Wie der Windkessel vor 300 Jahren die Feuerwehr revolutionierte

Feuerwehren gibt es seit Hunderten von Jahren. Die Wiener Berufsfeuerwehr gilt als die erste ihrer Art und wurde bereits 1686 gegründet. Insbesondere im 18. Jahrhundert entstanden sie in Städten. Ab dem 17. Jahrhundert wurde mit Schläuchen und Handpumpen gearbeitet. Dann kam mit dem Windkessel eine Revolution. 

Statt schubweise, wie mit einer Handpumpe, produzierte der Windkessel einen kontinuierlichen Wasserstrahl durch den Schlauch. Erstmals soll der vermeintliche Erfinder Richard Newsham ein Feuerwehrfahrzeug mit einem solchen Instrument ausgestattet haben. 1721 und 1725 wurde dafür ein entsprechendes Patent angemeldet. 

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Die beiden Physiker Trevor Lipscombe von der Catholic University of America und Don S. Lemons vom Bethel College in North Newton haben sich diesen Windkessel genauer angesehen. Dafür analysierten sie erhaltene Instrumente, moderne Versuche und historische Aufzeichnungen. Dabei konnten sie zeigen, dass Wasser mit stabilem Druck durch den Schlauch kam.

Wie das Herz Blut durch die Arterien pumpt

Ein Windkessel entlehnt sein Prinzip der Funktion von Herz und Arterien. Obwohl das Herz schubweise Blut durch sich hindurchpumpt, ist der Druck konstant. Grund dafür ist, dass in den elastischen Arterien wie der Aorta Luftkammern entstehen, die den Blutdruck konstant halten. 

Das ist auch das Prinzip des Windkessels. In den Stahlkessel wird Wasser gepumpt, wodurch der Luftdruck im Gefäß erhöht wird. In den Phasen, in denen über die Handpumpe kein Wasser eingespritzt wird, drückt die komprimierte Luft nach unten und es fließt weiter Wasser aus dem Kessel durch den Schlauch.

In ihrer Studie schreiben die beiden Forscher, dass ohne einen Windkessel der Wasserdruck Schwankungen von 80 Prozent gehabt hätte. Damit gab es Phasen, in denen der Druck 100 Prozent betrug und Phasen mit nur 20 Prozent. Mit dem Windkessel betrugen die Schwankungen lediglich 16 Prozent, was laut den Physikern kaum bemerkbar wäre. 

Der mysteriöse "Saugwurm"

Sie merken an, dass vor dem Windkessel noch eine weitere Erfindung einen kontinuierlichen Wasserstrahl versprach. Für den „Saugwurm“ (sucking worm) des Niederländers John Lofting wurde bereits ab 1714 geworben. Er soll einen 400 Fuß (122 Meter) hohen, stetigen Wasserstrahl erzeugt haben, heißt es in einer historischen Werbeanzeige. 

Da aber kein solcher „Saugwurm“ erhalten geblieben ist, bleibt auch die Funktionsweise im Dunkeln. Da in einem Patent von 1690 nur von einer Handpumpe und nicht von einem zweiten Gerät die Rede war, das wie ein Windkessel den Wasserstrahl reguliert, zweifeln die Forscher an der Wahrhaftigkeit der Werbeversprechen.

"Wofür soll ich das brauchen?"

Die Studienautoren merken an, dass ihre Berechnungen noch nicht beachten, wie der Windkessel mit Temperaturschwankungen umgeht. Trotzdem betonen sie, wie sich mit dem Windkessel einfache Physik-Anwendungen demonstrieren lassen, die seit über 300 Jahren nützlich sind. Allerdings würden sie bisher im Unterricht fehlen, obwohl sie ein ideales Beispiel und eine anschauliche Antwort auf die Frage "Und wofür soll ich das mal brauchen?" wären. Die Studie erschien im Fachmagazin American Journal of Physics.