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2025-08-14T21:13:17Z

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Der '''Watt-Mechanismus''' (nach seinem Erfinder [[James Watt]]) ist ein [[Koppelgetriebe]]. Es setzt sich zusammen aus dem ''Watt[[gestänge]]'' und dem ''Watt-[[Parallelogramm]]'':
* das Wattgestänge ist ein [[Maschinenelement]] zur Umwandlung einer [[Rotation (Physik)|rotatorischen Schwenkbewegung]] in der Ebene in eine angenähert [[Translationsbewegung|geradlinige Bewegung]] ([[Geradführung]])
* das Watt-Parallelogramm skaliert die Bewegung des Wattgestänges.<ref name="Reuleaux_2_1900" />
Die Umsetzung der Bewegung durch das Wattgestänge und die Vergrößerung des [[Hub (Mechanik)|Hubs]] durch ein Parallelogramm sind zwei unabhängige Mechanismen, die auch separat verwendet werden können. Diese funktionelle Trennung wurde lange Zeit verwischt, so dass in zahlreichen älteren Veröffentlichungen der Watt-Mechanismus insgesamt als Watt-Parallelogramm bezeichnet wurde.<ref name="Reuleaux_2_1900">{{Literatur |Autor=Franz Reuleaux |Titel=Lehrbuch der Kinematik |TitelErg=Die praktischen Beziehungen der Kinematik zu Geometrie und Mechanik |Band=2 |Verlag=Friedrich Vieweg und Sohn |Ort=Braunschweig |Datum=1900 |Seiten=302 ff. |Online=[https://archive.org/details/lehrbuchderkine02reulgoog archive.org] |Format=PDF |KBytes=41200 |Abruf=2011-08-07 |Kommentar=829 Seiten zum Blättern, Lesen und Herunterladen}}</ref>

Andere mechanische Konstruktionen, die ähnlich wie das Wattgestänge eine rotatorische Schwenkbewegung in eine geradlinige Bewegung umsetzen, sind der [[Inversor von Peaucellier]] und das [[Tschebyschow-Mechanismus|Tschebyschow-Parallelogramm]].

== Wirkungsweise ==
=== Wattgestänge ===
[[Datei:Watts Linkage.gif|mini|Wattgestänge (Animation)]]
Das Wattgestänge ist der eigentliche Mechanismus, der die Bewegung eines Punktes auf einem Kreisbahnabschnitt in eine Bewegung auf einer [[Lemniskate]] umsetzt. In einigen Einsatzbereichen wird das Wattgestänge deshalb auch als ''[[Lemniskatenlenker]]'' bezeichnet (s. u. Anwendungen). Für kleine [[Auslenkung]]en ist die Bahn der Lemniskate annähernd geradlinig.

Das obere Diagramm zeigt den Bewegungsablauf eines Wattgestänges ohne Parallelogramm. Hier bewegen sich die Endpunkte von L1 und L3 auf Kreisbahnen, der Punkt P auf einer Lemniskate.

Im unteren Diagramm besteht das Wattgestänge nur aus den beiden festen Punkten A und G, den beiden [[Hebel (Physik)|Hebeln]] AB und EG, die sich in A und G drehen können, und dem Hebel BE, der an seinen Endpunkten drehbar (!) mit den beiden genannten Hebeln verbunden ist. Wenn der Hebel AB hin- und hergedreht wird, bewegt sich Punkt F fast auf einer geraden Linie auf und ab. Und umgekehrt: wenn sich Punkt F auf einer fast geraden Linie auf und ab bewegt, wird der Hebel AB hin- und hergedreht.

=== Watt-Parallelogramm ===
{{Mehrere Bilder
| Breite = 220
| Bild1 = watt-parallel-motion.png
| Untertitel1 = Wattsches Gestänge und Parallelogramm (Schema)
| Bild2 = Watts Parallel Motion Linkage.gif
| Untertitel2 = Wattsches Gestänge und Parallelogramm (Animation)
}}
Das '''Watt-Parallelogramm''', genannt auch '''Wattsches Parallelogramm''', wird im Diagramm von den Punkten BCDE gebildet, wobei alle vier Eckpunkte drehbare [[Gelenk (Technik)|Gelenke]] sind. Es hat die Funktion eines [[Pantograf]]en – da die Punkte A, F und D bei passender Länge von CD auf einer [[Gerade]]n liegen und der Abstand von A zu D immer [[proportional]] dem Abstand von A zu F ist, vollführt also D die gleiche Bewegung wie F, nur „vergrößert“. Wenn sich F auf einer (beinahe) geraden Linie bewegt, dann also auch D – der Punkt, der mit dem [[Kolben (Technik)|Kolben]] H verbunden ist.

Zum Betrieb einer [[Maschine]] wäre das Parallelogramm streng genommen nicht nötig – man könnte die Stange, die am Kolben H beginnt, auch direkt mit F verbinden. Das hätte aber zur Folge, dass der [[Kolbenhub]] sehr viel geringer wäre oder, um den gleichen Hub zu erzielen, die Punkte B, E und vor allem G sehr viel weiter nach rechts wandern müssten, was den Platzbedarf der Maschine deutlich vergrößern würde.
{{Absatz}}

== Anwendungen ==
Die Erfindung wirkte sehr schnell über die Dampfmaschine hinaus, denn die [[Wandler|Wandlung]] von Bewegungsarten hat generell zentrale Bedeutung in der [[Technik]].

Das Wattgestänge (ohne das Parallelogramm) wird verschiedentlich an Autos mit [[Starrachse]] oder mit [[Verbundlenkerachse]] zur Radführung verwendet, um eine Längs- oder Seitwärtsbewegung des Achskörpers zu verhindern. Die Vertikalbewegung der Achse entspricht damit sehr viel besser einer senkrechten geraden Linie als etwa bei Verwendung eines [[Panhardstab]]s. In Längsrichtung eingebaut wirkt es auch als [[Querachse|Bremsnickausgleich]].
<gallery>
Wattslinkage.svg|Wattgestänge an einer Autoachse, schematisch.
GSFRRearViewUnderCropped.jpg|Wattgestänge an einer Hinterachse ([[Ford Ranger]] EV, 1998).
Watt's Linkage Rear Suspension.gif|… und animiert.
</gallery>
In gleicher Weise wird das Wattgestänge unter dem Namen [[Lemniskatenlenker]] bei [[Schienenfahrzeug]]en eingesetzt, um die [[Radsatzlager]] insbesondere in [[Drehgestell]]en zu führen, die Radsätze parallel zu halten und die Zug- und Bremskräfte zu übertragen.
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Lemniskatenlenkung.svg|Lemniskatenlenker an einem Radsatzlager bei Schienenfahrzeugen (Prinzip)
Suspension train watt.svg|Radsatzlager mit Lemniskatenlenkern
Truck-FS008.jpg|[[Jakobs-Drehgestell]] mit Lemniskatenlenkern (Typ 7000, Odakyu Electric Railway)
</gallery>

== Historische Herleitung ==
[[Datei:The Kinematics of Machinery Fig 1.png|mini|Original-Handzeichnung von James Watt in einem Brief an seinen Sohn vom 10. November 1808 über den Entwicklungsprozess zum Wattgestänge.<ref name="Reuleaux_1_1875">{{Literatur |Autor=Franz Reuleaux |Titel=Theoretische Kinematik |TitelErg=Grundzüge einer Theorie des Maschinenwesens |Band=1 |Verlag=Friedrich Vieweg und Sohn |Ort=Braunschweig |Datum=1875 |Seiten=6 |Online=[https://archive.org/details/theoretischekin01reulgoog archive.org] |Format=PDF |KBytes=20800 |Abruf=2010-04-26 |Kommentar=684 Seiten zum Blättern, Lesen und Herunterladen}}</ref><ref name="Muirhead_1858">{{Literatur |Autor=James Patrick Muirhead |Titel=The Life of James Watt |TitelErg=with Selections from his Correspondence |Verlag=John Murray, Albemarle Street |Ort=London |Datum=1858 |Kapitel=XIX |Seiten=294 |Online={{Google Buch | BuchID=_b8GAAAAYAAJ}}}}</ref> ]]
Zur [[Leistung (Physik)|Leistungs]]<nowiki />steigerung der von ihm konstruierten [[Dampfmaschine]]n suchte [[James Watt]] nach Möglichkeiten, den [[Zylinder (Technik)|Zylinder]] seiner Maschine nacheinander von beiden Seiten mit Dampf anzuströmen, um so neben der damals üblichen aktiven Abwärtsbewegung des Zylinders auch eine aktive Aufwärtsbewegung des Zylinders erzeugen zu können. Man spricht in diesem Fall von einem [[Doppeltwirkende Maschine|doppeltwirkenden Zylinder]]. Hierfür benötigte Watt eine ''starre'' Kupplung des Zylinders mit dem [[Balancier]]; die bis dahin übliche Kupplung mittels einer [[Kette]] konnte nur abwärts ziehende Kräfte des Zylinders übertragen.

Der von Watt 1784 erfundene Watt-Mechanismus enthält das Wattgestänge, das die Rotationsbewegung des Balanciers in die geradlinige Bewegung des Zylinders umwandelt. Hierbei bedarf es in der Regel einer Größenanpassung: diese wird vom Watt-Parallelogramm geleistet, das die Bewegung des Wattschen Gestänges derart skaliert, dass die [[Kolbenstange]] der Maschine mit dem um einen festen [[Drehpunkt]] hin- und herschwingenden Balancier verbunden werden kann.

James Watt schrieb über seine Erfindung: „Obwohl ich um Ruhm mich nicht sorge, bin ich doch auf die Parallelbewegung stolzer als auf irgendeine Erfindung, die ich gemacht habe.“<ref name="Muirhead_1858" />

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [https://www.mathe-online.at/materialien/karlheinz.haas/files/FamousCurves/Lemniskate.html Eine Animation der Lemniskate zur Erläuterung der Funktion des Wattschen Parallelogramms] (Java-Applet) Zur Erläuterung: Der Punkt E lässt sich mit dem Mauszeiger anfassen und um den Mittelpunkt A des blau gezeichneten Kreises drehen. Der hier interessierende Teil der Lemniskate ergibt sich dann aus den geraden Abschnitten der 8-förmigen Kurve.

[[Kategorie:Maschinenelement]]
[[Kategorie:Dampfmaschinentechnik]]
[[Kategorie:James Watt]]
[[Kategorie:Koppelgestänge]]
[[Kategorie:Getriebe]]

Watt-Mechanismus - Versionsgeschichte

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