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Eine Dampfmaschine ist - in meiner Sprache - keine Maschine sondern ein Motor, also eine "Kraft-Maschine", die eine Maschine antreibt.

Mit Dampfmaschinen im engeren Sinne wird die in Dampf enthaltene Energie als Druck mittels eines Kolbens in mechanische Energie umwandelt.

Die Kolben-Dampfmaschine hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Verbrennungsmotor, die Hitze wird aber im Unterschied zu diesem nicht im Zylinder erzeugt. Es gibt auch Dampfturbinen, die die mechanische Energie nicht via Kolben, sondern eben via eine Turbine erzeugen.

siehe auch: Zeittafel diasynchron, Dampfmobile (Dampfwagen, Dampflokomotive, Dampfschiff)

Das technologische Wissen kam - in Form von Dokumenten - durch Araber via Spanien nach Europa. Weder die Griechen noch die Araber nutzen dieses Wissen produktiv und auch die Spanier, die mit der Reconquista beschäftigt waren, erkannten den Sinn der Technologien kaum.
Immerhin sind dubiose Versuche mit Dampfmaschine von Blasco de Garay um 1543 dokumentiert, die auf arabisches Wissen hindeuten.

Ein schöne Geschichte dazu (aus der Wikipedia):
Die Dampfkanone war ein Artilleriegeschütz der Antike und geht auf Archimedes zurück. Sie bestand im Wesentlichen aus einem geraden Rohr aus Kupfer, das an einem Ende verschlossen war. In die Kanone wurde zunächst eine geringe Menge Wasser gegeben und dann eine passgenaue 8 kg schwere Kugel. Durch Ansetzen eines Feuers an das verschlossene Ende sollte das Wasser schlagartig in Wasserdampf überführt werden; der entstehende Druck sollte das Geschoss aus dem Rohr treiben. Nach den Berechnungen von Leonardo da Vinci sollte die Reichweite dieser Kanone etwa 1250 m betragen. Inwieweit dieses Geschütz von Archimedes auch praktisch umgesetzt wurde, ist heute nicht mehr nachvollziehbar. Moderne Nachbauten haben jedoch die Funktionsfähigkeit der Dampfkanone nachgewiesen. Zumindest in der Theorie hat Archimedes den Wasserdampf technisch genutzt.

Nach 1690 entwickelten Denis Papin und Thomas Savery Dampfmaschinen. D. Papin experimentierte mit Dampfkochtöpfen und hat dabei auch ein Sicherheitsventil erfunden, was einer impliziten Steuerung des Druckes entspricht. Die Dampfmaschine, die D. Papin konstruierte, war einen Zylinder, in dem sich ein wenig Wasser und ein Kolben befanden. Wenn der Zylinder von außen abwechselnd erwärmt und abgekühlt wurde, bewegte sich der Kolben und lieferte nutzbare mechanische Arbeit. Es war die erste funktionierende Wärmekraftmaschine.

Dampfpumpe

Savery baute auf der Kolben-Dampfpumpe von Denis Papin auf und konstruierte eine kolbenlose Dampfpumpe, für die er am 2. Juli 1698

Das eindringende Grundwasser musste aus den Bergwerken gepumpt werden. Dies wurde manuell oder von pferdegetriebenen Göpeln und Wasserkünsten erledigt. Mit zunehmender Größe und Tiefe der Bergwerke wurde diese Entwässerung zum bestimmenden Faktor der Rentabilität der Grube. Am 14. Juni 1699 konnte Savery ein Modell seiner Dampfmaschine bei einer Tagung der Royal Society vorführen. Im selben Jahr wurde im Parlament über den Fire Engine Act (Gesetz über durch Feuer angetriebene Maschinen) die Schutzfrist für alle einschlägigen Patente verlängert: Saverys Patent lief demnach erst 1733 aus. Den Mangel, dass sein Patent weder eine Funktionsbeschreibung noch eine Skizze enthielt, behob er neben erwähnter Demonstration mit der Abhandlung The Miner's Friend; or, An Engine to Raise Water by Fire („Bergmanns Freund oder eine Maschine zum Heben von Wasser durch Feuer“). Auch sein in der Laufzeit verlängertes Patent erstreckte sich jedoch ganz allgemein auf alle Maschinen, die Wasser mit Hilfe von Feuer heben.

Saverys Pumpe wird mittels Wasserdampf angetrieben, der meist in Pumpennähe mittels Dampfkessel erzeugt wurde. Die eigentliche Pumpe besteht aus zwei Druckbehältern, die jeweils über Rückschlagventile mit der Saug- (Einlass) und der Druckleitung (Auslass) verbunden sind. Im Betrieb werden die Druckbehälter abwechselnd durch einen Steuerhahn mit Dampf beaufschlagt. Der heiße Dampf dehnt sich im Behälter aus und drückt das Wasser über ein Rückschlagventil in die Druckleitung. Die Dampfzufuhr wird gestoppt. Mit beginnender Kondensation reicht der Druck hierfür nicht mehr aus, das Rückschlagventil der Druckleitung schließt. Zur Beschleunigung der Kondensation wurden die Druckbehälter von außen mit Wasser gekühlt, dies erhöhte die Pumpfrequenz, die Pumpe lief also schneller. Mit weiterer Kondensation sinkt der Druck im Druckbehälter unter den Außendruck. Diese Druckdifferenz drückt das Wasser aus der Saugleitung über das Ventil in den Behälter. Das einströmende Wasser führt zu einer weiteren Kondensation des Dampfes. Mit Öffnung des Steuerhahns kommt wieder Dampf in den Druckbehälter und der Kreislauf beginnt erneut. Auch wenn der Steuerhahn bei den Demonstratoren mit der Hand zu bedienen war, wurden die Seriengeräte über Schwimmkörper gesteuert.

Savery war von der Leistungsfähigkeit seiner Maschine überzeugt; sie hatte jedoch einige gravierende Mängel: Sie konnte die Wassersäule nur um 12 Meter heben; für größere Tiefen mussten mehrere Pumpen hintereinander geschaltet werden. Der benötigte Dampfdruck war in der damaligen Zeit an der Grenze des Machbaren, wofür neben den Lötstellen auch der Stahl und die damals verwendeten Vernietungen verantwortlich waren. Daher mussten die Pumpen und erst recht die Dampfkessel häufig repariert werden. Konstruktionsbedingt erwärmte der Dampf auch das zu pumpende Wasser. Dies hatte einen thermodynamischen Wirkungsgrad im Promillebereich zur Folge, so dass die Pumpe aufgrund ihres großen Kohlebedarfs praktisch nur in oder in der Nähe von Kohlebergwerken verwendet werden konnte.
Saverys Patent war so weit gefasst, dass er Thomas Newcomen, der 1712 die technisch überlegene atmosphärische Dampfmaschine erfunden hatte, eine Partnerschaft aufnötigen konnte. Bei Newcomens Dampfmaschine handelt es sich, genau wie bei der von Papin, um ein Kolben-Zylinder-System.

Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 von Thomas Newcomen konstruiert und diente zum Abpumpen des Wassers in einem Bergwerk. Diese so genannte atmosphärische Dampfmaschine erzeugte durch Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf gefüllten Zylinder einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Mit diesem Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitstakt vom atmosphärischen Luftdruck nach unten gedrückt und anschließend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder nach oben in die Ausgangsposition gezogen. Die Kraftübertragung zwischen Kolbenstange und Balancier erfolgte mittels einer Kette. Der Wirkungsgrad der newcomenschen Maschine lag bei 0,5 Prozent.

Zu Anfang wurden die Ventile zum Einlassen des Dampfes in den Zylinder und zum Einspritzen des Kühlwassers mit Hand von einem Knaben bedient. Einer dieser Knaben, Humphrey Potter, der auch an einer solchen Maschine zum Öffnen und Schließen der Hähne angestellt war, kam (1712 oder 1713) – wohl aus Bequemlichkeit – um sich die Arbeit zu erleichtern (und weil er mit den anderen Jungen spielen wollte), auf die Idee, die Betätigung der Ventile durch den Gang der Maschine selbst besorgen zu lassen. Er verband in geeigneter Weise den auf- und nieder gehenden Balancier(balken) durch Schnüre mit den Hähnen und hatte damit, ohne sich dessen selbst bewusst zu sein, die Erfindung der selbsttätigen Steuerung gemacht.[pdf]

Mit der Erfindung des Kondensators durch J. Watt konnten erstmals Dampfmaschinen gebaut werden, die einen vergleichsweise geringen Energiebedarf hatten. Ein Kondensator ist daher ein entscheidendes Element für den effizienten Betrieb von Dampfmaschinen und Dampfturbinen, und seine Einführung gilt als Meilenstein der Technikgeschichte.
James Watt nutzte für seine Maschinen die einfache Bauform des Einspritzkondensators. In ein getrenntes Gefäß hinter dem Dampfauslass der Maschine wird kaltes Wasser eingespritzt. Der Dampf verflüssigt sich und hinterlässt ein fast vollständiges Vakuum. Dieses Vakuum ermöglicht eine verbesserte Ausnutzung der im Dampf innewohnenden Wärmeenergie zur Erzeugung von Bewegungsenergie. Einspritzkondensatoren werden auch heute noch angewendet; sie sind aber sehr selten geworden, da sie wegen des Eintrages von gelösten Stoffen kein nutzbares Kondensat für die Speisung des Dampfkessels liefern können.
Der bereits aus dem Mühlenbau bekannte Fliehkraftregler wurde 1788 von James Watt in den allgemeinen Maschinenbau eingeführt. James Watt benutzte den Fliehkraftregler, um die Arbeitsgeschwindigkeit der von ihm verbesserten Dampfmaschine konstant zu halten.

 
Quelle: Wikipedia
Quelle: Wikipedia
Quelle: Wikipedia

 
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