James Leffel föddes den 19 april 1806 i Botetourt County Virginia. Redan vid nio månaders ålder flyttade familjen till Donnels Creek strax väster om Springfield, Ohio. James far byggde här en kombinerad såg och spannmålskvarn. Faderns intresse för vattenkraft överfördes tidigt till sonen. Redan vid 19 års ålder byggde James Leffel sitt första vattendrivna sågverk vid Mad River, väster om Springfield. Kraften hämtades från ett vattenhjul av trä med överfall av egen konstruktion.
År 1838 byggde Leffel sin första verkstad med tillhörande gjuteri vid Buck Creek som flyter genom Springfield. Det enda som idag finns kvar av denna första verkstaden, är vattenrännan som försåg anläggningen med kraft. Leffel hade under denna tid många järn i elden och ansågs lokalt vara något av ett geni. Han förbättrade och förändrade redan befintliga konstruktioner och det första patenten 1849 gällde en spis med dubbla ugnar. Spisen kallades The Buckeye stowe och sålde mycket bra i regionen. Springfields dåvarande borgmästare J.J. Snyder kommenterar senare i en tidningsintervju att Leffel var en energisk man med en stor förmåga att övertala, en person som inte såg hinder utan möjligheter. Snyder ger prov på Leffels övertalningsförmåga om än han vid detta tillfälle inte lyckades övertala sin kontrahent. Snyder beskriver hur han köpte en tomt i centrala Springfield av Leffel:
När vi började köpslå om egendomen kunde han (Leffel) inte tänka sig att sälja den för mindre än $13.000. Jag tror att jag var på hans kontor i en och en halv timma och hade försökt komma där ifrån två, tre gånger innan vi kom överens om $10.000.
Ännu hade Leffel inte givit sig i kast med det som skulle göra hans namn världskänt men spisens framgångsrika försäljning gjorde Leffel till en smått förmögen man. Han hade nu både verktygen och de ekonomiska medlen att ge sig i kast med det som låg honom varmast om hjärtat, vattenkraften. För att effektivast utnyttja vattenkraften i Buck Creek övertalade Leffel kvarnägarna James och Samuel Barnett att anlägga en sidogren av floden som kunde härbärgera fler vattenhjul. Fallhöjden uppmättes till ca 7 meter och stäckningen ca 2,5 kilometer, här fanns nu kraft för 20 vattenhjul.
Under 1850-talet uppförs tolv nya fabriker strax norr om centrum som med vattenhjul, axlar, drivremmar och lyftanordningar fick fram bomulls- och ylletyg, olja, mjöl, virke, glas och gjutjärn. Vattenhjulens effektivitet och ekonomi stängde effektivt ute andra energikällor således blev ångmaskiner en sällsynthet i staden. Fortfarande var det uteslutande överfallshjul som levererade kraft. Leffel förstod att om vattenkraften skulle bli verkligt effektiv så behövde man komma från överfallshjulen. Dessa nyttjar vattnets fart och kräver högre fallhöjd för att vara effektiva. De krävde dessutom ett ständigt underhåll då de uteslutande gjordes i trä, att bygga dem i järn hade blivit på tok för tungt.
Leffel ville åstadkomma ett vattenhjul i järn som han kunde tillverka i sin redan befintliga verkstaden. Han såg dessutom fördelarna med järnvägens transportmöjlighet. Springfield var vid tidpunkten knutpunkt för fyra järnvägslinjer. Experimenterande med nya konstruktioner tog nu fart och efter år av försök och modifieringar beviljades han den 14 januari 1862 patent för sin uppfinning kallad ”The American Double Turbine”. I patentansökan hävdar han sin turbins förträfflighet:
”This have been tested and from such tests and from the most careful examinations, it is believed that the wheel is capable of yielding from ninety-two to ninety-five per cent of the power of the water and a greater per cent then any other wheel heretofore constructed.”
En verkningsgrad på 92 till 95 % är nog en smula överdriven, med tanke på att firman James Leffel & Company år 1931 hävdar att man vid testning av den senaste förbättringen av turbinen, modell Leffel LL uppnått en verkningsgrad av 94,57%.
Det banbrytande i Leffels konstruktion var att hjulet låg nedsänkt i vattnet och monterades horisontellt. Det utnyttjade således det tryck som vattnet ovanför utgav istället för den hastighet vattnet kunde få via en brant vattenränna. Leffels turbin gjorde de också möjligt att hålla ett konstant varvtal eftersom vattenflödet enkelt kunde regleras i förhållande till arbetsbelastningen. Vattenflödet reglerades med klaffar i turbinen med så kallade ledarskivor.
För att höja intresset för sin uppfinning anordnade Leffel en tävling den 2 maj 1862 som kom att kallas ”Slaget om hjulen”. Man bör ha i åtanke att detta hände under det amerikanska inbördeskrigets andra år och tidningarna var fyllda med nyheter om förluster och segrar i olika slag, slaget vid Shiloh i april fanns säkert i minnet när man rapporterade om slaget om hjulen.
Leffels antagonist var en annan lokal Springfielduppfinnare vid namn Tobias Kindleburger. Det visade sig ganska omgående att Leffels turbin var effektivare än Kindleburgers turbin. Leffels turbin kunde vid 125 varv per minut leverera en kraft av 21 pounds. Kindleburgers turbin sackade efter med 100 varv per minut och endast 16 pounds kraft, den använde dessutom mer vatten. Hur dessa mätningar utfördes redovisas inte i källorna men båda turbinerna var installerade sida vid sida i tryckeriet The Methodist Publishing House. Härmed ansåg Leffel det vara bevisat att hans turbin var den effektivaste. Leffel tänkte stort, han såg hela världen som köpare av hans turbin. Varenda kvarn och fabrik i världen borde vara intresserad.
Historien förtäljer att han bar sin mässingsmodell av turbinen inslagen i en näsduk under hatten för att kunna visa upp för intresserade. Mässingsmodellen finns nu utställd på Clark County Heritage Center i Springfield. Redan 1864 byggde man 150 stycken av vad man kallade ”Den bästa turbinen i den kända världen”. Leffel hann dessvärre själv inte uppleva företagets expansion de kommande årtiondena, han avled 11 juni 1866 men företaget levde vidare, under ledning av John W. Bookwalter gift med James Leffels dotter Eliza.
Leffels bidrag till den amerikanska industriella revolutionen bör inte underskattas även om gemene man i dagens Springfield endast förknippar namnet med den gata som begränsar Springfield i söder. I 1888 års katalog från James Leffel & Company kan man läsa; ”vi är glada att kunna säga att vår turbin nu finns i alla civiliserade länder på jorden”. I Kvarnvikens Kvarn är vi lika glada att kunna säga att vår Leffel turbin fortfarande efter mer än 130 år fyller sin uppgift som kraftkälla i Kvarnvikens kvarn med den äran.
Källor
- Mr. Anders Dynge (Samtal Maj 2003)
- Clark County Heritage Center
- Springfield News (Maj 1862)
- Community News (Feb 1999)
- US Patent Office #34150 (Jan 1862)
- The history of Clark County Ohio (1881, Chicago: W. H. Beers & Co)