Wasserrad
Für Wasserräder, die zum Antrieb von Booten verwendet werden, siehe Schaufelrad. Für Räder, die ausschließlich zum Heben von Wasser verwendet werden, siehe noria. Für Fabriken oder Industrien, die von Wasserrädern angetrieben werden, siehe Wassermühle.
Ein Wasserrad ist ein Wasserkraftsystem; eine Maschine zur Gewinnung von Energie aus dem Wasserstrom. Wasserräder und Wasserkraft waren im Mittelalter weit verbreitet und trieben zusammen mit der Windmühle die meisten Industriezweige in Europa an. Am häufigsten wurde das Wasserrad zum Mahlen von Mehl in Getreidemühlen verwendet, aber auch in Gießereien und bei der maschinellen Bearbeitung sowie zum Stampfen von Leinen zur Herstellung von Papier.
Ein Wasserrad besteht aus einem großen Holz- oder Metallrad mit einer Anzahl von Schaufeln oder Bechern, die auf dem äußeren Rand angeordnet sind und die Antriebsfläche bilden. Meistens ist das Rad vertikal auf einer horizontalen Achse montiert, aber die Wanne oder das nordische Rad ist horizontal auf einer vertikalen Welle montiert. Vertikale Räder können die Kraft entweder über die Achse oder über einen Zahnkranz übertragen und treiben typischerweise Riemen oder Zahnräder an; horizontale Räder treiben ihre Last normalerweise direkt an. Ein Kanal, der geschaffen wird, damit das Wasser nach dem Verlassen des Rades folgen kann, wird allgemein als "tailrace" bezeichnet.
Ein überschossenes Wasserrad, das 42 Fuß hoch steht, treibt die Alte Mühle am Berry College in Rom, Georgien, an
Geschichte
Hauptartikel: Wassermühle
Griechisch-römisches Europa
Die Technologie des Wasserrads war schon lange bekannt, aber sie wurde erst im Mittelalter weit verbreitet, als ein akuter Mangel an Arbeitskräften Maschinen wie das Wasserrad kostengünstig machte. Die Wasserräder im alten Rom und im alten China fanden jedoch viele praktische Anwendungen beim Antrieb von Mühlen zum Stampfen von Getreide und anderen Substanzen. Die Römer benutzten sowohl feste als auch schwimmende Wasserräder und führten die Wasserkraft in anderen Ländern des Römischen Reiches ein. Es war bekannt, dass die Römer Wasserräder in großem Umfang bei Bergbauprojekten einsetzten, wobei enorme Wasserräder aus der römischen Ära an Orten wie dem heutigen Spanien gefunden wurden. Im 1. Jahrhundert v. Chr. war der griechische Epigrammatiker Antipater von Thessaloniki der erste, der sich auf das Wasserrad bezog.
Altes China
Spätestens im 1. Jahrhundert n. Chr. begannen die Chinesen der Östlichen Han-Dynastie mit Wasserrädern, um Getreide in Mühlen zu zerkleinern und die Kolbenbälge beim Schmieden von Eisenerz zu Gusseisen anzutreiben.
In dem als Xin Lun bekannten Text, der von Huan Tan um 20 n. Chr. (während der Usurpation von Wang Mang) geschrieben wurde, heißt es, dass der legendäre mythologische König, der als Fu Xi bekannt ist, für den Stößel und den Mörser verantwortlich war, die sich zum Kipp- und dann zum Auslösehammer entwickelten (siehe Auslösehammer). Obwohl der Autor vom mythologischen Fu Xi spricht, deutet eine Passage seiner Schrift an, dass das Wasserrad im 1. Jahrhundert n. Chr. in China weit verbreitet war.
Im Jahr 31 n. Chr. wandte der Ingenieur und Präfekt von Nanyang, Du Shi, eine komplexe Nutzung des Wasserrads und der Maschinen an, um die Blasebälge des Hochofens anzutreiben und Gusseisen herzustellen. Wasserräder fanden in China sowohl praktische Verwendungen wie diese als auch eine außergewöhnliche Verwendung. Der Erfinder Zhang Heng (78-139) war der erste in der Geschichte, der mit Hilfe eines Wasserrades die Antriebskraft zum Drehen des astronomischen Instruments einer Armillarsphäre einsetzte. Der Maschinenbauingenieur Ma Jun (200-265) benutzte einst ein Wasserrad, um ein großes mechanisches Puppentheater für Kaiser Ming von Wei anzutreiben und zu betreiben.
Mittelalterliches Europa und Moderne
Vor allem Zisterzienserklöster machten ausgiebig Gebrauch von Wasserrädern, um Mühlen verschiedenster Art anzutreiben. Ein frühes Beispiel für ein sehr großes Wasserrad ist noch heute im Real Monasterio de Nuestra Senora de Rueda, einem Zisterzienserkloster in der spanischen Region Aragonien, aus dem frühen 13. Schrot-Mühlen (für Mais) waren zweifellos die am weitesten verbreiteten, aber es gab auch Sägewerke, Walkmühlen und Mühlen zur Erfüllung vieler anderer arbeitsintensiver Aufgaben. Das Wasserrad blieb bis weit in die Industrielle Revolution hinein mit der Dampfmaschine konkurrenzfähig.
Die Hauptschwierigkeit der Wasserräder war ihre Untrennbarkeit vom Wasser. Dies bedeutete, dass Mühlen oft weit entfernt von Bevölkerungszentren und natürlichen Ressourcen aufgestellt werden mussten. Wassermühlen wurden jedoch noch bis weit ins zwanzigste Jahrhundert hinein kommerziell genutzt.
Overshot- & Pitchback-Wasserräder eignen sich dort, wo es einen kleinen Bach mit einem Höhenunterschied von mehr als 2 Metern gibt, oft in Verbindung mit einem kleinen Stausee. Brust- und Unterlaufräder können an Flüssen oder großen Volumenströmen mit großen Stauseen eingesetzt werden.
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Wasserrad mit Brustwarzen
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Wasserrad unter dem Schuss
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Überschuss-Wasserrad
Das stärkste im Vereinigten Königreich gebaute Wasserrad war das 100 PS starke Quarry Bank Mill Waterwheel bei Manchester. Es wurde 1904 ausgemustert und durch mehrere Turbinen ersetzt. Inzwischen wurde es restauriert und ist als Museum der Öffentlichkeit zugänglich.
Moderne hydroelektrische Staudämme können als die Nachfahren des Wasserrads betrachtet werden, da auch sie die Bewegung des Wassers bergab nutzen, um ein Rad zu drehen.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Wasserrad?
A: Ein Wasserrad ist eine Maschine, die aus der Strömung des Wassers Energie gewinnt.
F: Wofür wurden Wasserräder im Mittelalter am häufigsten verwendet?
A: Die häufigste Verwendung von Wasserrädern war das Mahlen von Mehl in Getreidemühlen.
F: Welche anderen Verwendungszwecke gab es für Wasserräder?
A: Andere Verwendungszwecke für Wasserräder waren Gießereiarbeiten, maschinelle Bearbeitung und das Stampfen von Leinen für Papier.
F: Wie ist ein Wasserrad aufgebaut?
A: Ein Wasserrad besteht aus einem großen hölzernen oder metallenen Rad, an dessen äußerem Rand Schaufeln oder Eimer angebracht sind, die die Antriebsfläche bilden.
F: Wie werden vertikale Wasserräder montiert?
A: Vertikale Wasserräder sind vertikal auf einer horizontalen Achse montiert und können die Kraft entweder über die Achse oder über einen Zahnkranz und typischerweise über Antriebsriemen oder Zahnräder übertragen.
F: Wie werden horizontale Wasserräder montiert?
A: Horizontale Wasserräder sind horizontal auf einer vertikalen Welle montiert und treiben ihre Last normalerweise direkt an.
F: Was ist ein "Unterwasserkanal"?
A: Ein "Unterwasserkanal" ist ein Kanal, durch den das Wasser nach dem Verlassen des Rades fließt.
