Kvicksilverlagring

Från fyrwiki
Hoppa till: navigering, sök

kvicksilverlagring är en lågfriktionslagring använd för fyrlinser. Linsen flyter likt en båt. Den drevs runt nästan utan friktion! Denna typ av lagring användes i Sverige och i andra länder för tyngre linser.

Kvicksilverlagring nådde marknaden på 1890-talet och fick stort genomslag i ”alla” fyrväsenden. Den medgav skapandet av nya linskonstruktioner och nya fyrkaraktärer, något som var nödvändigt för fortsatt utbyggnad av kusternas upplysning. Nylig utveckling av alternativ teknik och fokus på hälsa och miljö har gjort att kvicksilverlagringen ersätts.


Symbol fyr.jpg Fotogenlamp ritad.jpg Historik.jpg Kompassros ritad.jpg

Linsen till fyren Tarbatt konstruerades av David Alan Stevenson. Foto L Elsby
Den roterande massan bärs upp av små hjul. Foto L Elsby
På vänstra delen av figuren ses linsens roterande massa bäras upp av små hjul. På den högra flyter linsen på kvicksilver i en dito lagring. Ursprung IALA. Bearbetning L Elsby
Kullens kvicksilverlagrade lins av 1:a ordningen. Leveransfoto BBT, Paris. Arkiv Sjöfartsverket
Bi-formlins är en lins i två våningar. Fanns bland annat på finska fyren Yttergrund. Barbier BBT Arkiv World Lighthouse Society

Varför kvicksilverlagring

Sjöfarande använder fyrar för bestämning av sitt läge och för korrektion av kurs och fart. Med den ökande fartygstrafiken på 1800-talet behövdes fler fyrar. För att kunna skilja dem åt i nattens mörker behövdes fler fyrkaraktärer. Vad som då stod till buds var fast sken eller någon form av blänk. Blänken alstrades antingen med omgående spegel- eller linsfyrar. Det var vad som fanns.

Exempelvis Kullens fyr hade år 1843 en apparat med en omloppstid av 8 minuter som gav ”blänkar vardera av omkring 1/2 minuts varaktighet och med 1 1/2 minuts långa mörka mellantider”. Ljuset på Fårö hade 1846 en omloppstid av 8 minuter ”varunder fyren visar 4 starka sken, vardera av omkring 1/2 minuts varaktighet, med mörka mellantider av omkring 1 1/2 minut.” Hoburg hade 1845 en omloppstid av 8 minuter och gav ”1 blänk à 30 sekunder var annan minut.” Fyren ”försvann” alltså regelbundet för den sjöfarandes åsyn i minutlånga pauser.

För fyrljuset användes en brinnande låga. Ju större, desto kraftigare ljus. Samtidigt bildades mer värme. Då behövdes ett större ”säkerhetsavstånd” till linsen. Alltså, för att få större lysvidd krävdes inte bara en kraftigare låga utan också en större lins. Större betyder tyngre. En lins av 1:a ordningen är en "maffig pjäs". Exempelvis har Kullen en omgående lins som väger totalt 6 ton.

För att lagra en lins så att den kan rotera har man ett par alternativ:

- glidlager
- små ”hjul”
- kullager / rull-lager
- och kvicksilverlagringen

Glidlager för en lins på några ton medförde en alldeles för hög friktion. Kullager / rull-lager kunde vid denna tid bara bära en mindre lins. På mitten av 1800-talet lagrades en tyngre lins på ett antal små "hjul" som placerats under linsen. De löpte på en "bana" runt linspelaren. Linsens vikt vilade på hjulen. Kraften för driften överfördes från ett tungt lod via ett kraftigt urverk.

Egentligen var det fyrvaktaren som drev linsen runt. Slit och släp. Denne vevade ju upp lodet, som sedan magasinerade och matade ut kraften. Men det var inte bara fyrvaktaren som belastades. Med stor lins krävdes kraftigare urverk. Med högre rotationshastighet krävdes större lod och ett ännu kraftigare urverk. Trots smörjning utsattes det för ett stort slitage.

Utvecklingen av kvicksilverlagring löste många problem. För fyrar som Kullen och Hoburg kunde man nu åstadkomma ett varv, inte på 8 minuter, utan på 15 sekunder! Ett fantastiskt framsteg! Det gav en blixt var 5:e sekund. Och det nästan helt utan friktion! För att "starta" en sådan lins krävdes bara kraften av ett lillfinger och linsen fortsatte att rotera en minut om drivningen kopplats bort. Fantastiskt det också!!

Princip

KvicksilerLagringRitad4.jpg

Principen för kvicksilverlagring. Figur L Elsby

Principen för kvicksilverlagring är enkel. Konstruktionen består av tre delar: en ”gryta”, en flottör och en tillräcklig mängd kvicksilver. På flottören vilar linsen.

  • Grytan tillverkas i gjutjärn och har en cirkulär urgröpning.
  • Den ihåliga flottören påminner om en rund frälsarkrans och tillverkas i gjutjärn.
  • Ytorna på gryta och flottör bearbetas i en svarv. Passningen mellan flottör och gryta är ganska liten, cirka 2 – 4 millimeter. Det är detta utrymme, plus lite mer, som fylls med kvicksilver.
  • Flottör och gryta täcks av ett ”lock”, som hindrar damm, smuts och ”havsångor” att tränga in.

I förstone kan det tyckas märkligt att 20 liter vätska kan lyfta flera ton. Archimedes princip säger att den undanträngda vätskan väger lika mycket som vikten av den nedsänkta kroppen. Och i detta fall är vätskan 13,6 gånger ”tyngre” än vatten. Då blir 20 liter 272 kg. Men hur kan den ”lilla” mängden lyfta flera ton? Det måste finnas ett knep?! Och det gör det.

Mellan gryta och flottör bildas en yttre och en inre spalt. Fyllningen med kvicksilver görs här i en sådan mängd att flottören lyfter några millimeter från grytans botten. Rätt dimensionerad skall kvicksilvret då inte ha stigit mer än till grytans halva höjd. Och kroppens = flottörens nedsänkta djup är höjden vätska i spalten, höjden som krävs för att flottören skall lyfta. Det gånger spalternas yta ger volymen och därmed den undanträngda vätskans vikt. I och med att spalten är smal och flottören svävar nära botten är volymen inte så stor. Därför räcker det med en liten mängd vätska, i exemplet Kullen 20 liter, för att lyfta en stor tyngd. Det förstod man år 1825!

Det fantastiska med kvicksilverlagringen är den låga friktionen och att den är nästan ljudlös. Det är bara det svaga surret från drivningen som hörs. Till konstruktionen kommer ett antal ytterligare funktioner, ungefär samma som behövs för linser med annan lagring. För att leda bort värmen från fyrljuset har lanterninen god ventilation. Samtidigt vädras andra ångor bort.

Hur det började

Idén sägs komma från linsernas fader Augustin Fresnel. Han nämner den i ett brev daterat 1825. Men han dog innan den hann förverkligas. Och kanske var han för tidigt ute. Det egentliga behovet uppstod först senare då de snabbare ångfartygen kompletterade segelfartygen.

65 år efter idéns tillkomst tog chefsingenjören i det franska fyrväsendet, Monsieur Leon Bourdelles, kontakt med firma Barbier, Benard & Turenne i Paris (BBT). BBT konstruerade och tillverkade fyrlinser med mera. Deras samarbete ledde till en konstruktion som efter prov och modifieringar installerades i fyren Cape La Heve år 1893. Kort därpå hade Dr John Hopkinson hos den engelska tillverkaren Chance Brothers förbättrat konstruktionen.

Konkurrensen mellan de två företagen på var sin sida Engelska kanalen var och förblev stentuff. 5 år senare hade världens mer betydande fyrväsenden beställt fyrlinser med kvicksilverlagring. Den tidens ”high-tech”.

Cirka 25 år senare hade man lärt sig tillverka annan lagring. De nya var dessutom billigare. Det var dessa lager som kom att överta manteln att vara den tidens ”high-tech”.

Hur det blev

Några exempel i siffror:

  • Kanada beställde 214 fyrar med kvicksilverlagring. Cirka 75% kom från Chance Brothers, resten från BBT.
  • USA hade 34 franska (från BBT) och ett antal av inhemsk tillverkning.
  • Sverige har haft 15 i drift.
  • Danmark har haft minst 4 i drift.
  • Norge har haft minst 7 i drift.

Underhåll

Kvicksilverlagringen krävde nästan inget underhåll. Någon enstaka gång kunde linsen nypa fast på grund av avlagringar och minskad kvicksilvernivå. Smuts och föroreningar kunde vara orsaken. Efter att ha rengjort (skrapat av) avlagringar i grytan fick man kanske fylla på 1/4 till 1/2 liter. För Hanö fanns för detta ändamål upptaget i en inventarieförteckning: ”1 tratt af stål för påfyllning av kvicksilfver och 4 flaskor af smidesjärn med skruvproppar till kvicksilfver.”

För de svenska fyrarna har sedan 1972 en liten påfyllning behövt göras på Kullen och på Ölands Södra Udde. På Hoburg har det ”vid ett tillfälle fyllts på något lite”. Ölands Norra Udde hade en spricka i grytan, vilket orsakade att kvicksilvret där togs bort. Linsen står efter det still med ”blinket” ersatt av en LED-lampa på fyraltanen. ”Övriga fyrar har man inte fyllt på - mig veterligen” säger en insatt person.

Hur det slutade

År 2008 drabbades Danmark av ett mindre jordskalv. Det bar sig inte bättre än att en liten mängd kvicksilver skvimpade ut ur lagringen för linsen till Nakkehoved västra fyr. Enligt krav från miljömyndigheten tömdes fyren på allt kvicksilver. ”Blinket” ersattes av en stång med lysdioder (LED-ljus). Den roterande linsen kom därmed att stå still. Nattens svepande ljus var borta. Sorg i hjärta och samhälle. Gillelejes ”varumärke” var rumphugget. Hur kul var det?

Professor Peder Klit på Danmarks Tekniska Universitet (DTU) och hans medarbetare Niels Steenfeldt lyckades ta fram en lösning baserad på moderna rull-lager. I augusti 2017 hade man hunnit bygga om 14 fyrar i Danmark, Norge och i Sverige. En ombyggnad uppges ta cirka 100 timmar och varje fyr kräver sin unika lösning.

I skrivande stund har i Sverige denna typ av lösning använts på fyrarna Kullen, Hoburg och Hanö.

Egenskaper, miljö och säkerhet

Kvicksilver har ett par unika egenskaper. Det är den enda metall som vid rumstemperatur är flytande. Den har en smältpunkt av -38 °C och en kokpunkt av +357 °C. Den är tung. Den är 13,6 gånger tyngre än vatten. Bly som jämförelse är "bara" 11,3 gånger så tungt som vatten. Den är en nästan lika "ädel" metall som silver. Den reagerar inte men blandar sig lätt med andra metaller. Blandningarna är legeringar, inte kemiska föreningar, och återgår i sina komponenter vid upphettning. Blandningarna har samlingsnamnet amalgam. En viss sådan typ har använts av tandläkare för fyllning av tänder. Det har gjorts på 100-tals miljoner människor.

Kvicksilver är en ren naturprodukt. Den förkommer naturligt på vissa geografiska platser. På andra föreligger den i förening med svavel, det röd-svarta mineralet cinnober. Denna sulfid har extremt låg löslighet i vatten, nästan ingen alls, vilket även det gör det unikt.

Svenska fyrar med kvicksilverlagring

Installerad Fyrplats Lins Anmärkning
1893 Garpen 4:e ordningens planlins Tornet revs 1933
1896 Holmögadd 3:e ordningens lins Fyren släckt 2008
1898 Högby 3:e ordningens liten planlins Bytt mot trumlins 1967
1898 Svartklubben 4:e ordningens lins
1900 Kullen 1:a ordningens planlins, 3 fack á 120° Kvicksilver borttaget 2016
1903 Gotska Sandön 3:e ordningens planlins 4 fack à 60° Linsen bytt 1970(?)
1903 Tjärven 4:e ordningen trumlins 3 fack à 72° och planlins 2 fack à 54° Bytt mot trumlins 1953
1905 Pite-Rönnskär 3:e ordningens planlins 3 fack à 72°, spegellins 2 fack à 72° Ersatt av Nygrån 1958
1906 Ölands Norra Udde 3:e ordningens planlins Lins ersatt 1976
1906 Ölands Södra Udde 3:e ordningens planlins
1906 Hanö 3:e ordningens planlins Kvicksilver borttaget 2018
1915 Hoburg 1:a ordningens planlins, 3 fack á 120° Kvicksilver borttaget 2018
1921 Östergarn 3:e ordningens planlins Bytt mot trumlins 1964
1921 Stora Fjäderägg 3:e ordningens planlins Bytt mot trumlins 1955
1922 Understen 3:e ordningens planlins

Referenser

  • The Mercury Float Lighthouse Lens; Its Development, Use and Decline, Lightening Lights - The Keepers Log Magazine - Volume 22 Number 3
  • Technical University of Denmark
  • Svenska Fyrsällskapets Lexikon - fyrwiki
  • Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi
  • Inventarieförteckning för Hanö
  • Personliga kontakter

Skrivet av Leif E Elsby, Stockevik/Fiskebäckskil 2018


Jfr rotationslins, omgående, Kullen, Hoburg.