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Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Sa 14. Sep 2019, 18:38
von Franz
Freunde des historischen Nachbaus!

Michael Jung, Michel Müller (Micha) und ich haben vor, die Tauchausrüstung von Josef August Schultess (1773 – 1831) zu rekonstruieren.
Zusammen mit den Nachbauten von Klingert und Kreeft, wären die wichtigsten Tauchgeräte aus dem deutschsprachigen Raum aus jener Zeit realisiert. Das besondere an der Ausrüstung von Schultes ist, daß sie ohne Oberflächenversorgung auskommen sollte.

Dazu habe ich die wichtigsten Seiten von Michael Jungs Buch über Schultes in einer PDF zusammengefasst und schicke sie Interessenten, die sich beteiligen möchten, gerne zu. Es sind zuviele MB um hier eingestellt zu werden.

img641#.jpg

Es gibt eine textliche Beschreibung und eine Zeichnung. Sogar einen Kupferhelm, von dem angenommen wird, daß er der Idee von Schultes entspricht. Schultes selbst hat die Ausrüstung nie gebaut.

Schultes_Taucherhelm_Replica#.jpg

Der Helm sollte über einem Lederüberzieher getragen werden. Zur Luftversorgung hat Schultes mehrere Kugelförmige Druckluftbehälter (20 bis 40 bar) vorgesehen, wie sie damals bei sog. "Windbüchsen" verwendet wurden.

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Es gibt keine detaillierten Hinweise, wie die Kugeln hätten angeschlossen werden sollen. Die Luftzufuhr sollte schubweise manuell geregelt, die verbrauchte Luft oben am Helm abgelassen werden. Es gibt keine Informationen zu den Gewichten.
Schultess hatte vor, das Atemgas in Intervallen in den Helm zu lassen. Der Taucher sollte die Luft ein paarmal atmen bevor wieder frisch aufgefüllt wurde. Das ist sicher nicht ohne Risiko. Die verbrauchte wärmere Luft sammelt sich oben im Helm und wird herausgelassen oder herausgedrückt, wenn unten die von der Expansion kältere Frischluft nachgefüllt wird.

Wir wollen die Ausrüstung nach den historischen Vorlagen möglichst originalgetreu rekonstruieren. Das kann in der ersten Stufe in Form von Zeichnungen, Texten oder einem Modell geschehen. Diese Ausrüstung analysieren wir nach unserem heutigen Wissen und fragen, ob sie so zufriedenstellend hätte funktionieren können?

In welcher Form sie gebaut wird ist noch völlig offen. Wenn wir genügend Geldmittel zur Verfügung haben, wäre ein Nachbau in Originalgröße möglich. Wenn nicht, dann eben als realistische Zeichnung oder einem verkleinerten Modell.

Wir haben zum Thema bereits einige Emails ausgetauscht, hier zwei der wichtigsten:

Michael Müller:
Mir sind verschiedene Details noch nicht ganz klar, aber einige kurze Überlegungen als Diskussionsgrundlage zum Gerät. Vielleicht seht ihr die Details anders.

1. Der Helm soll per Lederjacke am Taucher befestigt werden, wie ist die Verbindung Jacke-Helm, dicht der nicht?
2. Die Einspeisung der Luft soll unten am Helm erfolgen, der Ablass der verbrauchten Luft oben.
3. Die Einspeisung der Preßluft soll stoßweise manuell oder per Uhrwerk erfolgen
4. Längeres Tauchen soll durch Verwendung von reinem O2 möglich sein
5. Die Preßluft wird in kugelförmigen Behältern gespeichert

Zu1. Um überhaupt einigermaßen atmen zu können braucht man ja ein bewegliches Volumen, beim offenen Helm wird das durch die Wasserfläche geschaffen, beim dichten Helm müsste das die Lederjacke leisten, es müsste also etwas Luft im Oberkörper vorhanden sein.

Zu2. Das Ablassen der Luft oben am Helm geht meiner Ansicht nach so nicht. Beim offenen Helm würde er mit Wasser volllaufen, der Geschlossene spült bestenfalls mit dem Luftpolster der Jacke, dann ist Schluß. Eigentlich müsste die frische Luft oben eingespeist und die verbrauchte unten abgelassen werden.

Zu3. Wenn man ohne Frischluft in einem so kleinen geschlossenen Raum/Behälter atmet wird sich in kurzer Zeit einen gefährliche CO2 Anreicherung ergeben (atmet doch mal aus der Einkaufstüte J) auch im Körper. Wenn man jetzt mit frischer Lüft spült muss erst mal die alte Luft komplett verdrängt werden desweiteren wird der Körper weiter CO2 abatmen so daß der CO2 Anstieg noch schneller erfolgen wird. Das bedeutet wieder schnelleres spülen.

Zu4. Die Verwendung von reinem O2 verbessert die CO2 Problematik nicht, im Gegenteil durch den hohen O2 Anteil /Partialdruck wird der CO2 Anstieg/Partialdruck möglicherweise erst später bemerkt bzw. ignoriert. Beim Kreislauftauchen gab es durch CO2 viele, auch tödliche Unfälle. (Bekanntes Beispiel Sealab III, USA, Atemkalk vergessen)

Zu5. Das wird in Grenzen funktionieren. Mit einer normalen Luftpumpe geringen Durchmessers, sagen wir mal 1,5 cm Durchmesser gedrückt mit 40 kg, würde man auf 22 bar kommen. Bei 10 Kugeln a 1 Liter hätte man dann 220 Liter Luft. Vielleicht gab es auch bessere Pumpen.

Momentan bleibt für mich nur der Schluss das das Tauchgerät noch nicht komplett durchdacht war und so nicht wirklich funktioniert hätte. Schultes gebührt aber sicherlich die Ehre als erster an komprimierte Luft zur Versorgung eines autonomen Tauchers gedacht zu haben.

Soll man so etwas nachbauen, müsste man da nicht zu viel an der beschriebenen Konstruktion verändern? Außer den Preßluftbehältern und dem Helm würde meines Erachtens realistisch nicht viel übrigbleiben……

Einer meiner Kommentare:
Wenn der Kupferhelm einen Durchmesser von 30 cm hat, hätte er ein Volumen von 14 Litern. Es käme eventuell noch das Volumen im oberen Anzug dazu, in Summe vielleicht 30 - 40 Liter. D.h. übrigens, daß in diesem Fall Anzug und Helm luftdicht miteinander verbunden sein müssen. Man müsste ausprobieren, in welchen Intervallen und Volumen Frischluft nachgeführt werden muß damit es keine gefährliche CO²- Anreicherung gibt und der Sauerstoffgehalt akzeptabel ist. Für klassische Taucherhelme rechnet man 40 Liter Frischluft pro Minute um im grünen Bereich zu bleiben, eine CO²-Anreicherung zu vermeiden. Da wäre unser kleiner Luftvorrat aus den 6 Kugeln in 5 Minuten weg. Mit der Sparatmung a la Schultes kommen wir vielleicht auf 10 Minuten.

Es gibt also noch viele offene Fragen.

Michael Müller will an diesem Wochenende einen Versuch durchführen und dabei messen, wie sich die Qualität des Atemgases in einem Helm bei Pendelatmung verändert.

Ich bin schon auf seinen Bericht gespannt,
Franz

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph A. Schulte

BeitragVerfasst: Mo 16. Sep 2019, 07:08
von oxydiver
Hallo Franz,

ich hab den Versuch mit dem offenen Helm gemacht und überlebt :-) Tauchtiefe 0,5m, Tauchzeit ca. 12 min, Luftverbrauch ca. 200 Liter. Ich konnte nur den Sauerstoffgehalt (eigentlich Partialdruck, setze ich mal gleich da oberflächennah) im Helm messen, CO2 hab ich gefühlt :-)
Ergebnis:
Der ursprügliche O2 Gehalt von 21% geht recht schnell runter und der Atemreflex auf Grund von CO2 steigt, ich hab so geschätzt alle 30s gespült, also pro Spülung 8,3 Liter. Nach der (kurzen) Spülung kommt man nicht mehr auf 21% nur max. so 18%, dementsprechend wird wohl auch das CO2 höher bleiben. Der minimale O2 Gehalt war mal um die 14%.
Um das zu überprüfen hab ich mal versucht das zu berechnen, es passt so ungefähr.

Im Grunde genommen bestätigen sich die theoretischen Überlegungen.

Gruß Micha

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Mo 16. Sep 2019, 09:14
von Franz
Hallo Micha,

danke, das war ein ganz wichtiger Versuch. Jetzt wissen wir, daß bei einem Pressluftvorrat von 200 Litern und Pendelatmung in 10 Metern Tiefe eine Tauchzeit von etwa 6 Minuten möglich gewesen wäre. Wenn 6 Kugeln a 2 Liter mit 20 bar gefüllt worden wären, hätte Schultes 240 Liter zur Verfügung gehabt, bei 40 bar, 480 Liter. Mit den 480 Litern hätte er etwa 15 Minuten unten bleiben können.

Pendelatmung war in früheren Jahrhunderten in Taucherglocken üblich. In Abständen wurde Luft aus Fässern nachgefüllt (Halley). Es muß damals einiges passiert sein, das haben nicht alle überlebt.

L1220329#.jpg
Der wohl berühmteste Pendelatmer war John Lethbridge (1675–1759). Er tauchte in einem ca. 300 Literfaß ohne Frischluftversorgung bis zu 30 Minuten. Das hat Robert Sténuit durch einen Versuch vor einigen Jahrzehnten bestätigt.
Wie es Lethbridge geschafft hat, den Druckunterschied zu seinen Armen schadlos zu überstehen, ist heute noch nicht ganz klar. Um den Druckunterschied zu minimieren, hat er seine Tonne teilweise geflutet. Er wurde 84 Jahre alt und hat mehrere Hundert solcher Tauchgänge absolviert. Das waren harte Burschen, da kann man nur den Hut ziehen.

Gruß,
Franz

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Di 17. Sep 2019, 08:00
von oxydiver
Hallo,

bezüglich der möglichen Tauchzeit darf man natürlich nicht vergessen, das ich völlig in Ruhe war. Bei Arbeit sieht das ganz anders aus. Außerden wäre dann das Tastventil/manuelle Luftzufuhr völlig unpraktikabel, geschweige denn das gleichzeitige manuelle Ablassen der verbrauchten Luft (soll ja eigentlich oben am Helm geschehen).

Micha

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Di 17. Sep 2019, 12:30
von Franz
Hallo Micha,

beim Arbeiten verdoppelt sich schnell der Luftverbrauch, das stimmt natürlich. Das hieße, daß mehr (12) oder größere Kugeln notwendig wären um zu halbwegs passablen Tauchzeiten zu kommen. Bei einem Durchmesser von 20 cm hätten sie ein Volumen von vier, statt zwei Litern. Damit wären wir bei doppelten Luftverbrauch wieder bei den genannten Tauchzeiten. Diese sind relativ kurz, aber immerhin viel länger als beim Apnoetauchen.

Das halbminütige Nachfüllen von Frischluft bei vorherigem Ablassen der Altluft wird viel Übung und Aufmerksamkeit erfordern. Der Helm müsste dabei unten offen sein. Der Taucher läßt oben Luft ab, bis der Helm mindestens halbvoll Wasser steht. . . Dann öffnet er eine der Kugeln, bis der Helm wieder mit Luft gefüllt ist. Alles reine Nervensache und eine Frage von sicher funktionierenden Ventilen. . . .
Dabei soll auch noch gearbeitet werden, das wäre sicher nicht ganz einfach. Das ist alles um einiges schwieriger, als sich Schultes das vorgestellt hat und von "stundenlangen" Tauchzeiten kann keine Rede sein. Es ist trotzdem interessant, sich mit seinen Ideen zu befassen und die Durchführbarkeit zu überprüfen.

Gruß,
Franz

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Do 26. Sep 2019, 07:10
von oxydiver
Hallo,

ich hab mir noch mal Gedanken gemacht. Es ist mir aber alles zu praxisfremd und nicht wirklich verwendbar. Trotzdem...

Je mehr und je größer die Kugeln erden um so mehr Ballast muss der Taucher mitnehmen, das wird dann irgendwann dann doch zum Problem, da die Beweglichkeit insgesamt leidet. Die Kugeln waren ja relativ dünnwandig und dementsprechend leicht.

Die Kugeln könnte man an einen, mit Gelenk klappbaren „Rohrgürtel“ aus zwei Rohr-Halbschalen anschrauben, das Gelenk müsste Luft durchlassen. Das wäre einfach zu bauen, Lederdichtungen, Hohlschraube etc, die Drücke waren ja gering. An einer Stelle wäre dann am Gürtelrohr das Handventil, braucht man vielleicht gar nicht, weil Schultes ja über die Helmventile ein und ablassen wollte.

Ich stelle mir gerade vor wie man gleichzeitig mit beiden Armen zum oberen und seitlichen Helmventil greift und diese auch gleichzeitig kurz öffnet und schließt :D

Die Verbindung zum Helm wäre am einfachsten ein Spiralrohr, viel bewegen braucht und kann sich der Taucher sich ja nicht (ein Lederschlauch geht natürlich auch).

Eisenkugeln für Gartenzäune gibt es auf Ebay, 3mm Wandstärke, dort könnte man Messing Gewindebuchsen hart auflöten. Wenn die Kugeln aus Halbschalen verschweißt sind würde ich denen durchaus 20 bar zutrauen.

Noch zum Helmfoto im 1. Beitrag:

Der Helm hat oben kein manuelles Ventil, entweder ist das abgebrochen oder es ist ein schraubbarer Schlauchanschluß oder ein Rückschlagventil (welches dort nicht funktioniert hätte).

Das untere Ventil sieht auch nicht danach aus als ob man da nen Schlauch anschließen könnte, eher wie ein Ablassventil.

Gruß Micha

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Di 1. Okt 2019, 09:20
von Franz
Hallo Micha,
deine Idee mit dem Rohrbogen sollte funktionieren, er wird in Bauchhöhe getragen, darunter sind links und rechts je drei Kugeln in Reichweite angeschraubt. Schultes wollte zur Kontrolle die Kugeln einzeln entleeren, deshalb brauchen wir noch ein Ventil zwischen jeder Kugel und dem Rohrbogen. Ich würde der Einfachheit halber auf das Gelenk verzichten. Der Taucher kann von oben in den Bogen steigen, dieser wird durch Schultergurte gehalten. Es wäre besser 12 Kugeln zu verwenden, diese können einzeln unten an die obere Kugelreihe angeschlossen werden. So bleibt es bei den 6 Ventilen.

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Bei der Verwendung von 12 Kugeln, werden sie paarweise miteinander verschraubt.

Die 12 Kugeln könnte man ebensogut in drei Viererreihen auf dem Rücken tragen.

Im Grunde denken wir darüber nach, wie Fourcroy die Ausrüstung auf Bitten von Schultes hätte bauen können. Das ist also alles Spekulation. Wie heißt es da im Polytechnischen Journal: "Die Sache ist so einfach, daß man hier allerdings sagen kann: es liegt mehr Verdienst in der Idee als in der Ausführung". Das erinnert an die Erfindung des Autos, Jahrzehnte vor Daimler und Benz gab es erste Versuche, diese funktionierten jedoch nicht, blieben alle paar Meter stehen. Daimler und Benz haben es als erste geschafft aus der Idee ein funktionierendes Fahrzeug zu bauen. Das ist in der Taucherei von der Idee bis zur funktionierenden Ausrüstung, nicht anders gewesen.

Gruß,
Franz

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Di 1. Okt 2019, 15:16
von MJung
Ich habe mich inzwischen etwas mit der Entwicklungsgeschichte der Pumpen beschäftigt. Die Annahme von 40 bar Druck in den Windkesseln um 1792 erscheint mir inzwischen als deutlich zu hoch gegriffen. Erst 1819 erreichte man einen Druck von 30 bar.
Um die Jahrhundertwende 17/18. Jahrhundert hatten Blasebälge, die im Wesentlichen ausgelegt waren, um viel Volumen und weniger Druck zu erzeugen, den Höhepunkt in ihrer Entwicklung erreicht. Die Kolbenpumpen hatte noch einen langen Weg vor sich. Pumpen mit großem Durchmesser für statische industrielle Anwendungen waren während der Industrialisierung entstanden. John Smeaton (1779) im Norden Englands war die erste, die eine Kolbenpumpe mit sehr kleinem Volumen einsetzte und das Design immer weiter verbesserte.
John Rennie (1815) hatte an der Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades durch Hinzufügen eines Einweg-Einlassventils (Klappe) an der Pumpe einen großen Anteil. Noch bessere Pumpen kamen erst ab ca. 1840 auf. 1839 konnte man einen Druck von 100 bar erzeugen.
Als vorläufige Erkenntnis daraus halte ich einen maximal erreichbaren Druck von 20 bar als naheliegend, als Schultes seine Erfindung machte.

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Di 1. Okt 2019, 16:58
von Franz
Hallo Michael,

die Leistung der Pumpen gehen auch aus deinem Buch hervor, 1792 werden 20 bar genannt, höhere Drücke erst Jahrzehnte später. D.h. die Ausrüstung von Schultess hätte erst in den 1810er Jahren funktioniert.

Es gibt noch ein anderes Problem. Schultes geht von einem Luftverbrauch von 8 Unzen pro Stunde aus (Seite 51, linke Spalte ganz unten). 1 Unze entspricht 28,35 g, 8 Unzen also 226,8 g, das entspricht 175 Liter Luft (1 l Luft wiegt 1,293g). 175 Liter pro Stunde ergeben nur 3 Liter pro Minute. Es ist mir rätzelhaft wie man auf einen solch niedrigen Wert kommt, denn die 8 Unzen beziehen sich auf verschiedene praktische Versuche anderer. Vielleicht verstehe ich hier etwas falsch, waren die Unzen damals schwerer. . . ?

: )
Franz

Re: Rekonstruktion der Tauchausrüstung von Joseph Schultes

BeitragVerfasst: Do 3. Okt 2019, 16:46
von MJung
Man kann dies auch über das Volumen berechnen. 12.000 Kubikzoll entsprechen 197 Liter pro Stunde also 3,3 Liter pro Minute. Damit kommt man nur aus, wenn man keine Arbeit leistet und das Luftvolumen im Helm mehrmals atmet, bis der Sauerstoff verbraucht ist. Dann lässt man reinen Sauerstoff aus den Kugeln nachströmen um die Helmluft wieder aufzufrischen. Das war sein theoretische Ansatz. In der Praxis muss man natürlich mit einem erheblichen höheren Luftverbrauch rechnen. Wir sehen aber auch daran, das Schultes ein reiner Theoretiker war, der sein Wissen aus einer Vielzahl von zeitgenössischen wissenschaftlichen Schriften zusammensetzte. Es fehlte im das Experiment um sein Konzept zu testen und zu verbessern.