters abhängig. In der Natur löst das Durchsickern des Wassers oftmals Mineralien und Salze aus Gesteinen und führt diese mit zur Quelle. Man spricht dann von einer Mineralquelle.

Seifenblasenmaschine und Akustische Wasserwellenerzeugung

Diese Maschine wurde im Rahmen eines Bastelkurses während der Sommerferien im Deutschen Museum Bonn gebaut. An dem Bastelkurs haben 10 Kinder im Alter von 8- 12 Jahren teilgenommen. Ein weiterer Bastelkurs wird in den Herbstferien stattfinden.

Der Workshop wird vom 25. bis 27. September im Deutschen Museum in Bonn angeboten. Im Preis von 65 Euro sind 15 Stunden Kurs, Eintritt, Verpflegung sowie Materialkosten enthalten.

Brennstoffzelle mit Wasserstoff

Eine Brennstoffzelle kann durch Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser elektrischen Strom erzeugen. Zur Präsentation wurde der Experimentierkasten C30 von der Firma EITECH verwendet.

Der Wasserstoff, wird an der Anode katalytisch oxidiert und dabei unter Abgabe von Elektronen in Ionen umgewandelt. Diese gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran in die Kammer mit dem Oxidationsmittel. Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen elektrischen Verbraucher, zum Beispiel eine Glühlampe, zur Kathode. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, hier Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen reduziert und reagiert gleichzeitig mit den durch den Elektrolyt zur Kathode gewanderten Protonen zu Wasser.

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