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Die Dampfmaschinen
1.
Geschichtliche Notizen
Unter den krafterzeugenden Maschinen nehmen die
Dampfmaschinen, was ihre Anzahl (1905 !!) und die Größe ihrer Leistung
anbetrifft, zur Zeit den Vorrang ein.
Der Grund für diese Erscheinung liegt in zwei Umständen: Im
Gegensatz zu anderen Maschinen sind sie nicht an eine
bestimmte Örtlichkeit gebunden, sondern können überall
dort ihre Kraft entfalten, wohin Brennmaterial geschafft
werden kann; somit ist ihre Verwendungsfähigkeit fast
unbeschränkt.
Ferner kann die Dampfmaschine auf die längste
Entwicklungszeit zurückblicken und hat durch ständige
Verbesserungen während mehrerer Generationen einen hohen
Grad an technischer Vollendung erreicht. Die industrielle
Entwicklung des vorigen Jahrhunderts wurde durch sie
eingeleitet, ja erst ermöglicht.
In rascher Folge sind ihr dann, besonders in den letzten zwei
Jahrzehnten, (1880 - 1900) Konkurrenten im Gasmotor und in
der Turbine erwachsen, und es ist noch nicht abzusehen,
welcher dieser drei großen Krafterzeuger schließlich an der
Spitze stehen wird.
Die Anwendung des Dampfes zur Krafterzeugung bedingt die
Kenntnis einiger physikalischer Gesetze, deren
Entdeckung der Erfindung der Dampfmaschine vorausgehen mußte.
Diese Kenntnisse fehlten den Gelehrten des Altertums, wie
Archimedes von Syrakus, dem die Idee einer Dampfkanone
zugeschrieben wird, und Heron von Alexandrien, der die
Reaktion des ausströmenden Dampfes zur Drehung einer Kugel
benutzte. Heron hatte die Auffassung, daß durch das Feuer
aus dem Wasser Luft erzeugt werde, also noch keine
Vorstellung von dem Wesen des Dampfes.
Erst als der Italiener Toricelli, ein Schüler Galileis, 1643
die Schwere der atmosphärischen Luft entdeckte und damit die
mit dem Vakuum verbundenen Erscheinungen erklärt hatte, war
die Grundlage für die ersten Anwendungen der Dampfkraft
gegeben.
Dionysius
(Denis) Papin,
geboren 1647 zu Blois in Frankreich, wird mit Recht als der
Erfinder der Dampfmaschine bezeichnet, da von ihm die erste
tatsächlich brauchbare Dampfmaschine gebaut wurde. Seine
Erfindungen, von denen hier nur der Dampfkochtopf, noch heute
Papinscher Topf genannt, sowie das Projekt einer
Pulvermaschine erwähnt seien, machte er zum großen Teil in
Marburg, wohin er aus England als Professor berufen war.
Die Toricellische Entdeckung wandte er in folgender Weise an:
In einem Gefäß wurde durch Heizung Dampf erzeugt und dieser
in einen Zylinder, der oben mit einem Kolben verschlossen
war, hineingeleitet.
Dann wurde die Feuerung entfernt, der Dampf schlug bei der
Abkühlung als Wasser nieder und in den entstehenden luftverdünnten
Raum drückte die atmosphärische Luft den Kolben hinunter;
dabei konnte er mit Hilfe einer verzahnten Stange eine Welle
drehen oder eine andere Arbeit leisten. Durch abwechselndes
Anheizen und Abkühlen wurde der Betrieb durchgeführt. Wenn
auch solches Arbeiten recht schwerfällig war, so stellt
diese Erfindung doch einen bedeutenden Fortschritt dar, weil
es zum ersten Male gelang, die in der Wärme des Dampfes
enthaltene Energie zur Arbeitsleistung zu benutzen.
Die Tätigkeit Papins ist umso höher zu bewerten, als es zu
seiner Zeit weder Maschinenfabriken noch geübte Metall-arbeiter
gab, er also seine Ideen größtenteils eigenhändig ausführen
mußte. Mit manchen Widerwärtigkeiten hatte der Erfinder zu
kämpfen,trotz zeitweiliger Unterstützung seines
Landesherrn, dem Landgrafen von Hessen. Denis Papin starb
schließlich in dürftigen Verhältnissen.
Unabhängig von Papin erfand 1688 der Engländer Savery eine Vorrichtung zum
Wasserheben, die wir als kolbenlose Dampfpumpe bezeichnen können,
da das Heben des Wassers durch direkten Druck auf das Wasser
bewirkt wurde.
Eine Verbesserung gegenüber der Maschine Papins erreichte
der Engländer Newcomen dann um 1700, indem er die Kondensation
des Dampfes und damit die Luftleere durch Einspritzen von
kaltem Wasser in den Zylinder bewirkte, anstatt durch
Entfernen der Feuerung; dadurch wurde das Kolbenspiel
schneller.
Zur Übertragung der Kolbenkraft benutzte er einen um eine
Achse schwingenden Balken, den Balancier. Um nun abwechselnd
Dampf und Wasser in den Zylinder hineinzulassen und das
Kondensat zu entfernen, mußten von einem Arbeiter Hähne geöffnet
und geschlossen werden. Diese Arbeit soll von einem Knaben,
Humphry Potter, dem sie zu lästig war, durch einige Hebel
und Stangen der Maschine selbst übertragen worden sein.
Die Newcomensche Maschine war lange Zeit ohne Wettbewerb, sie
wurde in vielen Exemplaren gebaut, auch aufs europäischen
Festland geliefert und hauptsächlich zum Heben von Wasser
aus den Kohlen- und Erzgruben verwendet.
Ihre Wirkung war jedoch noch recht unvollkommen; im Verhältnis
zu ihrer Leistung waren Gewicht und Raumbedürfnis groß und
der Kohlenverbrauch derart hoch, daß ihr Nutzen letztlich
zweifelhaft wurde.
Durch die Erfindungen des Schotten James Watt, wurden weitere bedeutende
Fortschritte herbeigeführt.
Er hatte als Mechaniker an der Universität Glasgow das
Modell einer Newcomenschen Maschine zu reparieren und
studierte dabei deren Mängel.
Als Ursache des großen Dampfverbrauchs fand er die direkt im
Dampfzylinder erfolgende Kondensation, wodurch der Zylinder
stark abgekühlt wurde und dann durch frischen Dampf erst
wieder erwärmt werden mußte. Seine erste Erfindung war 1664,
daß er die Kondensation des Dampfes in einen besonderen Raum
verlegte, den Kondensator, der mit dem Zylinder durch ein
Rohr verbunden war.
Noch wichtiger waren die Erfindung der direkt wirkenden
Dampfmaschine, bei der die Bewegung des Kolbens nicht mehr
durch den Luftdruck, sondern durch den Druck des gespannten
Dampfes selbst erfolgte, und die Ausnutzung der Expansion des
Dampfes. Auf diesen beiden Erfindungen beruhen noch unsere
heutigen Dampf-maschinen; sie sind alle direktwirkend im
Gegensatz zu den vor Watt gebauten atmosphärischen
Dampfmaschinen.
Außerdem rühren von ihm zahlreiche konstruktive
Einzelheiten von bleibendem Werte her. Er wandte den
Kurbeltrieb auf die Dampfmaschine an, der schon vorher als
Handkurbel oder Tretkurbel bekannt war, ebenfalls das
Schwungrad; er erfand den Zentrifugalregulator, der in der
von ihm gewählten Form noch jetzt die Umlaufszahl von
Maschinen regelt.
Im Gegensatz zu Papin ist es James Watt geglückt, die Früchte
seiner ausdauernden wissenschaftlichen und praktischen Tätigkeit
zu ernten.
Weitblickende Industrielle, zuerst Dr. Roebuck, dann Boulton
stellten ihm Mittel für seine Arbeiten zur Verfügung. Mit
dem letzteren gründete er in Soho eine Fabrik zur
Herstellung von Dampfmaschinen; denn die Nachfrage war in
England infolge des weiteren Ausbaus der Kohlegruben und der
Anwendung des Maschinenbetriebes auf andere Gebiete sehr
gestiegen.
Als weitere Marksteine in der Geschichte der Dampf-maschine
seien erwähnt, daß im Jahre 1807 der von dem Amerikaner
Fulton erbaute Dampfer "Clermont" die ersten regelmäßigen
Fahrten auf dem Hudson begann und 1829 bei Liverpool eine
Wettfahrt zwischen den Lokomotiven verschiedener Erfinder
stattfanden, bei der die von George Stevenson gebaute "Rocket"
den ersten Preis erhielt.
Neben den genannten gab es noch zahlreiche Männer, die durch
Scharfsinn und unermüdliche Tätigkeit teils auf dem Gebiete
wissenschaftlicher Untersuchungen, teils in der Praxis die
Entwicklung der Dampfmaschine bis zu ihrem heutigen Stand (1905) geführt haben.
