James Watt (Deutsch)

Als er 18 Jahre alt war, starb seine Mutter und die Gesundheit seines Vaters begann sich zu verschlechtern. Watt reiste nach London und konnte ein Jahr lang eine Ausbildung zum Instrumentenbauer absolvieren (1755/56). Dann kehrte er nach Schottland zurück und ließ sich in der großen Handelsstadt Glasgow nieder, um sein eigenes Instrumentengeschäft aufzubauen. Er war noch sehr jung und hatte keine vollständige Ausbildung, hatte aber nicht die üblichen Verbindungen über einen ehemaligen Meister, um sich zu etablieren als Geselleninstrumentenbauer.

Watt wurde durch die Ankunft astronomischer Instrumente, die Alexander Macfarlane an der Universität von Glasgow hinterlassen hatte, aus dieser Sackgasse gerettet. Instrumente, die fachmännische Aufmerksamkeit erforderten. Watt restaurierte sie funktionierend und wurde vergütet. Diese Instrumente wurden schließlich im Macfarlane Observatory installiert. Anschließend boten ihm drei Professoren die Möglichkeit, einen kleinen Workshop innerhalb der Universität einzurichten. Es wurde 1757 ins Leben gerufen und zwei der Professoren, der Physiker und Chemiker Joseph Black sowie der berühmte Adam Smith, wurden Watts Freunde.

Zunächst arbeitete er an der Wartung und Reparatur wissenschaftlicher Instrumente, die in verwendet wurden Die Universität half bei Demonstrationen und erweiterte die Produktion von Quadranten. Er fertigte und reparierte Messing, das Quadranten, parallele Lineale, Waagen, Teile für Teleskope und Barometer reflektierte, unter anderem.

Es wird manchmal falsch angegeben dass er aufgrund des Widerstandes des Trades House Schwierigkeiten hatte, sich in Glasgow niederzulassen, aber dieser Mythos wurde vom Historiker Lumsden gründlich entlarvt. Die Aufzeichnungen aus dieser Zeit gehen verloren, aber es ist bekannt, dass er ganz normal arbeiten und handeln konnte Als qualifizierter Metallarbeiter muss die Gründung von Hammermen also davon überzeugt gewesen sein, dass er ihre Voraussetzungen für eine Mitgliedschaft erfüllt hat. Es ist auch bekannt, dass andere Personen im Metallgewerbe verfolgt wurden, um zu arbeiten, ohne Mitglieder von th zu sein e Eingliederung bis weit in das 19. Jahrhundert hinein, so dass die Regeln definitiv durchgesetzt wurden, als Watt in der ganzen Stadt frei handelte.

1759 ging er eine Partnerschaft mit John Craig, einem Architekten und Geschäftsmann, ein, um herzustellen und zu verkaufen eine Produktlinie einschließlich Musikinstrumenten und Spielzeug. Diese Partnerschaft dauerte die nächsten sechs Jahre und beschäftigte bis zu 16 Mitarbeiter. Craig starb 1765. Ein Angestellter, Alex Gardner, übernahm schließlich das Geschäft, das bis ins 20. Jahrhundert andauerte.

1764 heiratete Watt seine Cousine Margaret (Peggy) Miller, mit der er fünf Kinder hatte Zwei von ihnen lebten bis ins Erwachsenenalter: James Jr. (1769–1848) und Margaret (1767–1796). Seine Frau starb 1772 bei der Geburt. 1777 war er erneut mit Ann MacGregor verheiratet, der Tochter eines Farbstoffherstellers in Glasgow, mit der er zwei Kinder hatte: Gregory (1777–1804), der Geologe und Mineralogist wurde, und Janet (1779–1794). Ann starb 1832. Zwischen 1777 und 1790 lebte er in Regent Place, Birmingham.

Watt und der Wasserkocher

Es gibt eine beliebte Geschichte, von der Watt inspiriert wurde, die Dampfmaschine zu erfinden Als ein Kessel kochte, zwang der Dampf den Deckel zum Aufsteigen und zeigte Watt die Kraft des Dampfes. Diese Geschichte wird in vielen Formen erzählt; in einigen Watt ist ein junger Bursche, in anderen ist er älter, manchmal ist es der Wasserkocher seiner Mutter, manchmal der seiner Tante. Watt hat die Dampfmaschine nicht erfunden, wie die Geschichte impliziert, sondern die Effizienz von dramatisch verbessert Dies ist für jemanden, der mit den Konzepten von Wärme und thermischer Effizienz nicht vertraut ist, schwer zu erklären. Es scheint, dass die Geschichte möglicherweise von Watts Sohn James Watt Jr. erstellt wurde und fortbesteht, weil sie es ist ist für Kinder leicht zu verstehen und sich zu erinnern. In diesem Licht kann es als verwandt mit der Geschichte von Isaac Newton und dem fallenden Apfel und seiner Entdeckung der Schwerkraft angesehen werden.

Obwohl es oft als Mythos abgetan wird, hat die Geschichte von Watt und dem Kessel eine Basis in der Tat. Um die Thermodynamik von Wärme und Dampf zu verstehen, führte James Watt viele Laborexperimente durch, und seine Tagebücher dokumentieren, dass er bei der Durchführung dieser Experimente einen Wasserkocher als Kessel zur Erzeugung von Dampf verwendete.

Frühe Experimente mit Dampf

1759 machte John Robison, der Freund von Watt, auf die Verwendung von Dampf als Antriebskraftquelle aufmerksam.Das Design des Newcomen-Motors, der seit fast 50 Jahren zum Pumpen von Wasser aus Bergwerken verwendet wird, hatte sich seit seiner ersten Implementierung kaum geändert. Watt begann mit Dampf zu experimentieren, obwohl er noch nie eine funktionierende Dampfmaschine gesehen hatte. Er versuchte ein Modell zu konstruieren; es funktionierte nicht zufriedenstellend, aber er setzte seine Experimente fort und begann alles zu lesen, was er über das Thema konnte. Er erkannte die Bedeutung der latenten Wärme – der Wärmeenergie, die während eines Prozesses mit konstanter Temperatur freigesetzt oder absorbiert wird – für das Verständnis des Motors, den sein Freund Joseph Black, den Watt bereits einige Jahre zuvor entdeckt hatte. Das Verständnis der Dampfmaschine war in einem sehr primitiven Zustand, da die Wissenschaft der Thermodynamik für weitere 100 Jahre nicht formalisiert werden würde.

1763 wurde Watt gebeten, ein Modell der Newcomen-Maschine der Universität zu reparieren . Auch nach der Reparatur funktionierte der Motor kaum. Nach vielen Experimenten zeigte Watt, dass bei jedem Zyklus etwa drei Viertel der Wärmeenergie des Dampfes für die Erwärmung des Motorzylinders verbraucht wurden. Diese Energie wurde verschwendet, weil später im Zyklus kaltes Wasser in den Zylinder eingespritzt wurde, um den Dampf zu kondensieren und seinen Druck zu verringern. Durch wiederholtes Heizen und Kühlen des Zylinders verschwendete der Motor den größten Teil seiner Wärmeenergie, anstatt ihn in mechanische Energie umzuwandeln. Die im Mai 1765 erzielte kritische Erkenntnis von Watt bestand darin, den Dampf zu veranlassen in einer vom Kolben getrennten Kammer kondensieren und die Temperatur des Zylinders auf der gleichen Temperatur wie der eingespritzte Dampf halten, indem er mit einem „Dampfmantel“ umgeben wird. Somit wurde bei jedem Zyklus sehr wenig Energie vom Zylinder absorbiert, wodurch Watt hatte später im selben Jahr ein funktionierendes Modell.

Trotz eines möglicherweise funktionsfähigen Designs gab es immer noch erhebliche Schwierigkeiten beim Aufbau eines vollwertigen Motors. Dies erforderte mehr c Apital, von denen einige von Black kamen. Weitere Unterstützung erhielt John Roebuck, der Gründer der berühmten Carron Iron Works in der Nähe von Falkirk, mit dem er nun eine Partnerschaft einging. Roebuck lebte im Kinneil House in Bo „ness. Während dieser Zeit arbeitete Watt daran, seine Dampfmaschine in einem Cottage neben dem Haus zu perfektionieren. Die Hülle des Cottages und ein sehr großer Teil eines seiner Projekte befinden sich noch im hinteren Bereich .

Die Hauptschwierigkeit bestand in der Bearbeitung von Kolben und Zylinder. Die Eisenarbeiter der damaligen Zeit waren eher Schmiede als moderne Maschinisten und konnten die Komponenten nicht mit ausreichender Präzision herstellen Patent auf die Erfindung von Watt. Watt war auf Ressourcen angewiesen und musste acht Jahre lang eine Anstellung aufnehmen – zuerst als Vermesser, dann als Bauingenieur.

Roebuck ging bankrott, und Matthew Boulton, dem die Soho-Manufaktur in der Nähe von Birmingham gehörte erwarb seine Patentrechte. Eine Verlängerung des Patents auf 1800 wurde 1775 erfolgreich erreicht.

Durch Boulton hatte Watt schließlich Zugang zu einigen der besten Eisenarbeiter der Welt. Die Schwierigkeit bei der Herstellung eines großen Zylinders mit fest anliegendem Kolben wurde von John Wilkinson gelöst, der in Bersham bei Wrexham, Nordwales, Präzisionsbohrtechniken für die Kanonenherstellung entwickelt hatte. Watt und Boulton bildeten eine äußerst erfolgreiche Partnerschaft, Boulton und Watt, die die nächsten 25 Jahre dauerte.

Erste Motoren

1776 wurden die ersten Motoren installiert und arbeiteten in kommerziellen Unternehmen. Diese ersten Motoren wurden zum Antrieb von Pumpen verwendet und erzeugten nur eine Hin- und Herbewegung, um die Pumpenstangen am Boden der Welle zu bewegen. Das Design war kommerziell erfolgreich und in den nächsten fünf Jahren war Watt sehr damit beschäftigt, mehr Motoren zu installieren, hauptsächlich in Cornwall, um Wasser aus Minen zu pumpen.

Diese frühen Motoren wurden nicht von Boulton und Watt hergestellt, sondern waren es hergestellt von anderen nach Zeichnungen von Watt, der als beratender Ingenieur fungierte. Die Montage des Motors und sein Abschalten wurden zuerst von Watt und dann von Männern in der Firma überwacht. Dies waren große Maschinen. Die erste hatte zum Beispiel einen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 50 Zoll und einen Boulton und Watt berechneten eine jährliche Zahlung, die einem Drittel des Wertes der eingesparten Kohle im Vergleich zu einem Newcomen-Motor entspricht, der die gleichen Arbeiten ausführt.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung wurde erheblich erweitert, als Boulton Watt aufforderte, die Hin- und Herbewegung des Kolbens umzuwandeln, um eine Rotationskraft zum Schleifen, Weben und Fräsen zu erzeugen. Obwohl eine Kurbel die offensichtliche Lösung für den Umbau zu sein schien, wurden Watt und Boulton durch ein Patent dafür behindert, dessen Inhaber James Pickard und Mitarbeiter vorschlugen, den externen Kondensator gegenseitig zu lizenzieren. Watt widersetzte sich entschieden und sie umgingen das Patent 1781 durch ihre Sonnen- und Planetenausrüstung.

In den nächsten sechs Jahren nahm er eine Reihe weiterer Verbesserungen und Modifikationen an der Dampfmaschine vor. Ein doppeltwirkender Motor, bei dem der Dampf abwechselnd auf die beiden Seiten des Kolbens wirkte, war einer. Er beschrieb Verfahren zum „expansiven“ Arbeiten des Dampfes (d. H. Unter Verwendung von Dampf bei Drücken weit über der Atmosphäre). Ein Verbundmotor, der zwei oder mehr Motoren verband, wurde beschrieben. Für diese wurden 1781 und 1782 zwei weitere Patente erteilt. Zahlreiche weitere Verbesserungen, die die Herstellung und Installation vereinfachten, wurden kontinuierlich umgesetzt. Eine davon war die Verwendung des Dampfindikators, der eine informative Darstellung des Drucks im Zylinder gegen sein Volumen ergab, die er als Geschäftsgeheimnis aufbewahrte. Eine weitere wichtige Erfindung, auf die Watt am meisten stolz war, war die Parallelbewegung, die bei doppeltwirkenden Motoren unerlässlich war, da sie die für die Zylinderstange und die Pumpe erforderliche Geradenbewegung aus dem verbundenen Schwingbalken erzeugte, dessen Ende sich in a bewegt Kreisbogen. Dies wurde 1784 patentiert. Eine Drosselklappe zur Steuerung der Motorleistung und ein 1788 patentierter Fliehkraftregler, um ein „Weglaufen“ des Motors zu verhindern, waren sehr wichtig. Zusammengenommen führten diese Verbesserungen zu einem Motor, der bis zu fünfmal so effizient mit Kraftstoff umging wie der Newcomen-Motor.

Wegen der Gefahr der Explosion von Kesseln, die sich in einem sehr primitiven Entwicklungsstadium befanden, Aufgrund der anhaltenden Probleme mit Undichtigkeiten beschränkte Watt die Verwendung von Hochdruckdampf – alle seine Motoren verwendeten Dampf bei nahezu atmosphärischem Druck.

Patentversuche

Edward Bull begann mit dem Bau Motoren für Boulton und Watt in Cornwall im Jahr 1781. Bis 1792 hatte er begonnen, Motoren nach seinem eigenen Design herzustellen, die jedoch einen separaten Kondensator enthielten, und so die Patente von Watt verletzt. Zwei Brüder, Jabez Carter Hornblower und Jonathan Hornblower Jnr, begannen ungefähr zur gleichen Zeit mit dem Bau von Motoren. Andere begannen, Newcomen-Motoren durch Hinzufügen eines Kondensators zu modifizieren, und die Minenbesitzer in Cornwall waren überzeugt, dass das Patent von Watt nicht durchgesetzt werden konnte. Sie begannen, Zahlungen an Boulton und Watt zurückzuhalten, die bis 1795 gesunken waren 21.000 (entspricht 2.190.000 GBP ab 2019) waren geschuldet, nur 2.500 GBP waren eingegangen. Watt musste vor Gericht gehen, um seine Ansprüche durchzusetzen.

Er verklagte Bull erstmals 1793. Die Jury fand für Watt Die Frage, ob die ursprüngliche Spezifikation des Patents gültig war oder nicht, wurde jedoch einem anderen Verfahren überlassen. In der Zwischenzeit wurden Verfügungen gegen die Rechtsverletzer erlassen, die die Zahlung der Lizenzgebühren in ein Treuhandkonto zwangen Die Gültigkeit der im folgenden Jahr abgehaltenen Spezifikationen war nicht schlüssig, aber die Verfügungen blieben in Kraft und die Rechtsverletzer, mit Ausnahme von Jonathan Hornblower, begannen alle, ihre Fälle beizulegen. Hornblower wurde bald vor Gericht gestellt und das Urteil der vier Richter gefällt (1799) war entschieden für Watt. Ihr Freund John Wilkinson, der das Problem des Bohrens eines genauen Zylinders gelöst hatte, war ein besonders schwerwiegender Fall. Er hatte ungefähr zwanzig Motoren ohne Boultons und Watts Wissen errichtet. Sie einigten sich schließlich darauf, den Verstoß im Jahr 1796 beizulegen. Boulton und Watt sammelten nie alles, was ihnen geschuldet wurde, aber die Streitigkeiten wurden alle direkt zwischen den Parteien oder durch Schiedsverfahren beigelegt. Diese Versuche waren sowohl zeit- als auch kostenintensiv, aber letztendlich für das Unternehmen erfolgreich.

Kopiergerät

Vor 1780 gab es nichts Gutes Methode zum Erstellen von Kopien von Briefen oder Zeichnungen. Die einzige Methode, die manchmal verwendet wurde, war eine mechanische Methode, bei der mehrere Stifte miteinander verbunden waren. Watt experimentierte zunächst mit der Verbesserung dieser Methode, gab diesen Ansatz jedoch bald auf, weil er so umständlich war. Stattdessen beschloss er, etwas Tinte von der Vorderseite des Originals auf die Rückseite eines anderen Blattes zu übertragen, mit einem Lösungsmittel angefeuchtet und auf das Original zu drücken. Das zweite Blatt musste dünn sein, damit die Tinte hindurchsehen konnte, wenn die Kopie gegen das Licht gehalten wurde, wodurch das Original exakt reproduziert wurde.

Watt begann 1779 mit der Entwicklung des Verfahrens und führte zahlreiche Experimente durch, um die Tinte zu formulieren, das dünne Papier auszuwählen, eine Methode zum Benetzen des speziellen dünnen Papiers zu entwickeln und eine Presse zum Aufbringen des Papiers herzustellen korrekter Druck, um die Übertragung zu bewirken. All dies erforderte viel Experimentieren, aber er hatte bald genug Erfolg, um das Verfahren ein Jahr später zu patentieren. Watt ging eine weitere Partnerschaft mit Boulton (der die Finanzierung übernahm) und James Keir (um das Geschäft zu leiten) in einer Firma namens James Watt and Co. ein. Die Perfektion der Erfindung erforderte viel mehr Entwicklungsarbeit, bevor sie routinemäßig von anderen verwendet werden konnte, aber dies wurde in den nächsten Jahren durchgeführt. Boulton und Watt gaben ihre Anteile 1794 an ihre Söhne ab. Es wurde ein kommerzieller Erfolg und wurde bereits im 20. Jahrhundert in Büros eingesetzt.

Chemische Experimente

Schon in jungen Jahren Watt interessierte sich sehr für Chemie. Ende 1786 erlebte er in Paris ein Experiment von Berthollet, bei dem er Salzsäure mit Mangandioxid zu Chlor umwandelte. Er hatte bereits festgestellt, dass eine wässrige Chlorlösung Textilien bleichen kann, und seine Ergebnisse veröffentlicht, die bei vielen potenziellen Konkurrenten großes Interesse weckten. Als Watt nach Großbritannien zurückkehrte, begann er Experimente in dieser Richtung mit der Hoffnung, ein wirtschaftlich tragfähiges Verfahren zu finden. Er entdeckte, dass eine Mischung aus Salz, Mangandioxid und Schwefelsäure Chlor produzieren könnte, was Watt für eine billigere Methode hielt. Er leitete das Chlor in eine schwache Alkalilösung und erhielt eine trübe Lösung, die gute Bleicheigenschaften zu haben schien. Er teilte diese Ergebnisse bald James McGrigor mit, seinem Schwiegervater, der in Glasgow Tribüne war. Andernfalls versuchte er, seine Methode geheim zu halten.

Mit McGrigor und seiner Frau Annie begann er, den Prozess zu vergrößern, und im März 1788 konnte McGrigor 1500 Meter Stoff zu seiner Zufriedenheit bleichen. Ungefähr zu dieser Zeit entdeckte Berthollet den Salz- und Schwefelsäureprozess und veröffentlichte ihn, damit er öffentlich bekannt wurde. Viele andere begannen mit der Verbesserung des Prozesses zu experimentieren, der immer noch viele Mängel aufwies, nicht zuletzt das Problem des Transports des flüssigen Produkts. Die Rivalen von Watt überholten ihn bald bei der Entwicklung des Verfahrens und er schied aus dem Rennen aus. Erst 1799, als Charles Tennant ein Verfahren zur Herstellung von festem Bleichpulver (Calciumhypochlorit) patentierte, wurde es ein kommerzieller Erfolg. 1794 Watt wurde von Thomas Beddoes ausgewählt, um Geräte zur Herstellung, Reinigung und Lagerung von Gasen für die neue pneumatische Einrichtung in Hotwells in Bristol herzustellen. Watt experimentierte mehrere Jahre lang mit verschiedenen Gasen, jedoch bis 1797 Die medizinischen Anwendungen für die „faktischen Luft“ waren in eine Sackgasse geraten.

Persönlichkeit

Watt kombinierte theoretisches Wissen der Wissenschaft mit der Fähigkeit, es praktisch anzuwenden. Humphry Davy sagte von ihm „Diejenigen, die James Watt nur als einen großen praktischen Mechaniker betrachten, bilden eine sehr falsche Vorstellung von seinem Charakter ;; Er wurde gleichermaßen als Naturphilosoph und Chemiker ausgezeichnet, und seine Erfindungen belegen sein profundes Wissen über diese Wissenschaften und das eigentümliche Merkmal des Genies, die Vereinigung derselben für die praktische Anwendung. „

Er wurde sehr respektiert von anderen prominenten Männern der industriellen Revolution. Er war ein wichtiges Mitglied der Lunar Society und ein gefragter Gesprächspartner und Begleiter, der stets daran interessiert war, seinen Horizont zu erweitern. Seine persönlichen Beziehungen zu seinen Freunden und Partnern waren immer sympathisch und lang

Watt war ein produktiver Korrespondent. Während seiner Jahre in Cornwall schrieb er mehrmals pro Woche lange Briefe an Boulton. Er war abgeneigt, seine Ergebnisse beispielsweise in den Philosophischen Transaktionen der Royal Society jedoch und zog es stattdessen vor, seine Ideen in Patenten zu kommunizieren. Er war ein ausgezeichneter Zeichner.

Er war ein ziemlich armer Geschäftsmann und hasste besonders Verhandlungs- und Verhandlungsbedingungen mit denen, die die Dampfmaschine benutzen wollten. In einem Brief an William Small aus dem Jahr 1772 gestand Watt, dass „er sich lieber einer geladenen Kanone stellen würde, als ein Konto zu begleichen oder ein Geschäft abzuschließen“. Bis zu seiner Pensionierung war er immer sehr besorgt um seine finanziellen Angelegenheiten und machte sich Sorgen. Sein Gesundheitszustand war oft schlecht und er litt häufig unter nervösen Kopfschmerzen und Depressionen.

Soho Foundry

Zunächst erstellte die Partnerschaft die Zeichnung und die Spezifikationen für die Motoren und überwachte die Arbeiten zur Errichtung auf dem Grundstück des Kunden. Sie produzierten fast keines der Teile selbst. Watt erledigte den größten Teil seiner Arbeit in seinem Haus in Harpers Hill in Birmingham, während Boulton in der Soho-Manufaktur arbeitete. Allmählich begannen die Partner, immer mehr Teile herzustellen, und 1795 kauften sie ein Grundstück, das ungefähr eine Meile entfernt war von der Soho-Manufaktur am Ufer des Birmingham-Kanals, um eine neue Gießerei für die Herstellung der Motoren zu errichten. Die Soho-Gießerei wurde 1796 offiziell eröffnet, als die Söhne von Watt, Gregory und James Jr., stark daran beteiligt waren die Leitung des Unternehmens. Im Jahr 1800, dem Jahr der Pensionierung von Watt, stellte das Unternehmen insgesamt 41 Motoren her.

Spätere Jahre

Watt ging 1800 in den Ruhestand, im selben Jahr wie sein grundlegendes Patent und seine Partnerschaft mit Boulton abgelaufen. Die berühmte Partnerschaft wurde auf die Söhne der Männer, Matthew Robinson Boulton und James Watt Jr., übertragen. Der langjährige Firmeningenieur William Murdoch wurde bald zum Partner ernannt und die Firma florierte.

Watt erfand weiterhin andere Dinge vor und während seiner Altersteilzeit. In seinem Haus in Handsworth, Staffordshire, nutzte Watt einen Mansardenraum als Werkstatt, und hier arbeitete er an vielen seiner Erfindungen. Unter anderem erfand und konstruierte er mehrere Maschinen zum Kopieren von Skulpturen und Medaillons, die sehr gut funktionierten, die er jedoch nie patentierte. Eine der ersten Skulpturen, die er mit der Maschine herstellte, war ein kleiner Kopf seines alten Professor-Freundes Adam Smith. Er hielt sein Interesse am Bauingenieurwesen aufrecht und war Berater bei mehreren bedeutenden Projekten. Er schlug zum Beispiel eine Methode zum Bau eines flexiblen Rohrs vor, mit dem Wasser unter dem Clyde in Glasgow gepumpt werden soll.

Er und seine zweite Frau reisten nach Frankreich und Deutschland und kauften Mitte des Jahres ein Anwesen -Wales im Doldowlod House, eine Meile südlich von Llanwrthwl, das er stark verbessert hat.

1816 unternahm er eine Reise mit dem Raddampfer Comet, einem Produkt seiner Erfindungen, um seine Heimatstadt Greenock erneut zu besuchen .

Er starb am 25. August 1819 in seinem Haus „Heathfield Hall“ in der Nähe von Handsworth in Staffordshire (heute Teil von Birmingham) im Alter von 83 Jahren. Er wurde am 2. September auf dem Friedhof von St. Mary beigesetzt. “ s Church, Handsworth. Die Kirche wurde inzwischen erweitert und sein Grab befindet sich jetzt in der Kirche.