Als Dampfpumpe bezeichne ich - tautologischerweise - eine Pumpe, die mittels Dampf betrieben wird. Eine Pumpe ist eine Maschine, kein Motor. Die Entwicklung der Dampfpumpe ist aber technologisch ein exemplarisches Beispiel für die Entwicklung des Verbrennungsmotors, in welchem schliesslich die Verbrennung des Kraftstoffes im Zylinder passiert.
Ich unterscheide zwei Entwicklungsstufen der Dampfpumpe:
- Die Dampfpumpe - von T. Savery - als Gerät ohne Motor ist eine Art implizite Maschine, in dem Sinne, dass sie nicht von Hand angetrieben wird:
T. Savery konstruierte eine "kolbenlose" Dampfpumpe, für die er am 2. Juli 1698 unter dem Namen The Miner's Friend ein englisches Patent mit einer Laufzeit von 14 Jahren erhielt. Das Grubenwasser wurde bis dahin manuell oder von pferdegetriebenen Göpeln und Wasserkünsten nach oben befördert.
Als Gerät hat diese Dampfpumpe keinen Motor. Sie wird wie beispielsweise ein Segelboot verwendet, das in den Wind gestellt wird und sich mit diesem zusammen bewegt. Als Gerät wird sie über ein Feuer gehalten. Der Dampf, der dabei entsteht, ist ein zum Wind analoges - natürliches - Phänomen, das genutzt wird.
Die Funktionsweise:
Der Dampf dehnt sich aus und verdrängt dabei Wasser, das in einer entsprechend angeordneten Leitung nach oben befördert wird, weil es - aufgerund eines geschlossenen Ventils - nur dorthin entweichen kann (im Schema: a offenes, b geschlossenes, c offenes Ventil). Das verdrängte Wasser wird in einem höher gelegenen Behälter gesammtelt (oder bei der Entwässerung eines Bergwerkes in einen Bach geleitet).
Dann wird die Dampfzufuhr gestoppt, der Behälter abgekühlt, wodurch aufgrund eines Unterdruckes Wasser aus einer tieferen Ebene angesaugt wird.Bei dieser Pumpe bewegt sich kein antreibendes Teil, es werden nur Ventile geöffnet oder geschlossen: b und c sind Rückschlagventile, a kann von Hand oder mit einem Schwimmer geöffnet und geschlossen werden.
Als Pulsometer wurde diese Pumpe im 19. Jhd. noch weiterentwickelt.
Bildquelle: Wikipedia
- Die Dampfpumpe - von T. Newcomen - als Maschine mit einem Dampf-Motor
T. Newcomen konstruierte die atmosphärische Dampfmaschine, die als Pumpe jener von T. Savery deutlich überlegen war.
Es handelt sich um eine eigentliche Maschine, die durch einen Motor angetrieben wird. Sie hat keine Kurbelwelle sondern einen Balancier, mit welchem die Pumpe, die nicht mit Dampf funktionert, bewegt wird.
Der Wirkungsgrad dieser Maschine war schlecht, sie wurde aber erst Ende des 18. Jhd. durch jene von J. Watt verdrängt.Die Funktionsweise:
Der Wasserdampf im Zylinder wird durch eine Wassereinspritzung, abgekühlt und kondensiert. Dadurch entsteht ein Unterdruck, so dass der von aussen auf den Kolben wirkende Luftdruck den Kolben in den Zylinder hineinschiebt. Die Bezeichnung atmosphärisch verweist auf Verwendung des Luftdruckes.Bei diesem Kolben-Motor wird das Wasser nicht im Zylinder erhitzt wurde, sondern strömt von einem einfachen Dampferzeuger durch ein Ventil in den Zylinder.
"Durch den einströmenden Dampf wird der Kolben gehoben. Nach Schliessen des Dampfventils wurde ein Ventil mit kaltem Wasser geöffnet. Das in den Zylinder einströmende Wasser kühlte den Dampf ab. Durch den Luftdruck wurde der Kolben wieder nach unten bewegt. Durch ein zusätzliches Ventil konnte das Wasser wieder abgelassen werden. Die "Maschine" wurde zum Antrieb einer Pumpe eingesetzt, die bei 12 Hüben in der Minute 540 Liter.
Zwei sehr wichtige Nebengeschichten:
- Die Erfindung der Regelung - die gemeinhin J. Watt und seinen Fliehkraftregler zugerechnet wird - öffnet hier das Ventil:
Zu Beginn wurden die Ventile von einem Knaben bedient. Humphrey Potter, der dafür angestellt war, kam 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.
- die andere betrifft das Patent in diesem Fall:
Savery baute auf dem atmosphärischen Kolben-Dampfzylinder von Denis Papin auf und konstruierte eine kolbenlose Dampfpumpe, für die er am 2. Juli 1698 unter dem Namen The Miner's Friend (des Bergmanns Freund) ein englisches Patent mit einer Laufzeit von 14 Jahren erhielt. Der Name der Pumpe ist Folge eines Problems der Zeit: Das Grubenwasser 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.
Bildquelle: Wikipedia - Die Erfindung der Regelung - die gemeinhin J. Watt und seinen Fliehkraftregler zugerechnet wird - öffnet hier das Ventil:
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