Dampfmaschine

''"Wat is en Dampfmaschin´? Da stelle mer uns janz dumm,'' ''und da sage mer so: En Dampfmaschin, dat is ene jroße'' ''schwarze Raum. Der hat hinten un vorn e Loch. Dat eine'' ''Loch, dat is de Feuerung. Und dat andere Loch, dat '' ''krieje mer später."'' Lehrer Bommel in Die Feuerzangenbowle | (Die Feuerzangenbowle) Eine

ist eine Wärmekraftmaschine .html">Arbeit | (Arbeit (Physik|Arbeit umwandelt.

Wirkungsweise

In einer atmosphärischen Dampfmaschine wird der Zylinderraum .html">Kolben .html"> (Wasserdampf) gefüllt, der dann bis zur Kondensation | (Kondensator (Dampfmaschine|Kondensation abgekühlt wird. Daraufhin wird der Kolben durch den äußeren Atmosphärendruck in den Zylinder gedrückt. Die ausfahrende Bewegung des Kolbens erfolgt von außen, z.B. durch eine Schwungmasse. Der bekannteste Vertreter dieser Bauart war die atmosphärische Dampfmaschine von Thomas Newcomen .html"> (1712) (s.u.. Bei einer Niederdruck-Dampfmaschine drückt zusätzlich Dampf mit einigen 100 mbar Überdruck auf die andere Kolbenseite. Auf den Kolben wirken dadurch Überdruck plus Atmosphärendruck, was die Leistungsfähigkeit erhöht. Die bekanntesten Vertreter dieser Bauart waren die Dampfmaschinen von James Watt .html"> (1769) (s.u.. Bei Hochdruck-Dampfmaschinen wird das Wasser weit über 100°C erhitzt, so dass sich ein höherer Druck aufbaut. Auf eine Abkühlung des aus dem Zylinder austretenden Wasserdampfes kann verzichtet werden (Auspuffbetrieb. Der Kondensator fällt also weg, was diesen Maschinentyp in Verbindung mit der höheren Energiedichte des unter hohem Druck stehenden Dampfes erheblich leichter macht und damit den Einsatz von Dampfmaschinen in Dampflokomotiven erst ermöglichte. Vertreter dieser Bauart sind praktisch alle Kolben-Dampfmaschinen in Fahrzeugen seit Richard Trevithick .html"> (1802) (s.u..

Geschichte der Dampfmaschine

Wattsche Niederdruckdampfmaschine Das erste von Dampf .html"> (Heron von Alexandria) im 1. Jahrhundert .html"> (Aeolipile). Es folgten einige weitere Versuche, die alle keine große Anwendung fanden, unter anderem von Denis Papin .html"> (1690) und Thomas Savery .html"> (1698). Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 .html"> (Thomas Newcomen) konstruiert und diente zum Abpumpen des Wassers in einem Bergwerk | (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 Arbeitshub in Richtung des abkühlenden Dampfes gezogen bzw. vom Atmosphärendruck dorthin gedrückt, und anschließend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt. James Watt .html"> (Wirkungsgrad) der Newcomen'schen Dampfmaschine erheblich, indem er ab 1769 .html">Zylinder .html">Kondensator .html">Kolben | (Kolben (Technik|Kolben abwechselnd von der einen und der anderen Seite mit Dampf beschickte - und auf der jeweils gegenüberliegenden Seite den Auslass zum Kondensator öffnete. So konne Watt auf das mechanische Rückführen des Kolbens verzichten, und die Maschine bei beiden Kolbenhüben Arbeit verrichten lassen. Zusammen mit der Erfindung des wattschen Parallelogramms .html"> (Schwungrad) drehen zu lassen. Dieses Parallelogramm lässt sich an der neben stehenden Abbildung mit den Buchstaben ''a, b, r, s, t, u'' erkennen. James Watt bezeichnete diese Erfindung als seine bedeutendste; sie gilt auch heute noch als Musterbeispiel für die Lösung der Aufgabe, eine kreisförmige .html">geradlinige | (Gerade|geradlinige) nur mit Hilfe von Drehgelenken umzuwandeln. Zuvor hatte man sich mit einer Kette .html"> (Kolbenstange) und Balancier | (Balancier) beholfen. James Watt gilt als Entdecker des Nutzens der Dampfexpansion | (Dampfexpansion). Bei der Dampfmaschine wird dieser Effekt durch ein vorzeitiges Schließen der Ventil .html">Arbeit .html"> (Fliehkraftregler) zur Geschwindigkeitsregulierung seiner Maschine ein. Vorher war dieses Maschinenelement .html">Mühlen | (Mühle (Technik|Mühlen eingesetzt worden. Die Wattsche Dampfmaschine ersparte durch diese Verbesserungen gegenüber ihren Vorgängern ein Vielfaches der Wärmeenergie, die zum Betrieb der Maschine notwendig war. Mit seinem kaufmännischen Teilhaber Matthew Boulton .html">Maschinenleasings | (Leasing|Maschinenleasings) geboren. Die Hochdruckdampfmaschine wurde 1784 .html"> (Oliver Evans) konstruiert. Das erste Exemplar wurde von ihm jedoch erst 1812 .html"> (Richard Trevithick), der 1801 | (1801) die erste Hochdruckdampfmaschine in ein Straßenfahrzeug einbaute. Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit der Hochdruckdampfmaschinen war der Fortschritt in der Metallherstellung und -bearbeitung zu dieser Zeit, denn in Hochdruckmaschinen müssen die Maschinenteile sehr passgenau sitzen. Außerdem besteht die Gefahr der Explosion des Kessels. Mit diesen Entwicklungen wurden Dampfmaschinen ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts | (18. Jahrhundert|18. Jahrhunderts) nun auch wirtschaftlich. Raddampfer in Luzern | (Luzern (Stadt|Luzern Frühe Anwendungen der Dampfmaschinen fanden sich insbesondere im Bergbau .html"> (Wasserhaltung). Es folgten Dampflokomotiven .html">Dampfschiffe .html"> (Lokomobil)e. Die Abbildung rechts zeigt ein Raddampfer .html"> (industrielle Revolution) wurde durch die Dampfmaschine erst ermöglicht. ''Siehe auch:'' Liste bedeutender Erfindungen | (Liste bedeutender Erfindungen)

Neuzeit

Als Fahrzeugantrieb sind Dampfmaschinen weitgehend durch Verbrennungsmotor .html">elekrischer Energie .html"> (Industrie)unternehmens verloren, die sie lange Zeit inne hatte. Obwohl die Zeit der Kolbendampfmaschine schon lange vorbei zu sein scheint, ist eine Renaissance nicht völlig ausgeschlossen. Einige Vorteile der Dampfmaschine gegenüber dem Verbrennungsmotor .html">Leistungsspitzen .html"> (Kreislauf) von Dampf und Kondensat ergibt sich eine emissionsarme | (Emission (Umwelt|emissionsarme Schmierung von Zylinder und Kolben der Maschine. Eine Weiterentwicklung der Dampfmaschine stellt der Dampfmotor .html"> (Baukasten) zusammengestellt werden und wird genutzt, wenn bei einem thermischen Prozess .html"> (Abdampf) anfällt, der noch wirtschaftlich genutzt werden soll. Eine modernere Maschine zur Nutzung von Dampfkraft mit hohem Wirkungsgrad ist die Dampfturbine .html">Wärmekraftwerken | (Kraftwerk|Wärmekraftwerken) zum Einsatz kommt. Bei Kraftwerksanlagen wird der Abdampf hinter der Turbine kondensiert, um gegen ein Vakuum zu arbeiten und nicht gegen den atmosphärischen Luftdruck. Eine weitere Kolbenmaschine zur Ausnutzung thermischer Energie ist der Stirlingmotor .html"> (Energie) genau wie bei einer Dampfmaschine durch einen Kreisprozess | (Kreisprozess) umsetzt.

Weiterführende Links

Dampf | (Dampf)

Dampflokomotive | (Dampflokomotive)

Thermodynamik | (Thermodynamik)

Carnot-Maschine | (Carnot-Maschine)

Weiterführende Literatur

Die Geschichte der Dampfmaschine Historische Entwicklungen - Industriegeschichte - Technische Denkmale Autoren: Otfried Wagenbreth, Helmut Dützsch, Albert Gieseler Aschendorff-Verlag Münster ISBN 3-402-05264-4

Die Maschine Geschichte - Elemente - Funktion Autor: Sigvard Strandh Herder Verlag ISBN 3-451-18873-2

Umwelt: Technik 9 von Gerhard Hessel, Peter Kornaker und Rainer Schönherr aus dem Ernst Klett Schulbuchverlag

Physik mit SI-Einheiten (Gesamtausgabe von Walz aus dem Schroedel Verlag

Tempora aus dem Klett Verlag (Internet

Technik leicht verständlich Fachredaktion Technik des Bibliographischen Instituts unter Leitung von Johannes Kunsemüller aus dem Fackel-Buchklub

Bewegungssignale Maschinen und Welten(Zeitschrift zum Jahr der Technik von Lucian Haas, Tim Schröder und Monika Wimmer siehe auch: Flächenschaden .html"> (Verbundwirkung)

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