Der Pirelóforo und der Rubin
Alle Uhren haben Rubine. Wir alle wissen, dass es sich heute nicht um natürliche Rubine handelt. Zum Glück wissen wir inzwischen auch alle, dass die Qualität einer Uhr nicht an der Zahl ihrer Rubine gemessen wird. Dennoch gibt es zu diesem Thema noch viel zu entdecken.
Wussten Sie, dass das „Saphirglas“ einer Uhr aus demselben Material besteht wie künstliche Rubine? Wussten Sie, dass Rubine eigentlich Aluminiumoxid sind?
Die Herstellung dieser künstlichen Rubine, die wir heute in Uhren finden, wurde erst durch die Entwicklung sehr leistungsstarker Öfen möglich, die Anfang der 1900er-Jahre 2400ºC erreichten. Damals war auch weltweit bekannt, dass der leistungsstärkste Ofen (3800ºC) von einem portugiesischen Priester gebaut worden war und Pirelóforo hieß.
Wussten Sie, dass die Rubine für mehr als 1200 Uhrwerke in Portugal hergestellt werden, bei CIMD?
EIN UHRWERKSMECHANISMUS
Die erste Maschine wurde in der Tapada da Ajuda in Lissabon aufgebaut; sie erreichte 2000ºC und konnte Basalt schmelzen. Die endgültige Version erreichte 3800ºC und konnte jedes Gestein und jedes Metall schmelzen. Was uns hier jedoch wirklich interessiert, ist, dass dieser Apparat auf einem komplizierten Uhrwerksmechanismus ruhte, der es der gesamten Konstruktion ermöglichte, der Bewegung der Sonne im Laufe des Tages zu folgen, ebenso wie der Position des Kastens gegenüber den Reflexionsspiegeln.
DER PIRELÓFORO
Als Kinder haben wir alle entdeckt, dass eine Lupe in der Sonne – aus der Sicht einer Ameise – zur schrecklichsten tödlichen Waffe werden kann. Nun, 1904 wurde auf der Weltausstellung in St. Louis in den Vereinigten Staaten eine portugiesische Erfindung ausgezeichnet, die diese Idee auf die Spitze trieb: eine Erfindung, die alle existierenden Gesteine und Metalle schmelzen konnte, und das allein mit Sonnenenergie. Der Erfinder war Padre Himalaya (Manuel António Gomes) aus Cendufe, die Erfindung der Pirelóforo. Der Pirelóforo bestand aus einer Reihe parabolisch angeordneter Spiegel, die das Licht auf einen einzigen Punkt in einem Kasten/Ofen lenkten, in den die zu schmelzenden Stoffe gelegt wurden. Anders als bei der Lupentechnik war der Pirelóforo jedoch 13 Meter hoch und folgte den Bewegungen der Sonne mithilfe eines Uhrwerksmechanismus. Diese Weltausstellung fand 1904 in den USA statt, und der Pirelóforo hatte eine Parabel von 80m², 6177 Spiegel und maß 13m; es ist beeindruckend, sich die gesamte Logistik vorzustellen, die für den Transport und den Aufbau des Apparats nötig war. Auf einem der Fotos oben sieht man das 13m hohe Spiegelsystem auf einem Schiff montiert. Nach Angaben von Padre Himalaya selbst kostete dieser gesamte Transport und Aufbau damals 40 Contos in harter Währung. Die Maschine wurde im Mai 1904 verschifft und war im August desselben Jahres fertig aufgebaut.
PATRIOTISCHER STOLZ UND DER DIEBSTAHL DES PIRELÓFORO
Am Ende der Ausstellung in St. Louis wurde der Apparat abgebaut und in einem Lagerhaus untergebracht, während Padre Himalaya die folgenden zwei Jahre damit verbrachte, Kontakte zu Wissenschaftlern zu knüpfen und Vorträge in den Vereinigten Staaten zu halten. Bei seiner Rückkehr stellte er fest, dass der Pirelóforo trotz seiner enormen Größe gestohlen worden war. Es war damals eine Erfindung von beträchtlichem Wert. Während der Ausstellung hatte er aus patriotischem Stolz ein Angebot zur Einbürgerung als Amerikaner abgelehnt, ebenso wie ein weiteres Angebot der Japaner über 350 Contos zum Kauf des Apparats.
DIE PATENTE
Trotz des Diebstahls des Pirelóforo wurde das Patent in den USA unter der Nummer 707891 eingetragen, was nicht verhinderte, dass nach dem Diebstahl in St. Louis in den USA gleiche Apparate kleinerer Größe auftauchten. In Portugal wurde er unter dem Patent 3746 eingetragen. Hier die mögliche Übersetzung des Textes und der Abbildungen des amerikanischen Patents:
US-PATENT 707891
„An alle, die es angeht:
Hiermit sei bekannt, dass ich, MANUEL ANTÓNIO GOMES HIMALAYA, Ingenieur, Untertan des Königs von Portugal, wohnhaft in der Rue de Buzenval 13, Boulogne-sur-Seine, Departement Seine, Französische Republik, einen gewissen neuen und nützlichen Sonnenapparat zur Erzeugung hoher Temperaturen erfunden habe, von dem das Folgende eine vollständige, klare und genaue Beschreibung ist.
Diese Erfindung betrifft einen Sonnenapparat zur Erzeugung hoher Temperaturen, insbesondere bei metallurgischen und chemischen Untersuchungen, die höhere Temperaturen erfordern als die gewöhnlicher Öfen, einschließlich des elektrischen Ofens.
Der Apparat umfasst eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, dass sie die Sonnenstrahlen auf einen begrenzten Brennpunkt in der Mitte eines Ofens, Tiegels oder sonstigen Empfängers bündelt; dieser Ofen oder sonstige Behälter kann auf Wunsch vollständig außerhalb des Reflektorsystems angeordnet werden.
Er umfasst ferner Mittel zum Einstellen oder Ausrichten des Apparats, um die Bündelung der Strahlen auf den gewählten Brennpunkt unabhängig von der Höhe der Sonne über dem Horizont aufrechtzuerhalten.
Er umfasst außerdem eine Art Ofen oder Wärmeempfänger, der eigens für den Zweck meiner Erfindung gebaut ist.
Ich beschreibe nun meine Anordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die Figur 1 ein Schnitt durch die Achse eines Rotationsparaboloids ABG ist, dessen scheitelnaher Teil entlang X Y senkrecht zur Achse abgeschnitten ist und aus dem ein abgestumpfter Sektor ab 0 (Z ausgeschnitten ist, der einen wesentlichen Teil des Apparats bildet. Die Fig. 1, 1 und 1 sind Ansichten, die Abwandlungen in der Form der den Reflektor bildenden Elemente zeigen.
Die Fig. 2 zeigt im Grundriss und in verkleinertem Maßstab dasselbe abgestumpfte Paraboloid ABXY der Fig. 1, aufgeteilt in acht Sektoren S bis S, die auf einer waagerechten Achse DD montiert sind, senkrecht zur Achse des Rotationsparaboloids auf der Höhe des Brennpunkts Z angeordnet und von zwei Säulen 1 1 getragen, die auf der kreisförmigen Bahn 2 verschoben werden können.
Die Fig. 3 zeigt im Grundriss und in Arbeitsstellung den abgestumpften Paraboloidsektor abcd der Fig. 1 und 2, der die Sonnenstrahlen in einen Tiegel E lenkt, bei senkrecht stehender Sonne.
Die Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie MN der Fig. 3.
Die Fig. 5 ist eine abgewandelte Form der nachfolgend gezeigten Anordnung.
Die Fig. 6 (kein Bild verfügbar) ist eine Vorderansicht des Reflektorsystems der Fig. 5 und im Schnitt entlang der Linie PQ der Fig. 1.
Die Fig. 7 zeigt, teilweise im senkrechten Schnitt, zwei Rücken an Rücken angeordnete Reflektorsysteme, die zwei Brennpunkte in zwei symmetrisch gegenüberliegenden Öfen bilden.
Die Fig. 8 ist eine Draufsicht in verkleinertem Maßstab auf die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer reflektierenden Fläche, die aus einem Sektor eines Rotationsparaboloids a 6 0 (Z, Fig. 1. gebildet ist, der ein kegelförmiges Bündel von Sonnenstrahlen a 5 Z, Fig. 2 bis 8, zurückwerfen kann, mit einem so spitzen Scheitelwinkel, dass der Brennpunkt Z in der Mitte des Ofens oder sonstigen Empfängers E entsteht und eine sehr hohe Temperatur erzeugt. Das Rotationsparaboloid und ähnliche Flächen sind zwar die ideale Form eines optischen Apparats, um die Sonnenstrahlen in einem physikalisch vollkommenen Brennpunkt zu bündeln, sie können jedoch keinen praktisch nutzbaren Brennpunkt bilden, weil die reflektierten Strahlen, die den Brennpunkt von allen Seiten der Figur erreichen, nicht in der Mitte eines Ofens oder Empfängers zum Erhitzen gebündelt werden können. Sie können nur rund um und außerhalb eines Tiegels oder Kessels heizen. Auf diese Weise sind die erzielten Temperaturen verhältnismäßig gering, und die Wärmeverluste durch Strahlung und Reflexion sind sehr erheblich. Meine Erfindung beruht auf dem Prinzip, das Rotationsparaboloid in so viele Teile zu zerlegen, wie nötig sind, um einen Paraboloidabschnitt zu erhalten, der einen praktischen und leicht nutzbaren Brennpunkt für metallurgische Untersuchungen und für alle Zweige der industriellen Prüfung liefert, in denen sehr hohe Temperaturen erforderlich sind. Dieses Ergebnis wird erzielt, indem man ein Rotationsparaboloid am Scheitel entlang der Linie XY, Fig. 1, abschneidet, den so erhaltenen Paraboloidstumpf beispielsweise in acht Teile oder Sektoren S bis S, Fig. 2, teilt und einen dieser Sektoren in geeigneter Weise einstellt oder ausrichtet, wie noch beschrieben wird. Die Öffnung oder der Bogen dieses Paraboloidsektors ab 0 d, den ich der Einfachheit halber Reflektor nenne, Fig. 1, 2 und 3, beträgt vorzugsweise etwa fünfundvierzig Grad, kann aber je nach den Umständen größer oder kleiner sein. Dieser Sektor kann an einer oder mehreren Seiten oder an allen Seiten beschnitten werden und nimmt in diesem Fall die Form eines Stumpfes eines Paraboloidsektors an, wie in den Zeichnungen dargestellt, oder die eines Kreises, einer Ellipse, eines Vielecks oder eine andere Form. Dieser Reflektor kann aus einem oder mehreren Teilen oder Elementen eines Paraboloids gebildet sein, deren Form variieren kann; das heißt, jedes der Elemente, die den Reflektor bilden, kann die Form eines Trapezes K haben, wie in den Fig. 1 bis 8 dargestellt, oder die eines Kreises, Fig. 1.“
DER SYNTHETISCHE RUBIN
Drei Jahre vor der Präsentation des Pirelóforo, im Jahr 1902, gelang Auguste Verneuil eine Leistung, die die Uhrmacherei bis heute verändern sollte. Dieser französische Chemiker, Professor am Conservatoire des Arts et Métiers in Paris, stellte erstmals synthetische Rubine durch ein Sinterverfahren her. Die Schwierigkeit bei der Herstellung der ersten synthetischen Rubine, die noch heute in allen mechanischen Uhren verwendet werden, liegt darin, dass das Material, aus dem sie bestehen, Aluminiumoxid, auf 2400ºC erhitzt werden muss. Erst mit der Entwicklung eines Ofens, der diese Temperaturen erreichen konnte, war die Herstellung dieses neuen Materials möglich. Hätte Auguste Verneuil Padre Himalaya und seinen Pirelóforo, der 3800ºC erreichte, gekannt, hätten vielleicht beide von den Entdeckungen des anderen profitiert.
RUBINE und UHRGLÄSER
Synthetische Rubine sind, wie ihre natürlichen Gegenstücke, Korunde, also Aluminiumoxid. Im industriellen Herstellungsprozess durchläuft der Grundstoff Tonerde (Aluminiumoxid) eine Reihe von Arbeitsschritten, nämlich Reinigung, Erhitzung, Schmelzen und Kristallisation, aus denen birnenförmige Stücke künstlichen Rubins hervorgehen. Chromoxid wird zugesetzt, um die rote Farbe natürlicher Rubine zu erhalten. Bei Saphirgläsern ist das Verfahren dasselbe, jedoch ohne Zusatz von Chromoxid. Die Herstellung in großem Maßstab ermöglichte reichliche Mengen dieser synthetischen Steine, deren Qualität gleichmäßiger ist als die der in der Natur vorkommenden. Der Schmuckhandel nimmt den Großteil dieser Steine ab. In der Uhrmacherei entstanden die Kosten der Rubine vor allem durch die Arbeit, die nötig war, um sie zu bohren und einzusetzen, da die Rohstoffkosten relativ niedrig waren. Dabei ist zu beachten, dass vom Anfang bis zum Endprodukt etwa 90% des Rubins verloren gehen und nur die restlichen 10% für Uhren verwendbar sind. Bis 1930 wurden die Rubinsteine in Messingfassungen gesetzt; später setzte sich die Technik durch, sie (durch Einpressen) direkt in die Platinen zu treiben, was die Produktionskosten weiter senkte.
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Bibliografie und Quellen
Dokumentarfilm:
À Porta da História Padre Himalaya|Folge 713 Dez. 201 - ansehen (25min)
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Blogs:
Literatur:
ARAUJO, A, Lopes - Centenário do Nascimento do Padre
Manuel António Gomes Himalaia, Arcos de Valdevez, 1972.
COSTA, Avelino de Jesus da, Eintrag „Himalaia“ in Dicionário de História de Portugal (Hrsg. Joel Serrão), Lisboa, Iniciativas Editoriais, 1965, Bd. II
GOMES, (HIMALAIA) - Manuel António, Mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande d'un Brevet d'Invention (...) par Monsieur Himalaya, (maschinenschriftlich), Paris, 1899.
GONÇALVES, José - O sábio inventor português Himalaia, Braga, o. J.
MESQUITA, Alfredo de - „O Padre Himalaya e o seu Invento“, in Serões, Nr. 1, Livraria Ferreira e Oliveira, Lda., Lisboa, Juli 1905, S. 23-27.
New York Times - Ausgabe vom 12. März 1905.
TINOCO, Alfredo, - „O Padre Himalaia - Um precursor português do aproveitamento da Energia Solar. O Pirelióforo“, in Actas e Comunicações do I Encontro Nacional sobre o Património Industrial, Bd. II, S. 95-108, Coimbra Editora, 1990.
VILLECHENON, Florence Pinot de - Les Expositions Universelles, P.U.F. Paris, 1992.
Hemeroteca Digital de Lisboa http://hemerotecadigital.cm-lisboa.pt
Occidente – Revista Illustrada de Portugal e do Estrangeiro, 29. Jahrgang; Band XXIX; Nr. 1003 – 10. Nov. 1906
Serões – Revista mensal illustrada Nr. 1 – Juli 1905
Portugal na Exposição Universal de 1904 – O padre Himalaia e o Pirelióforo; Text von Alfredo Tinoco; Cadernos de Sociomuseologia; Nr. 42 – 2012. Verfügbar unter http://recil.grupolusofona.pt/handle/10437/4545
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