(Vallisneria, Hydrilla,
Elodea) bewirken im
Wasser schwimmende Pollenmassen die
Befruchtung;
[* 2] bei einer Minderzahl endlich
(Najas,
Zostera, Ceratophyllum) erfolgt die
Befruchtung unter
Wasser innerhalb der geschlossenen
Blüte.
[* 3] Die in der
Regel schwimmfähigen
Früchte der Wasserpflanzen
[* 4] reifen selten in der
Luft, viel häufiger unter
Wasser, besitzen oft eine sehr feste innere Steinschale
und bisweilen eigentümliche, zum Festhalten im Schlamm dienende Ankerorgane, die bei
Trapa
[* 5] in Form von vier starken
Stacheln
ausgebildet sind.
Die geographische Verbreitung der Wasserpflanzen ist eine sehr ausgedehnte, jedoch halten sie sich vorwiegend an die
Wasserstraßen der
Tiefländer und steigen nur mit wenigen
Arten in die Hochgebirge auf. Die im
Meer wachsenden
Wasserpflanzen, die sogen.
Seegräser, von welchen zur Zeit 27
Arten aus den
Familien der Hydrocharitaceen und Najadeen bekannt sind, zeigen
höchst eigenartige Verbreitungsverhältnisse, die mit der Entstehung der gegenwärtigen Meeresküsten zusammenhängen.
Unter den ausländischen, durch kulturgeschichtliche Beziehungen merkwürdigen Wasserpflanzen stehen die
Seerosen oder
Nymphäaceen obenan,
zu welchen die Lotosblumen
Ägyptens und der Gangesländer gehören. Gegenwärtig wachsen in
Ägypten
[* 6]
NymphaeacoeruleaSav., mit blauen
Blumen und ganzrandigen Blättern, und
NymphaeaLotos
[* 7]
L. (s. Tafel,
[* 1]
Fig. 3), die weißblütig und gezahntblälterig
ist. Beide
Arten finden sich auf den altägyptischen
Denkmälern häufig dargestellt; auch wurden die
Mumien der spätern römisch-griechischen
Zeit bisweilen mit
Kränzen von Lotosblumen geschmückt
Samen
[* 8] und
Rhizome beider
Arten wurden in alter Zeit gegessen, während
dies jetzt nach
Schweinfurth nur noch bei den Anwohnern des obern Nilgebiets geschieht.
Das Vorkommen des rosablütigen indischen
Lotos, des
NelumbiumspeciosumWilld. (s. Tafel,
[* 1]
Fig. 2), im alten
Ägypten ist durch
monumentale
Darstellungen und durch die Schilderung von Herodot, der ihre
Frucht treffend mit einem Wespennest vergleicht,
unzweifelhaft bezeugt. Gegenwärtig ist jedoch diese herrliche, bei den
Indern in uralter Verehrung stehende und von den Dichtern
des
Orients besungene
Pflanze gänzlich aus
Ägypten verschwunden und auf die wärmern Teile
Asiens und Nordostaustraliens
beschränkt;
ihr am weitesten nach
Westen vorgerückter Standort liegt am
KaspischenMeer: jedoch kommt eine ihr sehr nahe verwandte
Art (N. Buchii Ett.) fossil auch in
Europa
[* 9] vor.
Eine vierte, wegen der Riesendimensionen ihrer
Blätter und
Blüten allgemein bewunderte Seerosenart, die
Victoria
[* 10] regiaLindl.
(s. Tafel,
[* 1]
Fig. 8), ist im tropischen
Amerika
[* 11] zwischen dem 15.° südl.
Br und dem 6.° nördl.
Br. einheimisch
und wird in unsern
Gewächshäusern aus
Samen alljährlich neu aufgezogen, während sie in ihrem Vaterland ausdauert; auch
ihre
Samen werden als
»Wassermais« von den Eingebornen gegessen.
Andre auffallende
Formen der Wasserpflanzen bilden die zu den Najadeen gehörigen
Aponogeteen, welche durch eigentümliche, zwei oder dreiteilige Blütenähren ausgezeichnet sind und sich mit
ca. 23
Arten
im tropischen und subtropischen
Afrika,
[* 12]
Asien
[* 13] und
Australien
[* 14] verbreiten; unsre Tafel bringt
Aponogeton distachyus und
Ouvirandra fenestralis
[* 15] (letztere durch höchst zierliche, gitterartige Durchlöcherung ihrer Blattspreite bemerkenswert) zur
Anschauung
[* 1]
(Fig. 1 u.
4). Bekanntere Gewächshauspflanzen aus der
Gruppe der Wasserpflanzen sind ferner die zu den
Marantaceen gezählten
Thalia-Arten, die im tropischen
Amerika und auch in den Südstaaten
Nordamerikas
vorkommen; die in
SümpfenSüdcarolinas und
weiter westwärts verbreitete
Thalia dealbataFras. (s. Tafel,
[* 1]
Fig. 7) hat langgestielte, herzförmige
Wurzelblätter, einen
weißlich bepuderten, aufrechten
Blütenstand
[* 16] und kleine, violette
Blüten. Die frei im
Wasser schwimmende,
zu den
Araceen gehörige
PistiaStratiotesL. (s. Tafel,
[* 1]
Fig. 6) bewohnt die wärmern Gebiete von
Amerika,
Asien und
Afrika und
wird bei uns bisweilen ihrer niedlichen
Blattrosetten wegen in Aquarien gezogen. Als Uferpflanze schließt sich den Wasserpflanzen endlich
auch die Papyrusstaude
(PapyrusantiquorumWilld., s. Tafel,
[* 1]
Fig. 5) an, die ihre
Heimat im tropischen
Afrika
hat und außerdem in
Syrien und auf
Sizilien
[* 17] vorkommt. Bekanntlich diente das
Mark ihrer bis 3 m hohen
Halme als Rohmaterial
für die Papierbereitung der alten Ägypter, von denen sie kultiviert und auch als hieroglyphisches
Symbol benutzt
wurde, während sie gegenwärtig aus
Ägypten verschwunden ist. Weiteres in den Spezialartikeln
»Nymphaea«,
»Nelumbium«,
»Papyrus«.
Bezüglich der einheimischen
Arten vgl.
Schenk, Die
Biologie der Wasserpflanzen
(Bonn
[* 18] 1885).
poln.
Slawen in Preußisch- und Österreichisch-Schlesien, deren
Dialekt durch
Aufnahme tschechischer
und slowakischer sowie slawisierter deutscher
Worte auch dem
Polen schwerverständlich ist.
Motor zur Ausnutzung einer Wasserkraft durch ein gleichförmiges rotierendes
Schaufel- oder Zellenrad, welches, wenn auf horizontaler
Welle sitzend, ein vertikales, wenn auf vertikaler
Welle, ein horizontales
Wasserrad genannt wird.
Letzteres pflegt man auchTurbine zu nennen, während für ersteres die Bezeichnung Wasserrad schlechthin
gebräuchlich ist. Streng ist diese Unterscheidung nicht, da auch
Turbinen mit horizontaler
Welle ausgeführt werden und auch
andre
Übergangsformen vorkommen.
Von allen Wasserrädern verlangt man, daß sie die zu
Gebote stehende, von Wassermenge und
Gefälle abhängige Wasserkraft
möglichst vollständig nutzbar machen und eventuell auch bei wechselndem Wasserstand gleich vorteilhaft
arbeiten. Man versteht dabei unter Wassermenge das mehr oder weniger veränderliche Wasservolumen, welches pro
Sekunde einen
Querschnitt des
Baches oder
Flusses passiert, und welches man durch genaue
Aufnahme eines
Querprofils und der in demselben stattfindenden
mittlern Stromgeschwindigkeit, d. h. Wasserweg pro
Sekunde, ermittelt; unter
Gefälle den Höhenunterschied
zwischen
Ober- und Unterwasserspiegel, welche beide durch die nutzungsberechtigte Stromlänge bestimmt sind.
Gibt man die Wassermenge in
Litern durch die Zahl Q an, so wiegt dieselbe auch Q
Kilogramm, und die mechanische
Arbeit, welche
sie verrichten kann, wenn das
Gefälle H
Meter beträgt, ist proSekunde H. Q
Meterkilogramm oder H . Q / 75
Pferdekräfte.
Hiernach würde eine Wassermenge von 500
Lit. bei 6 m
Gefälle eine theoretische Arbeitsleistung von 500 . 6 / 75 = 40
Pferdekräften
verrichten können, wenn das Wasserrad so vollkommen wäre, diese ganze Arbeitsstärke nutzbar zu machen.
Letzteres ist aber
nie der
Fall, sondern das
Verhältnis der nutzbar gemachten zu der theoretischen Arbeitsstärke, d. h. der Wirkungsgrad
des Wasserrades, ist immer ein echter
Bruch, welcher zwischen 0,3 und 0,8 schwankt.
¶
mehr
Der Grund dieser Erscheinung liegt einesteils in den Reibungswiderständen des Wassers in den Schaufeln und im Gerinne sowie in
den Zapfenreibungen der Welle, andernteils in dem Umstand, daß das Wasser das Rad mit einer gewissen Geschwindigkeit verläßt,
wodurch ein Teil von dessen Arbeitsfähigkeit unausgenutzt bleibt.
Bei vertikalen Wasserrädern unterscheidet man je nach der Stelle, an welcher das Wasser eintritt (Beaufschlagung),
unter-, mittel-, rücken- und oberschlächtige und nach der Art der Wasserführung Wasserräder mit und ohne Gerinne. Die
Wasserräder ohne Gerinne sind in einem freien Flußlauf aufgestellt, durch dessen Strömung sie umgetrieben werden. Hierbei
geht natürlich viel Kraft
[* 22] durch seitliches Ausweichen des Wassers verloren, so daß die Nutzleistung eine
sehr geringe ist. Um einen größern Nutzeffekt zu erzielen, konzentriert man das Gefälle des zum Betrieb benutzten Wasserlaufs
möglichst auf einen Punkt, indem man das Wasser vor dem Wasserrad aufstaut und dann in einem Gerinne, d. h. einem an das Wasserrad möglichst
dicht anschließenden, gemauerten oder gezimmerten Kanal,
[* 23] auf das Wasserrad wirken läßt.
Dabei bringt man das Rad in einem sogen. Grundwerk in dem Flußlauf selbst an, wenn dessen Wasserlauf in allen
Jahreszeiten
[* 24] nicht sehr variiert und ein bedeutendes Gefälle nicht erforderlich ist. Sonst legt man ein Wehr, d. h. einen Damm
von bestimmter Höhe aus Holz
[* 25] oder Steinen, quer durch den Fluß etc. und zweigt vor demselben einen Graben
(Mühlgraben, Obergraben) ab, dessen Sohle beinahe horizontal geführt wird, so daß man an einer geeigneten Stelle das Wasser
auf das Rad herabfallen und von da durch einen andern nahezu horizontalen Graben (Untergraben) wieder in
den Fluß gelangen lassen kann.
[* 21]
Fig. 1 zeigt eine solche Wehr- und Mühlgrabenanlage. a b ist ein Fluß, c ein quer hineingebautes Wehr, d der Obergraben, e der
Untergraben. Ist nun von a bis b ein gleichmäßiges Gefälle von 3 m, so hat man durch Anlegung der nahezu horizontalen Kanäle
d und e beinahe das ganze Gefälle von 3 m an diejenige Stelle verlegt, wo sich das Rad der Mühle f befindet. Das Wehr c hat eine
solche Höhe, daß so viel Wasser, als zum Mühlenbetrieb gebraucht wird, zurückgehalten, das überflüssige dagegen darüber
fortgelassen wird.
Hinsichtlich der Art und Weise, wie das Wasser seine Arbeitskraft auf die Schaufeln eines Wasserrades überträgt,
sind hauptsächlich zwei Richtungen zu unterscheiden:
1) Wirkung durch das Gewicht, wobei das Wasser, nachdem es zwischen die Schaufeln in die Zellen eines Wasserrades eingetreten
ist, unter der Einwirkung der Schwerkraft niedersinkt und dabei das Rad mit herumnimmt;
2) Wirkung durch die lebendige Kraft, wobei das Wasser außerhalb des Wasserrades zum Fall gelangt und die
dabei gewonnene lebendige Kraft entweder durch Stoß plötzlich oder durch stetigen Druck allmählich an die Radschaufeln abgibt.
Die Stoßwirkung, hervorgerufen durch das Aufprallen eines Wasserstrahls auf eine zu ihm ganz oder nahezu senkrechte Schaufelfläche,
gibt den geringsten Arbeitseffekt, weil durch den Stoß ein großer Teil der Kraft vernichtet wird; dagegen wird der Effekt
bedeutend größer, wenn man dem Wasserstrahl durch Neigung oder, besser noch, durch Krümmung der Schaufeln Gelegenheit gibt,
diese ohne Rückprall zu treffen und an ihnen unter allmählicher Arbeitsabgabe entlang zu strömen.
Im allgemeinen ist bei vertikalen Rädern die Wirkung durch das Gewicht des Wassers die vorwiegende und auch vorteilhaftere.
Die oberschlächtigen Wasserräder
(Fig. 2 r r) haben über ihrem Scheitel ein Gerinne o, aus welchem das Aufschlagwasser unter
einer Spannschütze (Durchlaßschütze) c d hinweg in die obersten der kübelartig ausgebildeten Zellen
s eintritt (Kufenräder, Zellenräder). Durch das Herabsinken des Wassers in diesen wird der größte Teil der Leistung dieser
Wasserräder hervorgerufen, während die Arbeitsübertragung durch die lebendige Kraft des eintretenden Wasserstrahls ganz
geringfügig ist.
Die Schaufelform ist unter Berücksichtigung der infolge der Zentrifugalkraft
[* 26] nach dem Radäußern hin ansteigenden Wasseroberfläche
in den Zellen so zu wählen, daß der Wasserausfluß an einer möglichst tiefen Stelle beginnt und erst
in der Nähe des untersten Punktes aufhört. Solche oberschlächtige Wasserräder dürfen nicht ins Unterwasser eintauchen
(waten), weil sie sonst Wasser schöpfen und somit an Effekt verlieren würden. Sie werden mit Vorteil bei großen Gefällen
(bis 15 m) und geringen Wassermengen verwendet und haben einen Nutzeffekt bis 80 Proz. und darüber. -
Die rückenschlächtigen Wasserräder (Fig. 3 r r) unterscheiden sich von den vorigen durch die Art der Beaufschlagung: die
Eintrittsstelle des Wassers liegt zwischen Radscheitel und Radmittel, so daß die Radhöhe größer als das Gefälle
ist;
die Aufschlagrinne c liegt nicht über, sondern vor dem Rade;
der Wasserzufluß erfolgt durch einen sogen. Kulisseneinlauf
a, der mittels des Rades e durch die Schütze b d (Kulissenschützen) eingestellt werden kann.
Sehr häufig werden diese Wasserräder
ventiliert, d. h. die Zellen s laufen nach dem Radinnern hin in Kanäle aus, durch welche die Luft unbehindert
von dem einströmenden Wasser entweichen kann. Der kreisförmige Teil k k des Gerinnes (sogen. Kropf) ist bei rückenschlächtigen
Rädern nicht unbedingt erforderlich. Diese Wasserräder finden hauptsächlich da Verwendung, wo bei hohem Gefälle der Wasserstand
im Ober- und Untergraben sehr veränderlich ist, weil sie in der Richtung umgehen, in welcher das Wasser
abfließt, also das Waten im Unterwasser wenig Nachteil hat. - Die mittelschlächtigen Wasserräder (d. h. solche, bei denen
das Wasser zwischen dem Radmittel und Radtiefsten einfließt) sind selten, wie die vorigen, Zellenräder, sondern meist Schaufelräder
[* 21]
(Fig. 4, d. h. ihre Schaufeln bilden nach Art der Schaufelräder der Raddampfer keine Zellen zwischeneinander)
und in letzterm Fall mit einem Kropfgerinne (Kropf) versehen, welches das Rad vom Wassereinlauf bis zum Radtiefsten derart umgibt,
daß das Wasser erst bei letzterm austreten kann (Kropfräder).
Bei den mäßigen Gefällen, für welche die mittelschlächtigen Wasserräder Verwendung finden, ist der Teil ihrer Leistung,
welcher durch lebendige Kraft des Wassers, speziell durch Stoßwirkung hervorgebracht wird, ein verhältnismäßig größerer
als bei den oberschlächtigen Wasserrädern und demgemäß ihr Nutzeffekt ein geringerer. Das Wasser wird hier entweder unter
einer Spannschütze, über einer Überfallschütze oder durch eine Kulissenschütze eingelassen.
Die mit Spannschützen eignen sich besonders für Gefälle bis 1,5 m und für Wassermengen, welche 2 cbm
pro Sekunde nicht überschreiten; man erreicht mit ihnen einen Wirkungsgrad von 0,45-0,50;
sie laufen schnell um, vertragen aber keine große Veränderlichkeit des Aufschlagwassers. Viel vorteilhafter sind die Kropfräder
mit beweglichen Überfallschützen, bei denen das Wasser nicht unter, sondern über einer schnabelförmigen, gehörig
abgerundeten und verlängerten Fläche in
¶